【発明の詳細な説明】
サーキットトレーサ
本発明の背景
１．技術分野
本発明は概ね電子検出装置に関するものであり、特に、場合によって一部が地
上に一部が地下にある開放端を有する導体または閉鎖回路を形成する導体をトレ
ースし位置を検出するための装置に関する。
２．先行技術分野
当該技術は、絶縁した、電流を通す導体のようなケーブルの方向と位置の探索
技術と装置を豊富に用いるものである。このような技術の大部分は、コイルまた
は透磁率の高いコアを備えるコイルのような一以上の誘導センサを利用し、導体
内の交流により生じた電磁シグナルを拾い上げるものである。これらに関しては
、米国特許４、１１９、９０８号、４、１３４、０６１号、４、２２０、９１３
号、４、２９５、０９５号、４、３８７、３４０号、４、４２７、９４２号、４
、４３８、３８９号、４、３９０、８３６号、４、５２０、３１７号、４、５４
２、３４４号、４、６３９、６７４号、４、６６５、３６９号、４、６７２、３
２１号、４、７６７、２３７号、４、８４３、３２４号および５、０９３、６２
２号に記載されている。導体の方へのおよその方向は、向きによって、ピークま
たはヌルシグナルがインダクタにより検知されるとき示され、接線方向に対して
はピークシグナルを、放線方向にはヌルシグナルを発生する。同様の技術は、Ｓ
ＣＯＴＣＨＴＲＡＫ ＴＫ ３Ｂ／６Ｂのような、ミネソタ・マイニング・マニ
ュファクチャリング社（本発明の出願人である３Ｍ）により販売されている多く
の装置に利用されている。他の測定技術はまたある種の環境下でも利用可能であ
る。たとえば、米国特許４、５４２、３３４号においては、二つの電極が海底ケ
ーブルを埋設する装置を進めるために利用される。上記電極はケーブルの各々の
側に置かれ、容量的に（capacitively）シグナルをケーブルにカップルリングさ
せ、これは検知されて左／右の指針を提供するのに利用される。交流の検出は、
米国特許
４、９４２、３６５号に開示されるような、あるシグナル処理法によりさらに強
化可能である。
電流を通す導体のトレーシングはこのようにして容易に達成されるが、破損し
ている、すなわち開放端を有する導体の場合にはそうはいかない。このような導
体においては、閉鎖電気回路がないので、電流が少しも導体に流れず（少なくと
も導体が周囲の媒体に対して無視できる程度の容量性のカップリングをするとき
には）、典型的な電流検知インジケータはこのような導体の位置探索の試みに比
較的役立たないものである。また、米国特許４、５４２、３３４号に開示されて
いる誘導技術は、ケーブルのおよその位置が判っていると仮定し、受信カプラー
がケーブルの近くに置かれ、ケーブルはソース電極の間かもしくは極めて近くに
配置されると仮定しているので、この技術の利用も適したものではない。ケーブ
ルが電極のすぐ近くに配置されないとき、電極からのケーブルにカップルするシ
グナルが大変弱く、左／右のシグナルを提供するようにはうまく処理できない。
これらの問題を部分的に克服する装置が米国特許４、６８６、４５４号に記載
されている。その装置は、誘導性センサと容量性センサの両方を用い、容量性セ
ンサは、電界検知の「ガードされた」電極を用いるので、やや方向性はあるが、
示差的ではない。ガードされた電極は単に一つであり、検知部材がもう一つの金
属製のプレートによりある方向でシールドされ、電極ポテンシャルと同様のポテ
ンシャルで励起され「周囲を縁取る」磁束(fringing flux)を無くする。フィー
ドバック配置が検知部材から金属製プレートヘ増幅された出力シグナルを提供す
るのに用いられるので、上記金属製プレートは、被駆動シールド(driven shield
)として作用する。しかし、この装置は、容量性センサからのシグナルを、信頼
できる導体の位置の検出のため、誘導センサ(inductive sensor)からのシグナル
に付け加えなければならないという要求にも答えなければならない。この制限は
、まず第一に、単一の容量性センサは最大の受信シグナルによって詳細な方向を
正確に決定することができないことに起因し、かくして、誘導センサからのシグ
ナルはさらに方向性を与えるのに必要とされる。さもなければ、容量性センサの
シグナルだけに依存すると信頼性は導体の位置の検出を容易に誤ることになるで
あ
ろう。さらに、二つのシグナルの組み合わせは、しばしば紛らわしい出力結果を
生ずる。それゆえ、指向性センサの利点を差動センサと結びつける開放端を有す
る導体を検出する手段を提供することにより、前述の制限を克服する装置を工夫
