DE102011017761A1 - Method and device for line detection - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters umfasst Schritte des Erfassens eines elektrischen Feldes an einem ersten Messort, des Erfassens eines magnetischen Feldes an dem ersten Messort, des Bestimmens eines zeitlichen Versatzes zwischen den erfassten Feldern, des Vergleichens des bestimmten Versatzes mit einem Referenz-Versatz und des Ausgebens eines Hinweises auf den Leiter in Abhängigkeit des Vergleichs. Eine Vorrrichtung zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters umfasst einen ersten Sensor zum Erfassen eines elektrischen Feldes an einem ersten Messort, einen zweiten Sensor zum Erfassen eines magnetischen Feldes an dem ersten Messort, eine Verarbeitungseinrichtung zum Bestimmen eines zeitlichen Versatzes zwischen den erfassten Feldern und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Hinweises auf den Leiter. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, die Ausgabeeinrichtung in Abhängigkeit eines Vergleichs des bestimmten Versatzes mit einem Referenz-Versatz anzusteuern.A method for finding an alternating voltage-carrying conductor comprises steps of detecting an electric field at a first measuring location, detecting a magnetic field at the first measuring location, determining a temporal offset between the detected fields, comparing the determined offset with a reference offset and the output of a reference to the conductor depending on the comparison. A device for locating an alternating-voltage conductor comprises a first sensor for detecting an electric field at a first measuring location, a second sensor for detecting a magnetic field at the first measuring location, a processing device for determining a time offset between the detected fields and an output device for outputting a reference to the ladder. The processing device is set up to control the output device as a function of a comparison of the determined offset with a reference offset.
Description
Die Erfindung betrifft eine Technik zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters auf der Basis eines zeitlichen Versatzes von Komponenten eines komplexen Vektors.The invention relates to a technique for finding an AC-carrying conductor. In particular, the invention relates to a technique for finding an AC-carrying conductor based on a time offset of components of a complex vector.
Stand der TechnikState of the art
Es sind Leitungsfinder bekannt, die auf der Basis eines elektrischen, kapazitiven oder magnetischen Feldes arbeiten. Jedes der drei Messprinzipien hat seine individuellen Stärken zur Erfassung eines Metallstücks, eines spannungsführenden Leiters oder eines anderen metallischen Hindernisses, das beispielsweise in einer Hauswand verborgen ist und das aufgefunden werden soll, beispielsweise um eine Beschädigung des Hindernisses beim Bohren eines Lochs in die Hauswand zu vermeiden. Es sind auch Leitungssucher bekannt, die mehrere der genannten Messprinzipien kombinieren, beispielsweise um eine verbesserte Auflösung oder eine eindeutigere Messung zu erzielen.Line finders are known which operate on the basis of an electrical, capacitive or magnetic field. Each of the three measurement principles has its individual strengths for detecting a piece of metal, a live conductor or other metallic obstruction hidden in, for example, a house wall to be found, for example, to avoid damaging the obstruction when drilling a hole in the house wall , Wire seekers are also known which combine several of the mentioned measuring principles, for example in order to achieve an improved resolution or a clearer measurement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik zum weiter verbesserten Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters bereitzustellen.The invention has for its object to provide a technique for further improved finding an alternating voltage-carrying conductor.
Die Erfindung löst die Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 1, eines Computerprogrammprodukts mit den Merkmalen von Anspruch 6, einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 und eines Systems mit den Merkmalen von Anspruch 8. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention achieves the object by means of a method having the features of claim 1, a computer program product having the features of claim 6, a device having the features of claim 7 and a system having the features of claim 8. Subclaims reflect preferred embodiments.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren, bzw. eine Vorrichtung nach diesem Verfahren ermöglicht eine bessere Detektion von Leitungen die unter üblichen Spannungen von beispielsweise 110V/220V/380V stehen, oder auch Niedervoltleitungen zu finden.The method according to the invention, or a device according to this method, enables a better detection of lines which are at usual voltages of, for example, 110V / 220V / 380V, or also low-voltage lines.
