CN104154856A - 电子标志定位器系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定埋入式电磁标志的深度的定位器包括发射天线和两根接收天线。定位器具有主轴线并被配置成以与主轴线大体上垂直于地面的方式来使用。发射天线被配置成产生平行于主轴线的振荡磁场。两根接收天线的第一接收天线被配置成与由电磁标志发射的平行于主轴线的振荡磁场耦合并产生第一检测信号。第二接收天线沿主轴线从第一天线移位并被配置成与由电磁标志发射的平行于主轴线的振荡磁场耦合并产生第二检测信号。定位器包括模拟数字转换器和处理器，模拟数字转换器被配置成使第一和第二检测信号数字化，处理器被配置成计算电磁标志的深度。

Description

电子标志定位器系统和方法

技术领域

本发明的实施例涉及用于对电子标志进行定位的系统和方法。具体地，本发明的实施例涉及埋入式电子标志的深度的估计。

背景技术

埋入式电子标志用于指示埋入式结构或公共设施的位置。埋入式标志由圆形线圈制成，圆形线圈布置在谐振电路中并设计为以特定频率共振。通过在外部施加与线圈链接的磁通量的一个或多个脉冲，振荡电流可以在该电路中产生。线圈中的振荡电流在线圈周围产生振荡磁场。可以检测到振荡磁场的存在，从而允许确定标志的位置。埋入式电子标志中的线圈的轴线布置为垂直定向，使得可以发现埋入式标志的位置位于检测到振荡磁场的大小为最大值的位置的正下方。

可以使用毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savart Law)来确定圆形线圈的轴线上的某点处的磁通密度，所述圆形线圈由在距线圈的中心的距离x处携带有电流i的N匝半径a组成。由下式给出：

$B\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{Ni}}{2}\left(\frac{a^2}{{(x^2+a^2)}^{3/2}}\right)$

其中，μ₀是自由空间的磁导率。

当x>>a时，简化为立方反比律：

$B\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{Nia}}^2}{2x^3}$

已知的系统包括发射天线和接收天线。为了确定盖至埋入式电子标志的深度，系统在沿圆形标志线圈的轴线的第一位置进行操作，并测量和存储由标志辐射的磁场的大小。然后，系统在第一位置上方升高预定义距离，并在沿圆形标志线圈的轴线的第二位置进行操作，并测量和存储由标志辐射的磁场的大小。预定义距离的知识使标志的深度能够使用所存储的值来估计。

在这种情况下，当所述系统位于第二位置时，由标志所接收的磁场减少了，因为发射天线进一步远离标志距离s。

令发射天线的半径表示为b，沿发射天线线圈的轴线的距离为x。由于发射天线线圈中的安培匝数Ni_tx导致的在标志线圈的中心磁场的大小由下式得出：

$B_m\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}}{2}\left(\frac{b^2}{{(x^2+b^2)}^{3/2}}\right)$

当x>>b时，这变为：

$B_m\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{{2x}^3}$

令沿圆形线圈的轴线从磁传感器的第一位置至圆形线圈的中心的距离等于d。令沿圆形线圈的轴线从磁传感器的第一位置至磁传感器的第二位置的距离为s。由于发射器，由标志再辐射的磁场的大小与标志线圈的中心处的磁场的大小成正比。假设发射天线线圈中的电流保持不变，当系统在第一和第二位置操作时由传感器检测的磁场的大小分别为：

$B_1=\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{d^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{d^3}$

$B_2=\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{{(d+s)}^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{{(d+s)}^3}$

其中，K为表示标志的重新辐射效率的比例性的常数。求得由第一和第二位置中的磁传感器检测的磁场的大小的比率R，然后求出深度d：

$R=\frac{B_1}{B_2}$

$R=\frac{\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{d^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{d^3}}{\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{{(d+s)}^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{{(d+s)}^3}}$

$R=\frac{{(d+s)}^6}{d^6}$

$R={\left(\frac{d+s}{d}\right)}^6$

求出深度d，得出：

$d=\frac{s}{(R^{1/6}-1)}$

在测量比率R时，深度估计对误差的敏感度可以通过求得深度d相对于比率R的导数来确定。对于上述系统来说，由下式得出：

$S_1=-\frac{1}{6}\·\frac{s}{[{(R^{1/6}-1)}^2\·R^{5/6}]}$

因为深度方程式包含反六次方，所以该系统在确定R时对误差高度敏感，并存在以下缺点：要求用户将装置提升预定义距离s，从而导致另外的误差。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用于确定埋入式电磁标志的深度的定位器包括发射天线和两根接收天线。定位器具有主轴线并被配置成以主轴线大体上垂直于地面的方式来使用。发射天线被配置成产生平行于主轴线的振荡磁场。两根接收天线的第一接收天线被配置成与由电磁标志发射的平行于主轴线的振荡磁场耦合并产生第一检测信号。第二接收天线沿主轴线从第一天线移位并被配置成与由电磁标志发射的平行于主轴线的振荡磁场耦合并产生第二检测信号。定位器包括模拟数字转换器和处理器，模拟数字转换器被配置成使第一和第二检测信号数字化，处理器被配置成计算电磁标志的深度。

