ES2914612T3 - Localizador para localizar un conductor portador de corriente - Google Patents

Abstract

Un sistema para localizar un conductor portador de corriente oculto, que comprende: al menos un generador de señales (100, 200, 300) configurado para acoplarse al conductor y generar, en el conductor, una corriente alterna que tiene al menos una primera frecuencia y una segunda frecuencia; y un localizador (1) que comprende: dos sensores de campo magnético (3, 5) operables para convertir la radiación electromagnética del conductor en una señal de intensidad de campo; un convertidor de analógico a digital (ADC) configurado para generar una señal digitalizada que depende de las señales de intensidad de campo del sensor de campo magnético (3, 5); un procesador de señal digital (16) configurado para: aislar los componentes de la señal digitalizada resultantes de la primera frecuencia y la segunda frecuencia; y procesar los componentes aislados para calcular una estimación de la profundidad del conductor oculto y generar una o más señales indicativas de la profundidad del conductor; y una salida (21, 22) configurada para generar una indicación de audio y/o visual de la profundidad del conductor, en el que los componentes de señal aislados resultantes de la primera señal de frecuencia y la segunda señal de frecuencia se procesan simultáneamente.

Description

DESCRIPCIÓN

Localizador para localizar un conductor portador de corriente

Campo del objeto divulgado

El objeto divulgado se refiere a localizadores para localizar un conductor portador de corriente.

Antecedentes

Antes de comenzar la excavación u otro trabajo donde se entierran cables eléctricos, cables de fibra óptica u otros conductos o tuberías de servicios públicos, es importante determinar la localización de tales cables o tuberías enterradas para asegurarse de que no se dañen durante el trabajo. También es útil ser capaz de rastrear una ruta de cables o tuberías enterradas. Los conductores portadores de corriente emiten radiación electromagnética que puede detectarse por una antena electromagnética. Si los cables de fibra óptica o los conductos o tuberías de servicios públicos no metálicos se equipan con una pequeña línea trazadora eléctrica, puede acoplarse una corriente eléctrica alterna a la línea trazadora que, a su vez, irradia radiación electromagnética. Es conocido el uso de detectores para detectar el campo electromagnético emitido por los conductores portadores de corriente alterna.

Un tipo de tal detector trabaja en uno de tres modos. Estos modos se clasifican ya sea como modos pasivos o activos, siendo los modos pasivos el modo de 'potencia' y el modo de 'radio' que usan señales que ya están presentes: señales de potencia de la red y comunicaciones VLF (muy baja frecuencia) submarinas. Cada modo tiene su propia banda de frecuencia de detección.

Los aspectos del objeto divulgado se relacionan con el modo activo.

En el modo activo, un transmisor de señales acopla un campo magnético alterno de frecuencia y modulación conocidas, en un conductor enterrado. El transmisor de señales puede conectarse directamente al conductor. Cuando no sea posible el acceso directo a la conexión, puede colocarse un transmisor de señales cerca del conductor enterrado y puede inducirse una señal de corriente alterna en el conductor mediante un campo magnético alterno producido por el generador de señales. El conductor enterrado irradia un campo magnético alterno correspondiente a la señal producida por el transmisor de señal.

La elección de la frecuencia de la señal es un factor importante para el rastreo e identificación efectivos de las líneas enterradas, y no hay una frecuencia única que cubra todas las condiciones. Para los instrumentos únicos que van a ser usados por personal relativamente no técnico, no hay más opción que hacer un compromiso y elegir una frecuencia única lo suficientemente alta para dar un buen rendimiento en el modo de inducción, pero no tan alta como para que no viaje lo suficientemente lejos. Las señales activas entre 8 kHz y 33 kHz se usan comúnmente para estas aplicaciones.

Se considera que 33 kHz es una buena frecuencia de señal de propósito general adecuada para encontrar muchos cables enterrados y tuberías metálicas. Para longitudes cortas de cable, por ejemplo, derivaciones de telecomunicaciones que cruzan las instalaciones de un suscriptor, una frecuencia de señal de 33 kHz no proporciona una señal suficiente para brindar una localización de buena calidad. Esto se debe a que la impedancia de la ruta de retorno de la señal es alta, siendo predominantemente capacitiva; cuanto más corto sea el cable, menor será la capacitancia a tierra y, por lo tanto, más alta será la impedancia a una frecuencia particular. La alta impedancia da como resultado una pequeña corriente en el cable.

En esta situación, puede obtenerse una mejor calidad de señal de localización mediante el uso de una frecuencia de señal más alta. Los localizadores y transmisores multifrecuencia están disponibles con modos de operación de alta frecuencia adecuados, por ejemplo, 66 kHz, 83 kHz y 131 kHz. Estos productos requieren que el operador seleccione una frecuencia de señal adecuada, necesitando un grado más alto de capacitación del operador y una mayor experiencia que la que poseen los usuarios típicos. Existen localizadores de frecuencia única dedicados que se optimizan para encontrar cables de telecomunicaciones, pero estos son menos adecuados para la localización general de cables y tuberías, ya que las señales de alta frecuencia se disipan rápidamente con la distancia a lo largo de un cable o tubería típicos.

un documento US4085360 divulga un instrumento para determinar la presencia o ausencia de una tubería o cable enterrado. El documento US 2007/0018632 divulga un sistema para localizar un conductor enterrado que comprende un generador configurado para acoplarse al conductor y generar, en el conductor, una corriente alterna que tiene una primera frecuencia, y un localizador que comprende dos sensores de campo magnético operables para convertir la radiación electromagnética del conductor en una señal de intensidad de campo. El localizador se configura para procesar la señal de intensidad de campo resultante de la corriente de la primera frecuencia y la corriente pasivamente inducida de la frecuencia de la red de potencia para calcular una estimación de la profundidad del conductor oculto y generar una o más señales indicativas de la profundidad del conductor; y para generar una indicación de audio y/o visual de la profundidad del conductor ("una alarma de umbral de profundidad"), en el que los componentes de señal aislados resultantes de la primera señal de frecuencia y la señal de frecuencia de la red de potencia se procesan simultáneamente.

