CN103261918B - 线路探测器 - Google Patents

Abstract

用于检测引导交变电压的导体（180）的测量装置（100）包括：电压源（110），其用于生成两个经相移的交变电压；两个复电阻（125,130），其具有与所述交变电压连接的第一接线端子、以及彼此连接并且上面施加有差电压的第二接线端子；以及控制设备，其用于将所述交变电压控制为使得所述差电压的与所述交变电压时钟同步的分量按照绝对值被最小化。控制设备被设立为在所述交变电压的比例不对应于复电阻在没有导体的情况下的比例时检测到导体。在此，第二复电阻能够借助于所述控制电压改变，并且设置有探头，其用于根据由导体感应的交变电磁场来提供所述控制电压。

Description

线路探测器

技术领域

本发明涉及用于检测引导交变电压的导体的根据权利要求1的前序部分所述的测量装置以及根据权利要求10所述的测量方法。

背景技术

公知有线路探测设备，利用所述线路探测设备譬如可以侦测隐藏在墙壁中的供电线路。这可能例如在如下情况下是需要的：应向墙中引入钻孔，而在此不损伤供电线路。利用该线路探测设备，通常借助于电极来确定存在于供电线路的区域中的交变电磁场。

但是可利用这样的线路探测设备实现的测量结果常常是不精确的，并且不总是可再现的。本发明所基于的任务是说明一种经改进的测量装置和经改进的测量方法，以便检测引导交变电压的导体。

本发明借助于具有权利要求1的特征的测量装置以及借助于具有权利要求10的特征的测量方法来解决该任务。

发明内容

根据本发明的用于检测引导交变电压的导体的测量装置包括具有两个复电阻的推挽测量桥。所述复电阻之一可以借助于控制电压来改变，所述控制电压由探头根据由导体所感应的交变电磁场来提供。

由此，可以将推挽测量桥的公知优点用于确定交变电磁场，使得可以精确地确定或定位引导交变电压的导体。

该探头可以包括用于接收导体的电磁场的电分量的电极或者用于接收电磁场的磁分量的磁场传感器之一。该电分量可以更容易地受到影响，使得例如里面安放有导体的潮湿墙壁可能妨碍对导体的定位。一般而言，磁分量是较不容易受到影响的，为此如果流经导体的电流小，则仅能非常少并且由此非常差地证明该磁分量。

在一个实施方式中，另一复电阻同样可以是可变的，并且设置如下设备，该设备用于与一个复电阻的改变相反地改变另一复电阻。该设备例如可以包括反相放大器，该反相放大器以经反向的形式提供由探头提供的控制电压以用于控制该另一复电阻。由此可以扩大测量装置的动态特性。

在另一实施方式中，该另一复电阻的控制电压可以通过引导交变电压的导体的区域中的另一探头来提供。由此，交变电磁场的差分测量是可能的，由此可以抑制总的干扰信号并且改善对导体的确定。

引导交变电压的导体可以是交变电压电网的一部分，并且可以设置一个或多个分频器，以便将控制电压的频谱限制于包括交变电压电网的工作频率的预定频率范围。

可控复电阻中的至少一个优选地包括电容二极管、双极晶体管、场效应晶体管和MOSFET之一。

可以设置可与线路连接的负载元件以用于生成流经该线路的预定电流。由此可以保证线路中的最小电流，使得借助于磁场传感器的确定可以变得容易。

该负载元件可以被设立为以预定方式、例如以预定频率或以其他公知变化曲线来使该预定电流变化，并且测量装置可以被设立为仅仅将由相应探头提供的电压的以预定方式变化的分量用于提供复电阻的控制电压。由此可以将该线路的电磁场同其他线路的电磁场区分开，使得可以进一步改善该线路的定位。

