CN104137161A - 金属导体扰动检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

检测金属导体(34)中的扰动的方法，包括如下步骤：提供电感传感电路(12)，所述电感传感电路与具有可监控电感的金属导体(34)机械连接且电连接；基于外加到金属导体(34)上的电磁场和内部产生的电路振荡来调谐电感传感电路(12)；以及当来自经调谐的电感传感电路(12)的经调谐的输出信号由于金属导体(34)的至少部分的添加或移除引起的金属导体(34)的电感变化而变得失谐时，输出报警信号。还提供了用于这种方法的金属导体扰动检测装置(10)，所述装置(10)包括振幅和/或频率可调谐的电感传感电路(12)以及基于电感传感电路(12)的输出来输出报警信号的报警电路(16)。

Description

金属导体扰动检测装置和方法

技术领域

本发明涉及金属导体扰动检测装置，并且涉及检测金属导体中或金属导体附近的扰动的方法。

背景技术

由于它们快速增长的价值，在诸如远程通信站点和运输站点的金属基础结构中诸如铜或铝的金属导体的窜改和/或移除的事件近年来不断上升，因此变成世界范围的问题。

另外，能够监测由于腐蚀或意外加害导致的金属导体的自然降解将是有益的。

在对抗这种金属导体的广布盗窃的努力中，已经提议了多种解决方案。这些解决方案通常能够划分成三类：防止窃贼或未经许可的人接近或进入站点；检测在站点的窃贼或未经许可的人；以及捕捉在事件之后接收到非法移除的材料的窃贼或‘操作者’。

防止通常包括安全围栏，包括电子围栏，但是经证实在防止所确定的窃贼进入方面无效。

检测主要利用用于检测在站点的窃贼的所确定的‘传统’安全技术。所使用的技术是主监控CCTV、移动和声音传感器。监控站点CCTV能够提供在站点有窃贼的通知，但是不确认何物被移除。此外，该技术对于大多数站点成本仍过高。诸如移动和声音传感器的装置有在这种站点环境下发出错误警报的倾向，例如由于动物经过站点，这增加了操作成本和不便性。

第三种方法是确保在事件之后捕捉到窃贼或操作者。在该领域最成熟的方法和技术是：SmartWater RTM，其提供了对失窃材料的不可见追踪并且经证实对于失窃材料的再出售寻址方面非常有效；在护套/外壳上印刷所有者标识，这是威慑，但是作为惯常做法能够被烧掉；以及‘Land Mines’，其收容可见和/或不可见的颜料并且当窃贼处于未经许可区域中时由于被扰动而引爆。该后述布置是近期发展的，其也将有助于对窃贼进行标识。

发明内容

本发明落入检测的类别，从而目的在于一当初便防止或限制金属导体的移除和/或损害，并且因此提高安全性且减少操作停机时间。

根据本发明的第一方案，提供一种检测金属导体中的扰动的方法，所述方法包括如下步骤：提供电感传感电路，所述电感传感电路与具有可监控电感的金属导体机械连接且电连接；基于外加到所述金属导体上的电磁场以及内部产生的电路振荡来调谐电感传感电路；以及当来自经调谐的电感传感电路的经调谐的输出信号由于金属导体的至少部分的添加或移除引起的金属导体的电感的变化而变得失谐时，输出报警信号。

在权利要求2至15(包含权利要求2和15)中阐述了本发明的第一方案的优选的和/或任选的特征。

根据本发明的第二方案，提供一种用于检测金属导体中的扰动的方法的金属导体扰动检测装置，所述装置包括：振幅和/或频率可调谐的电感传感电路，其与所述金属导体机械连接且电连接；以及报警电路，其基于由于金属导体的至少部分的添加或移除引起的电感传感电路的输出而输出报警信号。

在权利要求17至27(包含权利要求17和27)中阐述了本发明的第二方案的优选的和/或任选的特征。

根据本发明的第三方案，提供一种用于检测金属导体中的扰动的金属导体扰动检测装置，所述装置包括：电感传感电路，其包括变压器，所述变压器具有第一和第二初级绕组以及次级绕组；以及可调谐振荡器，其与所述变压器的第一初级绕组电连通，所述第二初级绕组能够与金属基础结构机械连通且电连通，并且所述次级绕组能够基于金属基础结构的第一状态而输出经调谐的输出信号，并且基于由于所述金属导体的至少部分的添加或移除而引起的金属基础结构的第二状态而输出失谐的输出信号。

根据本发明的第四方案，提供一种与金属基础结构机械连通且电连通的金属导体扰动检测装置，所述装置包括：电感传感电路，所述电感传感电路包括变压器，所述变压器具有第一和第二初级绕组以及次级绕组；以及可调谐振荡器，其与所述变压器的第一初级绕组电连通，所述第二初级绕组与所述金属基础结构机械连通且电连通，并且次级绕组基于金属基础结构的未窜改状态而输出经调谐的输出信号以及基于金属基础结构的窜改状态而输出失谐的输出信号。

根据本发明的第五方案，提供一种检测金属导体中的扰动的方法，所述方法包括如下步骤：提供电感传感电路，所述电感传感电路与具有可监控电感的金属导体电连接；基于外加在金属导体上的电磁场和内部产生的电路振荡来调谐电感传感电路；以及当来自经调谐的电感传感电路的经调谐的输出信号由于金属导体的至少部分的添加或移除引起的金属导体的电感的变化而变得失谐时，输出报警信号。