Resumen

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema para localizar un conductor portador de corriente oculto. El sistema comprende: al menos un generador de señales configurado para acoplarse al conductor y generar, en el conductor, una corriente alterna que tiene al menos una primera frecuencia y una segunda frecuencia; y un localizador. El localizador comprende dos sensores de campo magnético operables para convertir la radiación electromagnética del conductor en una señal de intensidad de campo; un convertidor de analógico a digital configurado para generar una señal digitalizada que depende de la señal de intensidad de campo procedente del sensor de campo magnético; un procesador de señal digital configurado para aislar los componentes de la señal digitalizada resultantes de la primera frecuencia y la segunda frecuencia; y procesar los componentes aislados para calcular una estimación de la profundidad del conductor oculto y generar una o más señales indicativas de la profundidad del conductor al detector; y una salida configurada para generar una indicación de audio y/o visual de la profundidad del conductor, en el que los componentes de señal aislados resultantes de la primera señal de frecuencia y la segunda señal de frecuencia se procesan simultáneamente.

Los localizadores de acuerdo con la presente invención permiten detectar corrientes alternas en un conductor oculto que tiene dos frecuencias. Las dos frecuencias pueden ser, por ejemplo, 33 kHz y 66 kHz. Las frecuencias pueden detectarse simultáneamente entre sí. Por tanto, un aparato para localizar un conductor oculto puede usar ambas frecuencias aproximadamente al mismo tiempo para localizar un conductor. Por tanto, las realizaciones de la presente invención proporcionan la localización de cables o tuberías en una amplia variedad de situaciones sin necesidad de que el usuario realice ajustes, ya sea, en el generador de señales o en el localizador. Las realizaciones de la presente invención facilitan, por tanto, un sistema robusto y preciso para localizar tuberías y cables que no requiere conocimientos especializados o capacitación adicional para un usuario en comparación con los productos conocidos.

En una realización, la segunda frecuencia es un armónico de la primera frecuencia. En una realización, la segunda frecuencia es el doble de la primera frecuencia.

En una realización, el localizador comprende un mezclador heterodino configurado para convertir la segunda frecuencia a una frecuencia más baja y en el que el procesador de señal digital se configura para aislar y procesar la señal de frecuencia más baja. Esto permite que se procesen en el localizador las frecuencias más altas que la frecuencia de Nyquist del convertidor analógico-digital. Esto tiene el beneficio de facilitar el uso de un ADC de audio con una frecuencia de muestreo de aproximadamente 96 k muestras por segundo para usarse con corrientes alternas que tengan una frecuencia de 66 kHz o más alta.

En una realización del objeto divulgado, la corriente alterna que tiene la primera frecuencia y la segunda frecuencia se producen por un generador de señales dedicado.

En una realización del objeto divulgado, la corriente alterna que tiene la primera frecuencia y la segunda frecuencia se producen por generadores de señales dedicados separados.

En una realización del objeto divulgado, el generador de señales comprende un primer oscilador configurado para generar una primera forma de onda que tiene la primera frecuencia, un primer terminal acoplado al primer oscilador a través de un primer filtro configurado para pasar las señales de la primera frecuencia; un segundo oscilador configurado para generar una segunda forma de onda que tiene la segunda frecuencia, y un segundo terminal acoplado al segundo oscilador a través de un segundo filtro configurado para pasar las señales de la segunda frecuencia.

En una realización del objeto divulgado, el generador de señales puede conectarse directamente al conductor oculto y para conectar el otro del primer y segundo terminales a tierra.

En una realización del objeto divulgado, el generador de señales puede acoplarse inductivamente al conductor oculto.

En una realización del objeto divulgado, el generador de señales comprende además una bobina de inducción para el acoplamiento inductivo con el conductor enterrado y un circuito de conmutación configurado para variar la corriente en la bobina de inducción de acuerdo con una forma de onda de conmutación que tiene un primer componente en la primera frecuencia y un segundo componente en la segunda frecuencia. Tal realización permite que se induzca inductivamente más de una frecuencia en el conductor oculto porque la bobina no forma parte de un circuito resonante.

En una realización del objeto divulgado, el circuito de conmutación comprende cuatro dispositivos de conmutación en una formación de puente H.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para localizar un conductor oculto, el método que comprende: aplicar la señal alterna al conductor, la señal alterna que tiene al menos una primera frecuencia y una segunda frecuencia, mediante el uso de dos sensores magnéticos locales al conductor y sobre la tierra para generar una señal de intensidad de campo proporcional a la intensidad de un campo electromagnético; generar una señal digitalizada que depende de la señal de intensidad de campo de los sensores de campo magnético; aislar los componentes de la señal digitalizada resultantes de la primera frecuencia y la segunda frecuencia; procesar los componentes aislados para calcular una estimación de la profundidad del conductor y generar al menos una señal indicativa de la profundidad del conductor; y generar una indicación que representa la profundidad del conductor, en el que los componentes de señal aislados que resultan de la primera señal de frecuencia y la segunda señal de frecuencia se procesan simultáneamente.

Por tanto, se han esbozado, de manera bastante amplia, ciertas realizaciones del objeto divulgado para que la descripción detallada del mismo en la presente descripción pueda entenderse mejor y para que la presente contribución a la técnica pueda apreciarse mejor.

