CN108227015A - 地下公共设施测绘 - Google Patents

Abstract

地下公共设施测绘。本发明涉及一种移动检测装置(1)，其用于评估从装置(1)到被堵塞的地下细长公共设施管线(10)的深度值(13)。装置(1)至少包括第一检测器单元(2a)和第二检测器单元(2b)，每个检测器单元包括检测环(25a、25b)和发送环(27a、27b)。装置(1)还包括激励线圈(4)。装置具有电子信号评估单元，其用于根据在检测环(25a、25b)中感生的电信号检测公共设施管线(10)并根据电信号在检测环(25a、25b)之间的差异来评估深度值(13)。存在补偿单元，其被构造为向发送环(27a、27b)施加电信号以建立补偿场(Bta、Btb)，该补偿场大致消减检测环(25a、25b)处激励场(Be)的直接耦合残留的影响。

Description

地下公共设施测绘

技术领域

本发明总体涉及根据权利要求1的移动检测装置和根据权利要求10的检测地下公共设施管线的方法。

背景技术

施工现场常见的任务是使用用于检测地下公共设施管线的装置，特别是在移土之前或在移土时。这种埋设供给设施经常以用于由各种类型的地下结构来供电、气、燃料、水或通信数据等的公共设施管线的形式出现。因为对这种公共设施的损坏可能导致严重的影响和成本，所以为了能够在开挖之前或在开挖的同时检测现场的这种公共设施的接近性或优选地还有确切位置和/或深度，进行另外的测量。从而，可以确定或验证所埋设的公共设施遵循的路径和/或公共设施的埋设深度，例如，如从检测装置到公共设施的距离。用于该目的的装置被称为电缆检测工具或电缆避开工具，也被称为CAT。在EP2362241中可以找到为了由工人随身携带而被设计并构造为可移动的手持检测装置的示例。在特殊的可移动实施方式中，这种检测装置还可以应用于挖掘机的铲斗处并随着铲斗移动。

定位地下公共设施的一种方式是检测由公共设施本身的性质而发射的电磁场。这适用于具有自然发生的电信号的公共设施，诸如例如，带电电源线、通信电缆等，该电信号发射可在地面上检测的电磁场。例如WO2011/104314、WO2008/064851或WO2008/064852所示，在此可以根据在关于彼此以已知间隔定位的两个或更多个检测器或拾波器处的信号强度的差来确定到所埋设的公共设施的深度或距离。

为了在没有自然发生的信号的情况下检测公共设施，例如，已关掉路灯的布线系统、停用或低压的通信电缆、气体或水管道等，可以向公共设施传导人为信号。例如，在US4,438,401中，将没有自然发生信号的金属公共设施直接连接到信号发生器。在US 5,194,812中，通过将导体或探头引入到中空管道(比如气体或水管道)中来检测该中空管道。在EP9 166 139或EP 2 645 133中，通过由一些地钉将来自AC电流源的电流引入到土壤中来将电信号耦合到导电地下结构中，这导致电流优选地遵循作为穿过土壤的最小电阻路径的导电结构。

但是，检测不能自然携带可检测的电流的公共设施很麻烦，需要另外的外部设备，并且可能在许多方面失败。因此，本发明的目的是优选地在没有另外设备的情况下改进对没有电流携带的地下设施的检测。优选地，该检测还可以与自然携带电流的设施的传统检测同时或准同时地进行。

根据本发明，该目的通过将电磁场的发射器包括到包括至少两个检测线圈或环的传统检测装置中来解决。该所发送的场仍然将在要检测的公共设施中或周围生成电流。从而，装置还可以检测没有电流或具有不可检测电流的公共设施，例如，仅发射非常弱场或在不被检测装置探测或不良好地穿入到土壤中的频率范围内的场的公共设施。

因来自检测装置的所发送的场而产生的、公共设施中的这些电流经常仅仅较低，特别是因为发送功率受限和/或到公共设施的耦合可能非常低。因此，同样，在检测装置的接收器处的来自要检测的公共设施的信号非常低。在此，可以有利的是已知从装置发送的信号的特性，例如频率、调制和/或编码，使得可以在接收器侧施加强滤波、匹配和/或混合。但仍然可能成问题的是将仅可实现较弱的信号和低SNR。这是特别真实的，因为来自在检测装置本身的发射器的所发送的信号有助于“噪声”部分，因为发送器的紧密接近而在接收器处会导致比来自要被检测的公共设施的信号远远更强的信号。因此，本发明的另一个目的是在这种设置中提高公共设施的可检测性，特别是提高SNR。优选地，该目的涉及检测装置的接收器处的改进，但是还超出这一点。

为了实现从发射器到地下公共设施的相当好的耦合并鉴于来自地下公共设施的信号的可检测性，优选的是在发射器的主发送方向(具有所发送能量的最大值的方向)与接收器的最高灵敏度方向大致匹配的情况下设置发射器。换言之，发送器和接收器被设置并定向为至少理论上或实际上尽可能地实现关于彼此的大致最大耦合。例如，在将诸如线圈或环的线匝用作发射器和/或接收器时，它们的主或最大发送和接收方向通常与线圈绕组的绕组面大致正交或换言之沿着绕组的轴线。最低或零灵敏度和/或发送大致适用于沿绕组面的方向定向的场。换言之，根据本发明，发送线圈和接收线圈可以设置有大致一致、平行或重合的绕组面或灵敏度/发送方向。

在完全不同的技术领域中，例如矿山检测、考古学、地质学或寻宝，所谓的GPR(地面穿透雷达)系统用于尝试探测隐藏的地下障碍物。这些系统基于将电磁场沿特定方向朝地面发送并确定在改变电阻抗的地下界面边界层处反射回的所发射场的这些部分的所谓飞行时间。通过使用脉冲信号，测量飞行时间并考虑电磁波的传播速度，确定到障碍物的距离值。这被称为“雷达原理”，名称GPR因此而产生。

又一大致完全不同类的装置是用于找到地平面处的金属物品的金属检测器，例如如经常由寻宝者使用来在海滩寻找地面处的遗失钱币和珠宝。这种金属检测通过发送和接收电磁场并观察由于来自紧邻的金属物品的影响而产生的电磁环境阻抗的变化来实现。装置环境的电磁阻抗的任意变化被检测并指示给操作员，通常通过调制声音信号。除了不同且完全不相关的现有技术之外，存在许多其他的技术差异，例如，像它们仅建立对仅存在的估计，而不建立如检测装置进行的定位。同样，由于土壤条件，特别是水分，这种金属检测器具有仅几厘米的范围内的可忽略的低的地穿透深度，这仅足够用于它们的特定目的。

根据本发明的另外方面，甚至可以进一步改进以上所描述的方案。以上所讨论的检测装置中的发射器和接收器的物理耦合强烈依赖它们的布置和对齐，并且电磁环境，甚至例如检测装置处的金属螺钉、某开关、电池等，影响电磁场。同样，工地环境或执行工人携带的工具、操作员的皮带扣或钢头靴会改变来自工厂已校准设置的场几何结构。根据本发明的装置的另一个问题是这些装置被定期地暴露到工地处的非常严酷的环境条件，特别是在被运输时被暴露到汽车的热、震荡以及振动、偶然掉落或撞倒、到直射阳光、雪、雨水、水、灰尘等的暴露。因此，即使定期工厂校准，实际校准也可能或变得不适合实际现场操作中。除了线圈或天线的位移之外，电子器件的老化、温度漂移可能对现场使用具有负面影响。因此，不利地，由这种装置确定的深度值的确保精度级通常不得不被保持为较低，例如，在几分米到几米内。

总之，因此目的是改进用于地下公共设施的这种检测装置，特别是还检测根据它们的用途或通过人为引入而自然不携带电流的这些公共设施。

发明内容

特定目的是提高检测的精度和/或可靠性，特别是提高检测装置针对环境影响以及电气和机械公差的鲁棒性。

同样，优选的目的是提供一种用于埋设公共设施的检测装置，该检测装置被构造为在不需要外部设备或特殊设置的情况下自优化，优选地由该装置独自在现场进行。

特定目的是提供一种可以检测并空间定位埋在土壤中的电流携带和非电流携带公共设施的单个检测装置。这优选地应可选择性地单独或同时实现，以取得可以比较、匹配或验证的两个检测结果。

这些目的通过实现独立权利要求的特征来实现。以另选或有利方式进一步开发本发明的特征在从属权利要求中描述。

因此，本发明涉及一种移动检测装置，该移动检测装置(1)用于评估从装置到被堵塞的地下细长公共设施管线的深度值。装置至少包括第一检测器单元和第二检测器单元。换言之，该装置可以为用于根据公共设施发出的磁场评估从装置到被堵塞的携带ac电流的公共设施的距离值的移动检测装置。例如，电缆检测装置，其用于定位在施工现场处的地下堵塞的所埋设公共设施，例如电气布线、电缆、气体或水管道等。从而，装置被特别构造为确定公共设施被埋设的深度。

