CN110121654A - 探测缺陷 - Google Patents

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CN110121654A
CN110121654A CN201780081844.5A CN201780081844A CN110121654A CN 110121654 A CN110121654 A CN 110121654A CN 201780081844 A CN201780081844 A CN 201780081844A CN 110121654 A CN110121654 A CN 110121654A
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彼得·曼恩
查尔斯·亚历山大
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Abstract

本发明公开了用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的方法、系统和定位器。定位器包括：磁力计，其被布置为探测由交流电产生的磁场，并且，基于所探测的磁场生成电流信号；以及，交流电压梯度接收器，其包括被布置为与地面电接触的一对探针，所述交流电压梯度接收器被布置为生成指明在所述一对探针之间的电压的电压信号。一种处理器，其被配置为实质上同步地采样电流信号和电压信号。这能够改进对绝缘导体的绝缘层中的缺陷的探测。

Description

探测缺陷
技术领域
本发明涉及探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷。
背景技术
埋入式金属管道通常覆盖有一层绝缘材料，其作为在管道与地面之间的电流的屏障，以便尽量减小电解腐蚀的可能性。为了增加进一步的保护，传统上是使用阴极保护系统，以便将持续的负电势DC电压施加给管道，从而确保在有涂敷缺陷或损坏的情况下出现的电解腐蚀仅限于作为牺牲阳极的所谓地床(ground beds)和电压的正极端子。此类地床通常覆盖靠近阴极保护应用点附近数十平方米的面积。
在较长的时间周期内，绝缘材料中的缺陷能够导致管道的劣化，并因此管道状况通常要进行定期调查。此类调查涉及到对管道部分的地面抗性的比较性测量结果；通过储存由连续的调查所获得的信息，能够探测管道状况的任何改变，并且采取纠正措施。
已知了各种不同的调查方法。在一个此类的调查中，将交流电注入管道中，并且首先使用手持式接收器来定位管道的位置，并随后通过测量深度和信号强度来确定所注入的信号电流在每个位置处的幅度。根据这些在沿着管道的已知距离处的测量结果，能够绘出信号电压和电流的损失率的曲线，以便识别绝缘材料中的缺陷。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出了一种用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的定位器，所述绝缘导体携带交流电，该定位器包括：
磁力计，其被布置为探测由交流电生成的磁场，并且基于所探测的磁场生成电流信号；
交流电压梯度接收器，其包括被布置为与地面电接触的一对探针，该交流电压梯度接收器被布置为生成指明在所述一对探针之间的电压的电压信号；以及
处理器，其被配置为实质上同步地采样电流信号和电压信号。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的系统，该系统包括：
定位器，其包括：
磁力计，其被布置为探测由交流电生成的磁场，并且响应于磁场的探测生成电流信号；
交流电压梯度接收器，其包括被布置为与地面电接触的一对探针，该交流电压梯度接收器被布置为生成指明在所述一对探针之间的电压的电压信号；以及
处理器，其被配置为实质上同时处理电流信号和电压信号；以及
信号发生器，其被布置为将交流电施加至埋入式导体。
根据本发明的第三方面，提出了一种用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的方法，所述方法包括：
将交流电施加至埋入式导体；
使用位于地面以上的磁力计探测由所述交流电产生的磁场并同时测量在与所述地面电接触的一对探针之间的电压；
基于所探测的磁场生成电流信号，并且生成指明所测量的电压的电压信号；以及
基本上同时处理所述电流信号和电压信号。
根据本发明的第四方面，提出了一种非暂时性机器可读的存储介质，该存储介质储存指令，该指令在由便携计算设备中的处理器执行时导致所述处理器：
同时接收电流和电压测量结果，所述电流测量结果是基于根据磁场生成的电流信号，所述磁场借助位于地面以上的磁力计来探测，并且，所述电压测量结果是基于在与地面电接触的一对探针之间所测量的电压信号；
确定在电流信号与电压信号之间的相位差；以及
在便携计算设备上显示电流和电压测量结果以及所确定的相位差。
根据本发明的第五方面，提出了一种非暂时性机器可读的存储介质，该存储介质储存指令，该指令在由用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的定位器中的处理器执行时导致所述处理器：
接收电流信号，该电流信号是响应于磁力计探测磁场由磁力计生成的；
接收由交流电压梯度接收器所生成的电压信号，该电压信号指明在交流电压梯度接收器的一对探针之间的电压；以及
同时处理电流和电压。