A este respecto, antes de explicar en detalle al menos una realización del objeto divulgado debe entenderse que el objeto divulgado no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes establecidos en la siguiente descripción o ilustrado en los dibujos. El objeto divulgado es capaz de realizaciones además de las descritas y de ponerse en práctica y llevarse a cabo de varias maneras. Además, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en la presente descripción, así como también el resumen, son para el propósito de la descripción y no deben considerarse como limitantes.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones del objeto divulgado se ilustran a modo de ejemplo con referencia a los dibujos en los que:

La Figura 1 ilustra una vista esquemática de un generador de señales de acuerdo con una realización del objeto divulgado;

La Figura 2 ilustra una vista esquemática de un generador de señales de acuerdo con una realización del objeto divulgado;

La Figura 3A ilustra una vista esquemática de un generador de señales de acuerdo con una realización del objeto divulgado;

La Figura 3B ilustra un circuito de suministro de potencia para un generador de señales de acuerdo con una realización del objeto divulgado;

La Figura 4A ilustra una forma de onda de accionamiento para su uso con una realización del objeto divulgado;

La Figura 4B ilustra una forma de onda de accionamiento para su uso con una realización del objeto divulgado;

La Figura 4C ilustra una forma de onda de accionamiento para su uso con una realización del objeto divulgado;

La Figura 5 ilustra un localizador de acuerdo con una realización del objeto divulgado;

La Figura 6A ilustra una vista esquemática de un localizador de acuerdo con una realización del objeto divulgado; y

La Figura 6B ilustra una vista esquemática de un localizador de acuerdo con una realización del objeto divulgado.

Descripción detallada

La Figura 1 ilustra un generador de señales 100 que genera una señal de AC para acoplar a un conductor enterrado. La señal generada por el generador de señales 100 tiene dos frecuencias. Una primera frecuencia de 33 kHz y una segunda frecuencia de 66 kHz. El generador de señales tiene un primer oscilador 102 que genera una señal de AC que tiene una frecuencia de 33 kHz. El primer oscilador se conecta a un primer filtro 104 que se configura para permitir el paso de señales que tienen una frecuencia de 33 kHz y para atenuar cualquier armónico producido por el primer oscilador. Un primer terminal 106 se conecta al primer filtro 104. El generador de señales 100 tiene un segundo oscilador 108 que genera una señal que tiene una segunda frecuencia. En este ejemplo, la segunda frecuencia es de 66 kHz. El segundo oscilador se conecta a un segundo filtro 110. El segundo filtro 110 permite el paso de señales que tienen una frecuencia de alrededor de 66 kHz y atenúa los armónicos. El segundo filtro 110 se conecta a un segundo terminal 112 del generador de señales 100.

Los filtros primero y segundo pueden ser, por ejemplo, filtros de paso bajo o filtros de paso de banda.

En uso, el generador de señales 100 se acopla a un conductor enterrado por el primer terminal 106 y el segundo terminal 112. La salida del generador de señales 100 puede conectarse directamente al conductor enterrado. En este caso, uno de los terminales se conecta directamente a la tubería o cable en un punto de acceso como una válvula, medidor o extremo del conductor y el circuito se completa con una conexión del otro terminal a una pica de tierra u otra punto de conexión a tierra.

El generador de señales 100 también puede acoplarse inductivamente a un conductor. Esto se logra mediante el uso de una pinza de inducción. La salida del generador de señales se conecta a un devanado alrededor de un núcleo magnético y el núcleo magnético se coloca alrededor del conductor.

El generador de señales 100 proporciona, por tanto, un método para generar una señal que tiene dos frecuencias en un conductor enterrado.

La Figura 2 ilustra un diagrama esquemático de un generador de señales 200 para generar una señal que tiene dos frecuencias. En esta realización, un controlador 202 proporciona una primera forma de onda que tiene una primera frecuencia y una segunda forma de onda que tiene una segunda frecuencia. El controlador 202 es un dispositivo lógico programable complejo (CPLD). La primera forma de onda se alimenta a través de un amplificador 204 y a través de un filtro 206 a un primer terminal 208. El controlador 202 también produce una segunda forma de onda que tiene una segunda frecuencia que se alimenta a través de un segundo amplificador 210 y un segundo filtro 212 a un segundo terminal 214. Cada uno de los amplificadores 204 y 210 se forma por un controlador 216 que acciona dos dispositivos de conmutación 218 y 220. Los dispositivos de conmutación 218 y 220 se disponen en una formación de medio puente.

En uso, el controlador 202 genera formas de onda a una primera frecuencia de 33 kHz y una segunda frecuencia de 66 kHz. Cada una de las formas de onda se selecciona para suprimir los componentes de la señal en una tercera frecuencia armónica de su frecuencia fundamental. Esta forma de onda es luego usada por el controlador 216 para provocar que los dispositivos de conmutación 218 y 220 conmuten la entrada del filtro entre la referencia a tierra y una tensión de suministro. El filtro atenúa los armónicos que están presentes en las formas de onda. Por ejemplo, por lo tanto, el filtro 206 bloquea las frecuencias distintas de 33 kHz. Debido a que la forma de onda de accionamiento para el primer amplificador 204 se selecciona para suprimir la tercera frecuencia armónica, el elemento más grande que el filtro 206 tiene que bloquear, es la quinta frecuencia armónica de 33 kHz.

Cuando se conecta una carga entre los terminales 208 y 214, la corriente vuelve a la referencia de tierra a través del filtro opuesto. Las impedancias de los componentes de los filtros se seleccionan de modo que la impedancia a la referencia a tierra del segundo filtro 212 para una frecuencia de 33 kHz (la frecuencia emitida desde el primer terminal 208) sea baja y la impedancia a la referencia a tierra del primer filtro 206 para una frecuencia de 66 kHz sea baja.

