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Vorrichtung zur lagebestimmung elektrisch leitender Strukturen Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffinden vergrabener oder verborgener
Rohrleitungen, Kabel und ähnlicher Strukturen und insbesondere eine Vorrichtung,
die ein elektromagnetisches Signal verwendet, das von der aufzufindenden Struktur
abgestrahlt wird.
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Nach besten Wissen des Anmeldere benützen alle elektronischen Suenvorrichtungen
für Strukturen, wie Rohrleitungen Kabel und dgl. ein moduliertes, von einem Sender
ausgestrahltes Funksignalw das in die aufzufindende Struktur entweder auf induktivem
Weg oder durch einen direkten elektrischen Anschluss eingegeben wird.
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Das Signal wird von einem Funkempfänger mit einer Peilantenne erfasst
und die Bedienungsperson achtet auf ein maximales Signal oder auf ein Nullaignal,
abhängig von der Orientierung der Peilantenne. Im allgemeinen wird das modulierte
Signal demoduliert
und im Empfänger verstärkt und darauf einem Lautsprecher
zugeführt, um ein Tonsignal zu liefern. Das auf diese Weise erzeugte Tonsi gual
ist tlbl icherweise zit verschiedenen Funkstörsignalen vermischt. In der Tat sind
die erzeugten Störsignale sehr oft grösser als das Tonsignal, welches die Anwesenheit
der aufzufindenden Struktur angibt, was zu einer Verwirrung der Bedienungsperson
führt. Aus diesem Grunde muss die Person, welche derartige Vorrichtungen betätigt,
äusserst geschickt und erfahren sein, wenn die Vorrichtungen wirksam sein sollen.
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Der Erfindung liegt im Hinblick auf den vorausgehenden Sachverhalt
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung -1 Auffinden verborgener Strukturen, wie
Rohrleitungen u. dgl. zu schaffen, die ein reines, unioduliertes Funksignal verwendet,
das von der aufzufindenden Struktur abgestrahlt wird, ul eine getrennte Signalvorrichtung
in der Detektorvorrichtung m aktivieren und zu steuern.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der genannten Art zu schaffen, in welcher das untodulierte Funksignal in einer einfachen
Generatoreinheit erzeugt wird, von welcher sie durch Induktion oder Direktanschluse
der aufzufindenden Struktur zugeführt wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der genannten Art zu schaffen, in welcher das voi Detektor
erzeugte
Signal aus einen klaren Tonsignal besteht, welches von einem Oszillator geliefert
wird, der im hörbaren Bereich arbeitet, wobei in Tonsignal keine störenden Rauschsignale
auftreten.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der genannten Art zu schaffen, in welcher sowohl der Schaltkreis für den Generator
wie auch für den Detektor voll transistorisiert sind.
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Ein weiteres Ziel der Erfinduag ist es, eine Vorrichtung der genannten
Art zu schaffen, in welcher der Detektor mit einer Verstärkungskontrolle ausgestattet
ist, wodurch die Empfindlichkeit der Vorrichtung erhöht werden kann, um das Auffinden
einer verborgenen Struktur su erleichtern.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung iet es, eine Vorrichtung
der genannten Art zu schaffen, in welcher ein Signal nur in der unmittelbaren Nachbarschaft
einer Rohrleitung oder eines Kabels erseugt wird, so dass Jede Notwendigkeit der
Beurteilung des Signalpegels seitens der Bedienungsperson entfällt.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
der genannten Art zu schaffen, ia welcher die Frequenz des Tonsignals durch die
Stärke des Funksignals gesteuert wird, wobei, wenn sich der Detektor nahe an der
aufzufindenden 8truktur
befindet, der erzeugte Ton eine kleinere
Tonhöhe aufweist als in Jenem ball, wenn sich der Detektor weiter von der Struktur
entfernt befindet, und wobei das Tonsignal zu allen Zeiten in wesentlichen die gleiche
Intensität besitzt.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
der genannten Art zu schaffen, die eine Einheit bildet, welche keine äussere Stromquelle
erfordert.
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Anhand der anliegenden Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben. Es seigen: Pig. 1 eine Darstellung der Vorrichtung whhrend
ihres Gebrauchs, Fig. 2 ein Schaltbild des Generatorkreises und Fig. 3 ein Schaltbild
des Detektorkreises.
