DE69018294T2

DE69018294T2 - Gerät zur Richtungs- und Positionsbestimmung eines unterirdischen Leiters.

Info

Publication number: DE69018294T2
Application number: DE69018294T
Authority: DE
Inventors: William D Balkman
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2010-02-28
Also published as: KR0151726B1; EP0388041B1; JP2994680B2; AU4906290A; CA2009158A1; CA2009158C; AU621446B2; US5093622A; EP0388041A2; JPH02280080A; EP0388041A3; DE69018294D1; KR900014898A; ES2070273T3

Description

Allgemeiner Stand der Technik

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Auffinden von verdeckten Leitungen im allgemeinen und sie betrifft genauer ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Richtungs- und Positionsbestimmung eines erdverlegten Kabels bzw. einer Rohrleitung, die einen elektrischen Wechselstrom führen kann.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Erdverlegte Leitungen werden für die Zufuhr einer Vielzahl unterschiedlicher Energien und Versorgungsleistungen verwendet, wie zum Beispiel als Fernleitungen für Gas, Wasser und Abwasser sowie als Kabel für Telefon, Strom und Fernsehen. Häufig ist es erforderlich, defekte bzw. beschädigte Kabel, Rohre, usw. aufzufinden, um diese instandzusetzen bzw. auszutauschen. Umgekehrt ist es wichtig, die ungefähre Umgebung dieser Einrichtungen zu kennen, um eine Beeinträchtigung dieser beim Graben bzw. Baggern, usw. zu vermeiden.
Dem Stand der Technik entsprechend existiert ein geeignetes Verfahren zum Auffinden erdverlegter Telefonkabel bzw. anderer erdverlegter elektrischer Kabel. Normalerweise tritt das Kabel an verschiedenen beabstandeten Positionen in Anschlußkästen, die als Sockel bekannt sind, an der Oberfläche auf. Eine verstärkte Signalquelle kann an dem Sockel direkt mit einem gegeben Draht oder Drahtpaar verbunden oder induktiv mit einem solchen gekoppelt sein. Der Draht hat die Funktion einer Antenne, wobei er das Signal entlang der vollständigen Länge des Kabels zurücksendet. Eine Empfangseinheit kann dann zum Verfolgen des Kabelwegs oberirdisch verwendet werden. Diese Technik ist zwar besonders für elektrisch leitfähige Drähte (stromführende Drähte) geeignet, doch kann sich auch bei leitfähigen Rohren eingesetzt werden. Desweiteren können nichtleitende Leitungen mit einer parallelen Drahtmarkierung installiert werden, die dazu verwendet werden kann, den Weg der Leitung zu verfolgen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinheit, die zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung verwendet wird, die durch die Rohrleitung bzw. die Markierung abgestrahlt wird. Zur Ausführung dieser allgemeinen Funktion wurden verschiedene Geräte entwickelt. In dem U.S. Patent US-A-44.387.340 an E. Peterman wird zum Beispiel ein Empfänger offenbart, der vier Sensoren aufweist, die in feststehendem Verhältnis zueinander angebracht sind. Zwei der Sensoren (elektrische Aufnehmer oder Antennenspulen) werden für die Links-Rechts-Bestimmung der Position des erdverlegten Leiters verwendet. Bei der Anwendung sind die Achsen der beiden Spulen horizontal angeordnet, wobei die Spulen horizontal beabstandet sind. Die Ausgänge werden subtraktiv kombiniert, um ein Signal zu erzeugen, das im Verhältnis zu der Differenz des Magnetflusses in jeder Spule steht. Wenn die Vorrichtung somit über dem Leiter zentriert wird, heben sich die Feldstärken durch die Spulen gegenseitig auf, was in einer geeigneten Anzeigevorrichtung wiedergegeben wird. Wenn die Differenz ungleich Null ist, wird die Phase einer horizontalen Spule mit der Phase der anderen verglichen, um die Links-Rechts-Position zu bestimmen. Die identische Erfindung ist auch in einer Teilanmeldung, dem jetzigen U.S. Patent US-A- 4.520.317 offenbart.