根据本发明，引导交变电压的线路可以借助于如下的方法来确定：该方法尤其是可以计算机程序产品的形式在处理设备上运行或者存储在计算机可读数据载体上。

附图说明

现在参考附图进一步阐述本发明，其中：

图1示出了测量装置的框图；

图2示出了图1的测量装置的一部分的变型；

图3示出了图1或2的测量装置的电极的布置；

图4示出了图1至3的测量装置处的电极的布置；

图5示出了施加模块；以及

图6示出了方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了测量装置100的框图。测量装置100是用于检测引导交变电压的导体、例如110V/60Hz或230V/50Hz线路或者例如12V/50-60Hz的低压线路的线路探测设备105的一部分。

时钟发生器110具有两个输出端，在所述输出端处提供经相移、优选相移180°的周期交变信号。该交变信号尤其是可以包括矩形、三角形或正弦信号。时钟发生器110的输出端与第一可控放大器115或第二可控放大器120连接。所述可控放大器115、120中的每个都具有被该放大器用来取得信号的控制输入端，所述信号控制可控放大器115、120的放大因子。第一可控放大器115的输出端与第一复电阻120连接，并且第二可控放大器120的输出端与第二复电阻130连接。每个复电阻125、130都例如可以以公知方式包括RC或LC构件。复电阻125和130的其余端子通过两个电阻135a、135b彼此连接。在一个实施方式中，取消电阻135a和135b，并且复电阻125、130的剩余端子直接彼此连接。在电阻135a和135b的彼此连接的端子处施加差分电压。

从彼此连接的电阻135a、135b延伸到输入放大器140的连接。输入放大器140是以恒定的放大因子示出的；但是在其他实施方式中，输入放大器140的放大因子也可以是可控的。由此例如可以影响以及例如根据测量装置100的测量参数来控制测量装置100的空间分辨率和/或灵敏度。

输入放大器140的输出端与同步解调器145连接。同步解调器145还与时钟发生器110连接并且从其接收时钟信号，该时钟信号指示在时钟发生器110的输出端处提供的信号的相位。在由时钟发生器110提供的信号为对称矩形信号的简单实施方式中，可以将输出信号之一用作时钟信号。同步解调器145基本上基于由时钟发生器110提供的时钟信号将从输入放大器140接收的测量信号交替地切换到其上部输出端或其下部输出端。

同步解调器145的两个输出端与积分器（积分比较器）150连接，该积分器在此示例性地被构造为与两个电阻和两个电容器连接的运算放大器的形式。其他实施方式同样是可能的，例如作为有源低通。还可以设想积分比较器150的数字实施方式，其中同步解调器的输出端处的信号在半波内的一个/多个时刻被模数转换，并且然后与来自下一个半波的相应值相比较。该差被积分并且例如再次被转变成模拟信号，并且被用于控制放大器115、120。在同步解调器145在其下部输出端处提供从输入放大器140接收的测量信号期间，积分器150随时间对该信号积分并且在其输出端提供结果。在同步解调器145在其上部输出端提供从输入放大器140接收的测量信号期间，该测量信号被积分器150反相地随时间积分并且结果在积分器150的输出端处被提供。积分器150的输出端处的电压是同步解调器145的经低通滤波的输出端的差。

通过可在电阻135a、135b之间截取的差电压，可以检测复电阻125和130之间的阻抗差。如果复电阻125、130的阻抗一样大，则在同步解调器145的输出端处提供的信号在时间平均值方面是一样大的，并且在积分器150的输出端处提供趋于零（地）的信号。但是电阻125、130的阻抗有差异，使得在同步解调器145的输出端处提供的信号在平均值方面不相等，并且在积分器150的输出端处提供正或负的信号。

由积分器150提供的信号通过接线端子155被提供用于进一步处理。微处理器165附加地可以与可控放大器115、120的控制输入端连接。微计算机165执行将所提供的信号与阈值相比较，并且在输出端170处输出指示金属对象的信号。该信号可以以光学和/或声学方式被呈现给线路探测设备105的用户。

此外，微计算机165可以进一步处理从可控放大器115、120的控制输入端截取的信号，并且根据该信号控制测量装置100的参数。例如可以使时钟发生器110的输出端处的交变电压的频率或信号形状变化，或者改变接收放大器140的灵敏度。在另一实施方式中，通过微计算机165来实现测量装置100的所示元件中的另外的元件，譬如时钟发生器110、同步解调器145或积分器150。