En la realización descrita anteriormente, los medio puentes se controlan por un CPLD. La lógica digital (por ejemplo, CMOS), un microcontrolador, FPGA u otros procesadores digitales podrían usarse en lugar del CPLD. En una realización alternativa, los osciladores que controlan los medio puentes podrían proporcionarse a partir de un par de circuitos de osciladores de cristal que funcionan independientemente uno del otro.

La Figura 3A ilustra una realización de un generador de señales 300 para acoplarse a un conductor y generar una corriente alterna que tiene dos frecuencias en el conductor. El generador de señales 300 tiene un controlador 302 que controla dos elementos generadores de señales. Hay un elemento generador de señales para la conexión directa 304 que es análogo al circuito descrito en relación con la Figura 2. El generador de señales 300 también tiene un generador de señales inductivas 306. El generador de señales inductivas incluye una bobina de inducción 308 que se acciona por cuatro elementos de conmutación en una formación de puente H. Para generar una señal que tenga una primera frecuencia y una segunda frecuencia, el controlador genera una forma de onda de accionamiento que tiene la primera y la segunda frecuencia. Esta forma de onda de accionamiento se usa para accionar los elementos de conmutación en el generador de señales inductivas 306 y provocar que la corriente a través de la bobina de inducción 308 varíe de acuerdo con la integral de tiempo de la forma de onda de accionamiento.

Un punto de detección de corriente 310 en cada uno de los medio puentes se conecta a un suministro de potencia del generador de señales para regular la tensión de suministro si la corriente entre los terminales se vuelve más alta que un umbral.

El suministro de potencia 350 se muestra en la Figura 3B. El suministro de potencia comprende una batería 352. La batería 352 se conecta a un conmutador en el control 354. La batería proporciona una tensión de 6V a un convertidor elevador 356. El convertidor elevador 356 proporciona la fuente de tensión para los medio puentes y el puente H mostrado en la Figura 3A. El punto de detección de corriente 352 se conecta a una entrada del convertidor elevador 356 y un filtro de paso bajo 360. Cuando la corriente detectada en los puntos de detección de corriente 310 supera un umbral, el convertidor elevador reduce la tensión de suministro, esto regula la magnitud de la corriente a través de la carga.

La Figura 4A ilustra un ejemplo de la forma de onda 402 usada para accionar la bobina de inducción 308. La forma de onda 402 es una forma de onda rectangular que contiene pulsos que tienen una relación de 9:23 de duración. Se ha encontrado que tal forma de onda produce componentes de primera y segunda frecuencia donde una frecuencia es el doble de la otra frecuencia.

La Figura 4B ilustra un ejemplo de la forma de onda 404 usada para accionar la parte de 33 kHz del circuito de conexión directa 304. La forma de onda 404 tiene un componente alto en F=33 kHz y un componente bajo en la tercera frecuencia armónica 3F.

La Figura 4C ilustra un ejemplo de la forma de onda 406 usada para accionar la parte de 66 kHz del circuito de conexión directa 304. La forma de onda 406 tiene un componente alto en 2F=66 kHz y un componente bajo en la tercera frecuencia armónica 6F.

Se observa que el generador de señales inductivas 306 no es resonante. Esto significa que puede generar señales de dos frecuencias diferentes de manera eficiente. Los generadores de señales para generar inductivamente una señal en un conductor comprenden a menudo un circuito resonante. Tal circuito resonante es efectivo para generar una corriente alterna a una frecuencia cercana a la frecuencia resonante del circuito resonante. Sin embargo, un circuito resonante no es eficaz para generar frecuencias fuera del ancho de banda de frecuencia resonante del circuito resonante. Esto significa que para generar corrientes alternas que tengan dos frecuencias, por ejemplo, 33 kHz y 66 kHz, se tendría que usar, ya sea, un circuito resonante con un ancho de banda de frecuencia resonante amplio (es decir, un factor Q bajo), o el circuito resonante tendría que accionarse a frecuencias muy lejos de su resonancia. Cualquiera de los casos daría como resultado una transferencia de energía ineficiente.

Para el Generador de Señales, el sistema de salida de conexión directa descrito anteriormente proporciona la mejor eficiencia de potencia simultáneamente con la mejor calidad de señal (contenido armónico más bajo) en todo el rango de impedancia de carga desde cero ohmios hasta el infinito. La mejor eficiencia de potencia se obtiene mediante el uso de amplificadores de conmutación de clase D. Los amplificadores de clase B tienen una eficiencia de potencia máxima teórica del 78 % (= pi sobre 4) en el mejor de los casos cuando amplifican una forma de onda sinusoidal. La clase D mejora esto con un límite de eficiencia de potencia teórica del 100 %. Las imperfecciones de la clase D se deben principalmente a las pérdidas de conmutación, que se vuelven mayores a medida que aumenta la frecuencia de conmutación, debido a las capacidades de carga y descarga repetidas en los componentes de conmutación, lo que da como resultado una eficiencia de potencia real inferior al 100 %. El filtrado de la salida de la etapa de conmutación para evitar que el ruido de conmutación no deseado se acople a la carga reduce aún más la eficiencia de potencia debido a las pérdidas resistivas en los inductores y capacitores no ideales. Para usar PWM de clase D muestreada uniformemente se requiere una frecuencia de conmutación de al menos 10 veces y preferiblemente al menos 20 veces la frecuencia de señal más alta. En la presente solicitud, una frecuencia de señal máxima de 66 kHz necesitaría una frecuencia de conmutación de al menos 660 kHz y preferiblemente de al menos 1,32 MHz. Esto resultará en pérdidas de conmutación relativamente altas en un amplificador Clase D. Tal amplificador sería poco mejor que un amplificador de clase B.