因为第一和第二接收天线沿主轴线从彼此移位，所以在不需要改变定位器的位置的情况下可以获得磁场在两个位置处的大小。由于天线的间隔是固定的并且不要求用户估计用于两个读数的位置之间的距离，因此这提供了高精度的深度计算。

另外，由于这两个信号可以被接收作为来自发射天线的相同传输的结果，因此相对于传输之间的电磁标志，不会不准确地由发射天线的定向改变引起。

在本发明的实施例中，发射天线包括发射天线轴线周围的绕组，当定位器在使用中时，发射天线轴线布置为大体上平行于主轴线；第一接收天线包括第一接收天线轴线周围的绕组并且第一接收天线轴线布置为大体上平行于主轴线；并且第二接收天线包括第二接收天线轴线周围的绕组，第二接收天线轴线布置为大体上平行于主轴线。

在实施例中，当定位器在使用中时，发射天线轴线被布置成在平行于主轴线的5度内，和/或第一接收天线轴线被布置成在平行于主轴线的5度内，和/或第二接收天线轴线被布置成在平行于主轴线的5度内。

在实施例中，当定位器在使用中时，发射天线轴线被布置成在平行于主轴线的2度内，和/或第一接收天线轴线被布置成在平行于主轴线的2度内，和/或第二接收天线轴线被布置成在平行于主轴线的2度内。

在实施例中，定位器进一步包括控制器，其被配置成使发射天线产生具有目标频率的振荡磁场。目标频率可以根据与所定位的标志球相关联的公共设施的类型来选择。在实施例中，目标频率在20kHz至200kHz的范围内。

在实施例中，控制器被配置成在第一时间间隔内使发射天线产生具有目标频率的振荡磁场，并至少在第一时间间隔内防止第一接收天线产生第一检测信号并防止第二接收天线产生第二检测信号。

如上，当发射天线传输至电磁标志时，接收信道可以被消隐。这防止了从发射天线传输的激励信号与来自电磁标志的由接收天线检测的信号相互干扰。

在实施例中，定位器还可操作用于定位已经施加交流电流的埋入式载流导体比如电缆和金属管道。埋入式载流导体的位置可以使用第三接收天线来实现。控制器可以被配置成使由第三接收天线产生的信号能够除第一时间间隔之外时间间隔内被获取和处理。

在实施例中，处理器被配置成使用以下方程式来计算电子标志的深度d：

$d=\frac{s}{(R^{1/3}-1)}$

其中s是第一接收天线和第二接收天线沿主轴线的间隔并且R是第一检测信号和第二检测信号的幅值之比。

在实施例中，定位器进一步包括显示器，其被配置成显示计算深度的指示，并且定位器经配置使得只有当满足一个或多个预定条件时计算深度才显示在显示器上。

在实施例中，处理器被配置成计算在10Hz带宽内提到的深度计算的标准偏差并且预定标准为深度计算的标准偏差小于20％。优选地，预定标准为深度计算的标准偏差小于15％、10％或5％。更优选地，预定标准为深度计算的标准偏差小于2％或1％。

在实施例中，处理器可操作用于计算天线处检测到的场相对于时间的第一导数，并且预定标准为在天线处检测的场的第一导数小于信号的20％/s。优选地，预定标准为在天线处检测的场的第一导数小于信号的15％、10％或5％/s。更优选地，预定标准为在天线处检测的场的第一导数小于信号的2％或1％/s。

在实施例中，处理器进一步被配置成计算所计算的深度相对于时间的第一导数，并且预定标准为计算深度的第一导数小于所计算的深度的20％/s。

优选地，预定标准为计算深度的第一导数小于15％、10％或5％的计算深度/s。更优选地，预定标准为计算深度的第一导数小于所计算的深度的2％或1％/s。

在本发明的第二方面，提供了一种确定埋入式电磁标志的深度的方法。方法包括：从定位器的发射天线向电磁标志发送振荡磁场；在定位器的第一接收天线处接收由电磁标志发射的振荡磁场，并且在第一接收天线处产生指示由电磁标志发射的振荡磁场的强度的第一检测信号；在定位器的沿定位器的主轴线与第一接收天线分离的第二接收天线处接收由电磁标志发射的振荡磁场，并且在第二接收天线处产生指示由电磁标志发射的振荡磁场的强度的第二检测信号；对第一检测信号进行数字化，以产生第一数字化信号；对第二检测信号进行数字化，以产生第二数字化信号；从第一数字化信号和第二数字化信号计算电磁标志的深度。