根据本发明的第六方案，提供一种检测金属导体中的扰动的方法，所述方法包括如下步骤：提供电感传感电路，所述电感传感电路与具有可监控电感的金属导体电连通且机械连通；通过利用对金属导体外加电磁场的振荡器来调谐电感传感电路；以及当来自经调谐的电感传感电路的经调谐的输出信号由于所述金属导体的至少部分的添加或移除引起的金属导体的电感的变化而变得失谐时，输出报警信号。

附图说明

现在将参照附图通过实施例的方式更具体地描述本发明，在附图中：

图1a示出了依照本发明的第二方案且显示有为清晰而标识出的电路模块的金属导体扰动检测装置的第一实施方案的电路图；

图1b示出了图1a的电路图，为清晰而参照了电路组件；

图2是示出了通过图1a和图1b的金属导体扰动检测装置所监控的金属导体的电表征的电路图；

图3示出了依照本发明的第一方案的金属导体扰动检测装置与金属基础结构之间的连接的第一实施例的电路框图，金属基础结构包括至少一个金属导体；

图4示出了依照本发明的第一方案的金属导体扰动检测装置与金属基础结构之间的连接的第二简化实施例的电路框图，金属基础结构包括至少一个金属导体；

图5示出了还是依照本发明的第一方案的金属导体扰动检测装置与包括至少一个金属导体的金属基础结构之间的连接的第三实施例的电路框图，其中在装置与导体之间仅需要单个连接；

图6示出了依照本发明的第二方案的金属导体扰动检测装置的第二实施方案；

图7示出了依照本发明的第二方案的金属导体扰动检测装置的第三实施方案；以及

图8示出了依照本发明的第二至第五方案的金属导体扰动检测装置的第四实施方案。

具体实施方式

首先参考本发明的图1a和图1b，示出了金属导体扰动检测装置10的第一实施方案，其包括电感传感电路12、与电感传感电路12的输出连接的滤波器电路14以及基于滤波器电路14的输出而输出报警信号的报警电路16。装置10优选地进一步包括驱动器电路18，其用于驱动电感传感电路12、滤波器电路14和/或报警电路16，以及另外地或可选地包括电压调节电路20。

读出线22经由位于传感电路12左侧的瞬间按钮测试开关SW进入传感电路12。

实现从测试开关SW到形成传感电路12的调谐电路24的部分的可调谐电容器C1的连接。对于本实施方案，可调谐电容器C1具有9微微法拉和180微微法拉之间的值范围，并且被用来调节或将装置10与形成待监控的金属基础结构26的部分的金属导体耦合。

如果认为电路的正确工作期望或需要额外的稳定性，则在可调谐电容器C1的输入与装置10的B-之间的2MΩ的电阻器R可用来切断外加到地的信号的一部分，从而限制传感电路将具有的初始增益并且防止其变得饱和。

可调谐电容器C1与晶体管Q1的基极连接，在该实例中晶体管Q1是NPN小信号晶体管，并且其形成了传感电路12的放大/振荡电路28的第一级。

近似200KΩ的偏压电阻器R2从晶体管Q1的集电极结连接到基极结以提供晶体管Q1的所需偏压。

从B+到晶体管Q1的集电极的5KΩ电阻器R3提供了晶体管Q1处的电压调节。

还期望的是，根据应用，如果用于第一所述晶体管Q1的基极的过饱和风险会变成问题的应用，则从晶体管Q1的基极连接到地采用近似100KΩ的分流电阻器R4以进一步稳定装置10。

在使用时，既定频率和振幅的进入信号与包括晶体管Q1的放大/振荡电路28所产生的本地振荡相混合。然后，信号经由近似1.5毫微法拉的固定陶瓷电容器C2馈送到第二晶体管Q2的基极结，其中组合信号仍旧进一步以与晶体管Q1相同的方式和配置来放大。

采用提供从集电极到基极的偏压的50KΩ电阻器R5，并且在晶体管Q2上优选地使用在B+与集电极结之间的2.1KΩ电阻器R6。

在该点处的输入信号已由放大/振荡电路28充分放大且直接馈送到用作输出增益控制的100KΩ的低漂移数字电位器(pot)P1。100KΩ的pot P1经由极高值的电阻器R7与B-连接，在本实例中电阻器R7具有15MΩ的值，但是电阻值可小至2MΩ并且仍得到良好的结果。

然后，将100KΩ的pot P1的接帚(wiper)馈送到称为LED 1的第一LED的阳极，以提供装置10的操作状况的一种形式的可视指示。LED 1的阴极连接与滤波器电路14的可调谐的带通滤波器30连接，带通滤波器30与所述LED 1的输出和B-并联。

在该实例中与放大/振荡电路28的输出连通的滤波器电路14包括100μH的线圈32，其与5.3KΩ的电阻器R8串联至B-。0.3毫微法拉的可变电容器C2与线圈32和电阻器R8并联。因此，如果对于具体应用需要改变带通滤波器30的特性，则能够通过改变相对于线圈电感的电容来调谐滤波器电路14的带通滤波器30。