本发明的其他特征和优势将根据以下对本发明优选实施方式的描述变得清楚，所述优选实施方式通过仅举例说明的方式，通过参考附图给出。
附图简述
图1是根据一示例示出用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的系统的示意图；
图2是根据一示例示出用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的缺陷探测器的示意图；
图3是根据一示例示出用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的缺陷探测器的方框图；
图4是根据一示例示出用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的系统的示意图；
图5是根据一示例通过应用程序提供的屏幕显示；
图6A和6B示出了各种测量结果的曲线，这些曲线是作为分别与点缺陷和较长缺陷的调查有关的距离的函数；
图7是根据一示例通过应用程序提供的屏幕显示；
图8是根据一示例示出探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的方法的流程图；以及
图9是根据一示例示出处理设备的示意图。
具体实施方式
标准的工业实践是在任意给定的管道上执行多次调查，从而确认绝缘材料中存在缺陷。通常，在执行了第一次调查之后，操作人员或经过适当训练的调查人员检查所测量的数据，从而识别出绝缘材料中可能的缺陷。随后在已经识别出绝缘材料中有可能的缺陷的位置附近执行使用不同测量技术的第二次调查。例如，第一次调查可以使用以上所描述的方法执行。第一次调查可识别出绝缘材料中的缺陷的可能位置。随后可使用不同的或更加精确的缺陷探测技术来执行第二次调查。然而，以这种方式调查管道取决于第一次调查识别出绝缘材料中所有可能的缺陷；否则，第二次调查将不会在未发现绝缘材料中的可能缺陷的位置处执行，并因此将无法识别出缺陷。
图1显示了一种示例性的系统100，其用于探测埋在地面108以下的绝缘导体106的绝缘层104中的缺陷102。系统100包括缺陷探测器110和信号发生器，本文中被称为发射器112。
发射器112被布置为将交流电施加到埋入式导体106。由发射器112生成的信号包括一个或多个频率分量。在某些示例中，发射器112生成：一个或多个在低频率范围内的频率分量，用于找出在绝缘层104中的缺陷；以及，一个或多个在相对较高的频率范围(以下被称为高频率范围)内的频率分量，用于定位埋入式导体106和/或确定埋入式导体106在地面108以下的深度。
在一些示例中，在低频率范围中，发射器112可生成一个或多个具有小于10Hz的频率的信号，用于找出在绝缘层104中的缺陷。例如，发射器112可生成4Hz的信号。在另一实施方式中，发射器112可生成4Hz的信号和8Hz的信号。
在一些示例中，在高频率范围中，发射器112可生成一个或多个具有高于10Hz的频率的信号，用于定位埋入式导体106和/或确定埋入式导体106在地面108以下的深度。例如，发射器112可生成128Hz的信号。在另一实施方式中，发射器112可生成98Hz的信号。在一些示例中，发射器112可生成两个或更多个在高频率范围内的信号，以使得定位器110能够以多于一个的频率确定深度。
在一些示例中，发射器112可导电地耦合至埋入式导体的暴露部分。在这种情况下，发射器112的一个端子由操作人员在接入点(比如阀门、仪表或者导体端部)处直接连接到管道或线缆，并且，通过发射器112的另一个端子与接地桩(ground stake)或其他接地点的连接来完成电路。
图2显示了缺陷探测器200的一个示例。缺陷探测器200包括定位器202。该定位器202包括壳体204，其包含用于探测埋入式导体的组件，如以下关于图3所描述的。壳体204包括手柄206，在使用缺陷探测器200期间，该手柄206由用户的一只手握持。毗邻手柄206的是显示装置207，其用于向握持定位器202的用户显示信息。壳体204具有在使用期间从手柄206朝地面108延伸出的部分，该部分可包含用于探测由在埋入式导体中流动的电流(比如发射器112所施加的电流)生成的高频率磁场(比如128Hz的磁场)的天线。
足单元(foot unit)208连接至定位器202。足单元208封装磁力计210，其被布置为探测由埋入式导体中流动的电流(比如由发射器112所施加的电流)生成的低频率磁场(比如4Hz的磁场)。足单元208包含球窝接头(ball-and-socketjoint)212，并且磁力计210经由电连接214与壳体204内的组件电气连接。如果定位器202相对于地平面移动，球窝接头212允许足单元208相对于地面108保持相同的取向。
缺陷探测器200还包括交流电压梯度接收器(Alternating Voltage Gradientreceiver)，本文中被称为电压A框架(A-frame)216。该电压A框架216包括一对探针218。探针218被布置为与地面108电接触，并且生成指明在探针218之间的电势差的电压信号。电压A框架216还包括手柄220，在使用缺陷探测器200时，借助该手柄220将电压A框架216握持在用户的第二只手中。电压A框架通过电缆222电连接到壳体204内的组件。
在一些示例中，足单元208和/或电压A框架216可与定位器202断开连接。在其他示例中，足单元208和/或电压A框架216与定位器202集成。