El generador de señales descrito anteriormente incorpora una implementación con mayor eficiencia energética. Al conmutar un medio puente a la frecuencia de la señal, se minimizan las pérdidas de conmutación en el medio puente. El uso de una forma de onda de conmutación que elimina el tercer armónico de la frecuencia de conmutación fundamental del medio puente simplifica el diseño del filtro de salida, ya que la frecuencia armónica más baja que requiere atenuación es la del 5to armónico. La combinación de dos de tales circuitos de medio puente, el primero operando a una primera frecuencia (33 kHz) y el segundo operando a una segunda frecuencia (66 kHz), da como resultado un sistema que tiene una pérdida de potencia mínima, por lo tanto maximiza la vida útil de la batería en un generador de señales portátil operado por batería. La pureza de la señal (libre de armónicos y ruidos no deseados) también es ilustrativo.

Ahora se describirá un localizador o detector para localizar conductores que portan una corriente alterna de dos o más frecuencias.

Haciendo referencia a la Figura 5, un detector 1 tiene dos antenas espaciadas verticalmente, llamadas, una antena inferior 3 y una antena superior 5 dentro de una carcasa alargada sostenida verticalmente (no mostrada) configurada para que un operador pueda moverla manualmente mediante el uso de un mango. Las antenas 3, 5 se disponen con sus ejes paralelos y separados de manera que, en uso, la antena inferior 3 estará directamente debajo de la antena superior 5, siendo sus ejes, horizontales. Cada antena 3, 5 produce una señal eléctrica que se alimenta a uno de los dos amplificadores 7 respectivos. Las salidas del amplificador son señales de intensidad de campo 9 que se alimentan a un CODEC 11.

Cada una de las antenas 3, 5 tiene un ruido de fondo. Cada señal eléctrica de las antenas 3, 5 se alimenta a su respectivo amplificador 7 para elevar el ruido de fondo del sensor magnético por encima de un ruido de fondo de cuantificación intrínseco del CODEC 11. La salida de cada amplificador 7 se alimenta al CODEC 11.

Las antenas 3, 5 usadas son varillas de ferrita bobinadas de alta sensibilidad. Pueden usarse otros sensores magnéticos, tales como sensores de efecto Hall, magnetómetros de puerta de flujo o sensores de resistencia de magneto gigantes.

El CODEC 11 es un convertidor analógico a digital (ADC) delta-sigma estéreo de 24 bits. Este es un dispositivo relativamente barato que se usa comúnmente en la industria del audio. En el producto de Radiodetection Limited comercializado bajo la marca comercial 'RD4000 (RTM)', se usan filtrado preselectivo, múltiples etapas de ganancia de conmutación y un circuito heterodino sensible a la fase entre las antenas y el ADC. En otros detectores de cable de la técnica anterior, se usan ADC más sofisticados y, en consecuencia, más caros, ya que es importante la precisión absoluta de las mediciones del dispositivo.

El CODEC 11 usado en esta realización tiene una precisión absoluta de ±5 %, sin embargo, la forma en que se usa el CODEC 11 lo convierte en un ADC ideal para esta aplicación. El alto rango dinámico niega el requisito de múltiples etapas de ganancia. El alto rango dinámico se logra mediante un sobremuestreo masivo del ancho de banda de detección; el aspecto de formación de ruido del CODEC de audio 11 es una aplicación ideal para este principio.

A pesar de la poca precisión absoluta de este ADC estéreo de grado de audio, la presente realización se beneficia del hecho de que el detector 1 calcula la profundidad de un conductor enterrado al procesar y comparar las señales recibidas de las dos antenas 3, 5. Por lo tanto, cualquier inexactitud absoluta en el muestreo del CODEC 11 se supera al comparar las dos señales procesadas. El uso de este CODEC 11 como un dispositivo radiométrico proporciona una reducción de costos significativa, sin comprometer el rendimiento general del detector 1.

El CODEC 11 sobremuestrea las señales de intensidad de campo de 9 a 96 KHz. La salida 13 del CODEC 11 se alimenta a un bloque de procesamiento de señales digitales 15, que consta de un procesador de señales digitales 16 (DSP).

El DSP 16 tiene principalmente tres tareas. En primer lugar, es responsable de definir la selectividad de las bandas de frecuencia de detección. En segundo lugar, gestiona las salidas de audio y visuales del detector. En tercer lugar, proporciona funciones de control general a otros componentes del detector 1.

Se proporcionan más detalles sobre la operación de las tareas del DSP en las solicitudes de Radiodetection Limited publicadas como los documentos WO 03/071311, WO 03/069598, WO 03/069769, GB 2400994 y GB 2400674. Los beneficios significativos se derivan del procesamiento de ancho de banda ultra estrecho, el ruido generalmente escala con el cuadrado del ancho de banda. El detector 1 procesa en varias bandas de frecuencia simultáneamente, lo que permite que las funciones de respuesta balística, tales como la tarea de localización general, coexistan con funciones de ancho de banda estrecho, tal como el cálculo de profundidad. La tarea de cálculo de profundidad calcula en un ancho de banda de 1 Hz a cualquier frecuencia hasta 44 kHz, siendo el rechazo fuera de banda de alrededor de -120 dB.

El seguimiento de fase permite que las tareas de ancho de banda estrecho se fijen en la frecuencia de la portadora cuando el error de frecuencia potencial entre los relojes del transmisor y el receptor excede el ancho de banda de la señal. En el caso del modo activo, la señal transmitida puede modularse en amplitud al 100 % y la tarea de cálculo de profundidad tiene que posicionarse exactamente en la portadora sin interferencias de las bandas laterales (localizadas a ±6 Hz alrededor de la portadora de 32768 Hz) .