In dem U.S. Patent US-A-4.427.942 an L. Sole ist eine Vorrichtung offenbart, die auf einem etwas anderen Prinzip beruht. Bei dieser Vorrichtung werden zwei Spulen verwendet, deren Achsen horizontal angeordnet sind, wobei die Spulen vertikal voneinander getrennt sind. Die Spulensignale werden gleichgerichtet und die durchschnittlichen Gleichstromspannungen werden verglichen. Wenn sich die Vorrichtung unmittelbar über dem Leiter befindet, sind die beiden Signale im wesentlichen identisch (ungleich Null) und eine Anzeige weist den Benutzer auf diese Tatsache hin. Diese Vorrichtung sieht jedoch keine Links-Rechts-Führung vor.
Eine andere Erfindung basiert auf einem Phasenvergleichsprinzip, das dem von Peterman gleicht. Das U.S. Patent US-A-4.639.674 sieht eine Vorrichtung mit drei Spulen vor, die alle vertikal angeordnet und in dreiecksförmiger Ausrichtung positioniert sind, wobei die dadurch gebildete Ebene ebenfalls vertikal ist. Eine Flip-Flop-Schaltung dient als Phasendetektor zwischen den beiden Signalen der unteren Spulen. Die dritte Spule dient zur Beseitigung des Effekts umliegender Magnetfelder.
Bei drei anderen Patenten, die von Interesse sind, wird zum Auffinden des Leiters ein Phasenvergleich verwendet. Die U.S. Patente US-A-4.134.061 an H. Gudgel; US-A-4.438.389 an A. DeSa; und US-A-4.390.836 an Bruce u.a., umfassen jeweils zusätzliche Spulen zum Auffinden von Fehlern in dem Leiter als Ergänzung zu der Verfolgung des Leiterweges. Das Patent US-A-4.390.936 an Bruce u.a. ist insofern von besonderem Interesse, als daß es zur Verfolgung des Leiterwegs zwei orthogonal angeordnete Spulen verwendet.
Der Einsatz orthogonal angeordneter Spulen wird auch in dem U.S. Patent US-A-4.220.913 an Howell u.a. veranschaulicht. Vier Spulen sind dabei in rechteckiger Anordnung dargestellt; wobei jedoch anfangs nur die beiden vertikal angeordneten Spulen dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob sich die Einheit direkt über dem erdverlegten Leiter befindet. Danach erfolgt eine Links- Rechts-Bestimmung durch einen Phasenvergleich des Signals von einer der vertikalen Spulen zu der Phase des Signals von einer der horizontalen Spulen. Es ist somit mit anderen Worten nicht erforderlich, für die Links-Rechts-Bestimmung alle vier Spulen zu verwenden (die "zusätzliche" Spule wird für die Tiefenbestimmung verwendet).
In dem U.S. Patent 4.542.344 an Darilek u.a. ist eine weitere orthogonale Anordnung von Spulen offenbart, wobei es sich bei diesem Patent wahrscheinlich um das dem Stand der Technik entsprechende Patent handelt, das der vorliegenden Erfindung am nächsten ist. Wie dies in Figur 1A dargestellt ist, umfaßt diese Erfindung zwei Sensoren 10 und 12, die horizontal durch einen Abstand R getrennt sind, wobei die Sensoren durch eine Stange 14 in einem festen Abstand zu der Erde gehalten werden. Jeder Sensor umfaßt zwei Spulen, wobei je eine horizontal und je eine vertikal angeordnet ist, was zu vier Anschlußleitungen A, B, C und D führt. Wie dies ferner in Figur 1B dargestellt ist, werden die Eingaben von diesen Anschlußleitungen zu einem Multiplexer 16 geleitet, der die Signale in eine einzige Ausgabe an eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) 18 kombiniert. Die AGC 18 ermittelt einen Durchschnittswert jedes Signals zu den vorherigen vier Signalamplituden, wobei dieser Wert dann an einen Demultiplexer 20 übermittelt wird, um für jede Spule gewichtete Spannungswerte (VA, VB, VC und V&sub0;) zu erzielen. Diese Werte werden dann für die Berechnung des Links-Rechts-Versatzes L gemäß der folgenden Gleichung verwendet:
L = (VB) (V&sub0;)R/[(VA) (VC) + (VB) (VD)]
Diese Berechnung wird in dem Mikroprozessor 22 ausgeführt und an die Anzeige 24 übermittelt.