图3显示了缺陷探测器200的电子元件。定位器202包括一对垂直间隔开的天线，该天线包括顶部天线300和底部天线302，其被布置为探测由发射器112所施加的电流生成的高频率磁场。天线300、302被布置为与其轴平行且间隔开，从而使得在使用时，底部天线302将直接位于顶部天线300正下方，这些天线的轴是水平的。每个天线300、302产生电信号，该电信号通过对应的模拟数字转换器(ADC)接收。第一ADC 304将来自于顶部天线300的电信号转换成第一数字信号，并且，第二ADC 306将来自于底部天线302的电信号转换成第二数字信号。处理器308被配置为接收第一和第二数字信号，并且基于由第一和第二数字信号(即通过顶部和底部天线300、302所探测的数字信号)所代表的磁场的相对幅值来计算埋入式导体的深度的估计值。
处理器308被配置为从输入模块310接收输入数据。例如，输入模块310可以为键盘或触摸屏输入设备，用户能够通过其输入命令。处理器308连接至显示装置207并且可使得显示装置207向用户显示信息。在一些示例中，显示装置207和输入模块310可以是单个触摸屏显示装置。
定位器202包括：磁力计接口312，其用于从足单元208接收电流信号；以及，ACVG接口314，其用于从电压A框架216接收电压信号。足单元208包括ADC 316，其用于数字化电流信号，以便经由磁力计接口312发送至处理器308。类似地，电压A框架216包括ADC 318，其用于数字化电压信号，以便经由ACVG接口314发送至处理器308。
处理器308执行储存在定位器202内所包含的存储器320中的指令。为了操作缺陷探测器200来探测缺陷(比如，绝缘导体106的绝缘层104中的缺陷102)，用户可通过向输入模块310输入适当输入来选择定位器202的缺陷探测模式。为了在缺陷探测模式下使用缺陷探测器200，用户在一只手中拿着定位器202(足单元208连接至该定位器202)，并且在另一只手中拿着电压A框架216。在定位到埋入式导体106后，用户沿着埋入式导体106的路径携带定位器202和电压A框架216。在一些示例中，在缺陷探测模式下，用户需要按规律的距离间隔停下，以便取得电流和电压测量结果。在其他示例中，缺陷探测器200可按规律的时间间隔采样电流和电压测量结果。
在缺陷探测模式下，处理器308被布置为同时处理从足单元208接收的电流信号和从电压A框架接收的电压信号。通过处理器308同时处理的电流和电压测量结果通过处理器308储存在存储器320中。在一些示例中，处理器可被配置为实时地(即，当用户正在操作缺陷探测器200时)向用户同时显示电流和电压的幅度和相位测量结果。
如上所述，调查埋入式导体以找出其绝缘体中的缺陷的现有方法通常需要在不同的时间和/或由不同的操作人员进行两次或更多次调查。对此的一个原因是，用于进行不同类型调查的现有装置仅允许在一个时间执行和处理一种类型的测量。
同时测量电流和电压使得能够确定在给定位置处的电流和电压的相位差。例如，可以确定4Hz的电流和电压之间的相位差。当电流和电压在不同时间分开测量时，此类相位信息不可用。
在一些示例中，相位差可用于评估在绝缘层104中的缺陷102的长度。在缺陷102之前和之后，电压相位要经历一次极性转变。小的缺陷可导致在缺陷102周围确实的(distinct)相位改变和/或快速的相位改变率，而较长的缺陷(沿着导体106较大长度延伸)可导致受到高度干扰和/或在较长距离上延伸的相位改变。
在一些示例中，处理器308被配置为在使用时获得调查测量结果数据，该调查测量结果数据包括——关于沿着缺陷探测器200在调查期间所经过的调查路径的多个位置中的每一个位置的——基于电流信号的电流测量结果和基于电压信号的电压测量结果。
可通过处理器308获得的调查测量结果数据还可包括——对于沿着调查路径的多个不同位置中的每一个位置而言——在电流信号和电压信号之间的相位差的相位差测量结果。
处理器308可被配置为——基于相位差测量结果如何随着(在一部分调查路径上的)距离变化——确定与缺陷的长度相关的信息(例如，该缺陷长度的估计值)，所述缺陷位于被埋在该部分调查路径的地面以下的绝缘导体的绝缘层中。
在一些示例中，定位器202可包括位置确定单元，比如全球定位单元(GPS)322。在此类示例中，处理器308可被布置为将位置信息储存在存储器320中，该位置信息对应于同时测量电流和电压测量结果的位置。
在某些示例中，定位器202可包括一个(如所示)或多个通信接口324。该一个或多个通信接口324可被布置为向其他计算设备传输数据和/或从其他计算设备接收数据。例如，一个或多个通信接口324的通信能够经由蓝牙(Bluetooth)、WiFi、WiMAX和/或任何其他类型的专门通信和信号发射技术。一个或多个通信接口324可包括收发机。该收发机可根据需要提供无线电和信号处理，以便向其他计算设备传输数据和/或从其他计算设备接收数据，或者访问网络。
图4显示了系统400的另一示例，其用于探测在绝缘的埋入式导体的绝缘层中的缺陷。类似于以上根据图1描述的系统，该系统包括缺陷探测器(比如以上根据图2描述的缺陷探测器200)和发射器112。
在一些示例中，设置在缺陷探测模式下的缺陷探测器200(其带有定位器202)可发送命令给发射器112，从而使得发射器112生成低频率分量。在一些示例中，命令可经由一个或多个通信接口324发送。