El algoritmo de seguimiento de fase es un desarrollo natural de los procesos descritos en Radiodetection Limited. Solicitud de Patente del Reino Unido No. 0407372.2. Las mediciones de la relación señal/ruido (SNR) se realizan en la portadora y las bandas laterales y se realizan comprobaciones para asegurar que el algoritmo de seguimiento no se desvíe en ningún armónico de alto orden debido a las transmisiones de la línea de potencia. La SNR se cuantifica a partir de la información de fase tanto de la magnitud como de la segunda derivada; todos los resultados se correlacionan desde ambas antenas 3, 5. En el caso de una SNR inferior a 10 dB, la tarea de cálculo de profundidad se desactiva, lo que asegura que solamente se presente información precisa al usuario.

El concepto de reconocimiento espectral se aplica a la señal activa cuando está en operación en modo pulsado. Esta idea es una aplicación simple de los algoritmos descritos en Radiodetection Limited. Solicitud de Patente del Reino Unido No. 0407372.2 e implica una evaluación espectral de la portadora y las bandas laterales de AM. La evaluación es una convolución de la Transformada Discreta de Fourier (DFT) y la medición de la SNR. La propia DFT se mueve con el algoritmo de seguimiento y se fija en la frecuencia de la portadora.

La combinación de estos métodos asegura que el detector 1 logre la mejor integridad de señal y precisión de profundidad posibles.

El control del usuario del detector 1 se proporciona por medio de un control de sensibilidad 17 y un conmutador 19. El conmutador 19 se usa para establecer el modo de operación del detector 1. Por ejemplo, el detector 1 puede configurarse para que opere en modo radio, de potencia o activo. El modo activo se elige cuando se usa un generador de señales dedicado en las proximidades del cable que se va a detectar, el generador de señales que induce una corriente alterna en el conductor que reirradia una señal magnética. El generador de señales opera a una frecuencia preestablecida y con una modulación preestablecida que se identifica por el detector 1. Una posición adicional del conmutador 19 es el modo de 'evitación', cuya operación se explica más abajo.

El control de sensibilidad 17 se usa para variar el gradiente de sensibilidad de las antenas 3, 5. La alta sensibilidad se usa inicialmente para detectar la presencia de una señal débil producida por un conductor portador de corriente. Una vez que se ha establecido la presencia de un conductor, se varía el control de sensibilidad 17 para disminuir la sensibilidad del detector 1 y el detector 1 se usa para determinar con mayor precisión la localización del conductor portador de corriente oculto. Este método de perfilar la ventana de localización como una función de la sensibilidad se describe en la Patente de Estados Unidos No. 6,777,923 a Radiodetection Limited.

Se proporciona una pantalla de cristal líquido (LCD) 21 en la superficie de la carcasa para mostrar tal información como el modo de operación del detector, el estado de la batería, la profundidad de un conductor y/o la intensidad de la señal detectada. Pueden usarse otros dispositivos de visualización de usuario, como será evidente para los expertos.

El detector 1 también comprende una ROM flash 23, en la que se almacena el software, y una unidad de suministro de potencia (PSU) 25. Un requisito clave del detector 1 es que debe ser portátil. Por lo tanto, se usan baterías 26 para potenciar el detector 1, en este caso dos baterías de tipo 'D', cada una de las cuales proporciona 1,5 V nominales.

En uso, el detector 1 se enciende y el software se carga desde la ROM flash 23 en el bloque de procesamiento de señales digitales 15. Un usuario ajusta el conmutador 19 para seleccionar el modo de operación. La selección será, ya sea, modo de radio, modo de potencia, modo activo o modo de evitación. Una función de alarma de umbral de profundidad está activa en modo de potencia, modo activo y modo de evitación. En el modo de evitación, la función de alarma de umbral de profundidad opera en frecuencias en las bandas de frecuencia del modo de potencia y el modo activo. La función de alarma de umbral de profundidad se detalla más abajo.

Cuando el detector 1 está cerca de un conductor portador de corriente, se induce una corriente en las antenas inferior y superior 3, 5. La corriente inducida en cada una de las antenas 3, 5 se amplifica por un respectivo amplificador 7. Las salidas 9 de los amplificadores 7 son señales de intensidad de campo de las dos antenas 3, 5. Estas señales se introducen en el CODE^c 11, que muestrea estas señales hasta 96 kilo muestras por segundo. Las señales digitalizadas 13 se alimentan al bloque de procesamiento de señales digitales 15. El DSP 16 del bloque de procesamiento de señales digitales 15 aísla las señales de las bandas de frecuencia objetivo, en función del modo de operación. Si el DSP detecta la presencia de un conductor portador de corriente, se activa una alarma de audio y/o visual en el altavoz 22 y/o el indicador 21.

Las Figuras 6A y 6B ilustran un diagrama de bloques más detallado del detector 1 que muestra el sistema de modo de frecuencia dual, que se implementa en el detector 1. Como se mencionó anteriormente, se inducen dos frecuencias de 33 kHz y 66 kHz en el conductor que se detecta.

El detector 1 de esta realización procesa las dos frecuencias de 33 kHz y 66 kHz simultáneamente. El par de antenas 3, 5 recibe lo componentes de señal de ambas frecuencias. El sistema también tiene un indicador de detección común 21 y un altavoz 22 que proporcionan una indicación de la profundidad del conductor enterrado calculada a partir de ambos componentes de frecuencia. La sensibilidad de detección 30 normalmente se establece al máximo, pero puede establecerse a un nivel más bajo.

Los CODEC estéreo 11 se sincronizan a 73,242 KHz. Con el fin de procesar la señal de 66 KHz, mediante el uso de tal CODEC, se usa un sistema heterodino 31 de un oscilador heterodino y dos mezcladores heterodinos para convertir la señal de 66 KHz en una señal de 6 KHz de frecuencia intermedia. Como se muestra en la Figura 6a, se usa un oscilador con una frecuencia de aproximadamente 60 KHz, y los mezcladores heterodinos rechazan la señal resultante de la suma del oscilador de 60 KHz y la señal de 66 KHz y pasan solamente la señal de diferencia que tiene una frecuencia de aproximadamente 6 KHz. Esto está dentro del rango de frecuencia de Nyquist del ADC. El DSP 16 procesa las señales de intensidad de campo producidas por las antenas 3, 5 y aísla simultáneamente las señales de cada una de las dos bandas de frecuencia en dos funciones de selectividad de modo 43, 45.