Der Hauptnachteil der vorstehenden Vorrichtungen liegt in deren eingeschränkten Genauigkeit. Mehrere der Vorrichtungen sehen die Links-Rechts-Anzeige durch ein hörbares Signal vor, was voraussetzt, daß der Techniker mit den charakteristischen Tönen der Einheit vertraut ist. Dieser subjektive Faktor kann in dem System zu menschlichem Versagen führen, wobei sich dieser Faktor durch Störungen umgebender elektromagnetischer Felder erhöht. Die Genauigkeit wird durch Schwankungen der empfangenen Signalamplituden und zusätzliche, in der Umgebung erdverlegte Leiter weiter verschlechtert. Zum Beispiel ist es bei allen vorstehenden Vorrichtungen schwierig, zwei benachbarte, parallele Kabel, die das gleiche Wechselstromsignal führen, voneinander zu unterscheiden. Dieser Effekt ist besonders schwerwiegend, wenn der Stromfluß in einem Kabel entgegengesetzt zu dem Stromfluß in dem anderen Kabel ist. Aus diesem Grund ist es wünschenswert und vorteilhaft, eine Vorrichtung zu gestalten, die eine laterale Überkreuzung deutlich unterscheiden kann, wenn die Einheit einen erdverlegten Leiter kreuzt, der einen Wechselstrom führt.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die primäre Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auffinden erdverlegter Leiter vorzusehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung vorzusehen, die eine von einem erdverlegten Leiter abgestrahlte elektromagnetische Strahlung erfaßt und dabei den Punkt der lateralen Überkreuzung deutlich unterscheidet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Bestimmungsvorrichtung vorzusehen, welche die Nähe des Leiters anzeigt und welche anzeigt, ob der Leiter links oder rechts von dem Benutzer liegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung vorzusehen, die tragbar ist und die bei Außenarbeiten leicht zu verwenden ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorstehenden Aufgaben werden durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erfüllt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die neuartigen Merkmale der Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung an sich wird jedoch in bezug auf die beigefügten Zeichnungen am besten verständlich. Es zeigen:
Figur 1A die Antennenkonfiguration einer dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung (das Patent '344) und deren beabstandete Ausrichtung in bezug auf einen erdverlegten Leiter;
Figur 1B ein Blockdiagramm, das die Verarbeitungsschaltungen der dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung aus Figur 1A zeigt;
die Figuren 2A und 2B Perspektiv- bzw. Vorderansichten der erfindungsgemäßen Bestimmungsvorrichtung;
Figur 3 ein Blockdiagramm der elektrischen Stromkreisanordnung der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 einen Graph der Positionsfunktion M(P), die durch den Mikroprozessor in der Bestimmungsvorrichtung berechnet wird;
Figur 5 eine Skizze der Anzeige des veranschaulichenden Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
Figur 6 eine Perspektivansicht, welche die Verwendung der Empfangs- und Antenneneinheiten der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In bezug auf die Zeichnungen und in besonderem bezug auf die Figuren 2A und 2B ist eine Bestimmungsvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Vor der Erörterung der spezifischen Bestandteile der Bestimmungsvorrichtung 30 wird hiermit festgestellt, daß auf diesem Gebiet bereits sehr viel bekannt ist, was teilweise bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann. Aus diesem Grund wird es den ausführenden Personen der vorliegenden Erfindung nahegelegt, die in der Beschreibung des Stands der Technik vorstehend erwähnten Patente zu überprüfen, wobei jedes dieser Patente hierin durch Verweis enthalten ist.