在一些示例中，缺陷探测器200(例如定位器202)可经由一个或多个通信接口324连接至一个或多个计算设备402。例如，定位器202可经由蓝牙连接和/或任何其他类型的专门通信和信号发射技术与便携计算设备(比如平板电脑或智能手机)配对。在另一实施方式中，定位器202可经由WiFi连接和/或任何其他类型的专门通信和信号发射技术与便携计算设备(比如膝上型个人电脑)联网。
计算设备402可执行用于从缺陷探测器200接收数据的应用程序。在一些示例中，该应用程序可处理和/或分析从缺陷探测器200接收的数据，如以下关于图8所描述的。这可提供较大的或较高质量的显示，在该显示上向用户显示与所探测的缺陷相关的信息。
在一些示例中，计算设备可被布置为连接到通信网络。该通信网络可包括以下网络中的一个或多个：蜂窝网络、无线局域网、有线局域网、广域网、有线电信网以及互联网404。例如，通信网络可包括以下项中的一个或多个：全球移动通信系统(GSM)、通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、5G(第5代移动网络或第5代无线系统)、固定无线接入(比如IEEE 802.16WiMax)、无线联网(比如IEEE 802.11WiFi和IEEE 802.15ZigBee)和/或任何其他类型的专门通信和信号发射技术。与接收自缺陷探测器200的数据相关的数据可经由通信网络进行传输，并且被远程储存用于非现场检查和/或分析。
在一些示例中，计算设备402可包括位置确定单元，比如代替或附加于以上关于图3所描述的GPS单元322的GPS单元。在一些示例中，计算设备402可将位置信息储存在计算设备402的存储器中，所述位置信息对应于同时测量电流和电压测量结果的位置。此类位置信息可用于确认或加强(augment)之前储存的位置信息的精确度，或者提供在其上未通过定位器202记录信息的位置信息；例如，定位器实时地将电流和电压测量结果传输至计算设备402而无需位置信息。
在一些示例中，计算设备可额外地或可选择地与专用的GPS设备406进行配对，并且，计算设备402可储存基于由GPS设备406提供的位置信息的位置数据。这例如可以提供与同时测量电流和电压测量结果的位置有关的更加精确的信息。
在一些示例中，发射器112可配有位置确定单元，比如GPS单元。在此类示例中，因为发射器112在缺陷探测调查期间的位置通常是固定的，所以发射器112的位置可被高精度地确定，并且，可对通过定位器202的GPS单元或者计算设备402或者GPS设备406所确定的位置信息与发射器112的位置进行比较，得出差分位置测量结果(比如差分GPS测量结果)。
图5显示了屏幕显示500的第一示例，该屏幕显示可通过被运行以处理电流和电压测量结果的应用程序来提供。
在图5中，绘出了电流测量结果502(其基于磁场测量结果使用磁力计210得出)和电压测量结果504(其使用电压A框架216得出)的曲线(其作为距离的函数)，并且将其同时显示给用户。可在调查完成之后从定位器202的存储器320取回该数据，或者可实时地(即在调查期间)显示给缺陷探测器200的用户，该显示既可在定位器202的显示装置207上也可在计算设备402(比如平板电脑或智能手机)的显示装置上。
在一些示例中，电流和电压幅度和相位测量结果以度dBmA和dBmV为单位显示，以补偿在较靠近发射器112的位置处的埋入式导体106中流动的较高电流，并且反过来降低在离发射器112较远的位置处的埋入式导体106中流动的较低电流。因此，使用电流测量结果的单位，相同尺寸的缺陷产生的电流和电压测量结果的改变基本上相同。
如图5中所示，在绝缘层104中的缺陷102在电流测量结果502中体现为电流图中的梯度506的改变，所述电流作为距离的函数。在绝缘层104中的缺陷102在电压测量结果中体现为电压图中确实的最小值508，所述电压作为距离的函数。
同时描绘电流、电压二者与相位的曲线向用户提供了更多数据，借助这些数据能够诊断缺陷102。相比于调查埋入式导体的现有方法，由于同时取得电流和电压测量结果，则仅需要经过一次埋入式导体。此外，同时取得电流和电压测量结果可降低有缺陷在第一次调查中错过并因此无法通过第二次调查进一步检查的可能性。
现在参考图6A和6B，其所示为以下项的曲线：(1)电流测量结果900，其基于磁场测量结果使用磁力计210得到；(2)电压测量结果902，其使用电压A框架216得到；以及，(3)在电流测量结果与电压测量结果之间的相位差测量结果904，所有这三者均作为缺陷探测器200在调查期间所经过的一部分调查路径上的距离的函数。每个独立的测量结果被表示为曲线中的点。缺陷探测器200可包括任何合适的距离测量装置，例如加速度计，用于测量在测量点之间的距离。该距离测量功能可例如通过处理器308和/或任何所需的附加硬件执行，并且可以是上述任何GPS功能的补充或替代。在这些示例中，测量点之间的距离在5cm至50cm的范围内，例如，优选在10cm至30cm的范围内，并且优选在大约20cm。
如图6A中所示，在调查路径上的埋入式导体的绝缘层中的点缺陷或相对较短缺陷在电流测量结果900的曲线中显示为在一个短的部分上的梯度变化，在电压测量结果902的曲线中显示为低谷，而最值得注意的是，在相位差测量结果904的曲线中显示为相对大的尖峰。
如图6B中所示，在调查路径上的埋入式导体的绝缘层中的非点状缺陷或较长缺陷在电流测量结果900的曲线中显示为在一个相对长的部分上的梯度变化，在电压测量结果902的曲线中显示为一串三个低谷，而最值得注意的是，在相位差测量结果904的曲线中显示为一串三个相对大的尖峰。