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Der erfindungsgemässe Detektor ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet ttad
der Generator ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Der Detektor weist eine Aufnahme
oder Empfängerspule 11 auf, die nit einem dreistiafigen Verstärker 12 verbunden
ist. Der Ausgang des Verstärkers 12 wird dazu verwendet, in die Basisvorspannung
eines Transistors 14 zu steuern, wobei der Transistor 14 im wesentlichen als Schalter
arbeitet, welcher einen Multivibrator 16 steuert. Der Multivibrator 16 ist zum Betrieb
im hörbaren Bereich abgestimmt und erzeugt ein Ausgangssignal, welches in einem
Leistungsverstärker 17 verstärkt und einem Lautsprecher oder Übertrager 18 zugeführt
wird, wenn, wie später beschrieben wird, am
Transistor 14 eine Spannung
in Durchlassrichtung liegt.
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Gemäes Fig. 2 weist der Generator einen Nultivibrator oder Oszillator
19 auf, dessen Ausgang an eine induktiv-kapazitive Antonnenschleife 21 geführt wird.
Das Signal in der Antennenschleife 21 induziert iia jedem in der Nähe liegenden
metallischen Ggenstand ein ähnliches Signal. Befindet sich daher die Antennenschleife
in der Wachbärschaft eines bekannten Teils der auf auf findemden Struktur, so wird
ein Signal von gleicher Frequenz, wie eie das Signal in der Antennenschleife besitzt,
in der Struktur erzeugt, womit die Struktur ein Signal abetrahlt, das im wesentlichen
die gleiche Frequenz wie der Oszillator 19 besitzt.
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Liegt ein Teil der aufzufindenden Struktur frei, eo kann der Generator
mittels Leitungen 22 und 23 unmittelbar mit der Struktur verbunden werden, wobei
eine Leitung an der Struktur selbst befestigt und die andere Leitung geerdet wird.
Ist der Generator mit der Struktur selbst verbunde, so ist das von der Struktur
abgestrahlte Signal selbstverständlich beträchtlich stärker als ein Signal, welches
abgestrahlt wird, wenn der Generator mit der Struktur induktiv gekoppelt ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung wird nun kurz
beschrieben. Befindet sich der Generator in der Nahe einer bekaiten Lage der sufzufindeaden
Struktur oder ist er, wie vorausgehend beacbrieten wurde, mit einem freiliegenden
Teil der Struktur verbunden und eingeschaltet, so wird der Detektor eingeschaltet
und
in der Nähe des Generators gehalten und so abgestimmt, um das erzeugte Signal aufzunehmen,
auf welches er durch Erzeugung seines Tonsignals anspricht. Der Detektor wird darauf
eine gewisse Entfernung, beispielsweise etwa 3 1, vom Generator weggebracht und
die Verstärkungskontrolle wird verdreht, bis vom Detektor kein Signal geliefert
wird. Die Bedienungsperson bewegt darauf den Detektor über die Fläche, in welcher
die Struktur vermutet wird. Nähert sich die Bedienungsperson dem Ortspunkt der Struktur,
eo wird von Detektor ein Signal geliefert. Gelangt der Detektor näher an die Struktur
heran, so ändert sich die Tonhöhe oder Frequemz des Tons, wobei die Tonhöhe am uiedrigsten
ist, wenn eich der Detektor der Struktur am nächsten befindet, womit die Struktur
durch Beobachtung der Tonhöhe ermittelt werden kann.
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Ist die Struktur tief vergraben oder ist es aus eines anderen Grund
nicht durchführbar, die Tonhöhe des Tousignals zu beobachten, so kann der Detektor
in folgender Weise eingesetzt werden: Wenn die Bedienungsperson da Detektor in die
Wähe der Struktur bringt, so wird durch da Detektor In der vorausgehend beschriebenen
Weise ein Signal erzeugt. Die Bedienungsperson kann darauf die Empfindlichkeit der
Detektoreinheit steigen, indem der Verstärkungsgrad verringert wird, bis das Signal
wiederum nicht mehr erzeugt wird. Auf diese Weise wird da. Suchgebiet für die Struktur
verkleinert. Die Bedienungsperson bewegt den Detektor tiber die fragliche Fläche
und sobald wieder ein Signal
auftritt, ist der Verstarkungsgrad
ncch weiter verringert, bis schliesslich ein Ortspunkt gefunden wird, an welchem
der Signalpegel allseitig abfällt. Dieser Ortepunkt befindet sich dann unmittelbar
oberhalb der vergrabenen oder verborgenen Struktur.