En una realización alternativa, se omite el sistema heterodino 31 y se usa un convertidor digital analógico que tiene una tasa de muestreo más alta que coloca la frecuencia de Nyquist por encima de 66 KHz.

Las salidas de señal del DSP 16 correspondientes a las diferentes frecuencias se alimentan a los controladores automáticos de ganancia 47 (AGC), tal como el AGC descrito en la Patente de Estados Unidos No. 6,777,923 a Radiodetection Limited.

La salida de cada uno de los AGC 47 se convierte en una señal de detección en los comparadores 49. Las señales de detección se combinan y usan para proporcionar una salida de audio desde un altavoz 22 y/o una señal visual en un indicador 21, por ejemplo, en la pantalla LCD.

El detector 1 calcula continuamente la profundidad estimada de un conductor enterrado. Si la profundidad de un conductor enterrado se calcula como inferior a un umbral preestablecido, por ejemplo, 30 cm, puede activarse una alarma de audio y/o visual para alertar al operador de un conductor poco profundo. Tales conductores poco profundos son de particular interés ya que hay un mayor riesgo de chocar con un conductor poco profundo al excavar un área.

Con el fin de optimizar la interfaz de usuario del detector, cuando se calcula la profundidad de un conductor, el DSP 16 procesa las señales en dos bandas de frecuencia simultáneamente para adaptar la forma en que se presenta la información al usuario. La profundidad del conductor se calcula en un ancho de banda de 1 Hz; la pantalla de visualización se procesa en un ancho de banda de 10 Hz de manera que el parpadeo de la pantalla esté en un nivel aceptable; y el procesamiento de la alerta de audio se realiza a 35 Hz, para asegurar que el tono pulsante sea claramente audible.

Las realizaciones del objeto divulgado pueden implementarse en combinación con una alarma de umbral de profundidad y/o con un "modo de evitación" como se describió en la Solicitud de Patente del Reino Unido No.

2427473.

Mientras que en las realizaciones descritas anteriormente, las dos frecuencias se inducen en un conductor por un único generador de señales, se prevén realizaciones del objeto divulgado en las que las dos señales se generan por diferentes generadores de señales. En efecto, se prevén realizaciones de un localizador en las que se inducen diferentes frecuencias en diferentes conductores, por ejemplo, con una frecuencia diferente que se induce en diferentes tipos de servicios públicos. En tal realización, el localizador puede proporcionar una indicación de qué frecuencia es dominante, dando por lo tanto, una indicación de la utilidad que está presente.

El procesamiento de señales de dominio digital puede implementarse en dispositivos FPGA, DSP o microcontroladores, o dividirse en alguna combinación de los dispositivos antes mencionados.

Los aspectos del objeto divulgado pueden implementarse de cualquier forma conveniente, por ejemplo, mediante el uso de hardware dedicado o una mezcla de hardware y software dedicados para el procesamiento de las señales. Los aparatos de procesamiento pueden comprender cualquier aparato programado adecuadamente tal como un ordenador de propósito general, un asistente digital personal, un teléfono móvil (tal como un teléfono compatible con WAP o 3G), etc. Dado que el procesamiento del objeto divulgado puede implementarse como software, todos y cada uno de los objetos divulgados abarcan, por tanto, software informático que puede implementarse en un dispositivo programable. Por lo tanto, los aspectos del objeto divulgado pueden ejecutarse en una máquina programable, tal como, pero sin limitarse a, un microcontrolador o un procesador de ordenador. Los aspectos del programa de la tecnología pueden considerarse como "productos" o "artículos de fabricación" típicamente en forma de código ejecutable y/o datos asociados que se transportan o incorporan en un tipo de medio legible por máquina. Los medios de tipo "almacenamiento" incluyen cualquier parte o la totalidad de la memoria de estaciones móviles, ordenadores, procesadores o similares, o módulos asociados de los mismos, tal como varias memorias de semiconductores, unidades de cinta, unidades de disco y similares, que pueden proporcionar almacenamiento en cualquier momento para la programación del software. En ocasiones, todo el software o porciones del mismo pueden comunicarse a través de Internet o de otras varias redes de telecomunicaciones. Tales comunicaciones, por ejemplo, pueden permitir la carga del software desde un ordenador o procesador a otro ordenador o procesador. Por ejemplo, el software y/o las instrucciones pueden comunicarse desde un servidor a un cliente. Por tanto, otro tipo de medios que pueden soportar los elementos de software incluyen ondas ópticas, eléctricas y electromagnéticas, tales como las que se usan a través de interfaces físicas entre dispositivos locales, a través de redes fijas alámbricas y ópticas y a través de varios enlaces aéreos. Los elementos físicos que portan tales ondas, tales como los enlaces alámbricos o inalámbricos, enlaces ópticos o similares, también pueden considerarse como medios de soporte del software. Como se usa en la presente descripción, a menos que se limite a medios de "almacenamiento" tangibles, los términos tal como "medio legible" por ordenador o máquina se refieren a cualquier medio que participe en proporcionar instrucciones a un procesador para su ejecución.