积分器150的相同信号还被用于控制可控放大器115和120的放大因子，其中第二可控放大器120直接与积分器150的输出端连接，并且第一可控放大器115借助于反相器160与积分器150的输出端连接。反相器160导致提供给其的信号的反相，使得根据积分器150的输出信号，第一可控放大器115的放大因子增加的程度与第二可控放大器120的放大因子减小的程度相同，或反之亦然。也可以设想，仅仅控制两个可控放大器115、120之一的放大因子，而第二可控放大器115、120的放大因子被保持为固定值。

测量装置100的到此为止所描述的部分是推挽测量桥，借助于所述推挽测量桥可以执行对两个复电阻125和130的阻抗的差分确定。当复电阻125和130的阻抗彼此相差多于预定的程度时，则在输出端170处输出信号。在本测量装置中，通过差分测量复电阻125、130的阻抗，同样与两个复电阻有关的干扰影响、譬如温度或老化影响通过两个复电阻125、130的相应改变被补偿。

为了能够将所述推挽测量桥用于确定引导交变电流的导体，测量装置100包括下面更确切描述的另一电路部分，该另一电路部分用于根据交变电磁场影响第二复电阻130，使得可以确定引导交变电流的导体。

第二复电阻130可以借助于控制电压来改变。例如，可变第二复电阻130可以是电容二极管、双极晶体管、场效应晶体管（FET）或MOSFET以用于以电压控制的方式改变其阻抗。第二复电阻130的控制电压通过探头175来提供，该探头175位于引导交变电压的导体180的区域中。导体180是交变电压电网的一部分，该交变电压电网在高伏特范围中例如以110、230或380V来运行或者在低伏特范围中例如以大致6V、12V或24V来运行。存在于引导交变电压的导体180的区域中的电磁场作用于探头175，使得在探头175处可以通过优选高欧姆的测量截取交变电压信号。探头175在第一实施方式中可以包括用于接收电场的电极177，或者在第二实施方式中包括例如基于霍尔传感器或GMR传感器的变型的磁场探头179。

交变电压信号可选地借助于带通185被限制于预定的频率范围，并且同样可选地在其作为控制电压施加在可变第二复电阻130处以前借助于放大器190被放大。带通185也可以抑制由探头175提供的电压的分量，该分量以与预定方式不对应的方式变化。该方式譬如可以包括具有预定占空比或预定频率的正弦或矩形变化。如下面参考图5进一步阐述的那样，该抑制可以与导体180区域中的电磁场的变化的有针对性的产生以预定方式相组合，以便易于将通过探头175确定的电磁场的分量分配给线路180。在另外的实施方式中，抑制功能也可以在带通185之外例如通过放大器190来实现。

放大器190和带通185也可以交换其位置。另外，可以在探头175与第一复电阻125之间的信号链中设置图1中未示出的整流器。可选地设置反相放大器195，以便与第一复电阻125相反地改变第二复电阻130。在另一未示出的实施方式中，第二复电阻130也可以借助于调节元件来改变，使得用户例如可以改变第二复电阻130。

带通185可以作为高通和低通的组合来实现；在一个可替代的实施方式中，也可以替代于带通185仅仅设置高通或仅仅设置低通。在一个实施方式中，相应带的极限频率被选择为使得交变电压信号优选地以与交变电压电网的工作频率相对应的频率被转发，其中导体180是所述交变电压电网的一部分。工作频率例如可以为50Hz或60Hz，这在欧洲或北美的交变电压电网中是常见的。在一个实施方式中，带通185的下限频率稍微低于50Hz并且上限频率稍微高于60Hz，以便检测两个工作频率而抑制偏离的工作频率。

如果探头175位于引导交变电压的导体180的区域中，则元件115至170的上述推挽测量桥受到干扰，其方式是将复电阻125、130的阻抗置于如下的比例：该比例不同于在没有引导交变电压的导体180的情况下存在的比例。从可以在施加于输出端170上的信号处读出的变化中可以推断出导体180。