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Die Bedienungsperson kann nun der vergrabenen Struktur folgen, indem
der Detektor über dem Boden in eolcher Weiee bewegt wird, dass dor Signalausgang
des Detektors aufrechterhalten bleibt.
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Nachfolgend wird der Schaltkreis des Detektors beschrieben. Die Aufnahmespule
11 des Empfängerverstärkers kann eine Anteneeaspule mit Ferritkern sein. Die Enden
der Aufnahmespule sind an einem einstellbaren Kondensator 11a angeschlossen, wobei
die Resonanzfrequonz der Spule und des Kondensators auf das von der Struktur abzustrahlende
Signal abgestimmt werden. Die Aufnahmespule ist kapazitiv mit einem Transistorverstärker
gekoppelt, welcher mit 24 beeichnet ist. Dieser Verstärker iet in üblicher Bauart
derart ausgeführt, dass das Signal der Basis des Transistors zugeführt wird, um
den Strom zwischen dem Emitter 24a und dem Kollektor 24b des Transistors zu steuern.
Ein zweiter Transistorverstärker 26 ist induktiv mit dem Ausgang des ersten Verstärkers
24 verbunden und ist seinerseits induktiv mit dem Eingang eines dritten Transistorverstärkets
27 verbunden. Ein einstellbarer Spannungsteilerwiderstand 28 ist im Basis-Emitterkreis
des Verstärkers 27 vorgesehen, um eine Verstärkungskontrolle fQr den Ausgang des
Empfänger-Verstärker-Schaltkreises zu liefern. Ein Rückkopplungskreis kann vorgesehen
sein, um die Gesamtempfindlichkeit
und den Verstärkngsgrad des
Verstärkers zu erhöhen. Eine Diode 13 ia dem Zlsetkreie des Verstärkers 27 dient
zur Verringerung der Möglichkeit de Selbsterregung im Funkfrequenzverstärker, in
dem eine Kopplung durch die gemeinsame Stromversorgung verringert wird. Der Ausgang
des Verstärkers vird gleichgerichtet, um ein Gleichstromsignal zm Basiskreis des
Transistors 14 zu liefert, welches diesen durch einen Kondensator 29 zugeftihrt
wird. Ein Widerstand 31 liefert die Basisvorspannung flir den Transistor 1X, die
einem Nullaignal entspricht. Auf diese Weis wird der Transistor 14 gerade unterhalb
seiner Sperrspannung vorgespannt, so daes zwischen Emitter und Kollektor des Transistors
kein Strom fliesst, falls nicht durch den Empfänger-Verstärkerkreis in der leitung
32 ein Signal ausreichender Stärke erzeugt wird, Um die Basisspannung des Transistors
14 auf eine Vorspannung in Durchlaserichtung zu bringen, worauf der Transiautor
14 leitend wird. Der Transistor 14 arbeitet zunächst als Schalter, welcher gewöhnlich
nicht leitet, d. h. offen ist, welcher aber schliesst, sobald ein Signal ausreichender
Stärke vom Empfänger-Verstärkerkreis geliefert wird. Befindet sich der Transistor
14 im leitenden Zustand, so entsteht ein Stromfluss zum Multivibrator 16. Der Multivibrator
16 ist ein Oszillator, dos Widerstands- und Kapazitätswerte so gewählt sind, dass
ein Signal im hörbaren Frequenzbereich erzeugt wird, und zwar vorzugsweise mit einem
solchen Frequenzwert, dass, wenn das Signal durch den Verstärker 17 verstärkt und
ale Ton im Lautsprecher oder Übertrager 18 erscheint, ein klarer, leicht wahrnehmbarer
Ton entsteht.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das in der Leitung 32 durch den Empfänger-Verstärker
erzeugte Signal im wesentlichen der Entfernung zwischen des Detektor und der aufzufindenden
Struktur proportional ist. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass der Transietor
14 als veränderlicher Widerstand in Basiskreis des Ossillators 16 angesehen werden
kann, wobei der Widerstand ia der Tat unmittelbar der Stärke des Signals in der
Leitung 32 proportional ist. Die Frequenz des Ausgangs des Oszillators 16 wird durch
den Widerstand des Basiskreises gesteuert. Ist das vom Detektor-Verstärker in der
Leitung 32 erzeugte Signal ausreichend, um den Transistor in Durchlassrichtung vorzuspannen,
so liefert der Oszillator 16 ein verhältnismässig hohes Tonfrequenzsignal, das am
lautsprecher 18 einen hohen Ton liefert. Nähert sich der Detektor der verborgenen
Struktur, so erhöht sich die Stärke des Signals in der Leitung 32, der Transistor
14 ftlhrt mehr Strom (sein effektiver Widerstand ist erniedrigt) und der Oszillator
erzeugt ein Signal mit niedriger Frequenz, welchee einen verhältnismässig tiefen
Ton am lautsprecher 18 liefert.