各检测器单元至少包括检测环和对应的发送环。检测环以及发送环各具有导电材料的至少一个绕组，优选地，它们可以各具有多个绕组。检测环和对应的发送环在此在各个检测器单元处紧密地设置在一起。优选地，检测环和对应的发送环设置在共用的刚性载体上。例如，环被设置为在彼此附近、邻接、并行、密布、相邻、接近或邻接。检测器单元关于彼此设置有间隔，该间隔优选地是已限定或已知的。环可以各包括导电材料的至少一个或更多个绕组。检测器单元的环优选地可以为空气磁芯(air core)设计，这意味着在环的中心没有铁磁芯。绕组围绕区域，并且可以为具有任意形状(例如，圆的、圆形的、矩形的)并且优选地可以为大致平坦的，具有相比较之下远远低于所围绕区域的外部尺寸的高度，并且。检测环和/或发送环另选地还可以作为线圈或天线引用。其中，检测环例如可以各具有1至500匝导体的低绕组计数，导体具有至少大约0.1mm²的横截面，特别地其中，检测环的绕组围绕大于100cm²且小于0.5m²的面积，优选地具有近似矩形或圆形的横截面。在以上实施方式中的任一个中，检测环的输出阻抗可以超过检测环连接到的第一放大级的输入阻抗。

根据本发明的装置还包括至少一个激励线圈，该至少一个激励线圈用于发射已限定特性的交流电磁激励场，例如通过向激励线圈施加已限定交流电流。激励线圈以检测环的磁灵敏度方向与激励线圈的磁场发射方向大致一致的方式来设置，或者换言之，以在激励线圈与检测环中间存在大致或至少几乎最大磁耦合的方式来设置。激励线圈和检测器单元的布置可以是固定的，这意味着它们不被构造为在深度测量期间相对于彼此移动。然而，例如由于机械冲击、温度影响等，线圈布置可能随着时间的过去以小公差变化，大多数为无意的。

根据本发明的装置还包括用于检测公共设施管线的电子信号评估单元。检测根据电信号来进行，这些电信号由于公共设施管线处的一些交流电流而由公共设施所发出的磁场在检测器单元的检测环中感生。电子信号评估单元在此根据电信号在第一检测器单元与第二检测器单元的检测环之间的差异评估深度值。例如，信号评估单元在此可以包括以下内容中的至少一个：

■放大器电路，该放大器电路连接到检测环，该放大器电路用于放大由来自公共设施的磁场在检测环中感生的电信号；

■用于电信号的带限滤波器，该带限滤波器被构造为抑制不期望的频率范围和/或避免混叠；

■模数转换器，该模数转换器用于将放大器电路的经滤波输出数字化为时间和值离散数字表示；和/或

■计算单元，该计算单元以以下方式来构造：根据数字表示的评估(特别是根据至少第一与第二线圈之间的信号强度的差)检测公共设施。

根据本发明的装置还包括补偿单元，该补偿单元被构造为向发送环施加电信号，以由发送环在第一检测器单元和第二检测器单元处建立补偿场。该补偿场以以下方式来建立：补偿场特别是至少大致或基本上消减(nullify)在第一检测器单元和第二检测器单元处的检测环处激励场的直接影响。

检测环和对应的发送环在此可以特别是同心的且彼此邻接。检测环和对应的发送环特别地可以磁耦合或强磁耦合，并且可以共享它们的灵敏区域，这些灵敏区域可以大致相同。发送环和检测环可以彼此磁同轴，和/或发送环和检测环可以在公共刚性载体上，载体优选为单体的。在根据本发明的检测装置的实施方式中，检测环(并且因此发送环)的线圈面在所埋设的公共设施的检测期间被设置为大致竖直，除了操作员为了覆盖检测区域而进行的整个装置的可忽略的侧到侧摆动。

检测环在此可以连接到接收部的RX放大器的输入，特别是连接到作为RX放大器的电流感测跨阻抗放大器。连接到检测环的这种第一放大级特别地可以被实施为跨阻抗放大器，优选地例如在大约50至100.000Hz的相关频率范围内具有低于100欧姆的低输入阻抗，并且可以被调谐为在大约至少100到数百kHz的频率范围内具有大致线性输出。例如，电流感测放大器可以包括运算放大器(OpAmp)，该运算放大器具有电流到电压配置的反馈网络。该电路特别地可以以以下方式来实施：负OpAmp输入连接到线圈的一端，检测线圈的另一端连接到正OpAmp输入，并且OpAmp输出由第一阻抗反馈回负OpAmp输入，该第一阻抗特别是电阻和电容阻抗。

发送环在此可以连接到发送部的TX放大器的输出，特别是连接到交流源，该交流源提供具有可定义或可控电流信号发生器输出的电发送信号。在另选配置中，可动态配置的电压源还可以施加于发送环。例如，TX放大器可以为跟随来自数模转换器的输出的驱动级。

在实施方式中，施加于激励线圈的激励信号例如可以为已知或可定义频率和/或相位的正弦波。在另一实施方式中，激励信号还可以具有其他波形和/或可以具有可变或可调制的振幅和/或频率，借此，在特殊示例中，激励信号可以以使得它可与其他环境信号和噪声独特区别的方式来调制或编码。例如，激励信号可以由跟随来自数模转换器的输出的驱动级来提供。

根据本发明，激励线圈的线圈面关于第一检测环和第二检测环的线圈面大致平行或重合，特别是以以下方式：使所发射的场朝检测环的发送线圈的耦合至少理论地大致最大化。特别地，激励线圈可以被设置为关于第一检测器单元和第二检测器单元不对称，这意味着不在检测器单元之间的中央。这种布置可以带来在检测环、发送环以及激励线圈之间的耦合关系方面的优点，借此，可以鉴于本发明提高产生的方程的可解性。例如，激励线圈可以设置在检测装置的底部处，特别是在较靠近要检测的公共设施管线的、检测器单元中靠下的一个检测器单元的下方。

检测器单元可以设置在固定位置处，并且检测器单元的间隔可以被近似定向为与朝要检测的公共设施管线的方向一致。检测器单元中的至少一个检测单元的检测环和对应的发送环可以被实施为单个印刷电路板(PCB)上的迹线。PCB特别还可以包括RX放大器级，例如，电流感测放大器或跨阻抗放大器。检测环和发送环可以为没有磁芯的空气磁芯设计，而激励线圈包括铁氧体磁芯。

补偿单元可以包括用于调节补偿场以实现消减的控制环，该控制环具有比用于检测公共设施管线的时间常数长的时间常数。时间常数特别地可以大致较长，例如，数十、数百或数千倍、更长或更多)。例如，这种时间常数可以处于多个秒或多个分钟或更长的数量级。

补偿单元尤其可以构造为向两个检测器单元处的各个发送环同时施加单独的电信号，并且按照以下方式来单独的控制这些所施加的单独的电信号：在两个检测器单元处同时建立消减，其中，考虑了在检测器单元之间的串扰，一个检测器单元处的补偿信号由于该串扰还影响另一检测器单元。

在包括检测环的校准的特定实施方式中，补偿单元的校准部可以在激励线圈接通时在主动检测期间评估在单独的电信号之间的差异。基于此，校准部可以以得到检测装置的校准参数，例如关于线圈和环的灵敏度、信号偏移、信号相位和/或几何对齐。

装置可选地还可以包括用于检测环的灵敏度的校准的自校准单元。这可以通过在不需要外部设备的情况下直接在装置本身内相互发送并评估在第一检测器单元与第二检测器单元之间的校准场来进行。在此，在根据本发明的实施方式中，同一发送环可以用于在自校准期间(在激励线圈关闭时)发送校准场，而且可以用于在主动检测期间(在激励线圈接通时)发送补偿场。因此，根据本发明可以建立至少部分甚至完全共享同一硬件的组合的补偿和校准单元。

本发明还涉及一种包括多个检测环的移动检测装置根据在公共设施处发出的磁场评估从该检测装置到被堵塞的携带ac电流的公共设施的距离或深度值的方法，该方法用于例如由如上所述的检测装置进行，该检测装置包括激励线圈，该方法特别是针对施工现场处的地下被堵塞的公共设施的位置。

由移动检测装置评估被堵塞的地下细长公共设施管线的深度值的这种检测方法至少包括以下步骤。通过向检测装置处的至少一个激励线圈施加电激励信号来建立发射具有已限定特性的交变电磁激励场。特别地，执行该步骤以在公共设施管线处感生出感生电流，该感生电流从公共设施管线发射检测场。根据该检测场，公共设施可被检测，而且在公共设施本身可能自己不具有自然发生的电流时可检测。