一般而言，沿着绝缘层中的点状缺陷或短缺陷的区域取得的相位差测量结果中的改变或变化将是被清楚且明确定义的，而沿着绝缘层中的较长缺陷的区域取得的相位差测量结果中的改变或变化将是更随机或混乱但可重复的。
因此，在一些示例中，处理器308被配置为分析相位差测量结果随着距离的改变，并且生成与所探测的缺陷的长度相关的信息。例如，处理器308可生成缺陷长度的估计值，或者将缺陷分类为点缺陷或者较长缺陷。该信息可在定位器202的屏幕显示上被呈现给操作人员。
在其他示例中，至少(作为距离函数的)相位差测量结果的曲线在缺陷探测器200的显示装置上被呈现给用户，并且，用户可基于该曲线自己估计缺陷的长度。
正如以上已经讨论的，在一些示例中，由缺陷探测器200获得的数据可被传输至便携计算设备，并且该设备可处理/分析所述数据，并且在显示装置上向用户呈现至少(作为距离函数的)相位差测量结果的曲线，用户能够由该相位差测量结果估计长度。额外地或可供选择地，便携计算设备可生成与所探测的缺陷的长度相关的信息，例如所述缺陷的长度的估计值，或者将所述缺陷分类为点缺陷或较长缺陷。
应理解的是，在不同时间进行的重复调查将使得用户能够监控缺陷状态随时间的变化，以及识别缺陷是否是稳定的或者是变化的。例如，比较在不同时间取得的、作为在缺陷区域中的距离的函数的相位差测量结果的曲线可指明：缺陷是稳定的(即，这些曲线是相对类似的)；点缺陷正在腐蚀成较长缺陷(即，较早的曲线看起来如图6A所示，而较晚的曲线看起来如图6B所示)；或者，长缺陷随着时间的流逝正不断变长(即，在较早的曲线中的混乱区域在较短距离上延伸，而在较晚的曲线中的混乱区域在较长距离上延伸)。
图7显示了屏幕显示600的第二示例，该屏幕可通过被运行以处理电流和电压测量结果的应用程序来提供。在图7中，同时取得电流和电压测量结果的位置602被显示在受调查区域的地图上。这使得用户能够简单且准确地指明埋入式导体上有缺陷的位置，以备日后维护或修理之用。
图8根据一示例示出了探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的方法700。
在方框702，将交流电施加至埋入式导体。交流电可包括：一个或多个在低频率范围内的频率分量，其用于找出绝缘层104中的缺陷；以及，一个或多个在高频率范围内的频率分量，其用于定位埋入式导体106和/或确定埋入式导体106在地面108以下的深度。
在一些示例中，在低频率范围中，可生成具有小于10Hz频率的一个或多个信号，其用于找出绝缘层104中的缺陷。例如，可生成4Hz的信号。在另一实施方式中，可通过发射器生成4Hz的信号和8Hz的信号。
在一些示例中，在高频率范围中，可生成具有大于10Hz频率的一个或多个信号，其用于定位埋入式导体106和/或确定埋入式导体106在地面108以下的深度。例如，可生成128Hz的信号。在一些示例中，可生成两个或更多个在高频率范围内的信号，从而使得能够以多于一个的频率来确定所述深度。
在方框704，由交流电生成的磁场借助位于地面以上的磁力计来探测，并同时测量在与地面电接触的一对探针之间的电压。
在方框706，基于所探测的磁场生成电流信号，并且生成指明所测量电压的电压信号。
在方框708，同时处理电流信号和电压信号。例如，电流信号和电压信号可作为与单个位置相对应的电流和电压测量结果被储存在存储器中。在另一实施方式中，电流信号和电压信号可作为与单个位置相对应的电流和电压测量结果被传输至计算设备用于进行分析。
如上所述，如本文所描述的某些方法和系统可通过处理器来实现，所述处理器处理从非暂时性存储介质取回的计算机程序代码。例如，方法700可通过由计算设备402实现的计算机程序代码来实现。
在本文中，图9显示了处理设备800的一个示例，其包括耦合至处理器804的机器可读的存储介质802。在某些情况下，处理设备800可包括独立的计算设备，比如通信耦合至缺陷探测器的台式计算机或服务器；在其他情况下，处理设备800可包括缺陷探测器的一部分。机器可读介质802可为任何能够包含、储存或维持程序和数据的介质，所述程序和数据由指令执行系统使用或与之结合。机器可读介质可包括多种物理介质(比如电子介质、磁介质、光学介质、电磁介质或半导体介质)中的任一个。合适的机器可读介质的更多具体示例包括但不限于：硬盘驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦写可编程只读存储器或者便携盘。在图8中，机器可读的存储介质包括程序代码，从而实现以上所描述的方法。
在方框806，处理器800同时接收电流和电压测量结果。电流测量结果是基于根据磁场生成的电流信号，所述磁场借助位于地面以上的磁力计来探测。电压测量结果则是基于在与地面电接触的一对探针之间测得的电压信号。
在方框808，处理器800将电流和电压测量结果显示在便携计算设备上。
此外，本公开内容的各个方面能够以非通用计算机实现方式来实现。在一方面，可将各种不同的处理器实现为缺陷探测处理器、调查处理器、位置探测处理器等等。此外，此处阐述的本公开内容的各个方面改善了系统的功能，正如能够从本公开内容显而易见的。此外，本公开内容的各个方面涉及计算机硬件，其被专门编程以解决本公开内容相关的复杂问题。因此，本公开内容的各个方面在其具体实施方式中总体上改善了系统的功能，以便执行通过本公开内容阐述并且通过权利要求定义的处理。另外，本公开内容提供了对要求保护的操作的应用的有意义的限制，以表明权利要求不是针对仅在计算机上执行数学运算。相反，元素的组合强加了有意义的限制，其中运用数学运算来改进现有技术，通过改进缺陷探测以扩展技术的实用性。