することは望ましく有益なことである。この装置はさらに磁気センサを備え、種
々の理由により電界センサが導体からシールドされるとき導体をトレースするこ
とができるようにすべきである。
発明の要約
本発明は、改良サーキットトレーサを提供するものであり、（ｉ）導体に電
圧を印加するために交流電圧のテストシグナルを応用するトランスミッタ、（ii
）電圧印加された導体を囲む時間変化する電場ポテンシャルを検出する、または
、十分な電流が導体内に確立されたとき電磁界を検出するプローブ（探査機）、
および（iii）プローブからのシグナルを処理し、導体の位置を示す相対的なシ
グナルの強さを視覚または音による少なくとも一方の指示を提供するためのプロ
ーブからのシグナルを処理するレシーバとを含むものである。
プローブは、電界センサ、差動電界センサおよび誘導センサの３つのセンサを
含み、プローブハンドル上のスイッチにより択一的に選択されるのが好ましい。
電界センサは、ガードされた電極の形をしているのが好ましく、第一に導体の凡
その方向と位置を見つけるのに用いられる。差動センサは、二つの概ね対面して
向き合う電極の形をしており、その後導体の位置でより高い解像度を提供するの
に利用される。電界センサは導体が地上にあるときに概ね用いられ、この場合は
、変化する電界が容易に検出される。もし導体のトレーシングが地下の経路にな
るなら、プローブは誘導コイルの形をしている誘導センサにスイッチで切り替え
可能である。地面と導体の間の容量カップリング(capacitive coupling)は、ト
レースされている導体の部分が地下にあるときには、導体が地上にあるときより
もより大きい。それゆえ、導体が開放端を有するときでさえ、この効果は小さい
が十分な電流が導体に流れ、この電流は高感度の誘導センサにより検出される。
ガードされた電極が新規の構成において提供され、背面の金属シールドがプリ
ンテッドサーキットボードの一つの表面上で提供され、反対面上に検出部を備え
、
それと同じ面上に検出部を囲むリングシールドを備える。このシールドは、その
シールドに各検出部の出力を供給するためのフィードバックサーキットを提供す
ることにより駆動される。全ての３つのセンサはプローブハウジングのヘッドの
中にひとまとめにされるのが便利であり、このヘッドはサーキットグランドに電
気的に結合される電気的にシールドされたボックスを形成する。誘導コイルはプ
ローブヘッドの中央に位置し、検出部と電界センサの背面シールドおよびシール
ドされたボックスは複数のスロットを備え、その中で、入ってくる磁束に対して
法線方向の伝導領域を最小にし、渦電流を減らし、磁束がプローブヘッド内に入
りコイルにより検出されることができるようにする。高ゲイン、低ノイズの増幅
器がセンサで得られたシグナル対ノイズを好ましい比率に保持するのに用いられ
る。プローブのハンドル部に水準器も備えられ、これはプローブの主要延長部に
対して角度がつけられ、オペレータが三角測量法で導体の深さを決定できるよう
にするものである。
図面の簡単な説明
本発明の新規な特徴と範囲は添付の請求の範囲に規定される。しかし、本発明
自身は添付の図面を参照してよりよく理解されるであろう。
図１は本発明のサーキットトレーシングシステムのトランスミッタユニットの
斜視図である。
図２は本発明のサーキットトレーシングシステムのレシーバユニットの斜視図
である。
図３は本発明のサーキットトレーシングシステムのプローブユニットの斜視図
である。
図４はセンサ配列を含むプローブ電子機器の斜視図である。
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、プローブ電子機器の電界および差動センサ
で用いられる新規なガードされたの電極の、前面、側面、背面の立面図である。
図６はトランスミッタ電子機器のブロック図である。
図７はプローブ電子機器のブロック図である。
図８はプローブユニットにより用いられるガードされた電極の被駆動シールド
を示す概略図である。
図９はレーシーバ電子機器のブロック図である。
好ましい実施例
図に示されるように、特に図１−３に示されるように、本発明のサーキットト
レーシングシステムが描かれており、これは概ね、トランスミッタユニット１０
（図１）、レシーバユニット１２（図２）およびプローブユニット１４（図３）
からなる。サーキットトレーシングシステムは、閉鎖回路にある導体にも同じよ
うに役立つけれども、特に不明の位置で破断した電気導体（ワイヤー）、即ち開
回路の位置の探索に適しており、導体が地上にあるいは地下のどちらにあっても