图2示出了图1的测量装置100的一部分的可替代的实施方式。示出了在图1中处于放大器115、120和140左边的片段。与图1中所示实施方式不同，电阻135a和135b在此被共同的电阻135代替。此外，除了第二复电阻130以外还可以控制、而且借助于另一控制电压来控制第一复电阻125，该另一控制电压借助于引导交变电压的导体180的区域中的另一探头205来提供。在此，该另一探头205具有与探头175相同的类型，即在探头175是电极177的情况下包括另一电极207，并且在探头175是磁场探头179的情况下包括另一磁场探头209。一般而言，该另一控制电压与上述控制电压以相同的方式被制备。如上面参考图1所阐述的那样，该另一控制电压也可以借助于带通185和放大器190来制备，以及借助于未示出的整流器被转换成直流电压。

探头175和205并排放置。如果线路探测设备105以水平方形行进，使得首先探头175并且稍后另外的探头205比分别另一探头175、205更接近引导交变电压的导体180，则施加在微计算机165处的电压相对于之前选择的参考电势的差在探头175、205同样接近导体180的时刻经历符号改变。参考电势例如可以为地（0V）或者测量装置100的工作电压的一半。该符号改变可以被探测并且借助于合适的显示设备向线路探测设备105的用户显示。导体180的精确位置由此可以以高精度相对于两个探头175、205来确定。

通过在图2的实施方式中借助于探头175、205实现的差分测量，在确定结果中省去了同样地与两个探头175、205有关的干扰影响。这样的干扰影响例如可以通过线路探测设备105的元件或用户本身来形成，其中该用户记录环境交变电磁场并且将其在测量装置100的区域中输出。

图3示出了图2的测量装置100的电极177、207形式的探头175。电极177、207相对于线路180相叠地布置。在另一电极207之下在电极177、207的朝向线路180的侧上存在电干扰元件305，其例如可以包括测量装置100的用户。在电极177与207之间布置屏蔽电极310，其具有比两个同样大的电极177和207更大的面。屏蔽电极310处于参考电势，该参考电势相对于施加在电极177和207处的交变电压为地。

如上面参考图2所述那样，线路探测设备105以电极177、207和310在水平方向上移动经过导体180。在此，同样得出施加在微计算机165处的电压之差的上述电压变化曲线。在此，干扰元件305的电影响保持限制于另一电极207，使得可以区分干扰元件307的影响和导体180的影响。

图4示出了图2或3的测量装置100处的电极177、207的另一布置。与图3所示的实施方式不同，在此取消了屏蔽电极310。

图5示出了包括被构造为可变电阻的负载模块510的施加模块505，该负载模块510与驱动器515连接，该驱动器515借助于微控制器520来控制。负载模块510与导体180的两个电线路芯525a和525b连接并且对存在于导体180中的电网电压构成电负载，使得在线路芯180a和180b中有电流I流动。由此在导体180的区域中激励或放大磁场B，该磁场在作为线圈示出的探头175中被接收。磁场B依赖于流经线路芯525a和525b的电流I，并且由此依赖于负载模块510的电阻的大小。

图6示出了方法600的流程图。在第一步骤605中，在复电阻125和130的第一接线端子处借助于时钟发生器110和可控放大器115、120生成两个经相移的交变电压。

在随后的步骤610中，将交变电压控制为使得施加在复电阻125和130的彼此连接的第二接线端子处的差电压的与交变电压时钟同步的交变电压分量按照绝对值被最小化。通过该过程，来自图1的包括元件110至170的推挽测量桥被平衡。

在也可以与步骤605和610并行地运行的另一步骤615中，借助于电极175根据导体180所感应的交变电磁场来提供控制电压。该控制电压在步骤620中被用于改变第二复电阻130。

在随后的步骤625中，当推挽测量桥必须与以前不同地被平衡时，检测到导体180。换言之，当可控放大器115和120的交变电压的比例不对应于复电阻125和130在没有引导交变电压的导体180的情况下的阻抗的比例时，检测到导体180。