本公开内容的一些(针对专门通信和信号发射技术的)方面可包括通信信道，所述通信信道可为任何类型的有线或无线的电子通信网络，比如，有线/无线的局域网(LAN)、有线/无线的私人局域网(PAN)、有线/无线的家用局域网(HAN)、有线/无线的广域网(WAN)、校园网、城域网、企业专用网、虚拟专用网(VPN)、互联网、骨干网(BBN)、全球区域网(GAN)、因特网、内联网、外联网、覆盖网、近场通信(NFC)、蜂窝电话网、个人通信服务(PCS)，其使用已知的协议，比如，全球移动通信系统(GSM)、CDMA(码分多址)、GSM/EDGE和UMTS/HSPA网络技术、长期演进(LTE)、5G(第5代移动网络或第5代无线系统)、WiMAX、HSPA+、W-CDMA(宽带码分多址)、CDMA2000(也称为C2K或IMT多载波(IMT-MC))、无线保真(Wi-Fi)、蓝牙和/或类似协议，和/或其中两个或更多个的组合。NFC标准涵盖通信协议和数据交换格式，并且是基于现有的射频识别(RFID)标准，其包括ISO/IEC 14443和FeliCa。该标准包括ISO/IEC 18092[3]和由NFC论坛(NFC Forum)所定义的标准。
本公开内容的一些方面的实现可使用任何类型的计算设备，比如，台式计算机、个人计算机、笔记本电脑/移动计算机、个人数据助理(PDA)、移动电话、平板电脑、云计算设备等等，所述计算设备具有经由通信信道进行有线/无线通信的能力。
本公开内容的一些方面的实现可使用任何类型的移动智能设备，其能够通过任何类型的高级移动数据处理和通信操作系统进行操作，比如，AppleTM的iOSTM操作系统、GoogleTM的AndroidTM操作系统、RIMTM的BlackberryTM操作系统、NokiaTM的SymbianTM操作系统、MicrosoftTM的Windows MobileTM操作系统、MicrosoftTM的Windows PhoneTM操作系统、LinuxTM操作系统等等。
此外，根据本公开内容的各个方面，本文所描述的方法旨在使用专用硬件实施方式来操作，所述专用硬件实施方式包括但不限于PC、PDA、半导体、专用集成电路(ASIC)、微处理器、可编程逻辑阵列、云计算设备以及用于实现本文所描述的方法的其他硬件设备。
根据一示例，全球定位单元或全球定位设备可以是任何类型的全球导航卫星系统(GNSS)，并且可包括能够(至少部分地)基于从航天器(SV：space vehicle)接收的信号估计其位置的设备和/或系统。特别地，此类设备和/或系统可获得“伪距”测量结果，其包括在相关SV和导航卫星接收器之间距离的近似值。在特定示例中，此类伪距能够在接收器上确定，所述接收器能够处理来自作为卫星定位系统(SPS)一部分的一个或多个SV的信号。此类SPS可包括，例如，全球定位系统(GPS)、Galileo、Glonass(仅举几例)或者任何未来开发的SPS。为了确定其位置，卫星导航接收器可获得三个或更多个卫星的伪距测量结果以及这些卫星在发射时的位置。已知SV轨道参数，则这些位置能够针对任意时间点来计算。随后，伪距测量结果可(至少部分地)基于信号从SV行进到接收器的时间乘以光速来确定。虽然此处所描述的技术可被提供为GPS和/或Galileo类型的SPS中的位置确定的实现方式，如根据特定示例具体示出的，应当理解的是，这些技术也可应用到其他类型的SPS，并且要求保护的主题在这一方面并不受限制。
在本公开内容中所描述的应用程序可被实现为在以下操作系统上执行：即，AppleTM的iOSTM操作系统、GoogleTM的AndroidTM操作系统、RIMTM的BlackberryTM操作系统、NokiaTM的SymbianTM操作系统、MicrosoftTM的Windows MobileTM操作系统、MicrosoftTM的Windows PhoneTM操作系统、LinuxTM操作系统等等。所述应用程序可与AppleTM的iOSTM操作系统、GoogleTM的AndroidTM操作系统、RIMTM的BlackberryTM操作系统、NokiaTM的SymbianTM操作系统、MicrosoftTM的Windows MobileTM操作系统、MicrosoftTM的Windows PhoneTM操作系统、LinuxTM操作系统等等相关联的软件开发工具(SDK)相结合来编写。
本公开内容的一些方面可包括执行应用程序或软件的实例的服务器，所述应用程序或软件被配置为接收来自客户端的请求并相应地给出响应。服务器可在包括专用计算机的任何计算机上运行。计算机可包括至少一个处理元件，通常是中央处理单元(CPU)，以及某些形式的存储器。处理元件可以执行算术和逻辑运算，并且排序和控制单元可以响应于所储存的信息来改变操作的顺序。服务器可包括外围设备，其可允许从外部源取回信息，并且保存和取回操作的结果。服务器可以在客户端-服务器架构内操作。服务器可代表客户端执行某些任务。客户端可在如本文定义的通信信道上通过网络连接到服务器。服务器可以使用具有错误探测和纠正的存储器、冗余磁盘、冗余电源等等。
以上实施方式可被理解为被发明的说明性示例。可设想本发明的其他实施方式。要理解的是，根据任何一个实施方式描述的任何特征能够被单独使用，或者与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施方式的一个或多个特征组合使用，或者与任何其他实施方式进行任意组合。此外，也可利用以上未描述的等价形式和修改形式而不偏离本发明的保护范围，所述保护范围在所附权利要求中定义。