另一阴极还连接到形成装置10的驱动器电路18的部分的驱动器晶体管Q3的基极结。驱动器电路18用于调节输出到报警电路16的光隔离器O1的工作状况。

在正常工作状态下，驱动器晶体管Q3理想地处于全导通状态和全关断状态之间的中途的半导通状态，从而提供零位状态。要实现期望的调整，称为LED 2的第二LED提供作为用于调谐目的的可视指示器。

通过经由电压调节电路20进行调谐电路24的可调谐电容器C1、滤波器电路14的100KΩ增益pot P1以及B+的调整，能够实现装置10的正确调谐，并且能够使装置10处于敏感状态。

优选地，通过与B+电压源和装置10的放大/振荡电路28串联的1KΩpot P2能够调整馈送装置10的正电压B+。实际上，该pot P2通常被调整到某理想的或最优值并且在此后需要现场的极少调整或者不需要现场调整，其中将装置10调整至调谐状态的主要手段是通过对调谐电路24的可变电容器C1和滤波器电路14的100KΩ的输出增益pot P1进行调整。

为了防止对LED 2造成损害，提供了与LED 2的阳极串联的800Ω的电阻器R9来限制可能有损害性的电流。在这点上，光隔离器O1被偏压到导通状态，其中偏压穿过附加晶体管Q4来驱动设置于报警电路16中的光继电器OR1、OR2。

参考图2，将对形成金属基础结构26的部分的金属导体34的电表征以及传感电路12的调谐电路24如何与其连接进行说明，金属导体34的电表征诸如远程通信天线柱或站点、例如变电站的公共事业服务站点、和/或例如铁路发信站点的运输站点。

在该实例中，金属导体34接地，诸如在接地网中所见的。被监控的金属导体34例如由铜制成且通常具有一定长度，如果导体34位于地面略上方或在地面内，则其具有特定的天然电感以及天然电容。因为金属导体34由于与空气和/或土壤相接触而形成了氧化层，所以氧化物层形成了微小电容。

金属导体34还具有天然电阻，取决于所述导体34的长度。如果具有较大的长度，则电阻能够极低或者可超过1Ω或更多。然后，可以得出，由于电感、电容和电阻(下文称为‘LC&R’)的存在，该结构将会由于LC&R的存在而趋向于形成经调谐电路。

存在于地内的是过量的杂散电流，既有天然的也有人工的，以及能够进入低射频或RF频谱的低频和高频交流的存在。由于其与地连通，在金属基础结构26中感应出这些电流和电压。公知的是，这些电压和电流能够通过电压击或示波器从金属导体34中读出，并且能够读取频率和振幅。这些电流和电压构成了在以某种方式扰动基础结构26的金属导体34的情况下能够监控变化的手段的部分。

装置10的完整电路还产生能够在地基础结构26上测量到的振荡，并且在本发明中与已经存在于待监控的金属导体34之中或之上的信号相结合以便检测所发生的任何变化。

在金属导体34受到扰动的情况下，诸如移除或损害其一部分，通过装置10接收到外加频率的电压和振幅的变化，使得产生报警条件。还应理解的是，外加频率的电压和振幅的变化，或者换言之所监控的金属导体34的导电特性的变化，还能够由于金属导体34的天然腐蚀和/或来自于金属导体34紧邻处的主体的天然腐蚀而引起。在该情况下，也发生报警条件。

图3示出了布置为监控被监控基础结构26的接地的金属导体34的金属导体扰动检测装置10的第一实施例。装置10的调谐电路24的输入经由电读出线、导线或电缆22与接地网的一部分机械连接，在该实施例中图示为与用作站点的单个主接地点的电力服务入口箱40的接地端子38连接。

从电源42(在该实例中例如为电池厂)向装置10以及可能的现场的其他电子设备供电，另一电线44通常用来将电源42接地。这可以是如图3所示的正接地，或者如图4所示的负接地。

在本发明的一些应用中，与电池厂或其他电源42以及与装置10的第二连接还用作用于监控被监控基础结构26的所述或另一金属导体34内的变化的第二读出路径。

汇电杆或天线柱接地汇流排46形成了被监控基础结构26的部分并且与一个或多个金属导体34电连通。各种结构处于接地电位并且与天线柱汇流排46互连且接地。通常地，这些结构经由既埋置在地内又在地上的合理大的直径的铜电缆连接或接合在一起以及与接地汇流排46连接。在一些应用中，远离服务入口网40的另一接地网与天线柱接地汇流排46和服务入口接地38两者连接或接合，从而形成接地环路。通常，在这样的网络中，在基础结构26内将存在一个或多个接地环路50，如图3的附图所指示的。当基础结构26的任何部分被窜改或移除时，基础结构26内的外加信号的振幅和/或电感通常发生相应的变化，如之前所述，该变化触发装置10中的报警条件。

参考图4，示出了金属导体扰动检测装置10与具有一个或多个金属导体34的被监控基础结构26的连接的第二实施例。图4的布置是图3的简化版，其中省去了如之前所描述的另一接地网。调谐电路24的输入经由电读出电缆、电线或导线22与配电板或其他服务入口单元40机械连接。电源42优选地接地到汇流杆或天线柱接地汇流排46，如之前所述。因此，操作方式与上文的第一实施例非常相似。