在本发明的第三方面，提供了一种载体介质，其携带有用于由定位器中的处理器执行的计算机可读指令，定位器具有主轴线并且被配置成以主轴线大体上垂直于地面的方式来使用；定位器包括：发射天线，其被配置成产生平行于主轴线的振荡磁场，第一接收天线，其被配置成与由电磁标志发射的平行于主轴线的振荡磁场耦合，并且产生第一检测信号，第二接收天线，其沿主轴线从第一接收天线移位，并且被配置成与由电磁标志发射的平行于主轴线的振荡磁场耦合，并且产生第二检测信号，第一模拟数字转换器，其被配置成从第一检测信号产生第一数字化信号，以及第二模拟数字转换器，其被配置成从第二检测信号产生第二数字化信号，其中，指令包括：用于控制处理器以计算第一检测信号和第二检测信号的幅值之比的指令；以及用于从比率计算电磁标志的深度的指令。

附图说明

在下文中，本发明的实施例将通过实例的方式参照附图来描述，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的用于计算电子标志的深度的定位器；

图2示出了根据本发明的实施例的用于计算包括控制和处理模块的细节的电子标志的深度的定位器；

图3示出了流程图，其说明根据本发明的实施例的计算电子标志的深度的方法中的步骤；

图4a、图4b和图4c示出了根据本发明的实施例的定位器中的信号传输和接收的定时；

图5示出了根据本发明的实施例的定位器；并且

图6示出了根据本发明的实施例的定位器的接收天线。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的电子标志定位器100。电子标志20被埋在地平面10之下。电子标志20包括由线圈22和电容器形成的谐振电路。电子标志20具有谐振频率，其值取决于电容器的电容和线圈22的电感。

定位器100包括发射天线110、第一接收天线120和第二接收天线130。定位器100具有控制和处理模块140，控制和处理模块140控制天线并对从天线接收的信号进行处理。下面参照图2对控制和处理模块140进行更为详细的描述。

定位器100具有主轴线160。发射天线110、第一接收天线120和第二接收天线130经布置使得其磁轴线平行于主轴线160。如图1中所示，定位器与垂直于地平面10的主轴线160一起使用。

第二接收天线130与第一接收天线120沿主轴线160分离距离s。

在使用中，发射天线110将能量传输至电子标志20作为振荡磁场。振荡磁场的频率被选择成与电子标志20中的谐振电路的谐振频率相匹配。在发射天线110停止发送之后，第一接收天线120和第二接收天线130检测从电子标志20接收的信号。从这些信号强度的比率，以及第一接收天线120与第二天线130之间的距离的已知值s，计算电子标志20的深度d。

可以使用毕奥-萨伐尔定律来确定圆形线圈的轴线上的某点处的磁通密度，圆形线圈由在距线圈的中心的距离x处携带有电流i的N匝半径a组成。由下式给出：

$B\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{Ni}}{2}\left(\frac{a^2}{{(x^2+a^2)}^{3/2}}\right)$

当x>>a时，简化为立方反比律：

$B\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{Nia}}^2}{2x^3}$

令发射天线的半径表示为b，沿发射天线线圈的轴线的距离为x。由于发射天线线圈中的安培匝数Ni_tx导致的在标志线圈的中心的磁场的大小由下式得出：

$B_m\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}}{2}\left(\frac{b^2}{{(x^2+b^2)}^{3/2}}\right)$

当x>>b时，这变为：

$B_m\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{{2x}^3}$

假设电子标志具有半径a的圆形线圈。令沿圆形线圈的轴线从第一接收天线至圆形线圈的中心的距离等于d。令沿圆形线圈的轴线从发射天线至圆形线圈的中心的距离也等于d。由第一接收天线和第二接收天线检测的磁场的大小分别为：

$B_1=\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{d^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{d^3}$

$B_2=\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{{(d+s)}^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{d^3}$