方法还包括以下步骤：由该装置的关于彼此以限定间隔设置的至少两个检测器单元检测磁场。各检测器单元包括具有来自用于这样做的导电材料的至少一个绕组的检测环。在该装置中，激励线圈关于检测环大致以耦合布置设置，例如以检测环的灵敏度方向与激励线圈的场发射方向大致一致的方式设置。

根据电信号在至少两个检测器单元的检测环之间的差异，进行从装置到公共设施管线的深度值的评估。

根据本发明，还在发送环处施加消减信号，该发送环与各个检测器单元的对应检测环的邻接。从而，通过由发送环建立磁补偿场来进行从激励线圈到检测环的激励场的直接影响的消减。换言之，进行从激励线圈到检测环的直接影响的物理消除的形式的消减，至少其中，消减基本上为将信号强度消减或减少到在没有消减的情况下的残留直接影响的至少少于一半，优选地减少到低于10％或低于3％或更少。由于要消减的直接耦合结果是相当静态且恒定的，仅可以不时或以在分钟或更大范围内的非常长的时间常数连续地进行对消减信号的调节。

这可以包括向发送环施加电消减信号以建立磁补偿场，该步骤通过以下来进行：针对所述激励信号的部分，评估来自检测环的所接收信号，向所述激励信号在振幅和相位上应用复变换；以及向所述发送环施加所产生的消减信号。在此，特定电消减信号可以同时施加于至少两个检测器单元中的每一个检测器单元处，使得考虑在至少两个检测器单元之间的串扰，并且由两个检测器单元处的不同消减信号在两个检测器单元处同时实现消减。

从而建立的磁补偿场可以由控制环针对消减来自动调节，特别地以比检测的时间常数长的时间常数进行，例如，多个秒到多个分钟长。在实施方式中，由控制环进行的自动调节在此具体可以在安静的电磁环境中进行，并且存储结果，或者它可以在现场操作期间连续进行，其中，长时间常数抑制动态影响，诸如来自所检测的公共设施的影响。

深度值的评估在此可以通过检测来自由激励场(Be)感生的公共设施管线电流的磁场来进行，该检测优选地可以与来自自然发生或人为传导的公共设施管线电流的磁场的检测结合，例如也同时进行。

本发明还可以包括一种用于提高移动检测装置处的检测环的灵敏度的方法，该移动检测装置包括隔开的至少两个检测器单元，该至少两个检测器单元具有检测环；和激励线圈，该激励线圈被设置为基本上磁耦合到检测环。在此，从激励线圈到检测环的磁激励场的直接耦合部分地将倾向于使检测环和/或之后的电子接收级饱和和/或偏置。因此，本发明包括对与检测环邻接的发送环供给消减电流，该消减电流以在检测环处实现对磁激励场的直接耦合部分的物理消减的方式来提供。

本方法或至少其涉及计算的那些部分还可以被具体实施为计算机程序产品，该计算机程序产品存储在机器可读介质上，或者可以被具体实施为电磁波(诸如例如有线或无线数据信号)。因此，本发明还涉及包括程序代码的这种计算机程序产品，该程序代码用于根据本发明的检测装置处进行激励信号消减。程序代码在此特别被构造为执行：

■分析来自检测装置的检测环的数字化输出信号；

■在数字化输出信号内识别并评估从检测装置的激励线圈到检测环的激励信号的直接耦合部分；

■计算期望消减信号，该期望消减信号用于抵偿掉或消减激励信号的直接耦合部分；以及

■提供期望消减信号，以在发送环处被供给作为模拟消减电流，以由发送环发出检测环处的磁消减场。

计算机程序可以在根据本发明的检测装置的消减单元中执行，因此，该装置还涉及被构造为在计算机程序实际被加载或不被加载的情况下运行提供根据本发明的消减功能的计算机程序的计算机装置。

附图说明

以下参照在附图中示意性示出的工作示例仅用示例的方式更详细地描述或说明根据本发明的装置、方法以及设置。具体地：

图1示出了本文涉及的移动检测装置的实施方式的示例；

图2示出了本文涉及的检测原理的实施方式的示例；

图3示出了本文涉及的移动检测装置处的磁场的实施方式的第一示例；

图4示出了本文涉及的检测装置处的磁场的实施方式的第二示例；

图5示出了根据本发明的检测器单元的实施方式的结构图的示例；

图6示出了根据本发明的检测器单元的实施方式的第一示例；

图7示出了根据本发明的检测器单元的实施方式的第二示例；

图8a和图8b示出了根据本发明的检测装置的实施方式的示例；

图9示出了信号图的实施方式的示例；

图10示出了检测器单元中的一个检测器单元处的消减的实施方式的示例；

图11示出了根据本发明的信号流程的实施方式的示例；

图12示出了向量图的实施方式的示例；

图13示出了由低时间常数控制环进行的消减的实施方式的示例；

图14示出了磁场图的实施方式的示例；

图15示出了公共设施电流对深度图的实施方式的示例；

图16示出了公共设施电流对激励电流图的实施方式的示例；

图17示出了公共设施电流对公共设施半径图的实施方式的示例；

图18示出了由包括另外GPR的、根据本发明的移动检测装置进行的检测的特定实施方式的示例；

图19a、图19b、图19c以及图19d示出了来自图8的实施方式的检测图的实施方式的示例；

图20示出了根据本发明的检测装置的实施方式的示例；以及

图21示出了本发明的实施方式的框图的示例。

具体实施方式

附图的图不应被认为是等比例绘制。在适当的情况下，相同的附图标记用于相同的特征或具有类似功能的特征。对附图标记的不同索引用于区分被示出为示例性的相同或等效特征的不同实施方式。术语“大致”在这里用于描述以下事实：特定值、布置或特征不是必须需要100％准确，而是可以可能轻微飘动，但仍然在范围内。换言之，例如可以由于不精确、无意设计考虑、公差等存在一些轻微偏差，但存在朝已提到值或布置的清楚趋势(特别是在用其实现的技术效果方面)。尤其，它不意指明显相反。在任意情况下，除了“几乎确切地”的意义之外，术语“大致”可以总是被解释为包括或还表达“确切地”或特定特征本身的意义。

图1示出了移动检测装置1的实施方式，该移动检测装置可以用于评估从装置1到埋在地里12的公共设施10的距离值13“d”。公共设施10处的某交流电流11导致公共设施10发出磁场BrB、BrA。装置1包括至少两个接收器或检测器单元2a、2b，所述至少两个接收器或检测器单元包括关于彼此以间隔3“s”设置的、如被示出为2a处的“A”线圈和2b处的“B”线圈的检测线圈25。从公共设施10发出的磁场由磁场线BrA和BrB示例性示出，其中，第三个字符指示检测的地点，“A”-检测器单元2a处的线圈25，相应地，“B”-检测器单元2b处的线圈25。

由第一磁灵敏接收器，这里被示出为检测器2a处的检测环25a，和第二磁灵敏接收器，这里被示出为检测器2b处的检测环25b，根据由这些接收器拾取的公共设施的磁场BrA、BrB来检测该公共设施10。所埋设的公共设施10在此可以被认为是发射磁场的长导体。在2a和2b处的两个感测点用于确定到公共设施10的距离。从装置1的已限定点到所埋设的公共设施10的距离13可以由以下算式数学表达：

其中，“d”是深度13的值，“A”是线圈2a处的磁场强度且“B”是线圈2b处的磁场强度，并且“s”是线圈2a和线圈2b的间隔3。特别地，最小距离是用于定位所埋设电缆的基本技术。

严格来说，该算式中的深度13是关于在装置1中包括的检测器2a、2b的中心轴线来确定的。通过了解、限定或确定从地面到装置1的底侧的地面距离并施加由装置1提供的深度值的补偿，这可以参考到地平面。例如，装置1的底侧可以被放下在地平面上，可以定义从底侧到为了操作装置1而必要的到地面12的工作距离，或者检测装置1包括位于在装置1的底侧处的至少一个邻近传感器，例如光学或超声距离测量单元。从而所确定的邻近值可以用作针对所确定的深度13的补偿，使得所指示的深度值总是相对于地平面的。

显然地，同样地，存在超过两个磁检测器单元2，那么以上所描述的两个检测器2a和2b可以用于检测，特别是用于提供冗余数据和/或提高的精度。为了检测公共设施10和/或确定其深度13，装置1包括(这里未明确例示)电子信号评估单元，优选地包括可编程和/或硬接线数字计算单元，例如微处理器、DSP、FPGA、ASIC等。

如在现有技术中，服务线或公共设施10可以是例如地下电缆、探头、管道等，其本身携带电流，或由于从单独的信号发生器装置向公共设施传导信号而具有人为引入的电流。但根据本发明，公共设施10还可以没有自然发生的电流或没有来自远程设置的电流源的人为传导的电流。