Die Bestimmungsvorrichtung 30 umfaßt allgemein eine Empfangseinheit 32 und eine Antenneneinheit 34. Die Empfangseinheit 32 umfaßt ein Gehäuse 36, das verschiedene, nachstehend beschriebene elektrische Bestandteile umfaßt, die nachstehend in Verbindung mit Figur 3 beschrieben werden. Das Gehäuse 36 ist vorzugsweise aus einem beliebigen haltbaren Material gestaltet, und zwar vorzugsweise aus einer harten polymeren Substanz, und wobei das Gehäuse vorzugsweise wasserdicht gestaltet ist. Ein geeignetes Material wird von General Electric Co. unter dem Warenzeichen XENOY vertrieben, wobei es sich dabei um eine Polycarbonit/Polyester-Mischung handelt. Aus praktischen Gründen ist an dem Gehäuse 36 ein Griff 38 angebracht sowie eine Anzeige 40 vorgesehen, um die Nähe und Richtung des aufzufindenden Leiters anzuzeigen. Die Größe des Gehäuses 36 hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie etwa der Größe der Anzeige 40 und der Größe der internen Bestandteile, insbesondere der tragbaren Stromversorgungseinheit (Batterie). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 36 ungefähr folgende Maße: 25 cm x 15 cm x 15 cm (10" x 6" x 6").
Die Antenneneinheit 34 ist an der Empfangseinheit 32 angebracht und hängt von dieser herunter. Die Antenneneinheit 34 umfaßt eine flache, langgestreckte Umhüllung 42, die zwei Sensoren aufweist (was nachstehend genauer beschrieben werden wird). Die Umhüllung 42 ist aus dem gleichen haltbaren Material wie das Gehäuse 36 gestaltet und kann integral mit dem Gehäuse 36 ausgebildet sein, wobei jedoch eine abnehmbare Antenne bevorzugt wird. Es ist von Bedeutung, daß das Material der Umhüllung 42 nichtleitend und unmagnetisch ist, da die elektromagnetische Strahlung von dem erdverlegten Leiter die Umhüllung 42 durchdringen muß, um von den Sensoren erfaßt zu werden. Die Ausmaße der Umhüllung 42 hängen primär von dem Abstand zwischen den Sensoren ab, was in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu ungefähren Maßen von 69 cm x 13 cm x 5 cm (27" x 5" x 2") führt.
Die Umhüllung 42 umfaßt zwei Blasen bzw. konvexe Oberflächen 44 und 46, die interne Hohlräume zur Aufnahme der Sensoren erzeugen. Die Sensoren 50 und 52 (Magnetflußdetektoren) sind in Figur 3 dargestellt, in der ferner die verschiedenen elektrischen Bestandteile der Empfangseinheit 32 in Blockform dargestellt sind. Die Sensoren 50 und 52 sind optimalerweise etwa 46 cm (achtzehn Inch) auseinanderliegend angeordnet. Jeder Sensor 50 und 52 umfaßt zwei orthogonal angeordnete Spulen, die für eine vollständige Ablesung des Quermagnetflusses nahe einem gegebenen Sensor erforderlich sind. Die Spulen müssen nicht unbedingt die dargestellte Kreuzform aufweisen, doch sollten sie im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sein. Dies führt zu insgesamt vier Spulen; der oberen horizontalen Spule 54 (in den Ansprüchen die "erste Spule"), der oberen vertikalen Spule 56 (in den Ansprüchen die "zweite Spule"), der unteren horizontalen Spule 58 (in den Ansprüchen die "dritte Spule"), und der unteren vertikalen Spule 60 (in den Ansprüchen die "vierte Spule"). Die Sensoren 50 und 52 befinden sich in Axialität zueinander, d.h. die vertikalen Spulen 56 und 60 weisen eine gemeinsame Achse auf. Die horizontalen Spulen 54 und 58 weisen parallele Achsen auf.
Die Verwendung der Begriffe "horizontal" und "vertikal" ist dann präzise, wenn die Verwendung der Bestimmungsvorrichtung 30 zum Auffinden von Leitern beschrieben wird, die sich unter der Vorrichtung befinden, wobei die Begriffe jedoch in keiner Weise als einschränkend auszulegen sind. Wenn der aufzufindende Leiter zum Beispiel neben einer geneigten Stützmauer erdverlegt ist, würde der Neigungswinkel der Antenneneinheit 34 senkrecht zu der Oberfläche der Wand eingestellt werden. Der Begriff "vertikal" bezieht sich somit auf eine senkrechte Richtung zu der Oberfläche, die den Leiter verdeckt, wobei sich der Begriff "horizontal" auf eine zu dieser Oberfläche parallele Richtung bezieht.