Kern der Erfindung ist es, das magnetische Feld zu messen, das einen komplexen Vektor darstellt der zum komplexen Strom durch die Leitung korrespondiert, und diesen in Beziehung zu dem gemessenem elektrischen Feld zu setzen, das die reelle Achse festlegt. Lässt man bewusst einen komplexen Strom durch die zu detektierenden Leitungen fließen, mit einem bekannten Winkel zur reellen Achse (E-Feld), so lässt sich dieser Strom von anderen Strömen unterscheiden und damit die Leitung von anderen Leitungen.The essence of the invention is to measure the magnetic field representing a complex vector corresponding to the complex current through the line and to relate it to the measured electric field defining the real axis. If you consciously let a complex current flow through the lines to be detected, with a known angle to the real axis (E-field), then this stream can be distinguished from other streams and thus the line from other lines.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters umfasst Schritte des Erfassens eines elektrischen Feldes an einem ersten Messort, des Erfassens eines magnetischen Feldes am ersten Messort, des Bestimmens eines zeitlichen Versatzes zwischen den erfassten Feldern, des Vergleichens des bestimmten zeitlichen Versatzes mit einem Referenz-Versatz und des Ausgebens eines Hinweises auf den Leiter in Abhängigkeit des Vergleichs. Wie einem Fachmann geläufig sein wird, kann der zeitliche Versatz äquivalent als absolute Zeit oder bezogen auf eine Wechselfrequenz des elektrischen bzw. des magnetischen Feldes als Phasenwinkel ausgedrückt werden. Im Rahmen dieser Anmeldung ist mit dem zeitlichen Versatz immer auch das Bild des Phasenwinkels zwischen den elektrischen und magnetischen Feldem gemeint.An inventive method for finding an AC-carrying conductor comprises steps of detecting an electric field at a first measurement location, detecting a magnetic field at the first measurement location, determining a time offset between the detected fields, comparing the determined time offset with a reference offset and outputting an indication of the conductor depending on the comparison. As will be understood by one of ordinary skill in the art, the time offset may be expressed equivalently as absolute time or as phase angle with respect to an alternating frequency of the electric and magnetic fields, respectively. In the context of this application, the temporal offset always means the image of the phase angle between the electric and magnetic fields.
Erfindungsgemäß ist es möglich, den wechselspannungsführenden Leiter auf der Basis des bestimmten zeitlichen Versatzes sowohl zu erfassen als auch unter mehreren Leitern im Bereich des Messorts zu identifizieren. Durch passende Wahl des Referenz-Versatzes kann der Hinweis auf den Leiter beispielsweise dann gegeben werden, wenn der Versatz auf eine offene Leitung hinweist, das heißt, auf eine Leitung, durch die kein Wirkstrom fließt. In einer anderen Ausführungsform kann ein zeitlicher Versatz bekannt sein, der einem bestimmten wechselspannungsführenden Leiter zugeordnet ist. Entspricht der bestimmte zeitliche Versatz dem Referenz-Versatz hinreichend genau, so kann davon ausgegangen werden, dass sich der gesuchte Leiter im Bereich des Messorts befindet. Auf diese Weise ist es möglich, den bestimmten Leiter aufzufinden, ohne von eventuell vorhandenen weiteren wechselspannungsführenden Leitern beeinflusst zu werden.According to the invention, it is possible to detect the alternating voltage-carrying conductor both on the basis of the determined time offset and to identify it under a plurality of conductors in the region of the measuring location. By appropriate choice of the reference offset, the reference to the conductor, for example, be given if the offset indicates an open line, that is, on a line through which no active current flows. In another embodiment, a time offset associated with a particular AC line conductor may be known. If the specific time offset corresponds to the reference offset with sufficient accuracy, it can be assumed that the required conductor is located in the area of the measuring location. In this way, it is possible to locate the particular conductor without being influenced by any other live conductors carrying the alternating current.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann auch ein zeitlicher Versatz zwischen den erfassten Feldern bei einer bekannten Frequenz, etwa 50 Hz oder 60 Hz, mit einem Referenzwert verglichen werden. Dadurch kann der Hinweis auf den Leiter auf der Basis der gleichen Informationen generiert werden, ohne formal die Phase zu bestimmen.In a further embodiment of the method, a time offset between the detected fields at a known frequency, such as 50 Hz or 60 Hz, can also be compared with a reference value. Thus, the reference to the leader can be generated based on the same information without formally determining the phase.