根据本发明的检测装置还包括激励线圈4，在该实施方式中被明确示出为被标记为“E”的线圈发送器。这里示出的线圈发送器4优选地具有用于归拢发射场的磁芯，例如铁氧体，但根据本发明的其他实施方式另选地还可以包括没有磁芯的线圈发送器4。激励线圈4发射交流电磁场Be。该场如由磁场线Bel所示地耦合到地下公共设施10，并且在公共设施10处局部地感生出电流11。下文中将描述细节。公共设施10处的该电流11造成在公共设施10处发射磁场，该磁场可以由检测器单元2a拾取为BrA，并且由检测器单元2b拾取为BrB。从而，公共设施10不管初始地是否携带自然发生的电流都可以如这里所描述的来检测和/或定位。

在检测装置中以某种方式包括激励发送器的基本构思可能不是完全新的。然而，没有采用这种基本构思的合理实际可以使用的现有技术装置可用。原因是这种实现方案是不可直接应用的，并且存在要克服的多个挑战。

例如，由于被包括在与检测线圈25相同的装置1中的激励发射器4的紧密接近，该发射器的场Be到检测器2存在强耦合。这导致检测线圈25及其输出信号6的饱和。或者换言之，在由发射器4发射来以合理的信号电平到达所埋设的公共设施10的场Be的所需合理电平，由检测器2所拾取的发射器4发射的发射场Be的一部分处于比来自需要实际检测的公共设施10的场强的超过一个数量级。这在公共设施10以超过仅几cm或dm的深度埋设在土壤12中时尤其是真的，因为几米的潮土12不及例如几cm的干燥混凝土、木材等可穿透。从而，检测器单元2的接收部将变饱和或过载，或者至少(来自公共设施10的)信号与(直接来自发射器4的)噪声比将非常差，可能对于可靠检测而言太差。这也是为何开发了与目前要求保护的本发明不相关的、采用利用脉冲信号的飞行时间方案或确定阻抗的不同类型的装置的原因。

以以下这种方式大致设置并定向激励线圈发射器4将是有帮助的：它在检测器单元2的灵敏度方向上基本上不产生或至多产生最小场分量，例如，将激励和检测大致彼此正交定向。但是，这将带来以下缺点：为了实现从和到地下公共设施的最佳耦合，激励和检测必须沿相同方向来大致定向，这导致从激励线圈4到检测环25a和25b的强局部耦合。从而，接收天线25a、25b将由于发射器的紧密接近而往往饱和。因此，激励信号的直接耦合部分将总是存在于检测环25a和25b处，其通常将在大小上大于期望测量的信号而且还大于来自在还期望检测的在公共设施管线处的自然发生电流的任意场。这是为何现有技术的工地地下公共设施检测装置1不采用这种方案的原因中的一个。

所示的根据本发明的检测装置1可选地还可以包括用于建立检测环的自校准的自校准单元48，该自校准单元48优选地可以与补偿单元49至少部分组合，以在主动检测模式期间建立消减。以下实施方式的示例中将更详细地描述与包括激励线圈4和至少两个隔开的检测器单元2的、根据本发明的装置如何建立公共设施10的发现有关的细节。

图2例示了由检测装置1进行的、根据本发明的对所埋设的公共设施10的检测和定位的实施方式，其中，该章节的焦点根据本发明主要在于由所用的检测器单元2处的检测环进行的检测和深度确定方面。

对于以上所描述的所埋设的公共设施10的检测，检测环25a相应的线圈25b各连接到评估电子器件，例如，连接到放大器、滤波器和/或模数转换器，该评估电子器件然后向计算单元提供数据。检测环25特别地包括导电材料的一个或优选地超过一个绕组。优选地，可以由评估电子器件和/或计算单元选择关注的特定接收信号，使得检测系统减小由于外部干扰或噪声而引起的影响。例如，可以选择用于发射和/或接收的特定频率，和/或可以具体调制和/或编码激励线圈4的激励。根据发射信号，可以相应地解调和/或解密接收信号，以区分和/或识别期望信号与不关注的其他外部信号。在根据本发明的先进实施方式中，可以由校准处理，例如如在EP1843177中或在EP3002614中描述的，特别是根据本发明的实施方式应用消减和校准的协同，来确定并校准接收检测环25a和25b的特性，且优选地还有达到数字化值的、整个接收电路的特性。

检测环25a接收磁场BrA，并且检测环25b接收磁场BrB，该磁场BrA和BrB实际上是在公共设施10处发射的同一场的一部分。然后可以由评估单元分析和/或存储来自检测器2a和2b的所检测信号，例如可以确定信号强度、最终发生的相位偏移等。由此且在了解检测器2a和2b的间隔s的情况下，可以根据以上所指定的基本算式确定表示从检测装置1到公共设施10的深度信息的值z。该附图中可以看到该深度确定依赖的几何原理。

根据本发明，由BrA和BrB示例性示出的来自公共设施10的磁场至少部分地因公共设施10处的电流而产生，该电流本身不是自然发生在公共设施10处的，而是因在检测装置1处包括的激励线圈4而产生。如图1所示，使用激励线圈4“E”发射引起所示磁场Be的已知信号。这可以通过向激励线圈4施加电激励信号来实现，该信号优选地具有已知特性，诸如频率、电流强度、相位和/或调制。为了实现这一点，激励线圈4可以连接或切换到电激励信号源，特别是电流源。激励信号是交流信号，优选地在装置1的检测器单元2的检测频率范围内，例如，大致正弦信号。例如，关于在一些kHz到大约0.1MHz范围内的频率，优选地例如大约5kHz到50kHz，例如大约8kHz或大约33kHz是经常用于检测目的的优选频率，其中，通常较低的频率倾向于较不易受土壤的性质可能扭曲磁场的地面效应影响。优选地，根据本发明的激励线圈4为了实现用于本申请的合理土壤穿透而发射低于1MHz的频率。除了深度值z的确定之外，基于根据本发明的原理的先进检测装置优选地还可以在装置1包括超过两个检测器单元2的情况下确定距离值x。

图3示出了根据本发明的原理设置的实施方式的示例。公共设施10由于借助于装置1的激励线圈4发射的场而感生有电流。顶部检测器单元2b和底部检测器单元2a借助于它们各自的检测环25a和25b接收因在公共设施10中的所述电流而产生的所述场。检测环25优选地大致类似地定向，使得一从激励线圈4发射磁场，它们中的至少两个就与磁场大致耦合。或者以其他方式陈述，激励线圈4还将其所发射激励场的一部分直接耦合到检测环25a和25b。

在所示的示例中，激励线圈4在坐标系9的x轴方向上具有主发射，并且检测环25a和25被定向为类似地也在坐标系的x轴上具有它们的主灵敏度。从而，来自激励线圈4的激励场Be将倾向于即刻使检测环25及分别与其连接的接收和评估电路过载或饱和，特别是在保持检测器单元2的灵敏度高以检测来自公共设施10的弱信号的同时。旨在在检测器处拾取的来自公共设施10的弱信号特别地可以在强度上比激励场Be的即时或直接耦合低多个数量级。

图4示出了根据本发明的与图3类似的视图，但具有另外的补偿场Bta和Btb。本发明引入了与检测器单元2的检测环25对应的、在该检测器单元2处的发送环27。对应在该意义上，特别是在逻辑意义而且在几何和物理意义上，尤其是在它们各自的磁特性的意义上，可以意指发送环27与同一检测器单元2的检测环25关联或被分配到该检测环。换言之，在同一检测器单元2a或2b处包括的检测环25和发送环27以它们大致共享它们的磁灵敏/发射区域的方式设置为靠近在一起，磁灵敏/发射区域特别是它们的由它们的环围绕的区域。在优选实施方式中，这例如可以在至少由发送环27包围或围成的磁场发送区域大致覆盖由检测环25包围或围成的磁场灵敏度区域时建立。术语“大致”例如可以由以下事实来表达：检测环25的磁场灵敏度横截面和发送环27的磁场发射横截面可以交叠至少80％，优选地超过95％至100％。例如，在实现这一点的实施方式中，检测环25和对应的发送环27至少大致在实际合理的余裕内可以为共平面和/或同轴的。

根据本发明的检测器单元2中的一个的发送线圈27在此被设置作为一种消减线圈，因为根据本发明，它被设计并设置为被施加有消减信号。由该消减信号，发送环27在其对应的检测环2处产生所示的消减场Bt。由该消减场Bt，可以将存在于对应的检测环25处的来自激励线圈4发射的场Be的直接耦合消除掉或消减，优选地几乎全部，但至少大致，例如数量级或至少一半，到十分之一、百分之一或更少。根据本发明，这种消减可以临时或连续地进行，优选地至少在为了检测目的而评估来自检测环的信号时进行。从而，根据本发明的检测装置可被配置为，或在激励线圈接通的主动检测期间被实际配置为，在不存在要检测的公共设施10时在检测环25处没有或大致没有磁场。这在至少由装置1检测所埋设公共设施10的频率处或在该频率范围内特别适用，具体是在被供给给激励线圈4的激励信号的频率处。