Claims (47)

1.一种用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的定位器，所述绝缘导体携带交流电，所述定位器包括：
磁力计，其被布置为探测由所述交流电产生的磁场，并且基于所探测的磁场生成电流信号；
交流电压梯度接收器，其包括被布置为与所述地面电接触的一对探针，所述交流电压梯度接收器被布置为生成指明在所述一对探针之间的电压的电压信号；以及
处理器，其被配置为实质上同步地采样所述电流信号和电压信号。
2.如权利要求1所述的定位器，其中，所述处理器被配置为确定在所述电流信号和电压信号之间的相位差。
3.如权利要求2所述的定位器，其包括存储器，其中，所述处理器被配置为在所述存储器中储存：电流测量结果，其基于所处理的电流信号；电压测量结果，其基于所处理的电压信号；以及，相位测量结果，其基于所确定的在所述电流信号和电压信号之间的相位差。
4.如前述权利要求中任一项所述的定位器，包括位置确定设备，其被布置为确定所述定位器的位置，其中，所述处理器被配置为在所述存储器中储存位置信息，所述位置信息是关于所述定位器在测量所储存的电流测量结果和电压测量结果时所处的位置。
5.如权利要求4所述的定位器，其中，所述处理器被配置为确定相位差相对于距离的比率，所述距离是基于所述位置信息确定的。
6.如前述权利要求中任一项所述的定位器，包括通信接口，其用于与便携计算设备进行通信，其中，所述处理器被配置为将所述电流测量结果和电压测量结果传输至所述便携计算设备。
7.如权利要求4所述的定位器，其中，所述处理器被配置为将所述电流测量结果和电压测量结果实时传输至所述便携计算设备。
8.如权利要求2所述的定位器，其中，所述处理器被配置为在使用时获得调查测量结果数据，所述调查测量结果数据包括：关于沿着所述定位器所经过的调查路径的多个不同位置中的每一个位置的电流测量结果和电压测量结果，其中，所述电流测量结果是基于所述电流信号，并且所述电压测量结果是基于所述电压信号。
9.如权利要求8所述的定位器，其中，所述调查测量结果数据还包括：关于沿着所述定位器所经过的调查路径的多个不同位置中的每一个位置的、在所述电流信号和所述电压信号之间的所述相位差的相位差测量结果。
10.如权利要求9所述的定位器，其中，所述处理器被配置为，基于所述相位差测量结果随着在所述调查路径一部分上的距离的变化，确定与埋在所述调查路径上的地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的长度相关的信息。
11.如权利要求10所述的定位器，其中，所述信息是所述缺陷的长度的估计值。
12.如权利要求9或10所述的定位器，其中，所述定位器包括显示装置，所述处理器被配置为在所述显示装置上显示以下曲线中的至少一个：所述电流测量结果相对于距离的曲线；所述电压测量结果相对于距离的曲线；以及，所述相位差测量结果相对于距离的曲线。
13.如前述权利要求8至12中任一项所述的定位器，包括用于与外部计算设备通信的通信接口，其中，所述处理器被配置为将所述电流测量结果和电压测量结果传输至所述便携计算设备。
14.如权利要求12所述的定位器，其中，所述外部计算设备为便携计算设备。
15.如前述权利要求中任一项所述的定位器，其中，在所述绝缘导体中所携带的交流电具有低频率分量和相对较高频率分量，其中，所述磁力计被布置为探测由所述低频率分量产生的磁场。
16.如权利要求15所述的定位器，包括两个磁场传感器，每个所述磁场传感器都被配置为响应于由所述高频率分量产生的磁场来生成磁场信号，其中，所述处理器被配置为基于所生成的磁场信号来确定所述绝缘导体的深度。
17.如权利要求15和16中任一项所述的定位器，其中，所述低频率分量小于10Hz。
18.如权利要求17所述的定位器，其中，所述低频率分量包括近似4Hz的第一低频率分量和近似8Hz的第二低频率分量。
19.如权利要求15至18中任一项所述的定位器，其中，所述相对较高频率分量大于10Hz。
20.如权利要求19所述的定位器，其中，所述相对较高频率分量近似128Hz或者近似98Hz。
21.如前述权利要求中任一项所述的定位器，其中，所述定位器包括用于定位所述绝缘导体的探测器，并且所述磁力计附着到所述探测器，并且所述交流电压梯度接收器安装在与所述探测器分离的框架中。
22.如权利要求21所述的定位器，其中，在使用时：
所述探测器要拿在操作人员的第一只手中；并且
所述框架要握持在所述操作人员的、不同于所述第一只手的第二只手中。
23.一种用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的系统，所述系统包括：
如权利要求1至22中任一项所述的定位器；以及
信号发生器，其被布置为将交流电施加至所述埋入式导体。
24.如权利要求23所述的系统，其中，所述信号发生器被布置为施加包括低频率分量和高频率分量的交流电。
25.如权利要求23和24中任一项所述的系统，包括便携计算设备，所述便携计算设备包括通信接口，所述通信接口被布置为与所述定位器通信。
26.如权利要求25所述的系统，其中，所述便携计算设备被布置为从所述定位器接收指明所述电流信号和电压信号的数据。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述便携计算设备被布置为确定在所述电流信号和电压信号之间的相位差。