Der zeitliche Referenz-Versatz kann auf wenigstens zwei unterschiedliche Weisen bestimmt werden. In einer ersten Variante wird ein elektrisches Feld an einem zweiten Messort im Bereich des Leiters erfasst, ein magnetisches Feld am zweiten Messort erfasst und der Referenz-Versatz auf der Basis der am zweiten Messort erfassten Felder bestimmt. Der solchermaßen bestimmte Referenz-Versatz umfasst dabei alle potentiellen Messfehler, die eine anderweitige Bestimmung des Referenz-Versatzes beeinflussen können. Ein Verfolgen des Leiters bzw. ein Identifizieren eines anderen Abschnitts des Leiters kann dadurch erleichtert sein.The temporal reference offset may be determined in at least two different ways. In a first variant, an electric field is detected at a second measuring location in the region of the conductor, a magnetic field is detected at the second measuring location, and the reference offset is determined on the basis of the fields detected at the second measuring location. The reference offset determined in this way encompasses all potential measurement errors that may influence an otherwise determination of the reference offset. Tracking the conductor or identifying another section of the conductor can thereby be facilitated.
In einer zweiten Variante kann während des Erfassens der Felder ein Strom durch den Leiter erzeugt werden, der mit der Wechselspannung am Leiter den Referenz-Versatz einschließt. Dabei kann der zeitliche Referenz-Versatz so gewählt werden, dass er sich von einem zeitlichen Versatz zwischen Strom und Spannung eines anderen Leiters unterscheidet. Dies kann dazu beitragen, eine Zuordnung eines Messorts zum Bereich des Leiters weniger viele anfällig zu gestalten. In einer Ausführungsform werden das elektrische und das magnetische Feld nacheinander erfasst. Je nach Messmethode des elektrischen und des magnetischen Feldes können so gegenseitige Beeinflussungen vermieden werden. Alternativ dazu können das elektrische und das magnetische Feld auch gleichzeitig erfasst werden. Dies kann es erleichtern, dafür zu sorgen, dass der betreffende Messort für das Magnetfeld der gleiche Messort wie der für das elektrische Feld ist. In a second variant, during the detection of the fields, a current can be generated by the conductor, which includes the reference offset with the AC voltage at the conductor. In this case, the temporal reference offset can be selected so that it differs from a time offset between current and voltage of another conductor. This can help to make a mapping of a site to the area of the leader less vulnerable. In one embodiment, the electrical and magnetic fields are detected sequentially. Depending on the measuring method of the electric and the magnetic field mutual interference can thus be avoided. Alternatively, the electric and magnetic fields can also be detected simultaneously. This can make it easier to ensure that the relevant measuring location for the magnetic field is the same measuring location as that for the electric field.
Vorzugsweise wird der erste Messort entlang des wechselspannungsführenden Leiters auf der Basis des Hinweises verschoben. Das auf den Leiter hinweisende Signal kann dafür so gestaltet sein, dass einem Benutzer ein Entfernen bzw. Annähen des Messorts an den Leiter angezeigt wird. Ein Verlauf des Leiters kann so auf einfache und zuverlässige Weise verfolgt werden. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, einen unvollständigen oder inkorrekten Stromlaufplan einer Installation zu korrigieren bzw. zu vervollständigen.Preferably, the first measurement location along the ac voltage-carrying conductor is shifted on the basis of the hint. The signal indicative of the conductor may be configured to indicate to a user that the measurement site is being removed or stitched to the conductor. A course of the conductor can be tracked in a simple and reliable way. This may make it possible, for example, to correct or complete an incomplete or incorrect circuit diagram of an installation.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst ein Computerprogrammprodukt Programmcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn es auf eine Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.According to a further aspect, a computer program product comprises program code means for carrying out the method described, when it runs on a processing device or is stored on a computer-readable data carrier.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters, wobei die Vorrichtung einen ersten Sensor zum Erfassen eines elektrischen Feldes an einem ersten Messort, einen zweiten Sensor zum Erfassen eines magnetischen Feldes an dem ersten Messort, eine Verarbeitungseinrichtung zum Bestimmen eines zeitlichen Versatzes zwischen den erfassten Feldern und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Hinweises auf den Leiter. Die Verarbeitungseinrichtung kann den zeitlichen Versatz als absolute Zeit oder bezogen auf eine Wechselfrequenz des elektrischen bzw. magnetischen Feldes als Phasenwinkel bestimmen. Ferner ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, die Ausgabeeinrichtung in Abhängigkeit eines Vergleichs des bestimmten Phasenwinkels mit einem vorbestimmten zeitlichen Referenz-Versatz anzusteuern.According to yet another aspect, the invention relates to a device for finding an alternating voltage-carrying conductor, wherein the device comprises a first sensor for detecting an electric field at a first measuring location, a second sensor for detecting a magnetic field at the first measuring location, a processing device for determining a time offset between the detected fields and an output device for outputting an indication of the conductor. The processing device can determine the time offset as the absolute time or based on an alternating frequency of the electric or magnetic field as the phase angle. Furthermore, the processing device is set up to control the output device in dependence on a comparison of the determined phase angle with a predetermined time reference offset.