图5示出了金属导体扰动检测装置10与具有一个或多个金属导体34的被监控基础结构26的连接的第三实施例。在该实施例中的互连与之前的两个实施例中的不同。在该情况下，电池厂或电源42可以相对于金属基础结构26独立或‘浮动’。因此，仅需要经由调谐电路24到待监控基础结构26的单个连接。当装置10因此已经被正确地调整时，其能够仅通过到装置10的单个连接来检测所述基础结构26内的变化。

现在参考图6，现在将对金属导体扰动检测装置10的第二实施方案进行说明。相似的标记指代与第一实施方案中的相似或相同的部件，因此，将省去对它们的进一步详细的说明。为易于参照省去了来自光隔离器O1的驱动器电路18的一部分和报警电路16，因为这些与图1a和图1b中的那些匹配或基本匹配。装置10包括传感电路12、滤波器电路14、电压调节电路20、驱动器电路18和报警电路16，如之前所述。传感电路12包括调谐电路24和改进的放大/振荡电路28。主要区别存在于改进的传感电路12。

在该实施方案中，传感电路12已经改造而包括在调谐电路24的输入处的感应拾取线圈52。拾取线圈52经由毫微法拉或微微法拉数量级的小值的第二电容器C3连接在可调谐电容器C1的输入与B-之间。该无线连接器容许装置10用在与待监控基础结构26的直接机械连接被视为危险或者非期望的环境中，例如为AC或DC供电的，或者是另一信号类型的。当遭遇这种局限性时，发现在图6所示的构造中采用拾取线圈52得到了极好的结果。

在一定程度上包含电屏蔽也是有益的，从而防止或限制装置10的电路由于寄生RF干扰而变得饱和。

现在参考图7，将对金属导体扰动检测装置10的第三实施方案进行说明。同样地，相似的标记指代与第一和第二实施方案中相似的或相同的部件，因此将省去对它们的进一步详细的说明，如同图6一样，为清晰起见省去了来自光隔离器O1的驱动器电路18的一部分和报警电路16，因为这些与图1a和图1b中的那些匹配或基本匹配。

第二实施方案的装置10包括传感电路12、滤波器电路14、电压调节电路20、驱动器电路18和报警电路16，如之前所述。传感电路12包括调谐电路24以及另一改进的放大/振荡电路28。主要区别还是在于另一改进的传感电路12。

另一改进的传感电路12包括在调谐电路24的输入处的感应拾取线圈52以及反馈线圈54。来自滤波器电路14的输出信号的一部分取路径返回到调谐电路24的输入并且使得以与再生反馈电路相似的方式感应地作用于拾取线圈52上。因此，使得传感电路12对于外部RF信号非常敏感。

应当理解的是，可以使用上述实施例和实施方案的组合。

在使用时，金属导体扰动检测装置10的优选的实施方案提供了从外部金属基础结构26到调谐电路24的单一连接，并且调谐电路24使用可变电容器C1来辅助调谐。

待监控的基础结构26的金属导体34拥有RC&L的品质并且因此可被处理为调谐或可调谐电路。

虽然在这些情况下金属导体34可以某种方式接地，如上所述的，其依然受周围RF和存在于大气中和大地内的其他形式的电磁场影响。

通过从滤波器电路14的输出级经由B+轨线或迹线返回到输入级的反馈，在装置10内内部地产生电振荡。

通过经由例如相应的电位计以及借助例如可变电容器的调谐电路24来调整滤波器电路14和电压调节电路20，能够将振荡频率调节至产生谐振条件的点。装置10首先被供给能量并且被调整至其中装置10接近于理想谐振条件的状态。随着调谐电路24的可变电容器C1变化，来自外部电路的振幅增加。在某点处，该振幅将开始影响传感电路12的自然振荡。这是由于通过经由可变RC&L基础结构26到达晶体管Q1的外加信号的振幅增加使得晶体管Q1的基极的饱和度而引起的。在某点处，该饱和将影响传感电路12的自然频率，由此，改变传感电路12的频率使得传感变得非常敏感并且可被视为处于接近理想谐振条件。如果来自外部基础结构26的过大量的振幅馈送到晶体管Q1的基极，则基极变得过度饱和并且将传感电路12置于全饱和，其中所测量的外部基础结构26内的变化不再能检测到。因此，重要的是，能够由电压调节电路20有益地设定的B+的理想设定以及放大/振荡电路28与外部基础结构26之间的耦合量维持在最优值以确保总是维持理想的灵敏度。

可调谐带通滤波器30与放大/振荡电路28的输出连通，并且设定成允许仅某带宽的频率通过，而衰减非期望频率。

当装置10连接到待监控的金属基础结构26时，装置10必须按如下方式进行调谐：从外源外加于金属基础结构26上的电磁场和通过装置10的电路产生的内部产生的振荡两者在装置10内结合以产生易于通过带通滤波器30的输出频率。