其中，K为表示标志的重新辐射效率的比例性的常数。由下式求得检测场的大小的比率R：

$R=\frac{B_1}{B_2}$

$R=\frac{\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{d^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{d^3}}{\frac{{\mathrm{Ka}}^2}{{(d+s)}^3}\·\frac{{\mathrm{Ni}}_{\mathrm{tx}}{b}^2}{d^3}}$

$R=\frac{{(d+s)}^3}{d^3}$

$R={\left(\frac{d+s}{d}\right)}^3$

求出d，得出：

$d=\frac{s}{(R^{1/3}-1)}$

磁场的大小可以同时在两个磁传感器的位置获得，因此系统不受发射天线线圈中的电流的变化的影响。

对具有两个传感器的本系统来说，误差敏感度函数由下式得出：

$S_2=-\frac{1}{3}\·\frac{s}{[(R^{1/3}-1)\·R^{2/3}]}$

对于R>1.0，可以表明S1>S2，即，与具有两个磁传感器的系统相比而言，在测量磁场在两个位置的大小时，来自单一天线系统的深度估计对误差更为敏感。

具有两个磁传感器的系统要求校准传感器的相对增益。然而，与单一传感器系统相比而言，在测量磁场的大小时，该系统的深度估计对误差明显不太敏感。

具有两个接收天线的系统具有以下优点。对用户来说，不存在通过在测量之间必须将传感器移动预定义距离导致的不便。在单一传感器系统中，必须将系统移动预定义距离引起距离s的可能误差，其继而将误差引入深度估计。此外，在单一传感器系统中，传感器在两个测量位置之间的轴向对准的变化导致R的误差，并因此导致深度估计产生误差。另外，在单一传感器系统中，测量值时在不同时间获得的，因此系统易受到由传输器信号强度的变化导致的误差的影响。具有两根接收天线的系统对R的误差具有较小的敏感度，这意味着对于由磁测量中的噪声所导致的误差的敏感性降低了。

因此，与用于估计至电磁标志的距离的现有系统相比，本发明的实施例具有更多优点。

校正可以适用于上文描述的深度计算以解决以下问题，在使用中，第一接收天线120可以距地表一距离。此校正可以基于定位器100的尺寸以及定位器100内的天线的配置。

图2示出了根据本发明的实施例的电子标志定位器100。图2更详细示出了控制和处理模块140。控制和处理模块140包括控制器142、第一模拟数字转换器(ADC)144、第二模拟数字转换器146、处理器150、输出模块152和输入模块154。

控制器142耦合至发射天线110、第一接收天线120和第二接收天线130。控制器142被配置成使发射天线110将振荡信号传输至电子标志。控制器142还被配置成将第一接收天线120和第二接收天线130切换至其不响应于磁场产生输出信号的模式。当发射天线110正在向电子标志进行发送时，接收天线被切换至该模式，使得接收天线不直接检测由发射天线110传输的信号。

美国专利6617856的内容通过引用并入本文，其描述了具有一根接收天线的电子标志定位器系统和方法。与图2中所示的电子标志定位器100中的每根接收天线的信号相关联的处理可以按照美国专利6617856中描述的来实现。

在一个实施例中，控制器142被配置成使得发射天线110传输一系列脉冲。当发射天线110发送这一系列脉冲时，接收天线被切换至其不检测由发射天线110传输的脉冲的模式。在这一系列脉冲已经由发射天线发送之后，控制器142将第一接收天线120和第二接收天线130切换至其对从电子标志发送的磁信号敏感的模式。

第一接收天线120连接至第一ADC144。第一接收天线120被配置成响应于振荡磁场而产生第一模拟信号。第一ADC144被配置成使第一模拟信号数字化并产生第一数字信号。

第二接收天线130连接至第二ADC146。第二接收天线130被配置成响应于振荡磁场而产生第二模拟信号。第二ADC146被配置成使第二模拟信号数字化并产生第二数字信号。

处理器150被配置成接收第一和第二数字信号，并使用由第一接收天线120和第二接收天线130所检测到的磁场的大小的比率来计算电子标志的深度的估计。

输出模块152耦合至显示器，显示器提供计算深度的指示作为数值。

输入模块154允许用户输入要定位的标志的类型的选择。下表示出了与不同类型的公共设施相关联的标志的谐振频率。

应用	颜色	频率
			电力	红色	169.8kHz
水	蓝色	145.7kHz
			公共厕所	绿色	122.5kHz
电话	橙色	101.4kHz
			燃气	黄色	83.0kHz
有线电视	橙色/黑色	77.0kHz