在存在导电公共设施10的情况下，如图所示，发射线圈4在公共设施10处感生电流，并且从公共设施10辐射对应的磁场。所辐射的场然后可以由检测环25a和25b检测。因为根据本发明，(至少在相关频率范围内)大致没有存在于检测环25处的其他干扰磁场，所以可以检测弱场强度，特别是比在没有根据本发明的消减的情况下弱的场强度。因为没有其他的干扰磁场，所以可以增大(特别是检测环结合随后放大、信号调理以及评估级的)检测的灵敏度和/或动态范围，使得可检测较低的绝对磁场值，特别是因为抑制了由于来自激励线圈4的较大的直接耦合场而引起的检测级的饱和或过载。从而，所需的接收级的动态范围可以被转移到得到较精细分辨率的较低的信号电平，和/或可选地该所需动态范围还可以缩小。在检测环处的、从而产生的(几乎为)零的磁场环境中，来自公共设施的期望场(尽管在绝对信号强度方面弱)根据本发明的该方面较佳且可较准确地检测。或者还换句话说，通过向检测器单元2处的发送环27施加消减信号可以改善期望信号与残留噪声的比，残留噪声特别是从激励线圈4直接耦合到检测环25的残留噪声。这是通过对磁场的物理消减来实现的，而不是仅由数值手段来实现的。

图5示出了该检测器单元的实施方式的示例，以说明根据本发明的检测器单元2的功能。存在被包括在检测器单元2处的检测环25，该检测环25链接到向评估单元提供输出信号6Vout的放大级5。放大级5可以以不同形式来具体实施，优选地为如所示的电流感测放大级的形式，例如作为TIA。这里所示的电路被缩减至基本配置，但明显地，本领域技术人员将如领域中已知的用用于滤波、稳定、偏置、校准、调谐等的另外部件来补充。对于电流感测级5，还有利的是提供给检测线圈25较低绕组计数，例如，单匝或多达数十匝，但低于如现有技术检测线圈设计中经常使用的数千匝。另外，较低的串联电阻在这种设计中可以是有利的，例如，由于较大的导体横截面和/或低电阻导体材料而产生。连同检测环25一起，检测器单元2还包括作为消减线圈的发送环27。发送环27在此被设置为几何接近检测线圈25，特别以以下方式设置：两个线圈25和27大致共享由它们的绕组围成的同一灵敏区域。换言之，线圈25和27对于磁场敏感的区域交叠，优选地完全交叠或至少尽技术上合理且可实现的完全交叠，例如至少到超过大约90％。

发送环27由发送放大器7根据来自提供消减信号的信号发生器8的信号来馈送。从而，可以提供发送线圈27处和对应检测环25处的消减发送场37。在公共设施的检测期间，该发送场37与由检测环25检测的场B交叠，并且该场B包括来自要检测的公共设施10的场Br以及其他不期望的磁场部分，大多数主要为从激励线圈4直接耦合的磁场部分。根据本发明，发送场37可以被调谐为极大地减小或消减不期望的磁场部分，特别是从激励线圈4直接耦合到检测环25的磁场部分。

在图6和图7中的实际实施方式的例示性示例中，示出了根据本发明的检测器2的两个部分。如所提及的，该实施方式中的检测器的两个环或线圈25和27大致在同一平面中，使得在垂直面中的任意偏移应可忽略，并且两个环或线圈还被设置为大致同心且大致具有相同或接近的直径。

图6示出了具有设置为紧密接近彼此的绕线线圈的检测器2的实施方式的示例，该绕线线圈具体实施检测环25和消减发送环27。圆形仅是示例，并且还可以不同，例如为椭圆形、矩形等。线圈25和27可以独立于彼此，但可选地还可以建立抽头绕组实施方式(具有用于检测和发送这两者的一个公共抽头)，以实现检测环25和消减发送环27的相同独立功能。这里还示出了链接到控制单元30的RX检测电子器件35和TX发送电子器件37，该控制单元包括控制电子器件微处理器uP。因为根据本发明的检测装置1具有至少两个隔开的检测器单元2，所以还示出了延伸到根据本发明的第二检测单元2的链接，该第二检测单元2可以是类似的或优选地等于这里明确示出的检测单元。

图7示出了具有PCB制作线圈的检测器单元2的实施方式的示例，该PCB制作线圈具体实施被设置为紧密接近彼此的检测环25和消减发送环27。在该实施方式中，线圈25和27的绕组由在PCB(印刷电路板)上布线的迹线制成。印刷电路板在此还可以包括电子部件，例如，检测电子器件5或35和/或发送电子器件7和/或37的至少一部分。布线29建立到评估和控制电子器件30的链接。这种PCB设计的优点可以是两个环的高的共面布置、非常高的再现性，特别是绕组的再现性，特别是与铜绕组相比，并且可以改善大量生产，可以降低成本，而且电子器件5的至少一部分可以位于具有绕组的位置处，这帮助减小干扰或噪声的影响。

图8a示出了具有与图6所示的示例一致的检测器单元2a、2b的示例性实施方式的略图，而图8b示出了具有与图7所示的示例一致的检测器单元2a、2b的示例性实施方式的略图。由于这些方案区别主要在于检测器单元2a、2b的以上所述的实施方式，所以将在下文中一起描述它们。

激励线圈4被示出为磁芯周围的线绕螺管线圈。该激励线圈主要的场发射40(由双线箭头40指示)与线圈轴线大致一致，而且与检测器单元2a、2b的检测环25的主灵敏度轴线20a、20b(由双线箭头20a、20b指示)一致。在检测环25的绕组面(例如，由笛卡尔(Cartesian)箭头指示)中，检测环25包围检测环25的灵敏区域。检测器单元2a和2b以及激励线圈4被设置为大致或至少几乎最大耦合。除了所示布置之外，可以存在另外的布置选项。

检测器单元2(例如，2a和2b)还各包括至少一个发送环27。后者优选地以发送环27与检测环25大致覆盖或共享灵敏区域的方式被设置为大致等于或类似于检测环25。换言之，发送环27处于到检测环25的优选地非常高程度的磁耦合布置。这例如可以通过大致共享环25和27的相同绕组面方位和/或具有大致同心的绕组轴线来实现。因此，发送环27和检测环25被设置为靠近彼此，例如，邻接、相邻或接近。由这种密布布置，可以实现以上所描述的磁耦合。例如，在实施方式中，发送环27可以紧密包围检测环25，反之亦然。

由装置1的补偿单元，可以向检测器单元2处的发送环27施加电信号，以抵消检测环25处存在的任何磁场，使得装置不检测到、大致不检测到或检测到至少减小幅度的磁场。根据本发明，特别是要减小或消减直接来自激励线圈4的场Be的直接耦合部分。因为发送环27优选地完全或几乎完全地耦合于其对应的检测环25，所以这可以有效且高效地来进行。具有多个检测器单元2的情况下需要考虑的是一个检测器2a的发送环27a不仅将耦合到其自己的检测环25a，还将部分地耦合到其他检测器单元2b的其他检测环25b。然而，这不妨碍根据本发明的原理，因为该方面通过单独调整因此施加于各个发送环27a和27b的消减信号来解决。这可以被计算、数字地建模、测试或扫过。在静态或准静态环境中，各个检测器处的消减还可以在时间上顺序地来进行，并且因此可以仅当在特定检测器处建立消减时进行测量，同时临时忽略来自其他检测器的读数。

图9示出了根据本发明可以采用的基本信号分析32的示例。

需要由发送环27在检测环25处抵偿的、发射线圈4的直接耦合信号是复的或是向量，并且在各个检测环25a和25b处将存在来自两个检测器单元的发送环27a和27b以及来自激励线圈4的贡献。因此，简单地将施加于激励线圈4的信号的一部分也直接施加于发送环4的信号的一部分(这将为简单的直接方案)可能是不足够的。为了实现合理的消减，优选地解调并分析信号，特别是使用复数学计算。图中示出了例如施加于例如如以简化方式在左面建模的激励线圈4的驱动电压得到其右面示出的复阻抗图。这得到在中间示出的给出针对典型布置中的电气条件的示例的相矢量图。在右，存在示出了对应波形的时间图。实际生成磁场的电流1可能被视为不与实际施加的信号V共形。类似的考虑还可以应用于检测环25和发送环27。对于根据本发明的消减，为了实现实现解调和消减至进一步改进的较高程度，需要有利地考虑检测环和发送环。

图10示出了说明根据本发明的设置的简化示例，其中，为了简单起见，仅示出至少两个检测器单元2a和2b中的一个。激励线圈4在此从激励信号源9被供给激励信号，并且发射磁激励场Be。将不仅存在到要检测的所埋设的公共设施管线10的耦合，还存在磁激励场Be到检测环25a和25b的一些直接耦合，可能这种直接耦合甚至比到公共设施10的耦合强。因此，由检测环25检测到的磁场B将包括来自发送环5的磁激励场Be的某一部分。因此，根据本发明，检测装置1设置补偿单元49，该补偿单元49被构造为向检测器单元2a和2b中的每个的发送环27a和27b施加消减信号以在检测环25a和25b处建立磁补偿场，该磁补偿场消减或至少减小从发送环4直接耦合的磁激励场Be的一部分。特别地，补偿单元49在此可以包括发送放大器7和信号发生器8。

