CN101346643A - 用于确定物体的装置，尤其是定位装置或材料识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定物体(14，16)的装置，包括感应传感器(8)，用于评估感应传感器(8)的相位信息的控制单元(10)和显示机构(4，4a－d)。建议显示机构(4，4a－d)构造成用于指示物体(14，16)的特征和控制单元(10)用于依据相位信息来控制显示机构(4，4a－d)。

Description

用于确定物体的装置，尤其是定位装置或材料识别装置

背景技术

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的装置。

用于通过感应传感器确定被遮蔽的物体例如墙壁中的水管材料检查装置或定位装置是已知的，通过它们可以将铁磁的物体与非铁磁的物体区别开。为此将定位装置沿着被遮蔽的物体例如墙壁引导，而定位装置显示出物体在墙壁中的大概位置。

本发明涉及一种用于确定被遮蔽的物体的装置，包括一个感应传感器，一个用于评估传感器的相位信息的控制单元和一个显示机构。

建议将显示机构构造成用于指示物体的特征和控制单元用于依据相位信息控制显示机构。通过评估相位信息存在获得有关被检查的物体的特征的信息的可能性，该信息可以通过显示机构传给使用者。使用者由此获得可能性，由该特征，例如几何形状和/或材料或其它显示的特征推断出被遮蔽的物体的类型。有利地，该特征是几何形状信息，显示机构此时构造成用于显示物体的几何形状信息。

相位信息可以是一个第一传感器单元例如接收器线圈的信号相对于一个第二传感器单元例如发射器的相位角。显示机构可以通过多个，各分配一个符号的显示元件例如光电管显示特征。依据信息的情况一个或者另一个显示元件发光。通过控制单元对显示机构的控制有利地这样进行，使得使用者由此获得物体的特征的情况。几何信息有利地是物体的横截面形状的信息，其中在长形的物体例如管或棒的情况下应理解是在纵向的横向上的横截面。

当装置除了感应传感器以外还附加地具有高频传感器例如无线电、雷达或者微波传感器时，本发明是特别有利的。借助于高频传感器可以特别精确地探测在遮蔽的目标中的被遮蔽的物体，和通过感应传感器可以识别被遮蔽物体的形状和必要时材料。这样可以为使用者提供广泛的信息。

有利地，该几何信息给使用者提供物体是空心体还是实心体的提示。由此可以在例如敏感的水管和钢筋混凝土中的不敏感的钢筋之间进行区分。有利地，几何信息直接地给出物体是空心体还是由实心材料制成的。

如果显示机构具有多个用于显示几何信息的图象区，那么使用者可以简单和清楚地读出几何信息。图象区可以由控制单元突出地显示，例如闪光的符号或显示部位或类似情况。

在本发明的另一个实施例中，感应传感器具有一个发射线圈和一个磁性补偿机构，用于补偿一个接收器线圈的信号。通过这种所谓的磁性补偿可以识别出由于物体进入传感器磁场中产生的非常小的相位变化。补偿机构有利地具有补偿线圈。

此时当发射线圈布置在补偿线圈和接收器线圈之间时感应传感器可以达到高的灵敏性。由此接收器线圈和补偿线圈相互较远地间隔开，从而感应传感器的磁场的空间上的不均匀性特别明显地在补偿线圈和接收器线圈的信号之间反映出来。接收器线圈由此有利地最靠近物体布置或者这样布置，使得它相对于发射线圈和相对于补偿线圈沿着在其中对被遮蔽的物体进行探测的区域的方向布置。

此外建议，装置包括用于补偿感应传感器的信号的电补偿机构。该电补偿机构可以针对磁性补偿机构备选地和尤其是附加地设置在装置中。由此可以实现感应传感器的特别高的测量精确性。这在装置除了具有感应传感器还具有带有干扰感应信号的金属天线的高频传感器时是特别有利的。通过电补偿可以至少在很大程度上抵消装置干扰。该补偿有利地通过在合适的节点上施加补偿电压进行。