输入模块154被配置成允许用户选择所定位的电子标志的频率。

在实施例中，处理器和控制器被实现为单一模块。

图3是示出了根据本发明的实施例的由定位器实现的方法的流程图。

在步骤S302中，接收指示要定位的电子标志的类型的用户输入。在步骤S304中，控制器使发射天线发送具有与所选类型的电子标志相对应的频率的脉冲或一系列脉冲。当发射天线正在进行发送时，接收天线被切换至其不输出信号的模式。在步骤S304期间，如果定位器下方存在所选类型的电子标志，则将在标志中产生标志的谐振频率下的振荡电流。

在步骤S306中，控制器使发射天线停止发送。在步骤S308中，接收天线由控制器切换至其可以检测磁场的模式。电子标志中的振荡电流衰减并且电子标志以其谐振频率产生振荡磁场。接收天线检测由电子标志产生的磁场。

在步骤S310中，ADC将由接收天线产生的模拟信号转换为数字信号。

在步骤S312中，传感器从由第一接收天线检测的场强度和由第二接收天线检测的场强度的比率计算电子标志的深度。

在步骤S314中，输出模块输出计算深度的指示。

在实施例中，每当从电子标志检测到信号时，都输出深度的指示。在可选实施例中，响应于用户交互，例如响应于用户按压定位器上的按钮，计算该深度。在此实施例中，输出模块可以提供从电子标志接收的信号强度的指示。用户在地面上移动定位器并确定所接收的信号强度为最大值的点。提供至用户的指示可以是视觉的，比如指示所接收的信号的强度的条，或音频信号。当所述指示表明用户直接位于标志之上时，用户可以触发定位器计算标志的深度。

在可选实施例中，定位器可以确定从标志接收的信号强度的测量并且如果信号强度超过最大值，则向用户提供深度的指示。

每当检测信号的变化率降到某个阈值以下时，对应于定位器已经停止移动的条件，例如因为用户已经定位标志并居住在此位置以便发现标志的深度，可以发起计算深度的显示。基于信号的变化率来选通计算深度的显示在噪声条件下具有另外的抑制深度指示的好处，其中深度显示可显示从一秒至下一秒的高度变化。这可通过使用在天线处检测的信号的大小的第一导数，即，dU/dt来实现以验证深度计算的完整性。该参数确保了仪器在计算深度时保持静止，使得该参数充当抗弹过滤器。检测信号的大小的第一导数应该小于信号的20％/s，优选小于信号的15％、10％或5％/s且更优选小于信号的2％或1％/s。

在可选实施例中，每当计算深度信号的变化率降至某个阈值以下时，可以发起深度的自动显示。原因和好处与上文的实例相同。计算深度的第一导数应该小于所计算的深度的20％/s，优选小于所计算的深度的15％、10％或5％/s且更优选小于所计算的深度的2％或1％/s。

可以考虑用来验证深度计算的完整性的另一参数是深度计算的标准偏差。该参数指示深度计算是稳定的并且不因噪声而过度波动。10Hz带宽的深度计算的标准偏差应该小于20％，优选小于15％、10％或5％且更优选小于2％或1％。

上文讨论的参数可以在上文描述的与图3有关的步骤S312和S314之间由处理器进行计算。

图4a-4c示出了由发射天线以及第一和第二接收天线发送和接收的信号的定时。

图4a示出了由发射天线输出的信号。控制器控制发射天线以所选的标志频率传输第一系列412个脉冲。第一系列412个脉冲包括22个脉冲。

图4b示出了由第一和第二接收天线接收的信号。在第一和第二天线由控制器切换至接收模式之前，允许稳定时间422流逝。一旦稳定时间422流逝，第一和第二天线接收天线信号424。接收的信号由第一和第二ADC按1Msps取样。

在实施例中，可以改变ADC的取样率。ADC的取样率必须充分满足奈奎斯特取样标准，但是除了ADC的取样率能力和处理能力和DSP对系统功率预算的功耗之外，不存在上限。

图4c示出了由控制器进行的接收天线的控制的定时。控制器将天线切换至在第一天线消隐间隔432内不对信号进行检测的模式。第一天线消隐间隔包括发射天线发送第一系列脉冲412的时间以及稳定时间422。一旦稳定时间流逝，接收天线信道就在第一接收时间段434内被启用。

如从图4c可以看出，第一接收时间段434扩展到第一和第二天线接收信号424的时间之外。在另外的时间期间，接收信号的处理可以发生，和/或可以检测并处理从埋入式导体发射的信号，如下面所讨论的。