通过如下控制电压导致阻抗的比例的重新平衡或改变，该控制电压指示了电极175位于引导交变电压的导体180的交变电磁场的区域中。

Claims (11)

1.用于检测引导交变电压的导体（180）的测量装置（100），其中该测量装置（100）包括下列各项：

－电压源（115,120），其用于生成两个经相移的交变电压；

－两个复电阻（125,130），其具有与所述交变电压连接的第一接线端子、以及彼此连接并且上面施加有差电压的第二接线端子；

－控制设备（110－120,145-160），其用于将所述交变电压控制为使得所述差电压的与所述交变电压时钟同步的分量按照绝对值被最小化；

－其中控制设备（110－120,145-160）被设立为在所述交变电压的比例不对应于复电阻（125,130）在没有导体(180)的情况下的比例时检测到导体(180);

其特征在于，

－第二复电阻（130）能够借助于控制电压来改变；以及

－设置有探头（175），其用于根据由导体（180）感应的交变电磁场来提供所述控制电压。

2.根据权利要求1所述的测量装置（100），其特征在于，探头（175）包括电极（177）和磁场传感器（179）之一。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置（100），其特征在于，第一复电阻（125）同样是可变的，并且设置设备（195），该设备（195）用于与第二复电阻（130）的改变相反地改变第一复电阻（125）。

4.根据权利要求1或2所述的测量装置（100），其特征在于，第二复电阻（130）能够借助于另一控制电压改变，并且在引导交变电压的导体（180）的区域中设置另一探头（205）以用于提供该另一控制电压。

5.根据权利要求1或2所述的测量装置（100），其特征在于，引导交变电压的导体（180）是交变电压电网的一部分，并且设置有高通以抑制控制电压的低于极限频率的分量，所述极限频率低于交变电压电网的工作频率。

6.根据权利要求1或2所述的测量装置（100），其特征在于，引导交变电压的导体（180）是交变电压电网的一部分，并且设置有低通以抑制控制电压的高于极限频率的分量，所述极限频率低于交变电压电网的工作频率。

7.根据权利要求1或2所述的测量装置（100），其特征在于，复电阻（125,130）之一包括电容二极管、双极晶体管、场效应晶体管和MOSFET之一。

8.根据权利要求1或2所述的测量装置（100），其特征在于能够与导体（180）连接的用于生成流经该导体（180）的预定电流（I）的负载元件（510）。

9.根据权利要求8所述的测量装置（100），其特征在于，负载元件（510）被设立为以预定方式使所述预定电流变化，并且测量装置（100）被设立为仅仅将由探头（175）提供的电压的以所述预定方式变化的分量用于提供所述控制电压。

10.用于检测引导交变电压的导体（180）的方法（600），包括下列步骤：

－在两个复电阻（125,130）的第一接线端子处生成（605）两个经相移的交变电压；

－将所述交变电压控制（610）为使得施加在复电阻（125,130）的彼此连接的第二接线端子处的差电压的与交变电压时钟同步的交变电压分量按照绝对值被最小化；

－根据由导体（180）感应的交变电磁场来提供（615）控制电压；

－根据所述控制电压改变（620）第二复电阻；以及

－在所述交变电压的比例不对应于所述复电阻在没有引导交变电压的导体（180）的情况下的阻抗的比例时检测到（625）导体(180)。

11.用于检测引导交变电压的导体（180）的系统，包括下列装置：

－用于在两个复电阻（125,130）的第一接线端子处生成（605）两个经相移的交变电压的装置；

－用于将所述交变电压控制（610）为使得施加在复电阻（125,130）的彼此连接的第二接线端子处的差电压的与交变电压时钟同步的交变电压分量按照绝对值被最小化的装置；

－用于根据由导体（180）感应的交变电磁场来提供（615）控制电压的装置；

－用于根据所述控制电压改变（620）第二复电阻的装置；以及

－用于在所述交变电压的比例不对应于所述复电阻在没有引导交变电压的导体（180）的情况下的阻抗的比例时检测到（625）导体(180)的装置。