在真实世界装置1中，几乎总是存在一些变化、干扰、偏差、漂移、位移等，特别是在装置1的现场使用期间。检测单元2和激励线圈4在装置1内的布置往往对任意机械移动、温度变化、电子漂移等极度敏感。

在特别实施方式中，根据本发明的发送环27可以被实施为用于自校准的同一环。这种自校准例如在US2016/0097874或US2016/0109608中提出，同此以引证的方式将该两个申请并入。从而，有利地，由靠近检测线圈25的校准信号发送环27进行的装置自校准的方面可以与靠近检测线圈25的消减信号发送环27的方面有利地组合。在此，根据本发明的这种特殊实施方式，校准信号发送环27和消减信号发送环27可以为用于不同具体目的的同一发送环，而且其他部件可以至少部分用于这两者。与本发明的消减形成对照，自校准目标将在于在校准信号施加于发送环27时两个检测单元之间的相互信号比，其中，可以得到检测线圈25的校准参数，以使检测线圈25的灵敏度数值地相等，特别是如在以上所列文献中说明的。

图11示出了用于建立消减信号的根据本发明的信号流程的示例。在此，检测环25拾取磁场值B，该磁场值在5处放大和/或信号调理(例如，滤波)，并且在ADC 7处模数转换。块46表示得到的信号，在该信号中，特别地，确定来自激励线圈4的场分量的相位和振幅。在所示示例中，这种信号分析和评估由作为用于建立这一点的计算单元的示例的数字信号处理器DSP 45和微处理器μP 44来表示。这种计算单元例如还可以与用于公共设施检测、深度确定、提供激励信号和/或检测装置1的其他功能的计算单元相同。在该计算处理中，还可以包括另外的信息，例如与激励信号的波形有关的信息等。然后使用输出来驱动发送环27以提供消减场，该输出在所示示例中包括数模转换器DAC 43和驱动级7。

在实施方式的示例中，可以由具有长的时间常数的控制环来建立消减，时间常数特别是大于定位器的响应时间的时间常数，优选地为远远大于，例如，至少3倍、10倍或更多。该控制环调节施加于发送环27的电信号，以在没有公共设施管线信号存在的情况下实现大致空信号作为检测环25的输出。由于检测装置1包括至少两个检测器单元2，以在检测环25a和25b中的每个处实现消减的方式来计算用于各发送环27和27b的驱动信号。因此，ADC、DSP、μP、DAC可以具有多个输入/输出或被提供多次。

图12示出了在一个检测器单元2处的信号的向量图的示例。在安静电磁环境中且激励线圈4发射激励场B2的情况下，特别地在所及范围没有要检测的公共设施10的情况下，消减例如可以包括：

将施加于发送环27的信号设为VT，并且测量来自检测环25的电信号6VA，例如通过从ADC 47捕获值。基于此，计算电信号VN并向发送环27输出，例如由DAC43，使得将VA强制为零(或至少几乎为零)。如图所示，这种消减在本发明中被进行为复的，不仅由将不实现足够消减的简单标量反馈增益来进行。在此，在考虑时可以使用所有信号具有大致相同频率的事实。特别地，还可以考虑的是关注的主要频率是由激励线圈所发射的频率。在实施方式中，还可以考虑被施加于激励线圈4的激励信号，优选地在其振幅和相位方面。以上可以重复多次，或者可以在连续控制环中重复以实现消减。可以存储用于实现消减的所需设置以进一步使用，以直接或作为用于下一消减调整的初始值。另选地，消减还可以在每当主动检测启动时执行。

在以上所描述的消减处理之后，来自进入检测的所及范围的导电公共设施10的要检测实际或“真实”信号将与来自激励线圈4的所发送信号同相，而例如由于公共设施之间的电容感应等而产生的“次”信号将异相。通过在信号评估中考虑这一点，可以改进检测结果。

公共设施的检测然后例如可以包括：

■由激励线圈4发送信号VT。

■检测环25然后拾取VT而产生的所接收信号VA，其可以相位差Ψ。

■发送环用(来自DAC的)具有相位的以VA→0的方式设置的消减信号VN来驱动。

■VS是具有相位ξ的、与VA大致同相的、从要检测的公共设施10发出的期望信号。

■图中所示的另外信号VC是通常将与VS不同相的耦合的公共设施10信号。

对于两个或更多个检测器单元，它们之间还将存在相互作用，得到还将需要消减的磁分量。针对可读性而略去了这些磁分量，但可以以与在以上所描述的消减中讨论的相同方式来考虑这些磁分量。

图13示出了根据本发明的消减的示例的时间图。在此，建立迭代循环，该迭代循环确定来自检测环25a的所检测信号V_a的振幅和相位，应用计算以将V_a减小到0，在简单例示性示例中，这可以包括将V_N乘以复系数。例如，假定：

■激励环4的所发射信号具有形式VT＝VTM sin(ωt)。

■来自检测环25a的所接收信号6为VA＝VAM sin(ωt+Ψ)。

■用于消减的对到发送环27a的输出然后是

在该简单示例中，不考虑还将存在还需要消减的、来自第二检测器单元2b的第二发送环27b的分量，但其适用是简单的。

图14示出了根据本发明的所用的激励场Be的示例的图以及激励线圈4和被供给给该线圈的激励信号。

实施方式的激励线圈4在该示例中具有铁氧体磁芯，但也存在可以用于本发明的另选设计。线圈4位于要检测的导电公共设施10上方分隔z中，并且由生成磁场Be的交流激励电流来驱动。假定公共设施10导电，具有直径dc，被粗略地定向为与磁场成90°。

根据用于来自螺线管的场的毕奥萨伐尔定律，可以示出距离z处的场为：

其中I＝线圈电流，R＝线圈半径，n＝匝数，z＝与线圈的距离，μr＝铁氧体磁芯的磁导率，并且sin(wt)表示ac电流频率。

为了说明，起点可以是将布置认为在激励线圈4与所埋设的导电公共设施10之间具有互感M。这可以被限定为在导电公共设施10中生成的emf与产生电流的激励线圈4中的电流的变化的比例。

在z>>R时，这对于公共设施检测是合理的，来自螺线管的磁场近似为：

其中，A为线圈4的横截面积。

展开分析，地下公共设施10处的磁场可以由下式来近似：

由于该场，在电感器中还将存在感生电流，同样，该感生电流将(根据互易定理)引起磁场，该磁场是本发明致力于用定位器装置1的检测环25检测的对象。

从毕奥萨伐尔定律，可以示出长导体内部的场由下式给出：

其中，R＝导体的半径，r_c＝与中心的距离，i_c＝从由激励线圈4生成的场在电感器中感生的电流。

图中示出了在公共设施10表面处由此产生的场，其中，R是公共设施10的半径。

假定在公共设施10的表面处，这些场相等，给出：

这可以被认为提供导电公共设施10中的电流与激励线圈4中的电流之间的简单(如果近似)关系。

另一个因素是来自下式的系统的(无尺寸的)几何结构：

总之，导电公共设施中的电流可以(至少近似)表达为：

其中，ur＝铁氧体磁芯的相对磁导率，At＝激励线圈4的横截面积，R＝导电公共设施10的半径，z＝激励线圈4到导电公共设施10的分隔(≈深度)，it＝激励线圈4中的电流。

这里所示的算式被示出为示例性的，以说明基本原理，并且示出它基于根据本发明的原理在物理上和逻辑上可以实现消减。在本发明的其他实施方式中，可以修改来自上述内容的基本算式，例如以较好匹配实际物理条件。例如，磁场算式可以适于实际线圈设计，一些参数可以被不同地选择，可以使用参数估计、最小二乘拟合、非线性校准模型等来确定参数等。

图15示出了由于激励线圈4在公共设施10处可实现的电流的一般依赖关系的示例的图。例如，假定激励线圈4具有大约10cm长度和大约5mm半径、具有大约10000的u_r的磁芯的螺线管的用于该应用的相当典型的值。假定激励电流例如为1A。可以看到，在该示例中，检测的极限将为大约2.5m深，对于较浅的深度z(在纵轴处，单位为米)，公共设施电流增大(在横坐标处以安培为单位示出)。

图16示出了公共设施10处的电流(横轴处以安培为单位示出)与对被供给给激励线圈4的电流(纵轴处用单位安培示出)的一般依赖关系的示例的图，特别地激励线圈4具有如在以上示例中提出的线圈设计。可检测性的典型极限在此处于大约100nA的数量级。依赖关系将大致为线性的。