对于本发明的电路的正确工作，频率和振幅两者都重要。

主要通过调整装置10的输入处的调谐电路24的可变电容器C1来控制振幅。可变电容器C1调节从金属基础结构26到达放大/振荡电路28的信号量。

当装置10已被调谐至期望的工作状态时，即，驱动器电路18的晶体管Q3的输出驱动器被偏压至导通或半导通状态而使得不产生报警条件，装置10被视为处于“待命模式”。

如果金属基础结构26的部分以在基础结构26内发生电感变化的方式受损、移除或受干扰，则该变化影响基础结构26的谐振条件，还影响存在于基础结构26内的检测电磁场的振幅。

这些变化将不利地影响放大/振荡电路28的振幅和内部产生的频率，从而改变馈送到滤波器电路14的带通滤波器30中的输出信号。

这些变化或者会增大振幅和频率，或者会减小振幅和频率，这取决于外部变化的性质。因此，这样改变了从带通滤波器30穿过到达驱动器晶体管Q3的信号的电平。

根据变化的性质，带通滤波器30可以使更多或更少的信号通过。驱动器电路18将进入高状态或低状态，取决于发生的变化的性质。如果驱动器电路18变高，例如由于振幅的急剧增加，允许更多的信号通过带通滤波器30，如LED 2的强度的突然增加所看到的。影响了驱动器电路18的零位设定状态，并且一个光继电器OR1、OR2将通过进入开路状态来响应。如果驱动器电路18由于外加信号的振幅的急剧减小而变低，则来自放大/振荡电路28的输出频率未落入带通滤波器30的频谱内，并且到达晶体管Q3的基极的偏压信号的限制致使晶体管Q3关断或大概如此，因此致使零位状态被中断。另一个光继电器OR1、OR2将通过进入开路状态而响应，并且因此产生了第二报警条件。在各情况下，通过激活报警条件，报警电路16被激励而输出报警信号。优选地，报警电路包括用于将报警信号输出到装置外位置的发射器。

应当理解的是，光继电器OR1、OR2可配置为根据应用在报警条件下产生闭合状态。

在该电路连接的且具有待监控的一个或多个金属导体34的典型的接地基础结构26中，通常存在数个“接地环路”。接地环路被定义为与单个点连通的并联接地结构，金属导体34将结构互连以形成所有结构都能够联合在一起的单个接地点。从电气角度看，具有互连导体34的结构趋向于形成形成了基础结构26的总电感的并联电感。当通过基础结构26形成的整体电感网络的任何部分被移除时，电感变化。这些变化能够将其自身显现为外加RF、电磁场或与接地网络相互作用的外加RF和电磁场的谐振频率或振幅的变化，从而致使网络改变其RC&L特性。RC&L特性的变化引起装置10的谐振条件的交感响应或变化，从而改变装置10正在工作中的频率。通过将装置10细致调谐到接近谐振条件，易于经由带通滤波器30来识别主要是之前调谐的信号的失谐的该交感响应或变化。

根据接地基础结构26的哪个部分已被移除或改变，由之前设定的谐振条件引起的调谐信号由于传递较高谐振状态(视为全导通状态)的网络而变得失谐，或者谐振条件由于传递较低谐振状态(视为关断状态)的网络而变得失谐。在任一情况下，滤波器电路14识别该失谐，并且能够经由报警电路16产生报警，从而警告其他人，在监控的基础结构26已经发生了这些变化。

利用第二和第三实施方案的拾取线圈52作为电感拾取件允许装置10无线地、感应地连接到接地基础结构26，从而对于其中任何金属导体34的扰动进行监控。

在该布置中，感应拾取线圈52基本上形成了放大/振荡电路28的部分，调谐电路24介于其间。由放大/振荡电路28产生的振荡在拾取线圈52内流动。当拾取线圈52如在图6所示的第二实施方案中并入时，使得拾取线圈52对外部无源电感、电容体和诸如RF和/或电磁的杂散环境场非常敏感。

在无源电感紧靠近拾取线圈52的情况下，无源电感受到放大/振荡电路28和拾取线圈52所产生的场的影响，其中两个电感趋于形成调谐电路。如果无源电感应受干扰，诸如由于移动，则无源电感的一部分被移除或其他方式受到干扰，则两个电感的感应关系的变化将在放大/振荡电路28内产生频率和振幅的偏移，从而使装置10落入更大或更小的谐振状态，从而如之前所述那样产生报警条件。

装置10优选地容纳在金属封壳内并且可根据需要方便地通过架子安装。

当需要并入感应拾取线圈52时，装置10能够与待监控的结构或外部电路并排放置。在该应用中，电路能够容纳在非金属封壳或组合式非金属或金属封壳中以容许在装置10与监控的基础结构26之间易于产生感应耦合。

还可能的是，根据需要，装置10的壳体可以为防风雨封壳，和/或可以与埋置导体34或金属结构并排埋置。在该后者情况下，如果埋置的导体34受干扰，诸如由于突然移除，则所有这三者的电感、频率、振幅或组合的变化将足以产生报警条件。

在改进的布置中，如果被监控的基础结构26被供给电流或者传送RF信号，则如上所述，当电磁场与存在于拾取线圈52内的振荡感应耦合时，两者将相互作用。如果发生显著的变化，诸如信号被中断或者电路以某种方式断路，则装置10的谐振条件将改变，从而以与如前所述的相同方式产生报警条件。