在第一接收时间段434结束时，下一周期开始。控制器使发射天线发送第二系列脉冲414。然后，在稳定时间流逝之后，接收天线接收从电子标志发送的信号426。在第二天线消隐间隔436期间，控制器将接收天线切换至消隐模式，第二天线消隐间隔436包括发射天线进行发送的时间以及稳定时间段。在第二天线消隐间隔436之后，在第二接收时间段438内接收天线被启用。

发送突发的重复率这一参数是电池功耗和所检测到的信号的信噪比之间的权衡。考虑到提供“实时”操作的需求以使用户能够在寻找埋入式标志时在兴趣区域上扫描定位器，最佳突发率通常在每秒100与1000之间。

在上文描述的与图4a-4c有关的实施例中，第一和第二系列脉冲各自包括22个脉冲。可以改变该系列中的脉冲的数量。脉冲的数量的优选范围响应于所施加的磁场与标志中当前的信号的组成的指数时间常数有关，该磁场以标志的谐振频率进行变化。脉冲太少会导致来自标志的返回信号较弱。在超出一定数量的脉冲的情况下，几乎没有通过添加更多脉冲获得的额外信号。添加更多脉冲会浪费电池电源。最佳数量的脉冲通常位于从大致16个至36个脉冲的范围内。

在实施例中，定位器还可操作用于通过检测由埋入式导体发射的磁场来定位埋入式导体，例如电缆或管道。定位器可以具有双定位模式，其中有关埋入式电子标志的位置的信息和有关埋入式导体的位置的信息被同时提供至用户。在此模式下，接收天线可以通过控制器在标志定位模式与埋入式导体模式之间切换。可选地，这两个模式可以并发操作，所描述的与图4有关的天线信道消隐消除了干扰，该干扰否则由于通过传输信号至电子标志而使天线信道过载而发生于埋入式导体定位系统。

图5示出了根据实施例的定位器500。定位器500包含在外壳502内。所述外壳502具有手柄504，该手柄504在使用期间由用户保持。与手柄504相邻的是显示器506，该显示器506显示指示比如电子标志的深度、从电子标志接收的信号的强度和有关定位器的模式的信息。如果定位器在双标志和埋入式导体定位模式下操作，则显示器还可以显示深度的指示和埋入式导体的位置。

外壳502具有从手柄506朝地面延伸的部分，当在使用时所述部分的横截面是平面的。发射天线508位于外壳的与手柄506相反的端部并从外壳可折叠。当在使用时，发射天线508被折叠至天线的绕组平行于地面的位置，所述发射天线的轴线垂直于地面。该构造允许相对大半径的发射天线并入定位器500中，同时保持小剖面。如从上文针对圆形环路的轴线上的点处的磁通密度给出的方程式可以看出，有利的是将大半径的发射天线并入定位器中以最大化电缆处的磁通。

图6示出了根据实施例的在定位器内的印刷电路板上的天线的布局。图6示出了用于检测从埋入式导体发射的信号的五根天线。第一水平天线T位于印刷电路板的顶部。第一垂直天线Vt位于第一水平天线T下方。第二水平天线M90位于第一垂直天线Vt下方。第二水平天线M90被布置成其轴线垂直于第一水平天线的轴线。第二垂直天线Vb位于第二水平天线M90下方。第三水平天线B位于底部。水平和垂直天线用于定位埋入式导体，例如申请号为1020666.2的英国专利中所述，其内容通过引用并入本文。垂直天线Vt和Vb还被用作上文所述的系统中用于对电子标志进行定位的接收天线。在此系统中，发射天线可以是可折叠的，如上文针对图5所描述的。

尽管在图5中，发射天线被示为可折叠，但在可选实施例中，发射天线可以固定就位。这些可选实施例可使用缠绕可透磁材料的磁芯(例如，铁氧体磁棒)的发射线圈。磁芯用于聚集磁通，从而使所述线圈能够小于等效能力的空心天线。此发射线圈可以在隐匿在定位器内。

上文描述的数字域信号处理可以在FPGA、DSP或微控制器设备中实现，或可以分散在前述设备的一些组合中。

本发明的方面可以以任何方便的形式(例如使用专用硬件，或专用硬件和用于处理信号的软件的混合)来实现。处理装置可以包括任何适当编程的装置，比如通用计算机、个人数字助理、移动电话(比如WAP或3G兼容电话)等。由于本发明的处理可以被实现为软件，因此本发明的每个方面由此包含在可编程设备上可实现的计算机软件。可以使用任何常规载体介质来将计算机软件提供至可编程设备。载体介质可以包括瞬态载体介质，例如携带有计算机代码的电气信号、光学信号、微波信号、声学信号或射频信号。此瞬态介质的一个示例是通过IP网络(比如因特网)携带计算机代码的TCP/IP信号。载体介质还可以包括用于存储处理器可读代码的存储介质，比如软盘、硬盘、CD ROM、磁带设备或固态存储器设备。