图17示出了例示公共设施10的直径还影响可检测性的示例的图，其针对被埋在1m深的公共设施10的示例，示出了在y轴以米为单位的公共设施半径和在x轴以安培为单位的对应公共设施电流。依赖关系将大致为线性的。

图18示出了根据本发明的检测装置1的特定实施方式，其包括利用与可选的地面穿透雷达(GPR)单元99组合的两个检测单元2和激励线圈4进行的以上指定的磁性检测。该图例示了这种检测装置1的实际示例，该检测装置经过作为要检测的公共设施管线的地下中空管道10上方。公共设施10的距离信息Zmin对于挖掘目的具有高度相关性，其引起在Z1处发源的主GPR反射信号以及Z2处的次GPR反射，该主GPR反射信号和次GPR反射因高介电常数的变化而产生，例如由于潮土12中的塑料管道10而引起。根据所示的尺寸和算式

Z1＝((X-(r.cosθ))²+(Zmin+(r-r.sinθ))²)^1/2以及

Z2＝((X+(r.cosθ))²+(Zmin+(r+r.sinθ))²)^1/2，

利用所示和所提及的参数，可以根据GPR反射及其飞行时间确定Z1和Z2的距离值并且因此还有Zmin。另外，还可以确定管道10的x位置，因为它可以从用于Z1和Z2的另外几何考虑来看到。本主动检测与GPR检测的组合提供用于非信号携带和非导电公共设施管线的改进检测结果。GPR检测结果可以在X-Z断面中最佳示出，其在下文中示出。

图19a、图19b、图19c以及图19d示出了如图18所描述的、根据本发明的检测的特定实施方式的特定检测结果的一些示例。

图19a示出了为穿过大直径塑料管道10上方的地的GPR X-Z断面形式的二维图，该断面具有深度z和沿着地面的水平位移x(示例性值分别以米为单位给出)。示出了GPR检测结果的曲线，其确定距离值，特别是来自以上的z值，因为磁检测器单元2将可能由于管道的非导电性质而不拾取到任何合理的检测信号。存在因在公共设施管线10的界面边界处的GPR反射而产生的所接收的两个主要信号Z1(GPR)和Z2(GPR)，作为主反射Z1和次反射Z2。公共设施10在此可以为例如埋设在1m深度的中空塑料管道，基于所示的图，该信息例如还可以由检测装置得到并提供。

在图19b中，存在所接收的两个信号，其中，Z1(GPR)因GPR反射而产生，并且其中，E1(EM)因公共设施管线处的电流而产生，特别是如由检测装置1处的激励线圈4感生。根据本发明的该方面，两种检测方法可以由检测装置1执行，特别地同时或准同时执行。公共设施10在此例如可以为在x＝0处埋设在1m深度的较细的导电管道、电力供给线或通信电缆。通过评估两个图形交叉的点，可以提取另外信息，例如关于检测装置天线几何结构、公共设施深度、直径等。

在图19c中，存在从GPR接收的两个信号Z1(GPR)和Z2(GPR)。虽然在发射线圈4接通的情况下进行主动检测，但没有磁场被检测到，因此，可以推断，公共设施10可能为在大约1m深度处的、具有大约20c m直径的塑料气体管道。

在图19d中，存在所接收的三个信号，其中，Z1(GPR)和Z1(GPR)因GPR反射而产生，并且其中，E1(EM)因公共设施10处的自然发生或人为传导的电流而产生。最可能地，公共设施管线10处的所检测电流将因在检测装置1处发射的激励场而产生，该激励场可以根据其频率和/或信号形状来识别，并且该信息可以由装置来提供。因此，公共设施10可以为大直径的导电管道。因为这种直径的管道大多数自己不携带电流，所以它可以为例如在1m深度的直径为20cm的塑料水管道，但它也可以为在塑料管道等内的电缆。检测装置不仅可以呈现所示的组合图像，还可以可选地分析图的信息并提出图的最可能解释。

图20示出了根据本发明的装置1的示例。检测装置1至少包括在公共壳体中的第一检测器单元2a和第二检测器单元2b以及激励线圈4。激励线圈4被具体实施为具有铁氧体磁芯的螺线管。在装置1被保持在直立检测位置中时，该示例中的激励线圈4在其轴线大致水平的情况下来设置。所示的实施方式包括用于两个检测器单元2a和2b的PCB天线设计，在装置被保持在直立检测位置中时，该两个检测器单元设置有已限定的间隔3且大致竖直。特定对齐仅是示例性的，因为本发明主要需要以实现激励线圈4到公共设施管线10和从公共设施管线10到检测环25a、25b的相当好的磁耦合的方式来构造。两个检测器PCB 80a和80b优选地可以相同。各检测器PCB80a和80b包括链接到可以至少部分位于同一PCB 80a(相应的80b)处的评估电子器件81a(相应的81b)的检测环25a(相应的25b)。检测器PCB 80a和80b还包括另外的发送环27a(相应的27b)，该另外的发送环以以下这种方式来构造并控制：可以在检测环25a、25b处解调或“消除掉”或消减来自激励线圈4的不希望的直接耦合磁信号。该消减通过向发送线圈27a、27b施加消减信号来进行，该消减信号与各检测环25a、25b处的不希望的磁信号相反，以被强制为大致零。从而，本发明通过使用与用于检测公共设施10的检测环25紧密对齐的“消减”发送环来物理地消除掉来自激励线圈4的直接耦合。有利地，检测环和发送环可以被具体实施为PCB 80上的铜匝。激励线圈信号的解调由PCB制造天线设计来简化。PCB检测器单元2有利地具有与检测环25紧密接近的“消减”发送环27，这为环25和27提供相同的缠绕平面，并且提供几何结构的高度再现性。为了减小可能干扰测量的电场，在装置1处的关键区域处涂敷了石墨涂料。

装置1在此可以被一次配置为在安静电磁环境中消除掉顶部检测器单元2a和底部检测器单元2b处的残留激励信号，然后，定位器可以在没有另外调节的情况下如它将正常使用的来使用，其中，PCB线圈的机械稳定性可以是有利的。除了消减配置的一次确定之外，还可以针对由于热漂移或轻微机械变化等而引起的电子器件的变化而经常监测残留信号并且可以再次消减该残留信号，优选地以比检测率的时间常数长的时间常数。

随着经过任意导电公共设施10，将在公共设施10中感生可检测信号。本设计还允许与自然场发射公共设施的传统被动检测并行地使用基于激励信号的主动检测。例如，通过关闭激励信号，可以被动地检测这种传统签名，而且可以实施主动与被动检测模式之间的依次切换。根据本发明，还可以通过对于这种传统被动公共设施签名和主动签名同时分析来自检测环的信号来并行建立主动和被动检测。根据简单的数学模型，可以根据来自主动检测分析和被动检测的响应随着它们经过地下公共设施而预测公共设施是什么种类、大小等。

图21示出了本发明的实施方式的基本框图的示例，该示例示出了使用根据本发明的检测装置1处的激励线圈4进行的主动检测的功能流程。

在块50处，启动根据本发明的消减例程。这可以在安静的电磁环境中进行，特别是在所及范围没有的要检测的公共设施的情况下，例如偶尔作为特定的自动重配置例程。这还可以在检测期间在永久控制环中、利用比用于检测的时间长的多的时间常数、以将再次消减装置硬件的长期漂移和偏差但不消减磁状况的短期变化(特别是当它们出现在公共设施的检测期间时)的方式进行。根据本发明的主动检测以及消减可以独立于外部设备由装置1自己自动实现。

在块51中，装置1的补偿单元向检测装置1处的激励线圈4施加电激励信号。激励信号是交流信号，例如，已限定频率的正弦信号，但它还可以为另外调制和/或编码的不同形状、变化频率的信号。激励线圈4发射对应的磁激励场。该激励场以它耦合到公共设施管线10的方式来大致定向。由于几何设置，激励场的大部分也将直接耦合到检测环25(25a和25b)且被检测环检测到。

在块52中，进行由检测环25进行的磁场的接收或检测。在此，解调并确定直接耦合到检测环25的来自激励线圈的场的直接耦合部分，特别地，这可以在了解激励信号的情况下进行。例如，可以关于振幅和相位的变化对激励信号应用复变换，而且还可以应用其他较复杂的数学方法。结果是用于检测环25处的主动磁补偿的、要施加于发送环27的消减信号。

在块53中，进行将消减信号施加到几何或磁接近于检测环25以补偿的发送环27。从而，发送环27a和27b生成抵消来自激励线圈的直接耦合场的磁场，以使直接耦合场大致归零。从而，检测环25a和25b不被直接耦合场饱和，并且提高对源于(需要实际检测的)公共设施10的实际场的敏感性。检测环25a和25b以在检测被堵塞的公共设施管线时所处于的普通接收模式来配置。