当电补偿机构具有用于信号的零调节的调节电路时，对装置的测量精确性此时不利影响的温度变化可以至少在很大程度上被补偿。

如果使控制单元准备用于对感应传感器的信号进行数字式修正，则可以实现感应传感器的高的测量分辨率。数字式补偿通过软件，尤其是借助于同步整流器特别简单地实施。

当相位信息包括相位角和在控制单元的数据区中留有相位角区域并且控制单元依据相位角处于该相位角区域中的情况准备好控制显示机构时，相位信息的评估可以特别简单地，低成本地和可靠地实施。此时控制单元尤其是为了使用模糊逻辑学被准备好用于控制显示机构，由此通过另外吸收其它的信号仍然可以以高的把握将一个几何信息配属给一个不是完全明确的相位信息。一种神经原网络和/或所谓的Fuzzy逻辑学特别适合用于模糊逻辑。

在本发明的一种优选应用中，装置作为特征识别装置进行实施，尤其是作为用于确定被遮蔽的物体的定位装置和/或作为材料检测装置。可以检查敞开的或被遮盖的物体的特征，尤其是它们的几何形状和/或它们的材料。

附图

其它的优点由以下的附图说明给出。在附图中示出了本发明的一些实施例。附图说明书和权利要求书包含众多特征的组合。专业人员也将有目的地单个地看待这些特征和将它们组成有意义的其它组合。

附图中所示：

图1是布置在墙壁上的定位装置的示意图，

图2是具有感应传感器和天线元件的定位装置的传感器单元，

图3是感应传感器的三个线圈和它们与控制单元的电路连接，

图4是存储在控制单元中的相位角区域的示意图和

图5-8是用于定位装置的四个不同的显示机构。

图1显示了作为定位装置实施的测量装置2，包括显示机构4，示意地通过一个四部分的高频天线元件表示的高频传感器6，同样仅仅表示的感应传感器8和控制单元10。高频传感器6，感应传感器8和控制单元10安装在外壳12中，它在它的与感应传感器8背离的末端上具有手动区域和感应传感器8的区域中具有相对于手动区域加厚的传感器区域。传感器区域和与它一起的高频传感器6和感应传感器8是这样布置的，即在测量装置2外部设有位于手动区域对面的测量区，在该测量区中可以识别墙壁18中的物体14，16。在所示的实施例中物体14是铜管和物体16是由预应力混凝土制造的墙壁18的加强钢筋。

图2显示了高频传感器6的由金属板构造的天线元件20和在与其余的外壳12分开的状态下的感应传感器8的三个线圈。三个线圈是发射线圈22，接收器线圈26和补偿线圈24。三个线圈围绕一个由非金属材料，例如塑料构造的内壳28引导，在它的内部布置天线元件20。内壳28固定在印刷电路板30上。三个线圈通过分隔板32上下相互分开。通过导线34将三个线圈与控制单元10或与在图3中示出的节点36连接。

如从图3中可以看见，接收器线圈26和补偿线圈24与节点36连接，而发射线圈22与控制单元10的一个没有示出的发射模块连接。同样与节点36连接的是用于实施电补偿的补偿机构38。附加地，修正单元40与节点36连接，它用于进行数字式补偿和具有一个连接在前面的A/D转换器42。此外，控制单元10包括形式为模糊网络的模糊逻辑装置44。与模糊逻辑装置44连接的是高频评估单元46和用于通过使用者输入信息的输入机构48。同样与模糊逻辑装置44连接的是显示机构4。

为了实施定位测量，定位装置首先一次地这样地被保持，使得测量区与墙壁18或要测量的物体14，16足够远地隔开。现在可以进行一种校正测量。这种测量可以在接通测量装置2情况下由使用者手动地或自动地由控制单元启动。在所示的实施例中在接通之后由高频传感器6寻找物体14，16。如果没有物体被识别出，那么由控制单元10启动校正测量并且一直维持到由控制单元10结合高频传感器6识别出物体14，16。备选地，校正测量可以在接通之后由控制单元10启动和一直维持到由控制单元10结合感应传感器6识别出物体。该识别可以由一个随时间快速变化的测量信号触发，该测量信号比预先调节的限值变化更快地变化。