Bei jeder der Spulen in den Sensoren 50 und 52 handelt es sich um eine Solenoidwicklung um einen Eisenkern. Sie können jedoch auch durch bestimmte Arten von Magnetflußdetektoren ersetzt werden. Die Anschlußleitungen von jeder Spule 54, 56, 58 und 60 sind mit einem Multiplexer 62 verbunden, wobei die Signale von diesem als UH (obere horizontale Spule), UV (untere vertikale Spule), LH (untere horizontale Spule) und LV (untere vertikale Spule) bezeichnet sind. Die Spannungsamplitude dieser Signale ist proportional zu dem Augenblickswert des durch die Spulen verlaufenden Magnetflusses und liegt normalerweise im Millivolt- bzw. Mikrovoltbereich. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein doppelter Vierkanal-Analogmultiplexer verwendet, der unter der Teilenummer 74HC4052 etwa von Motorola (Austin, Texas) und National Semiconductor (Santa Clara, Kalifornien) vertrieben wird.
Der Multiplexer 62 wird durch den Mikroprozessor 64 gesteuert, der sequentiell jeden Antennenkanal zur Verarbeitung auswählt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Mikroprozessor verwendet, der von Motorola mit der Teilenummer MC6BHC11 vertrieben wird. Die Abtastfrequenz sollte geringfügig größer sein als die Frequenz des von dem Leiter abgestrahlten Wechselstromsignals. Wenn zum Beispiel ein Signal mit 100 khz mit dem Leiter gekoppelt ist, liegt die optimale Abtastfrequenz im Bereich von 200 kHz bis 500 kHz. Für den Mikroprozessor 64 ist ferner eine Stromversorgung 68 (eine tragbare Batterie und Regler) vorgesehen.
Das ausgewählte Signal wird von dem Multiplexer 62 zu einem Filter/Verstärkerr 70 geleitet, der in der einfachsten Ausführung einen Bandpaßfilter und einen Regelverstärker umfaßt. Der Bandpaßfilter sperrt Frequenzen außerhalb des gewünschten Bereichs (das Wechselstromsignal des Leiters). Die Verstärkung basiert auf dem höchsten der letzten vier Signale (d.h. einem Signal jeder Spule) und das verstärkte Signal liegt im Optimalzustand bei nominal etwa 3 Volt Spitze-Spitze.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Filter/Verstärker 70 jedoch um einen Zweifach- Konversionsempfänger, der auf unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden kann. Dies wird bevorzugt, da das Wechselstromsignal in dem erdverlegten Leiter eine von mehreren verschiedenen Frequenzen aufweisen kann. Die Zweifach- Konversionsempfänger sind im Fach bekannt und umfassen im wesentlichen einen Eingabemischer, einen Zwischenfrequenzverstärker und einen Ausgabemischer. Der Eingabemischer empfängt die Signale von dem Multiplexer und ein Signal von einem Empfangsoszillator bzw. einem Normalfrequenzgenerator. Der Eingabemischer erhöht das mehrfach ausgenützte Signal auf die Zwischenfrequenz, die vorzugsweise bei etwa einem Megahertz liegt. Dieses Zwischensignal unterliegt dann gemäß der obigen Beschreibung einer automatischen Verstärkungsregelung. Das verstärkte Signal wird durch den Ausgabemischer auf eine niedrigere Frequenz herabgesetzt, die vorzugsweise bei etwa einem Kilohertz liegt, was den Vorteil hat, daß die erforderliche Signalabtastfrequenz verringert wird. Auf diese Weise ist die Bestimmungsvorrichtung 30 über die Einstellung des Normalfrequenzgenerators in dem Konversionsempfänger mehrfrequenzfähig, und der Ausgang des Filter/Verstärkers 70 weist ungeachtet der Wechselstromsignalfrequenz des Leiters immer die gleiche Frequenz auf. Der Normalfrequenzgenerator wird über die Tastatur 66 und den Mikroprozessor 64 eingestellt.
Ein Analog-Digital-Umsetzer 72 transformiert das analoge Signal in einen digitalen Wert, der vorübergehend in dem Mikroprozessor 62 gespeichert wird. Zur Umwandlung der analogen Signale in digitale Werte gibt es verschiedene bekannte Techniken, wobei es sich bei dem bevorzugten Verfahren um eine Quadraturspitzenberechnung handelt, bei der das Signal in zwei Signale geteilt wird, wobei das eine um 90º zu dem anderen phasenverschoben ist. Nachdem der Analog-Digital-Umsetzer 72 beide Signale abgetastet hat, führt der Mikroprozessor 62 die Spitzenberechnung aus. Diese Technik ist im Fach bekannt. Nachdem vier aufeinanderfolgende Werte gespeichert worden sind (einer von jeder Spule), wird gemäß der folgenden Gleichung eine Seitenpositionsfunktion M(P) berechnet:
M(P) = LVUH - LHUV.
Jeder der Spulensignalwerte weist ein Vorzeichen auf, das dessen Polarität entspricht und der resultierende Wert M(P) kann positiv oder negativ sein. In diesem Zusammenhang wird hiermit festgestellt, daß die Polarität (Orientierung) der Spulen einheitlich ist, d.h. die horizontalen Spulen 54 und 58 sind beide auf die gleiche Weise gewickelt und die Signale werden von Anschlußleitungen auf der gleichen Seite der Spulen empfangen. Es wurde empirisch festgestellt, daß die obige Funktion die seitliche Position des erdverlegten Leiters mit hoher Genauigkeit anzeigt. Dies ist auch aus dem Graph aus Figur 4 ersichtlich.
Wenn M(P) positiv ist, befindet sich die Bestimmungsvorrichtung 30 links von dem Leiter, und wenn M(P) negativ ist, befindet sich die Bestimmungsvorrichtung 30 rechts von dem Leiter, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Diese Information wird an die Anzeige 74 übermittelt, was nachstehend genauer beschrieben ist. Ferner gilt es festzustellen, daß: (i) M(P) in der Nähe des Leiters eine verhältnismäßige starke Neigung aufweist und (ii) M(P) Null ist, wenn sich die Bestimmungsvorrichtung 30 unmittelbar über dem Leiter befindet. Ein optionaler Lautsprecher 76 kann dazu verwendet werden, den Techniker weiter darauf aufmerksam zu machen, daß M(P) sehr klein wird.
In bezug auf Figur 5 ist die Anzeige 40 des veranschaulichenden Ausführungsbeispiels dargestellt. Bei der Anzeige 40 handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkristallanzeige (LCD), wobei auch andere Anzeigen, wie etwa Lumineszenzdioden, verwendet werden können. Die Anzeige 40 umfaßt fünf einzelne Informationsanzeigen, d.h. die Batterieanzeige 80, die Lautsprecheranzeige 82, die Balkenanzeige 84, die Links-Rechts- Anzeige 86 und die Abstandsanzeige 88.
Die Batterieanzeige 80 zeigt die relative Spannung der Stromversorgungseinheit in der Empfangseinheit 32 an, während die Lautsprecheranzeige 82 bestätigt, daß eine optionale hörbare Warnung aktiviert worden ist oder nicht. Die Balkenanzeige 84 zeigt eine Reihe von Rauten bzw. Kästchen 90 an, die abhängig von dem Wert von M(P) grau oder schwarz sind (bei einer LCD-Anzeige). Wenn sich der Benutzer zu dem Leiter bewegt, gehen die Kästchen an den fernen Enden der Balkenanzeige 84 von grau in schwarz über, so daß so gut wie alle Kästchen 90 schwarz geworden sind, wenn sich die Bestimmungsvorrichtung 30 fast über dem Leiter befindet.
Die Links-Rechts-Anzeige 86 ist vorzugsweise in Form von zwei zueinanderzeigenden Pfeilen 92 und 94 gegeben. Einer der Pfeile 92 und 94 ist gemäß dem Vorzeichen von M(P) hervorgehoben (bei einer LCD-Anzeige dunkler). Wenn M(P) fast Null ist, können beide Pfeile dunkel sein. Bei der Abstandsanzeige 88 handelt es sich um eine digitale Anzeige, welche die Höhe von M(P) anzeigen kann. In der Praxis wurde festgestellt, daß eine Analyse des Kehwerts von M(P) für die Bestimmung der genauen Kreuzungsstelle nützlicher ist. Aus diesem Grund würde die Abstandsanzeige 88 diesen Kehrwert anzeigen, was bedeutet, daß die Kreuzungsstelle in der Abstandsanzeige 88 durch eine besonders hohe Zahl angezeigt werden würde. Der Kehrwert von M(P) wird auch für den Betrieb der Balkenanzeige 84 verwendet.
Die Tastatur 66 kann in geeigneter Weise neben der Anzeige 40 angeordnet sein und sie umfaßt eine Mehrzahl von Tasten 66a bis 66e. Die Tasten können zur oben beschriebenen Steuerung des Mikroprozessors 64 verwendet werden.
Die hier offenbarte Konfiguration kann zur Ausführung der Tiefenberechnungen gemäß dem U.S. Patent US-A-4.520.317 (Spalte 4, Zeilen 22-38) auf einfache Weise modifiziert werden. Unter Verwendung der in diesem Patent offenbarten Formel, ist die Tiefe D des Leiters durch die folgende Gleichung gegeben:
D = K [UH/[LH - UH]] C