在块54中，针对补偿进行对发送环27a和27b的消减信号的调节，至少直到实现足够的消减为止。还可以存储消减所需的消减信号的设置。消减信号在此还可以在控制环中来确定，该控制环被构造为使检测环25处的来自激励场的直接耦合信号部分为零或基本上为零。这由环55来指示，这以比检测缓慢的定时来进行，使得减小静态或准静态直接耦合，但不消减如普通检测期间发生的场的动态变化。

在块56中，实现消除在检测环25处激励线圈的影响。从而，进行在公共设施10处发源的磁场的普通检测，而不管这些电流是因公共设施10处的自然发生信号而产生和/或来自因激励线圈4的场而产生的电流。

技术人员意识到以下事实：这里关于不同实施方式示出并说明的细节还可以与来自其他实施方式和在本发明意义上的其他排列中的细节组合。

Claims (15)

1.一种移动检测装置(1)，该移动检测装置(1)用于评估从所述装置(1)到被堵塞的地下细长公共设施管线(10)的深度值(13)，该移动检测装置(1)至少包括：

·第一检测器单元(2a)和第二检测器单元(2b)，该第一检测器单元(2a)和该第二检测器单元(2b)各至少包括：

○空气磁芯检测环(25a、25b)，该空气磁芯检测环(25a、25b)具有导电材料的至少一个绕组；和

○对应的发送环(27a、27b)，该对应的发送环(27a、27b)具有导电材料的至少一个绕组，

其中，所述检测环(25a、25b)和所述对应的发送环(27a、27b)被设置为彼此邻接，并且

所述第一检测器单元(2a)和所述第二检测器单元(2b)被设置为关于彼此具有间隔(3)，

·至少一个激励线圈(4)，该至少一个激励线圈(4)具有用于发射已限定特性的交变电磁激励场(Be)的铁氧体磁芯，

该激励线圈(4)以所述检测环(25a、25b)的灵敏度方向与所述激励线圈(4)的场发射方向大致一致的方式来设置；

·电子信号评估单元，该电子信号评估单元用于根据在所述检测器单元(2a、2b)的所述检测环(25a、25b)中感生的电信号检测所述公共设施管线(10)，并且根据所述电信号在所述检测环(25a、25b)之间的差异来评估所述深度值(13)；以及

·补偿单元(40)，该补偿单元(40)被配置为向所述发送环(27a、27b)施加电信号以由所述发送环(27a、27b)建立补偿场(Bta、Btb)，

该补偿场(Bta、Btb)被配置为大致消减所述检测环(25a、25b)处所述激励场(Be)的影响。

2.根据权利要求1所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述检测环(25a、25b)和所述对应的发送环(27a、27b)同心且彼此邻接。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述检测环(25a、25b)和所述对应的发送环(27a、27b)磁耦合，特别地其中，所述检测环(25a、25b)和所述对应的发送环(27a、27b)大致共享它们的磁灵敏区域。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述检测环(25a、25b)连接到接收部的RX放大器(35)的输入，特别地连接到作为RX放大器(35)的电流感测跨阻抗放大器，以及

所述发送环(27a、27b)连接到发送部的TX放大器(37)的输出，

特别地其中，所述检测装置(1)另外包括基于时间检测原理的地面穿透雷达GPR。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述装置包括自校准单元(48)，该自校准单元(48)用于通过在所述第一检测器单元(2a)与所述第二检测器单元(2b)之间相互发送和评估校准场来校准所述检测环(25a、25b)的灵敏度，其中，相同的发送环(27a、27b)用于在所述激励线圈(4)关闭的情况下在自校准期间发送校准场，而且用于在所述激励线圈(4)接通的情况下在主动检测期间发送所述补偿场。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述激励线圈(4)的线圈面与所述第一检测环(25a)和所述第二检测环(25b)的线圈面大致平行，特别以使发送线圈所发射的场(Be)朝所述检测环(25a、25b)的耦合最大化的方式大致平行；以及所述激励线圈(4)被设置为关于所述第一检测器单元(2a)和所述第二检测器单元(2b)不对称，特别地在所述检测器单元中靠下的一个检测器单元(2a)下方设置在所述检测装置(1)的底部。

7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述检测环(25a、25b)和所述对应的发送环(27a、27b)作为迹线在单个PCB(80)上实现，特别地其中，所述PCB(80)还包括放大器电路(35)。

8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述补偿单元(49)包括控制环，该控制环用于以比用于检测所述公共设施管线(10)的时间常数长的时间常数调节所述补偿场(Bta、Btb)以实现消减，特别地其中，所述时间常数为多个秒到多个分钟或更长。

9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的移动检测装置(1)，其特征在于：

所述补偿单元(49)被构造为用于向检测器单元(2a、2b)两者处的各个所述发送环(27a、27b)同时施加单独的电信号，并且被构造为用于以在检测器单元(2a、2b)两者处实现同时消减的方式来控制所施加的单独的电信号，

特别地其中，所述补偿单元(49)的校准部评估在所述激励线圈(4)接通时在主动检测期间所述单独的电信号之间的差异，并且得到其校准参数。

10.一种用于由移动检测装置(1)评估被堵塞的地下细长公共设施管线(10)的深度值(13)的检测方法，特别地该方法由根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的装置来进行，该方法包括以下步骤：

·通过向所述检测装置(1)处的至少一个铁氧体磁芯激励线圈(4)施加激励信号来发射已限定特性的交变电磁激励场(Be)；

·由至少两个检测器单元(2a、2b)检测磁场，所述至少两个检测器单元关于彼此以已限定的间隔设置，各检测器单元包括具有导电材料的至少一个绕组的空气磁芯检测环(25a、25b)，

·其中，所述激励线圈(4)和所述检测环(25a、25b)以所述检测环(25a、25b)的灵敏度方向与所述激励线圈(4)的场发射方向大致一致的方式以耦合布置来设置；

·在具有导电材料的至少一个绕组的发送环(27)处施加消减信号，该发送环(27)与对应的检测环(25a、25b)邻接，

·借此，通过由所述发送环(27a、27b)建立磁补偿场(Bta、Btb)来消减来自所述激励线圈(4)的所述激励场(Be)对所述检测环(25a、25b)的直接影响，该磁补偿场(Bta、Btb)在所述检测环(25a、25b)处将所述激励场(Be)大致抵消为零，以及

·根据所述电信号在所述检测环(25a、25b)之间的差异评估从所述检测装置(1)到所述公共设施管线(10)的所述深度值(13)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

向所述发送环(27a、27b)施加电消减信号以建立所述磁补偿场(Bta、Btb)的步骤通过以下步骤来进行：

针对所述激励信号的直接部分，评估来自所述检测环(25a、25b)的所接收信号，

向所述激励信号在振幅和相位上应用复变换；以及

向所述发送环施加所产生的消减信号，

特别地其中，特定电消减信号被同时施加于所述至少两个检测器单元(2a、2b)中的每个检测器单元处，使得在考虑在所述至少两个检测器单元(2a、2b)之间的串扰的情况下，在检测器单元(2a、2b)两者处同时实现消减。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其特征在于：

由用于消减的控制环自动调节所述磁补偿场(Bta、Btb)，特别地以比用于检测的时间常数长的用于消减的控制环的时间常数进行，优选地在检测期间连续调节。

13.根据权利要求10至权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于：

评估所述深度值(13)的步骤通过检测来自通过所述激励场(Be)感生的公共设施管线电流的磁场来进行，

其与检测来自自然发生或人为传导的公共设施管线电流的磁场相结合。

14.一种用于提高移动检测装置(1)处的检测环(25a、25b)的灵敏度的方法，该移动检测装置(1)包括所述检测环(25a、25b)中的至少两个检测环和激励线圈(4)，其中，来自所述激励线圈(4)的磁激励场的直接耦合部分至少部分地从所述激励线圈(4)直接耦合到所述检测环(25a、25b)并且从而使所述检测环(25a、25b)和/或接着的接收级(35)饱和，该方法的特征在于：

以实现物理消减磁激励场的所述直接耦合部分的方式，向与所述检测环(25a、25b)紧密对齐的发送环(27a、27b)提供供给消减电流。

15.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码或被实现为电磁波的计算机数据信号，该计算机程序产品用于在根据权利要求1至10中任一项的检测装置处进行激励信号消减，该计算机程序产品被特别构造为执行：

·分析来自所述检测装置的检测环(25a、25b)的数字化输出信号；

·在所述数字化输出信号内识别并评估来自所述检测装置的激励线圈(4)的激励信号的直接耦合部分；

·计算期望的消减信号，该消减信号用于消除掉或消减激励信号的所述直接耦合部分；以及

·提供所述期望消减信号，以在发送环(27a、27b)处作为模拟消减电流来供给，该模拟消减电流用于发出所述检测环(25a、25b)处的磁消减场，

特别地，所述计算机程序产品在根据权利要求1至权利要求10中任一项的检测装置(1)的消减单元中执行。