28.如权利要求26或27所述的系统，其中，所述便携计算设备被布置为经由与所述定位器的蓝牙连接接收数据。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的系统，其中，所述便携计算设备被布置为基于所接收的数据显示所述电流测量结果和电压测量结果的幅值和相位的信息。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的系统，包括与所述便携计算设备配对的全球定位单元，其中，来自所述全球定位单元的位置数据被传输至所述便携计算设备。
31.根据权利要求23至30中任一项所述的系统，其中，所述定位器被布置为将信号传输至所述信号发生器，从而导致所述信号发生器将所述交流电施加至所述埋入式导体。
32.一种用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的系统，所述系统包括：
如权利要求8至15中任一项所述的定位器，或是如引用权利要求8至15中任一项的权利要求16至22中任一项所述的定位器；以及
便携计算设备，其被布置为从所述定位器接收所述调查测量结果数据。
33.如权利要求32所述的系统，其中，所述便携计算设备被布置成根据所述调查测量结果数据，为沿着所述定位器所经过的调查路径的多个不同位置中的每一个位置确定在所述电流信号和所述电压信号之间的所述相位差的相位差测量结果。
34.如权利要求33所述的系统，其中，所述便携计算设备被配置为，基于所述相位差测量结果随着在所述调查路径一部分上的距离的变化，确定与埋在所述调查路径上的地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的长度相关的信息。
35.如权利要求34所述的系统，其中，所述信息是所述缺陷的长度的估计值。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的系统，其中，所述便携计算设备包括显示装置，所述便携计算设备被配置为在所述显示装置上显示以下曲线中的至少一个：所述电流测量结果相对于距离的曲线；所述电压测量结果相对于距离的曲线；以及，所述相位差测量结果相对于距离的曲线。
37.一种探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的方法，所述方法包括：
将交流电施加至所述埋入式导体；
使用位于地面以上的磁力计探测由所述交流电产生的磁场并同时测量在与所述地面电接触的一对探针之间的电压；
基于所探测的磁场生成电流信号，并且生成指明所测量的电压的电压信号；以及
基本上同时处理所述电流信号和电压信号。
38.如权利要求37所述的方法，包括确定在所述电流信号和电压信号之间的相位差。
39.如权利要求38所述的方法，包括：
将电流测量结果和电压测量结果传输至便携计算设备；以及
在所述便携计算设备上显示所述电流测量结果和电压测量结果以及相位测量结果。
40.如权利要求37至39中任一项所述的方法，所述方法还包括：
获得调查测量结果数据，所述调查测量结果数据包括：关于沿着所述定位器所经过的调查路径的多个不同位置中的每一个位置的电流测量结果和电压测量结果，其中，所述电流测量结果是基于所述电流信号，并且所述电压测量结果是基于所述电压信号。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述调查测量结果数据还包括：关于沿着所述定位器所经过的调查路径的多个不同位置中的每一个位置的、在所述电流信号和所述电压信号之间的所述相位差的相位差测量结果。
42.如权利要求41所述的方法，所述方法还包括：
基于所述相位差测量结果随着在所述调查路径一部分上的距离的变化，确定与埋在所述调查路径上的地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的长度相关的信息。
43.如权利要求42所述的方法，其中，所述信息是所述缺陷的长度的估计值。
44.如权利要求41至43中任一项所述的方法，所述方法还包括：
显示以下曲线中的至少一个：所述电流测量结果相对于距离的曲线；所述电压测量结果相对于距离的曲线；以及，所述相位差测量结果相对于距离的曲线。
45.如权利要求44所述的方法，其中，所述曲线被显示在电子显示装置上。
46.一种非暂时性机器可读的存储介质，其储存指令，所述指令在由便携计算设备中的处理器执行时导致所述处理器：
同时接收电流测量结果和电压测量结果，所述电流测量结果是基于根据磁场生成的电流信号，所述磁场借助位于所述地面以上的磁力计来探测，并且，所述电压测量结果是基于在与所述地面电接触的一对探针之间所测量的电压信号；
确定在所述电流信号与电压信号之间的相位差；以及
在所述便携计算设备上显示所述电流测量结果和电压测量结果以及所确定的相位差。
47.一种非暂时性机器可读的存储介质，其储存指令，所述指令在由用于探测埋在地面以下的绝缘导体的绝缘层中的缺陷的定位器中的处理器执行时导致所述处理器：
接收电流信号，所述电流信号是响应于磁力计探测磁场由所述磁力计生成的；
接收由交流电压梯度接收器所生成的电压信号，所述电压信号指明在所述交流电压梯度接收器的一对探针之间的电压；以及
同时处理所述电流和电压。
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