为了实施校正测量，由控制单元10或它的发射单元将周期性的交变场作为发射信号发送给发射线圈22，它由此产生交变磁场。该交变磁场产生磁通量，它不仅流动通过接收器线圈26而且通过补偿线圈24和在该两个线圈26，24中感应出接收器信号或形式为电压的补偿信号，它们的频率与发射线圈22的交变场的相同，但是大约被相位移动了。不仅接收器信号而且补偿信号都通到节点36上和在那里相互相减，从而它们由于其几乎一致的同相性基本上相互抵消。

但是天线元件20在磁场中产生不均匀性，从而通过补偿信号对接收器信号的磁补偿一般是不完全的和留有不希望的大的差信号。为了将该差信号在节点36上在尽可能大的程度上消除，由补偿机构38发出一个与差信号对应的负的平衡信号到节点36上，从而在节点36上的总信号尽可能地消失。为此补偿机构38包括一个微型控制器，它向D/A转换器发送数字信号而该转换器发出形式为平衡电压的平衡信号。微型控制器在校正测量期间连续地调节平衡信号以便尽可能地消除温度的影响。在实际测量期间不进行再调节。

为了在不存在物体14，16的情况下进一步改善附接在节点36上的残余信号的置零，将残余信号输送给A/D转换器42，在那里进行数字化和在数字式修正单元40中通过一个由软件实现的同步整流器整流。数字信号现在可以以数学方式通过一种偏置量的变化的扣除而被置于零，其中将一个相应的信号发给补偿机构38和在调节中对其进行考虑。而且这种扣除也可以在校正测量期间动态地进行再调节。这样在没有要识别的物体14，16的情况下在零位上实现测量信号的非常好的补偿。

为了实施测量，现在测量装置2例如沿着墙壁18引导，从而物体14，16达到测量区中。在此情况下这样地保持测量装置，使得接收器线圈26最靠近物体14，16进行布置和补偿线圈24与物体14，16离开得最远。物体14，16由控制单元10识别出并且校正测量被停止。物体14，16不同地影响在接收器线圈26和补偿线圈24的区域中的磁通量，从而在数字式修正单元40上除了通过偏置量(Offset)要克服的残余信号以外还施加有测量信号，它具有相对于发射信号可以评估的相位角。测量信号由同步整流器整流，其中在同步整流器的输出端上接上测量信号的实部和虚部，由它们可以推导出相位角。同步整流器以周期性整流的信号工作，其中同步整流器在其上进行整流和积分的周期的数量决定测量信号的分辨率。由此可以通过测量信号的长的测量和整流实现测量信号的实部和虚部的高的分辨率。由实部和虚部在逻辑装置44中求出测量信号的相位角。

为了能够将物体的几何信息与相位角相配置，在逻辑装置中设置有例如一维的数据区，它在图4中用图表的方式示出。测量信号的相位角50，其在图4中在-45°处标出，处于从-25°延伸至-65°的相位角区域52的中部。该相位角区域52被分配给一个作为几何信息的管横截面，如在图5中所示。

图5显示了测量装置2的一种可能的显示机构4a。在两个圆54上相位角50用两个从圆54的中点出发的直线表示。此时相位角50通过线的位置表示和测量信号的强度通过线的长度表示。为了能够识别弱的测量信号，右边的圆54的线被加长十倍地表示。由在图5中示出的例子使用者可以读出，测量信号的强度非常小和相位角50是-45°。为相位角区域52图表地配置了标记Cu和一种管横截面符号，由它们使用者可以认识到与测量信号相关联的物体14是一个铜管。

在存储在逻辑装置44中的数据区中存储另外的相位角区域56，58，60，62，64，其中相位角区域56，58，60，如从图5中可以看见的那样，与一个实心的铁棒，一个铁管，和一个铜棒相配置。使用者可以容易地在显示器4a上读出的这些配置是在逻辑装置44的编程之前例如按照经验方式确定的。两个相位角区域62，64没有配置任何几何信息或材料信息。在这两个相位角区域62，64中的一个测量信号可以不分配任何几何信息。