关于第三实施方案所提到的且与拾取线圈52有紧密感应关系的反馈线圈54的使用也是有益的，从而增加拾取线圈52内的灵敏度。这使能检测到在被监控网络内发生的甚至更微秒的变化。当装置10已被正确调谐时，由于反馈线圈54提供的附加感应反馈路径，使其进入极敏感谐振状态。当用于监控外部金属基础结构26时，被监控基础结构26的RC&L状态的甚至微小的变化将引起电路内的足以产生已经提及的期望的报警条件的变化，并且这样的变化可能是由于任何干扰引起的，包括诸如未经许可的人的具有电容的外来体的引入而与基础结构26紧密接近。因此，装置10能够用作接近度检测器。

如果拾取线圈52使用铁芯或铁氧体芯，则装置10能够敏感以检测距拾取线圈52几英尺距离内的磁场或金属物体的移动。在该布置中，拾取线圈52可用作检测由铁或钢构成的金属结构的移动的手段，因为这些金属趋向于拥有某种程度的自然磁性。

虽然调谐电路被描述为使用可变电容器，但是能够使用任何其他适合的电容调节装置。另外地，或可选地，使用可变电感器是可行的。在该情况下，两个感应耦合的并联线圈可以是可变电感器或形成可变电感器的部分。通过使线圈相对于彼此进行物理移动，能够改变电感。任选地，如果可变电感器使用铁氧体芯，则能够对芯进行调整以改变电感。

可以使用放大/振荡电路28的输出的带通滤波的其他方法，诸如采样比较器电路。当已经对与晶体管Q1的基极连通的B+和串联的可变电容器才1进行了适当调整时，容许一定带宽的频率通过带通滤波器30以驱动用来控制包括装置10的报警电路16的输出的第三晶体管Q3。假设这样是能够实现的，则能够使用任何适合的滤波器电路。

此外，可以按任何适当的方式来构造带通滤波器。通过举例的方式，电阻器R8可以是可变的，诸如为电位计的形式，线圈32可以是可变铁芯扼流器，和/或可变电容器C2可以是固定电容器。这些元件中的至少一个应当是可变的以使能进行调谐。然而，例如在安装之前调谐带通滤波器，然后固定组件以使得不可能或不需要进一步调谐，也是可能的。

现在参考图8，将对金属导体扰动检测装置10的第四实施方案进行说明。与之前的实施方案中使用的相同的标记指代相似或相同的部件，因此将生理对它们的详细说明。

为清晰起见，图8的电路图是简化后的。

装置10包括传感电路12、滤波器电路14、电压调节电路(未示出)、驱动器电路18和报警电路16，如之前所述。

传感电路12和滤波器电路14可以组合。该实施方案的滤波器电路14至少包括电容器64，从而有效呈现宽通带滤波器。附加的滤波器电路系统可用来提供更优选的窄通带滤波器。

在实施方案中的主要区别在于改进的传感电路12。

在该实施方案中，传感电路12已经被改造而包括串联缠绕铁磁谐振式变压器60，具有位于金属基础结构一侧的第一和第二初级绕组PW1和PW2以及位于报警电路一侧的次级绕组SW。

振荡信号，在该特定案例中优选地为34kHz，通过振荡电源或振荡器62提供给第一初级绕组PW1。这可与包括次级绕组SW和电容器64的LC电路或储能电路交感。虽然可能是交感，在当前的实施方案中，操作可能以半谐振频率或围绕半谐振频率而发生。其他频率也是可能的。振荡信号不处于变压器的特定谐振频率。已表明，振荡信号在20kHz至50kHz的范围内工作得很好，并且主要取决于所使用的特定的变压器60。

虽然是优选的，可不需要电容器64，但是这趋向于减弱灵敏度。

初级绕组PW1中的振荡信号诱发次级绕组SW处的电压。该电压与初级绕组PW1处的输入信号和经由读出线22与第二初级绕组PW2机械地、电地附接的金属基础结构26的感应影响成比例。振荡器经由第一和第二初级绕组PW1和PW2将电磁场外加于金属基础结构之上。

与第二初级绕组PW2机械地、电地附接的金属基础结构26的电感的任何后续的增大或减小引起次级绕组SW的输出电压和电流的可测量变化。通过减小或增大从振荡器62馈送到第一初级绕组PW1的信号的振幅和/或频率，能够对该输出进行微调。因此，振荡器62有效地形成了两部分式调谐电路24的第一部分24a。

在变型例中，通过添加与网络读出线22、金属基础结构26和/或第二初级绕组PW2串联或并联的可变电感器，能够对输出进行进一步微调。

对馈送到第一初级绕组PW1的信号的振幅进行调整，以使次级绕组SW经由连接的输出放大器的输出产生恰足以通过驱动器电路18的驱动器晶体管66不激励高报警电路65a而是经由驱动器电路18的驱动器晶体管68和光继电器70激励低报警电路65b的电压和电流。在该实例中，低报警电路65b保持为稳态。

通过位于驱动器晶体管66的发射极上的可变电阻器72来调整高报警状态与低报警状态的设定之间的电压差。可变电阻器72和电阻器74形成了两部分式调谐电路24的第二部分24b。这使传递到次级绕组SW的信号电压的变化非常小，允许触发高或低报警事件。