Die Vorrichtung kann einerseits dazu verwendet werden, die wechselspannungsführende Leitung aufzufinden. Andererseits kann die Vorrichtung auch dazu verwendet werden, einen bestimmten wechselspannungsführenden Leiter unter mehreren wechselspannungsführenden Leitern zu identifizieren bzw. unterschiedliche Abschnitte des Leiters aufzufinden. Insbesondere kann mittels der Vorrichtung eine Erstreckung des Leiters auch dann bestimmt werden, wenn der Leiter verborgen ist, beispielsweise als Leitung, die innerhalb einer Wand eines Gebäudes vevläuft.On the one hand, the device can be used to find the alternating voltage-carrying line. On the other hand, the device may also be used to identify a particular AC-carrying conductor among a plurality of AC-conducting conductors or to locate different portions of the conductor. In particular, by means of the device, an extension of the conductor can also be determined when the conductor is hidden, for example as a conduit running inside a wall of a building.
Gemäß noch eines weiteren Aspekts der Erfindung umfasst ein System zum Auffinden eines wechselspannungsführenden Leiters die beschriebene Vorrichtung sowie eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stroms durch den Leiter, wobei der Strom mit der Wechselspannung am Leiter den Referenz-Versatz einschließt. Durch Wahl eines charakteristischen Referenz-Versatzes kann die Identifikation des Leiters weiter erleichtert sein.According to yet another aspect of the invention, a system for detecting an AC-carrying conductor includes the described device and means for generating a current through the conductor, the current including the AC voltage at the conductor including the reference offset. By selecting a characteristic reference offset, the identification of the conductor can be further facilitated.
Die Einrichtung kann den Referenz-Versatz zwischen Strom und Spannung aktiv oder passiv herstellen. In einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung einen komplexen elektrischen Widerstand zur Verbindung mit dem Leiter. Da der Leiter eine Wechselspannung führt, fließt nach dem Anschließen des komplexen elektrischen Widerstands an den Leiter ein komplexer Strom, dessen Komponenten den Referenz-Versatz miteinander einschließen. So können die Vorteile des Auffindens des Leiters auf der Basis des zeitlichen Versatzes zwischen Strom und Spannung bzw. auf der Basis des Phasenwinkels zwischen elektrischem Feld und Magnetfeld mit den Vorteilen eines Sender-Empfänger-System zum Auffinden des Leiters kombiniert werden.The device can actively or passively establish the reference offset between current and voltage. In one embodiment, the device includes a complex electrical resistance for connection to the conductor. Since the conductor carries an AC voltage, after connecting the complex electrical resistance to the conductor, a complex current flows whose components include the reference offset with each other. Thus, the advantages of finding the conductor based on the time lag between current and voltage or on the basis of the phase angle between electric field and magnetic field can be combined with the advantages of a transmitter-receiver system for finding the conductor.