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Zusammenfassend wird festgestellt, dass im Oszillator 19 ein Signal
erzeugt und der verborgenen, aufzufindenden leitenden Struktur zugeftihrt wird,
wobei die Struktur in ähnlicher Welse wie eine Antenne arbeitet, um ein P'mksignal
abzustrahlon, das die gltiche Frequenz hat wie das vom Oszillator 19 gelieferte
Signal. Das von der Struktur abgestrahlte Signal induziert in
der
Spule 11 einen Strom, dessen Grösse im wesentlichen der Entfernung zwischen der
Spule 11 und der verborgenen Struktur proportional ist. Der in der Spule 11 indusierte
Strom liefert ein Steuersignal fUr einen dreistufigen Verstärker, welcher einen
Gleichstromausgang besitzt. Das Ausgangssignal vom Verstärker 12 steuert einen Schalter
14. Erreicht das Signal vom Verstärker einen bestimmten Pegel, so wird der Transistor
14 leitend, um dait einen Oszillator 16 zu aktivieren, welcher ein Punkfrequenzsignal
liefert, das einem Lautsprecher 18 zur Erzeugng eines Tons zugeführt wird. Weist
das in der Spule erzeugte Signal einen solchen Pegel auf, dass das Signal ia der
Leitung 92 nach Verstärkung durch den Verstärker 12 nicht ausreicht, um den Transistor
14 in den leitenden Zustand zu überführen, so wird im Lautsprecher 18 kein Signal
erzeugt. Jedoch steigt die Signal stärke an, wena sich die Spule 11 der aufzufindenden
Struktar nähert Rma die Stärke des Signals in der Leitung 32 mit ebemfalls zu. Ist
daher die Spule 11 einigermassen nahe an der aufzufindenden Struktur, so wird der
Transistor 14 leitend und ein Tonsignal wird am Lautsprecher 18 erzeugt. Die Tonhöhe
des am Lautsprecher 18 erzeugten Signals variiert zwischen einer verhältnismässig
grossen Tohnöhe bis zu einer verhältnismässig kleinen Tonhöhe, wenn sich der Detektor
der verborgenen Struktur nähert.
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Der einstellbare Abstimmkondensator 11a ist vorweg eimgestellt.
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Die Verstärkungskontrolle, d. h. der veränderliche Widerstand 28,
im
Basiskreis des Transistors 27 wird durch einer in Fig. t dargestellten Betätigungsknopf
28a eingestellt.
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Es ist offensichtlich, dass der Transistor 14 irgendeine Signalvorrichtung
betätigen könnte, beispielsweise eine Lichtanzeige, in welchem Fall wahrscheinlich
die zweite der beiden vorausgehend beschriebenen Betriebsweisen verwendet werden
würde.
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Aua den Vorausgehenden ist ersichtlich, das die Erfindung eine verbesserte
Vorrichtung zum Auffnden von Rohrleitunge, Drähten, Kabeln, Stangen oder irgendeiner
verborgenen leitenden Struktur liefert oder einer Struktur, die durch Einftigung
eines Drahtes od, dgl. leitend gemacht werden kann. Die erfindungsgemässe Vorrichtung
ist kompakt und beständig, verhältnismässig einfach und leicht und billig herzustellen0
Sie ist ferner ohne Schwierigkeit durch ungeübtes Personal zu bedienen, da sie ein
bestimmtes, unmissverständliches Signal liefert, wenn sich die Vorrichtung der aufzufindenden
Struktur nähert.
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Ünter einer elektrisch leitenden Struktur wird im Vorausgehenden jegliche
struktur verstanden, die selbet elektrisch leitend ist, wie beispielsweise Metallrohre,
Drähte, Kabeln u. dgl., sowie jegliche Struktur, die leitend gemacht werden kann,
beispiels. weise durch Einschieben eines Drahtes in ein nichtleitendes Kunststoffrohr,
oder durch Herstellung des Rohres mit einem leitenden Band oder Draht, wodurch die
Struktur ii Ergebnis leitend wird.
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Es ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern im Rebien der Ansprüche weitere Abänderungen
erfasst.