虽然可变电阻器72有益低位于驱动器晶体管66的发射极上，其可以位于驱动器晶体管66的基极上，在该情况下附加的、优选为固定的电阻器将位于发射极上。可变电阻器72或另一可变电阻器还可位于驱动器晶体管68的发射极上。可变电阻器72能够与电阻器74互换。该可互换性允许报警部分16对于光继电器芯片或其他适合的继电器装置70和76的组件公差的差异进行调整。

如果高报警和低报警处于被激励状态，则能够通过改变其电阻来调整可变电阻器72直到将高报警去激励。报警电路16保持为稳定的确定状态，高报警处于去激励状态，低报警处于激励状态。如果为高报警使用N/C装置而为低报警使用N/O装置，则一旦高与低之间的触发值已经适当地调整，报警条件本身能够用作经由振荡器62的振幅微调传感器电路12的指示符。

一旦处于稳态，则由于金属网络连接部件的任一或全部的部件的断接引起的与第二初级绕组PW2附接的金属基础结构26的电感的任何增加将引起次级绕组SW处的电压的可觉察升高。这样经由其光继电器70激励高报警电路65a并且使得启动报警。

类似地，例如由于诸如当试图在目标材料移除之前消除报警时等添加附加的金属基础结构而引起的与第二初级绕组PW2附接的被监控网络26的电感的任何减小将使得次级绕组SW处的电压出现可检测下降。这样经由其光继电器76将低报警电路65b去激励，使得报警再次启动。

通过移除或窜改远程读出线22而绕过报警的任何企图将导致电感的可检测增加，这样将高报警置于导通状态。

能够‘锁定’振荡器62的信号频率是有益的，因为这样允许在已经设定可变电阻器72时通过调整振荡器62的振幅对整个电路进行‘一钮’设置和控制。但是，作为替代，可以锁定振荡器62所输出的信号的振幅，其中控制频率以调谐电感传感电路12。可替代低，通过振荡器62输出的振荡信号的振幅和频率是能够控制的以调谐电感传感电路12。

在上述情况下，优选的是在安装过程中仅需要单个变量可控，因此，在检测装置10制造过程中，可变电阻器72以及振荡信号的频率和振幅之一被设定。可以使用任何适合的驱动器66和68。这些驱动器可以是固态的或机械式的。可以考虑在芯片上设置多个光继电器或固态继电器。在金属基础结构的盗窃过程开始的瞬间现场检测金属基础结构的盗窃的能力使能迅速底座以确保现场安全，使其恢复正常服务并且可能捕捉窃贼。装置的报警电路激发能够为工程调度和/或安全人员所使用的报警器。另外，可能的是，装置可用于触发备选机构或系统，诸如可听的、可视的和/或可触的报警器或‘颜料弹’。

由于检测过程的本质，绕过非常困难。

本发明的电路与现有技术的巨大差别在于以下事实：其测量金属基础结构内的电感并且当其中部分受扰动时(诸如由于移除或窜改)感测在结构内发生的电感的变化。

因此，可能的是提供一种金属导体扰动检测装置，其设计成检测在接地或非接地的金属导体内发生的电感变化。装置的传感电路与报警电路连接，由此，对任何扰动的远程或装置外通知进行转播。本发明旨在用于采用诸如铜电缆和接地导体的大的金属导体主体的应用中，例如用在例如远程通信、发电&配电、轨道运输以及广泛使用大量铜或其它有价值金属的其它市场。还可能的是，利用该装置来监控由于意外状况引发的腐蚀或损坏而引起的金属导体的自然降解或扰动，以及提供指示这种状况已发生的警报。

上文描述的实施方案仅通过实施例的方式给出，其它各种不偏离如随附权利要求书限定的本发明的范围的变型例对于本领域技术人员而言将是明显的。

Claims (31)

1.检测金属导体(34)中的扰动的方法，所述方法包括如下步骤：提供电感传感电路(12)，所述电感传感电路(12)与具有可监控电感的金属导体(34)机械连接且电连接；基于外加于所述金属导体(34)的电磁场和内部产生的电路振荡来调谐所述电感传感电路(12)；以及当来自经调谐的电感传感电路(12)的经调谐的输出信号由于所述金属导体(34)的至少部分的添加或移除而引起的所述金属导体(34)的电感的变化而变得失谐时，输出报警信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中经调谐的电感传感电路(12)的经调谐的输出信号输出到滤波器电路(14)，所述滤波器电路(14)基于经调谐的信号的频率进行滤波。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述滤波器电路(14)包括带通滤波器(30)。

4.如任一前述权利要求所述的方法，其中机械连接提供了单一电连通路径。

5.如任一前述权利要求所述的方法，其中机械连接提供了两条电连通路径，从而形成闭环。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述电感传感电路(12)包括变压器(60)，所述变压器(60)具有在所述金属导体(34)侧的第一初级线圈和第二初级线圈，以及在报警电路(16)侧的次级线圈。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一初级线圈与振荡器(62)连接。