wobei UH und LH den vorstehenden Definitionen entsprechen, und wobei K den Abstand zwischen der oberen horizontalen Spule 54 und der unteren horizontalen Spule 58 darstellt, und wobei es sich bei C um den Abstand von der unteren horizontalen Spule 58 zu der unteren Spitze der Antenneneinheit 34 handelt. Diese Operation wird durch den Mikroprozessor 64 ausgeführt und sie kann durch eine der Tasten 66a-66e auf der Tastatur 66 eingeleitet werden. In der Bestimmungsvorrichtung 30 können auch andere bekannte Verfahren zur Tiefenbestimmung verwendet werden.
In bezug auf Figur 6 wird die Funktionsweise der Bestimmungsvorrichtung 30 beschrieben. Bei dem ersten Schritt der Verwendung der Bestimmungsvorrichtung 30 handelt es sich um den Anschluß einer Wechselstromsignalquelle an dem erdverlegten Leiter. Dieser Schritt gehört zwar nicht zum Umfang der vorliegenden Erfindung, doch sind Verfahren zur Kopplung des Signals an dem Leiter bekannt. Für diesbezügliche Informationen wird der Leser auf die U.S. Patente US-A-4.119.908 an Cosman u.a. und US-A-4.322.677 an B. Wright und an das kanadische Patent mit der Nummer 993.516 an Cosman u.a. (das auf der U.S. Anmeldung mit der laufenden Nummer 523.263 basiert, die am 13. November 1974 eingereicht worden war und mittlerweile zurückgezogen wurde) verwiesen, wobei jedes dieser Patente hierin durch Verweis enthalten ist.
Nach der Einrichtung des Wechselstromsignals und der Betrachtung der Dokumentierung bezüglich dem allgemeinen Auffinden erdverlegter Leiter, sollte ein Techniker den Bereich mit der Antenneneinheit 34 abtasten, während er gleichzeitig die Anzeige 40 auf der Empfangseinheit 32 beobachtet. Um die Anwendung der Vorrichtung zu erleichtern, kann die Antenneneinheit 34 von der Empfangseinheit 34 abnehmbar und an dieser durch ein Kabel 96 angebracht sein. In diesem Fall ist an dem oberen Ende der Antenneneinheit 34 ein Griff 98 angebracht.
Einer der beiden Pfeile 92 oder 94 verdunkelt sich abhängig von der Seitenposition der Bestimmungsvorrichtung 30 in bezug auf den Leiter. Als erstes muß der Techniker die Bestimmungsvorrichtung 30 an die Stelle drehen, an der die Pfeile 92 und 94 hin- und herspringen (dadurch wird die Vorrichtung senkrecht zu dem erdverlegten Leiter ausgerichtet). Danach muß die Einheit um neunzig Grad gedreht und dem leuchtenden Pfeil gefolgt werden. Wenn zum Beispiel der Pfeil 92 (der aus der Blickrichtung des Technikers nach rechts zeigt) hervorgehoben wird, muß sich der Tehniker nach rechts bewegen. Wenn der Techniker dies tut, verdunkeln sich der Reihe nach immer mehr Kästchen 90, bis sie alle bzw. fast alle hervorgehoben werden. Gleichzeitig dazu zeigt die Abstandsanzeige zunehmend größer werdende Zahlenwerte an. Wenn der Techniker den Leiter kreuzt, wird die linke Pfeilanzeige 94 hervorgehoben, und wenn sich der Techniker weiter weg bewegt, werden weniger Kästchen 90 in der Balkenanzeige 84 dunkel und der durch die Abstandsanzeige 88 angezeigte Wert geht zurück. Auf diese Weise kann der Techniker die Seitenposition des Leiters manchmal sogar bis auf wenige Inch genau ermitteln.
Die Erfindung wurde zwar in bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben, doch ist diese Beschreibung nicht als einschränkend zu betrachten. Dem Fachmann werden in bezug auf die Beschreibung der Erfindung verschiedene Modifikationen des offenbarten Ausführungsbeispiels sowie alternativer Ausführungsbeispiele der Erfindung deutlich. So konnte zum Beispiel festgestellt werden, daß die vorliegende Erfindung im Vergleich zu früheren Vorrichtungen zwei parallele Kabel, die jeweils ein Wechselstromsignal führen, genauer unterscheidet. Aus diesem Grund wird erwägt, daß die anhängigen Ansprüche diese Modifikationen umfassen, die dem Umfang der Erfindung angehören.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der lateralen Richtung zu einem stromführenden Leiter, mit:

ersten und zweiten, im wesentlichen orthogonalen Elementen (54, 56) zur Erzeugung erster und zweiter analoger Signale (UH, UV), die dem Magnetfluß nahe den ersten und zweiten Elementen zugeordnet sind;

dritten und vierten, im wesentlichen orthogonalen Elementen (58, 60) in festem räumlichen Verhältnis zu den ersten und zweiten Elementen, zur Erzeugung dritter und vierter analoger Signale (LH, LV), die dem Magnetfluß nahe der dritten und vierten Elemente zugeordnet sind;

wobei das zweite und das vierte Element (56, 60) eine gemeinsame Achse aufweisen, und wobei das erste und das dritte Element (54, 58) im wesentlichen parallele Achsen aufweisen;

einer Prozessoreinrichtung (62, 64, 70, 72), die auf die Signale eins bis vier anspricht, um ein Ergebnis zu erzeugen, das die Richtung zu dem Leiter anzeigt; und

einer Anzeigeeinrichtung (74), die auf das Ergebnis zur Anzeige der lateralen Position des Leiters in bezug auf die Elemente eins bis vier anspricht; dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinrichtung eine Einrichtung zur Berechnung des Ergebnisses aufweist, und zwar als die Differenz (a) des Produkts des ersten und vierten Signals und (b) des Produkts des zweiten und dritten Signals.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die ersten und zweiten Elemente erste und zweite Spulen (54, 56) umfassen, welche entsprechend die ersten und zweiten analogen Signale erzeugen; und wobei

die dritten und vierten Elemente dritte und vierte Spulen (58, 60) umfassen, welche entsprechend die dritten und vierten analogen Signale erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Prozessoreinrichtung folgendes umfaßt:

eine Multiplexereinrichtung (62) zum sequentiellen Abtasten der ersten, zweiten, dritten und vierten analogen Signale (UH, UV, LH, LV);

eine Filter-/Verstärkereinrichtung (70), die zur Verstärkung jedes analogen Signals mit der Multiplexereinrichtung (62) verbunden ist;

einer Umrichtereinrichtung (72), die zur Transformation jedes analogen Signals in digitale Werte mit der Filter/Verstärkereinrichtung verbunden ist; und

einem Mikroprozessor (64) zum Empfang der digitalen Werte sowie zur Berechnung der Differenz.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Filter/Verstärkereinrichtung (70) folgendes umfaßt:

einen Bandpaßfilter; und

einen Regelverstärker.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Filter/Verstärkereinrichtung (70) eine Empfängereinrichtung mit dualer Umrichtung umfaßt, und zwar zur Ausgabe eines verstärkten Signals auf einer vorbestimmten Frequenz, ungeachtet der Eingangsfrequenz der ersten, zweiten, dritten und vierten analogen Signale.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Tastatureinrichtung (66) zur Steuerung des Mikroprozessors (64), wobei der Mikroprozessor die Empfängereinrichtung mit dualer Umrichtung (70) steuert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend eine Schallsignaleinrichtung (76) zur Anzeige der Nähe des Leiters, wobei die Schallsignaleinrichtung durch den Mikroprozessor (64) aktiviert wird, wenn die Differenz ungefähr null beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der stromführende Leiter erdverlegt ist, und ferner umfassend eine Einrichtung zur Bestimmung der Tiefe des erdverlegten Leiters.