图6显示了一种更复杂的和对使用者更方便的显示机构4b，其具有精细分辨率的显示器66，其上以符号的方式示出测量装置2的图象68和墙壁18和物体14，16的图象70，72，74。使测量装置2沿着墙壁18被引导进行的运动由箭头76表示出。还没有被测量装置2探测到的区域通过阴影面积78表示。从显示器66上的图象中使用者可以直接获知物体14，16是管子(图象72)还是实心材料，例如加强钢筋(图象74)或是电缆。为了实现这种显示，控制单元10的相位角50被转换成图象72，74，其中同样由相位角50求得的材料在横杆80上通过两个符号82，84直接显示在图象72，74下面和使用者由此可以识别出物体14是铜管和物体16是铁棒。

为了在相位角50不是明确地和中部地位于相位角区域52，56，58，60中的这种测量情况下也实现几何信息与相位角50的明确的配置，逻辑装置44的模糊网络与高频评估单元46和输入机构48连接。这样，高频评估单元的评估结果可以利用测量的相位角50在模糊网络中处理成几何信息的明确的结果。如果例如相位角位于50°左右的区域中和存在来自高频评估单元的结果，即被探测到的物体很可能是铁制的物体时，那么可以发出管子的几何信息。但是，如果在测量之前或者期间使用者输入不存在管子的信息，那么作为几何信息与涉及的是铜的信息相关联地发出实心棒的信息。

在图7中示出另一个显示机构4c，其显示非常简化的测量结果。如果探测到例如铜管和薄铜杆形式的两个物体，那么几何信息被继续处理和借助于符号86，88表明其涉及的是水管和电缆。借助于两个箭头90，92显示物体相对于测量装置2的大致位置

另一个显示机构4d具有十个可以由控制单元10单独控制的发光区94，96。发光区94各载有一种作为标签的材料信息和发光区96以符号方式载有作为标签的几何信息。如果测量装置2沿着墙壁18引导和如果物体在箭头98的方向上被测量装置2识别，那么由相位角50，和必要时由来自高频评估单元46和输入机构48的其它信息，求得物体的几何信息和材料。如果识别出在水泥墙中的加强钢筋，则例如两个左边的发光区94，96和箭头98闪亮。如果识别出一个具有圆形横截面的空心管，则中间的发光区96和从右边起第二个(指向塑料的)发光区94闪亮。在空心体的情况下，中间的发光区94闪亮。如果识别出墙壁18中的一个四边形物体，那么从右边起的第二个发光区96闪亮。如果识别出一个物体，其中材料和/或它的几何信息不清楚，那么右边的发光区94和/或右边的发光区96闪亮。

Claims (11)

1.用于确定物体(14，16)的装置，包括感应传感器(8)，用于评估感应传感器(8)的相位信息的控制单元(10)和显示机构(4，4a-d)，其特征在于，显示机构(4，4a-d)构造成用于指示物体(14，16)的特征和控制单元(10)用于依据相位信息来控制显示机构(4，4a-d)。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，显示机构(4，4a-d)构造成用于指示物体(14，16)的几何信息。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，该几何信息提示使用者，该物体(14，16)是空心体或由实心材料构成。

4.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，感应传感器(8)具有发射线圈(22)和磁性补偿机构，用于补偿接收器线圈(26)的信号。

5.按照权利要求4的定位装置，其特征在于，磁性补偿机构具有补偿线圈(24)并且发射线圈(22)布置在补偿线圈(24)和接收器线圈(26)之间。

6.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，设有用于补偿感应传感器(8)的信号的电补偿机构(38)。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，电补偿机构(38)具有用于对信号进行置零调节的调节电路。

8.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，控制单元(10)被准备用于对感应传感器(8)的信号进行数字式修正。

9.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，相位信息包括相位角(50)和在控制单元(10)的数据区中存储相位角区域(52，56，58，60)和控制单元(10)依据相位角(50)处于哪个相位角区域(52，56，58，60)中被准备用于控制显示机构(4，4a-d)。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，为了使用模糊逻辑装置，控制单元(10)被准备用于控制显示机构(4，4a-d)。

11.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，它构造成用于确定被遮蔽的物体的定位装置和/或材料检测装置。

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