本发明在上文仅仅通过实例的方式进行了描述。在附加到此的权利要求的范围内可以对实施例做出详细的修改。

Claims (33)

1.一种用于确定埋入式电磁标志的深度的定位器，所述定位器具有主轴线并且被配置成以所述主轴线大体上垂直于地面的方式来使用，所述定位器包括：

发射天线，其被配置成产生平行于所述主轴线的振荡磁场，

第一接收天线，其被配置成与由所述电磁标志发射的平行于所述主轴线的振荡磁场耦合，并且产生第一检测信号，

第二接收天线，其沿所述主轴线从所述第一接收天线移位，并且被配置成与由所述电磁标志发射的平行于所述主轴线的振荡磁场耦合，并且产生第二检测信号，

第一模拟数字转换器，其被配置成从所述第一检测信号产生第一数字化信号，

第二模拟数字转换器，其被配置成从所述第二检测信号产生第二数字化信号，以及

处理器，其被配置成从所述第一数字化信号和所述第二数字化信号计算所述电磁标志的深度。

2.一种用于确定埋入式电磁标志的深度的定位器，所述定位器具有主轴线并且被配置成以所述主轴线大体上垂直于地面的方式来使用，所述定位器包括：

发射天线，其包括发射天线轴线周围的绕组，当所述定位器在使用中时，所述发射天线轴线被布置成大体上平行于所述主轴线，

第一接收天线，其包括第一接收天线轴线周围的绕组，所述第一接收天线轴线被布置成大体上平行于所述主轴线，所述第一接收天线被配置成产生第一检测信号，

第二接收天线，其沿所述主轴线从所述第一接收天线移位，并且包括第二接收天线轴线周围的绕组，所述第二接收天线轴线被布置成大体上平行于所述主轴线，所述第二接收天线被配置成产生第二检测信号，

第一模拟数字转换器，其被配置成从所述第一检测信号产生第一数字化信号，

第二模拟数字转换器，其被配置成从所述第二检测信号产生第二数字化信号，以及

处理器，其被配置成从所述第一数字化信号和所述第二数字化信号计算所述电磁标志的深度。

3.根据权利要求2所述的定位器，其中，当所述定位器在使用中时，所述发射天线轴线被布置成在平行于所述主轴线的5度内，和/或所述第一接收天线轴线被布置成在平行于所述主轴线的5度内，和/或所述第二接收天线轴线被布置成在平行于所述主轴线的5度内。

4.根据权利要求3所述的定位器，其中，当所述定位器在使用中时，所述发射天线轴线被布置成在平行于所述主轴线的2度内，和/或所述第一接收天线轴线被布置成在平行于所述主轴线的2度内，和/或所述第二接收天线轴线被布置成在平行于所述主轴线的2度内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的定位器，进一步包括控制器，其被配置成使得所述发射天线产生具有目标频率的振荡磁场。

6.根据权利要求5所述的定位器，其中，所述控制器被配置成根据目标标志类型从多个可能目标频率中选择所述目标频率。

7.根据权利要求5或6所述的定位器，其中，所述目标频率在20kHz至200kHz的范围内。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的定位器，其中，所述控制器被配置成在第一时间间隔内使得所述发射天线产生具有所述目标频率的所述振荡磁场，并且至少在所述第一时间间隔内防止所述第一接收天线产生所述第一检测信号并防止所述第二接收天线产生所述第二检测信号。

9.根据权利要求8所述的定位器，进一步包括第三接收天线，其被配置成与由埋入式载流导体所产生的磁场耦合，其中，所述控制器被配置成使得由所述第三接收天线所产生的信号能够在除所述第一时间间隔之外的时间间隔内被处理。

10.根据前述权利要求中任一项所述的定位器，其中，所述处理器被配置成使用以下方程式来计算所述电磁标志的深度d：

$d=\frac{s}{(R^{1/3}-1)}$

其中，s是所述第一接收天线和所述第二接收天线沿所述主轴线的间隔，并且R是所述第一检测信号和所述第二检测信号的幅值之比。

11.根据前述权利要求中任一项所述的定位器，进一步包括显示器，其被配置成显示所计算的深度的指示，其中，所述定位器被配置成使得只有当满足一个或多个预定条件时，才将所计算的深度显示在所述显示器上。