8.如权利要求7所述的方法，其中将所述振荡器(62)输出的信号的频率锁定，并且能够基于所述振荡器(62)输出的信号的振幅来调谐所述电感传感电路(12)。

9.如权利要求7所述的方法，其中能够基于所述振荡器(62)输出的信号的振幅和频率来调谐所述电感传感电路(12)。

10.如权利要求7所述的方法，其中将所述振荡器(62)输出的信号的振幅锁定，并且能够基于所述振荡器(62)输出的信号的频率来调谐所述电感传感电路(12)。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中将所述报警信号输出到远离所述电感传感电路(12)的装设处的报警装置。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述金属导体(34)为金属基础结构(26)或者为其部分。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述金属导体(34)为包括移动电话天线柱、分站和公共服务事业中的至少一者的地面金属基础结构(26)或者为其部分。

14.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述金属导体(34)为形成列车发信电力电缆以及列车牵引电力和/或回流电缆的至少部分的金属传导电缆或其部分。

15.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述金属导体(34)为包括电接地建筑物结构、桥和金属街道用具中的至少一者的金属结构或其部分。

16.金属导体扰动检测装置(10)，用于如前述权利要求中任一项所述的检测金属导体(34)中的扰动的方法，所述装置(10)包括：振幅和/或频率可调谐的电感传感电路(12)，其与所述金属导体(34)机械连接且电连接；以及报警电路(16)，其基于由于所述金属导体(34)的至少部分的添加或移除引起的所述电感传感电路(12)的输出而输出报警信号。

17.如权利要求16所述的金属导体扰动检测装置(10)，还包括与所述电感传感电路(12)的输出连接的滤波器电路(14)。

18.如权利要求16或权利要求17所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述电感传感电路(12)包括变压器(60)，所述变压器(60)具有第一和第二初级绕组以及次级绕组。

19.如权利要求18所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述电感传感电路(12)还包括与所述变压器(60)的第一初级绕组电连通的振荡器(62)。

20.如权利要求18或权利要求19所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述变压器(60)的所述第二初级绕组与待监控的金属导体(34)电连通。

21.如权利要求18至20中任一项所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述变压器(60)的所述次级绕组与所述报警电路(60)连通。

22.如权利要求18至21中任一项所述的金属导体扰动检测装置(10)，还包括用于调谐所述电感传感电路(12)的调谐电路(24)，所述调谐电路(24)提供对所述金属导体(34)外加电磁场的内部电路振荡。

23.如权利要求22所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述调谐电路(24)是具有振幅调谐器和电阻调谐器的两部分式调谐电路。

24.如权利要求23所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述振幅调谐器在所述变压器(60)的所述第一初级绕组的上游，并且所述电阻调谐器在所述变压器(60)的所述次级绕组的下游。

25.如权利要求16至24中任一项所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述报警电路(16)包括用于将所述报警信号输出到装置外位置的发射器。

26.如权利要求25所述的金属导体扰动检测装置(10)，其中所述发射器是无线发射器。

27.如权利要求16至26中任一项所述的金属导体扰动检测装置(10)，还包括驱动器电路(18)，用于驱动所述电感传感电路(12)和/或所述报警电路(16)。

28.金属导体扰动检测装置(10)，用于检测金属导体(34)中的扰动，所述装置(10)包括：电感传感电路(12)，其包括变压器(60)，所述变压器(60)具有第一和第二初级绕组以及次级绕组；以及可调谐振荡器(62)，其与所述变压器(60)的所述第一初级绕组电连通，所述第二初级绕组能够与金属基础结构(26)机械连通且电连通，并且所述次级绕组能够基于所述金属基础结构(26)的第一状态而输出经调谐的输出信号；以及基于由于所述金属导体(34)的至少部分的添加或移除而引起的所述金属基础结构(26)的第二状态而输出失谐的输出信号。

29.金属导体扰动检测装置(10)，其与金属基础结构(26)机械连通且电连通，所述装置(10)包括：电感传感电路(12)，其包括变压器(60)，所述变压器具有第一和第二初级绕组以及次级绕组；以及可调谐振荡器(62)，其与所述变压器(60)的所述第一初级绕组电连通，所述第二初级绕组与所述金属基础结构(26)机械连通且电连通，并且所述次级绕组基于所述金属基础结构(26)的未窜改状态而输出经调谐的输出信号以及基于所述金属基础结构(26)的窜改状态而输出失谐的输出信号。

30.检测金属导体(34)中的扰动的方法，所述方法包括如下步骤：提供电感传感电路(12)，所述电感传感电路(12)与具有可监控电感的金属导体(34)电连接；基于外加到所述金属导体(34)上的电磁场和内部产生的电路振荡来调谐所述电感传感电路(12)；以及当来自经调谐的电感传感电路(12)的经调谐的输出信号由于所述金属导体(34)的至少部分的添加或移除而引起的所述金属导体(34)的电感的变化而变得失谐时，输出报警信号。

31.检测金属导体(34)中的扰动的方法，所述方法包括如下步骤：提供电感传感电路(12)，所述电感传感电路(12)与具有可监控电感的金属导体(34)电连通且机械连通；通过利用对所述金属导体(34)外加电磁场的振荡器(62)来调谐所述电感传感电路(12)；以及当来自经调谐的电感传感电路(12)的经调谐的输出信号由于所述金属导体(34)的至少部分的添加或移除而引起的所述金属导体(34)的电感的变化而变得失谐时，输出报警信号。