In einer besonders bevorzugten, einfachen Ausführungsform umfasst der komplexe elektrische Widerstand eine Induktivität und/oder einen Kondensator. Die Vorrichtung kann auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig aufgebaut sein.In a particularly preferred, simple embodiment, the complex electrical resistor comprises an inductance and / or a capacitor. The device can be constructed in this way particularly simple and inexpensive.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:
Genaue Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments
Der elektrische Feldsensor
Der magnetische Feldsensor
Der elektrische Feldsensor
Die Benutzerschnittstelle
Die Verarbeitungseinrichtung
Die Verarbeitungseinrichtung
Ist der Leiter
Im Diagramm
In einer anschaulichen Interpretation besteht der zweite Vektor
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem komplexen Widerstand um einen Verbraucher, der eine Kombination aus einem ohmschen Widerstand, einem induktiven und/oder kapazitiven Widerstand darstellt, und der Phasenwinkel φ liegt irgendwo zwischen den beschriebenen Extrema.In general, the complex resistor is a load that is a combination of an ohmic resistance, an inductive and / or a capacitive resistance, and the phase angle φ is somewhere between the described extremes.
Es ist zu beachten, dass sich der Phasenwinkel φ grundsätzlich auch bei einem sehr kleinen Strom durch den Leiter
Zur korrekten Bestimmung des Phasenwinkels auf der Basis der bestimmten Felder können die Signale der Feldsensoren
Durch das Auswerten des komplexen Stroms ist man in der Lage verschiedene Verbraucher zu charakterisieren. Angefangen von einem Lastmodul das bewusste und bekannte Phasenwinkel zwischen U/I erzeugen kann, bis hin zu Blindströmen die z. B. durch die Netzkapazitäten gebildet werden, und/oder Verbraucher des täglichen Bedarfs z. B. elektrische Heizung, die einen rein reellen Strom fliesen lassen.By evaluating the complex flow one is able to characterize different consumers. Starting from a load module that can generate deliberate and known phase angle between U / I, up to reactive currents z. B. are formed by the network capacity, and / or consumers of daily needs z. As electric heating, which can tile a purely real power.
Der wechselspannungsführende Leiter
Das System
Die Vorrichtung
In einer ersten Variante werden in einem Schritt
In einer zweiten Variante wird in einem Schritt
In einer dritten Variante ist der zeitliche Referenz-Versatz in einem Schritt
Nachdem der Referenz-Versatz durch eine der drei angegebenen Varianten definiert wurde, werden die Sensoren
In Abhängigkeit des Vergleichs wird in einem Schritt
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
- – Anzeige (Display, LEDs, usw.) zur Darstellung vom Messwerten
- – Backlight zur Beleuchtung der Anzeige
- – Schnittstelle HMI, beispielsweise in Form einer Tastatur oder eines Touch-Displays
- – Auto-Aus-Funktion zur Energieeinsparung, die nach einem vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkt nach Durchführung der letzten Messung, das Messgerät ausschaltet oder in einen „Stand-by” Modus überführt
- – Batteriebetrieb/Akkubetrieb
- – Ladeelektronik mit einer Steuerung bzw. einer Regelung
- – Weggeber (Räder, Lichtschranken, Beschleunigungssensoren, optische Weggeber, usw.) die es ermöglichen, den vom Messgerät beispielsweise auf einer Wand zurückgelegten Weg zu detektieren, um so beispielsweise einem Messwert auch eine Ortskoordinate zuzuweisen
- – Kombination mit weiteren Sensoren Metall- und Studfinder und AC Sensoren, die ebenfalls im Gehäuse des Messgerätes vorgesehen sein können
- – Bluetooth/WLAN Schnittstelle zur Datenübertragung oder auch zur Aktivierung des Gerätes
- - Display (display, LEDs, etc.) to display the measured values
- - Backlight to illuminate the display
- - Interface HMI, for example in the form of a keyboard or a touch display
- - Auto-off function for energy saving, which switches off the meter or puts it in a "stand-by" mode after a specified or predefinable time after the last measurement has been made
- - Battery operation / battery operation
- - charging electronics with a controller or a scheme
- - Displacement sensors (wheels, photoelectric sensors, acceleration sensors, optical displacement sensor, etc.) which make it possible to detect the path traveled by the meter, for example, on a wall, so as to assign, for example, a measured value and a location coordinate
- - Combination with other sensors metal and Studfinder and AC sensors, which can also be provided in the housing of the meter
- - Bluetooth / WLAN interface for data transfer or activation of the device
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140808 |