12.根据权利要求11所述的定位器，其中，所述处理器被配置成计算在10Hz带宽内的深度计算的标准偏差，并且预定标准为所述深度计算的所述标准偏差小于20％。

13.根据权利要求12所述的定位器，其中，所述预定标准为所述深度计算的所述标准偏差小于5％。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的定位器，其中，所述处理器可操作以计算所述天线处检测到的场相对于时间的第一导数，并且预定标准为在所述天线处检测到的场的第一导数小于信号的20％/秒。

15.根据权利要求14所述的定位器，其中，所述预定标准为在所述天线处检测到的场的第一导数小于信号的5％/秒。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的定位器，其中，所述处理器进一步被配置成计算所计算的深度相对于时间的第一导数，并且预定标准为所计算的深度的第一导数小于所计算的深度的20％/秒。

17.根据权利要求16所述的定位器，其中，所述预定标准为所计算的深度的第一导数小于所计算的深度的5％/秒。

18.一种用于确定埋入式电磁标志的深度的方法，所述方法包括：

从定位器的发射天线向所述电磁标志发送振荡磁场；

在所述定位器的第一接收天线处接收由所述电磁标志发射的振荡磁场，并且在所述第一接收天线处产生指示由所述电磁标志发射的振荡磁场的强度的第一检测信号；

在所述定位器的沿所述定位器的主轴线与所述第一接收天线分离的第二接收天线处接收由所述电磁标志发射的振荡磁场，并且在所述第二接收天线处产生指示由所述电磁标志发射的振荡磁场的强度的第二检测信号；

对所述第一检测信号进行数字化，以产生第一数字化信号；

对所述第二检测信号进行数字化，以产生第二数字化信号；以及

从所述第一数字化信号和所述第二数字化信号计算所述电磁标志的深度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述振荡磁场具有目标频率。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括根据目标标志类型从多个可能目标频率中选择所述目标频率。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述目标频率在20kHz至200kHz的范围内。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，进一步包括：在将所述振荡磁场从所述发射天线发送到所述电磁标志时，防止所述第一接收天线产生所述第一检测信号并且防止所述第二接收天线产生所述第二检测信号。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，进一步包括：接收由埋入式载流导体产生的磁场。

24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中，计算所述电磁标志的深度包括以下列方程式计算深度d：

$d=\frac{s}{(R^{1/3}-1)}$

其中s是所述第一接收天线和所述第二接收天线沿所述主轴线的间隔，并且R是所述第一检测信号和所述第二检测信号的幅值之比。

25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，进一步包括：确定是否满足一个或多个预定条件，并且如果满足一个或多个预定条件，则显示所计算的深度的指示。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：计算在10Hz带宽内的深度计算的标准偏差，并且其中，预定标准为所述深度计算的所述标准偏差小于20％。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述预定标准为所述深度计算的所述标准偏差小于5％。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，进一步包括：计算所述接收天线处检测到的场相对于时间的第一导数，并且预定标准为在所述接收天线处检测到的场的第一导数小于信号的20％/秒。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述预定标准为在所述天线处检测到的场的第一导数小于信号的5％/秒。

30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法，进一步包括：计算所计算的深度相对于时间的第一导数，并且预定标准为所计算的深度的第一导数小于所计算的深度的20％/秒。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述预定标准为所计算的深度的第一导数小于所计算的深度的5％/秒。

32.一种载体介质，其携带有用于由定位器中的处理器执行的计算机可读指令，所述定位器具有主轴线并且被配置成以所述主轴线大体上垂直于地面的方式来使用；所述定位器包括：

发射天线，其被配置成产生平行于所述主轴线的振荡磁场，

第一接收天线，其被配置成与由电磁标志发射的平行于所述主轴线的振荡磁场耦合，并且产生第一检测信号，

第二接收天线，其沿所述主轴线从第一接收天线移位，并且被配置成与由所述电磁标志发射的平行于所述主轴线的振荡磁场耦合，并且产生第二检测信号，

第一模拟数字转换器，其被配置成从所述第一检测信号产生第一数字化信号，以及

第二模拟数字转换器，其被配置成从所述第二检测信号产生第二数字化信号，

其中，所述指令包括：用于控制所述处理器以计算所述第一检测信号和所述第二检测信号的幅值的比率的指令；以及用于从所述比率计算所述电磁标志的深度的指令。

33.根据权利要求32所述的载体介质，其中，用于从所述比率计算所述电磁标志的深度的指令包括用于使用以下方程式计算深度d的指令：

$d=\frac{s}{(R^{1/3}-1)}$

其中，s是所述第一接收天线和所述第二接收天线沿所述主轴线的间隔，并且R是所述第一检测信号和所述第二检测信号的幅值之比。