Por lo tanto, un medio legible por máquina puede tomar muchas formas, que incluyen, pero sin limitarse a, un medio de almacenamiento tangible, un medio de onda portadora o un medio de transmisión físico. Los medios de almacenamiento no volátiles incluyen, por ejemplo, discos ópticos o magnéticos, tal como cualquiera de los dispositivos de almacenamiento en cualquier ordenador o similar, tal como los que pueden usarse para implementar el objeto descrito en esta solicitud. Los medios de almacenamiento volátiles incluyen la memoria dinámica, tal como la memoria principal de tal plataforma informática. Los medios de transmisión tangibles incluyen cables coaxiales; cable de cobre y fibra óptica, que incluye los cables que componen un bus dentro de un sistema informático. Los medios de transmisión de ondas portadoras pueden tomar la forma de señales eléctricas o electromagnéticas, u ondas acústicas o de luz, tal como las generadas durante las comunicaciones de datos por radiofrecuencia (RF) e infrarrojos (IR). Por lo tanto, las formas comunes de medios legibles por ordenador incluyen, por ejemplo: un disquete, un disco flexible, un disco duro, una cinta magnética, cualquier otro medio magnético, un CD-ROM, DVD o DVD-ROM, cualquier otro medio óptico, tarjetas perforadas, cinta de papel, cualquier otro medio de almacenamiento físico con patrones de agujeros, una RAM, una PROM y una EPRO^m , una FLASH-EPROM, cualquier otro chip o cartucho de memoria, una onda portadora que transporta datos o instrucciones, cables o enlaces que transportan tal onda portadora, o cualquier otro medio desde el cual un ordenador puede leer código de programación y/o datos. Muchas de estas formas de medios legibles por ordenador pueden estar involucradas en transportar una o más secuencias de una o más instrucciones a un procesador para su ejecución.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para localizar un conductor portador de corriente oculto, que comprende:

al menos un generador de señales (100, 200, 300) configurado para acoplarse al conductor y generar, en el conductor, una corriente alterna que tiene al menos una primera frecuencia y una segunda frecuencia; y un localizador (1) que comprende:

dos sensores de campo magnético (3, 5) operables para convertir la radiación electromagnética del conductor en una señal de intensidad de campo;

un convertidor de analógico a digital (ADC) configurado para generar una señal digitalizada que depende de las señales de intensidad de campo del sensor de campo magnético (3, 5);

un procesador de señal digital (16) configurado para:

aislar los componentes de la señal digitalizada resultantes de la primera frecuencia y la segunda frecuencia; y

procesar los componentes aislados para calcular una estimación de la profundidad del conductor oculto y generar una o más señales indicativas de la profundidad del conductor; y una salida (21, 22) configurada para generar una indicación de audio y/o visual de la profundidad del conductor,

en el que los componentes de señal aislados resultantes de la primera señal de frecuencia y la segunda señal de frecuencia se procesan simultáneamente.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la segunda frecuencia es un armónico de la primera frecuencia y/o la segunda frecuencia es el doble de la primera frecuencia.

3. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el localizador (1) comprende además un mezclador heterodino configurado para convertir la segunda frecuencia a una frecuencia más baja y en el que el procesador de señal digital (15) se configura para aislar y procesar la señal de frecuencia más baja.

4. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente alterna que tiene la primera frecuencia y la segunda frecuencia se producen por generadores de señales dedicados separados (100, 200, 300).

5. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la corriente alterna que tiene la primera frecuencia y la segunda frecuencia se producen por un generador de señales dedicado (100, 200, 300).

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el generador de señales (100, 200, 300) comprende un primer oscilador (102) configurado para generar una primera forma de onda que tiene la primera frecuencia,

un primer terminal (106) acoplado al primer oscilador (102) a través de un primer filtro (104) configurado para pasar las señales de la primera frecuencia;

un segundo oscilador (108) configurado para generar una segunda forma de onda que tiene la segunda frecuencia, y

un segundo terminal (112) acoplado al segundo oscilador (108) a través de un segundo filtro (110) configurado para pasar las señales de la segunda frecuencia.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6 que comprende además un conector para conectar uno del primer y segundo terminales (106, 112) al conductor oculto y para conectar el otro del primer y segundo terminales (112, 106) a tierra o a un acoplador inductivo para acoplar el primer y segundo terminales (106, 112).

8. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, el generador de señales (100, 200, 300) que comprende además una bobina de inducción (308) para acoplarse inductivamente con el conductor oculto y un circuito de conmutación configurado para variar la corriente en la bobina de inducción (308) de acuerdo con una forma de onda de conmutación que tiene un primer componente en la primera frecuencia y un segundo componente en la segunda frecuencia.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el circuito de conmutación comprende cuatro dispositivos de conmutación en una formación de puente H.

10. Un método para localizar un conductor oculto, el método que comprende:

aplicar una señal alterna al conductor, la señal alterna que tiene al menos una primera frecuencia y una segunda frecuencia;

usar dos sensores magnéticos (3, 5) locales al conductor y sobre la tierra para generar una señal de intensidad de campo proporcional a la intensidad de un campo electromagnético;

generar una señal digitalizada que depende de la señal de intensidad de campo de los sensores de campo magnético (3, 5);

aislar los componentes de la señal digitalizada resultantes de la primera frecuencia y la segunda frecuencia;

procesar los componentes aislados para calcular una estimación de una profundidad del conductor y generar al menos una señal indicativa de la profundidad del conductor al detector; y

generar una indicación que representa la profundidad del conductor, en el que los componentes de señal aislados resultantes de la primera señal de frecuencia y la segunda señal de frecuencia se procesan simultáneamente.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la segunda frecuencia es un armónico de la primera frecuencia y/o la segunda frecuencia es el doble de la primera frecuencia.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11 que comprende además convertir la segunda frecuencia a una frecuencia más baja, en el que la señal de frecuencia más baja se aísla y procesa.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la corriente alterna que tiene la primera frecuencia y la segunda frecuencia se produce por un generador de señales dedicado (100, 200, 300).

14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la corriente alterna que tiene la primera frecuencia y la segunda frecuencia se produce por generadores de señales dedicados separados (100, 200, 300).