機能する。トランスミッタユニット１０（図６とともに以下に詳述する）は適切
なコネクタ１８を備えるケーブル１６により導体に適用されるテストシグナルを
提供する。トランスミッタユニット１０はまた第２ケーブル２０を備え、接地電
位(ground reference)を提供する。これらのケーブルとコネクタはテストされる
サーキットの性質により種々の物理的実施例に利用できる。たとえば、もしトレ
ースされるべきワイヤが従来公知の電源取り出し口に結合されれば、ケーブル１
６と２０は互換性のある標準プラグを備える単一のコードに結合可能である。ト
ランスミッタユニット１０はまたオン／オフスイッチ２２を備え、ゲイン制御ス
イッチ２４をも備え、さらに電力（オン／オフ）状況またはバッテリ制御状況を
示すスピーカまたはサウンダ２６を備えてよい。トランスミッタユニット１０の
構成部品８０は全てハウジング２８中に含まれる。
レシーバユニット１２は同様にオン／オフスイッチ３０、ゲイン制御ノブ３２
および受けたシグナルの振幅を表すための読み取りダイアルまたはメーター３４
を含む。スピーカ３６も備えられ、オペレータが受けたシグナルの相対的な強さ
を聞くことができ、また、もう一つのスイッチ３８が圧縮対数目盛りから拡張対
数目盛りにレシーバユニット１２の出力を変えるために設けられる。コネクタポ
ート４０はプローブユニット１４からのケーブル４２を受ける。レシーバユニッ
ト１２の構成部品はハウジング４４中に含まれ、これには肩紐４４が取り付けら
れている。
プローブユニット１４はハンドル部又はグリップ部５０を備えるハウジング４
８、アームまたは延長部５２および先端部または末端部５４からなる。ハウジン
グ２８、４４および４８はすべて耐水性であるのが理想的であり、耐久性のよい
材料、好ましくは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン（ＡＢＳ）またはポリスチレン（ＰＳ）のようなポリマーでつく
られる。ハウジング４８の全体の長さは、約６６ｃｍであるのが好ましい。ハン
ドル５０はオペレータがプローブユニット１４を握ることができるよう適切なサ
イズおよび形である。ハンドル５０に近接して、水準器５６（気泡を含む液体が
満たされた管）およびスイッチ５８がある。水準器５６により、以下にさらに説
明するように、三角測量法を利用して埋まっているケーブルの深さを決定するこ
とができる。スイッチ５８は、以下に説明するように、オペレータに導体の位置
を探索しトレースする三個のセンサのうちの一つを選ぶことができる。
プローブヘッド５４は図４に示される新規なセンサーの配置を備える。三個の
センサーがプリンテッドサーキットボード（ＰＣＢ）上に設けられており、これ
らは、ヘッド５４の先端に配置される第１のガードされた電極６２を含む単極の
(single-ended)電界センサ、互いに略平行でヘッド５４の側部に位置する第２お
よび第３のガードされた電極６４と６６とを含む差動電界センサ、および軸が電
極６２の面に垂直なアーム５２と一列に並ぶ電極６４と６６の間に位置する誘導
コイル６８を含む誘導センサである。コイル６８は初期の透磁性が高く残磁性の
低いコアで構成され、可能な限りの最良のシグナル対ノイズ比を生ずるために高
いＱを有する。前置増幅器７０は電極６２、６４、６６およびコイル６８の各々
に対して提供される。前置増幅器７０からの導線７２はアナログスイッチに結合
される。アナログスイッチは、アーム５２の長い部分をわたるワイヤにより制御
され、スイッチ５８の入力接触部に結合される。以下に説明されるように、アナ
ログスイッチは差動増幅器に接続され、これはハンドル５０を出るケーブル４２
中のワイヤに順番に接続される。
ガードされた電極６２、６４および６６は図５Ａ−５Ｂに示されている。各電
極は電気的に絶縁された基板７４を備え、該基板はプリンテッドサーキットボー
ドと同様の材料即ちエポキシ樹脂複合材料で形成されるのが好ましい。電極の背
面７６は基板７４に結合された金属製のシールド７８を備え、背面のシールド７
８は複数のスロット８０（約０．２５ｍｍの巾であるのが好ましい）が設けられ
ている。電極の前面８２は、複数の同様なスロットを有する金属製の検知部材８
４を備え、これらのスロットはスロット８０と平行であるのが好ましく、また、
不連続部を有するリングシールドを形成し検知部材８４を取り囲む一対の金属製
ボーダまたはストリップ８６を備える。検知部材８４とストリップ８６はまた基
板７４の表面に直接に結合される。検知部材８４とリングシールド８６と背面シ
ールド７８との好ましい材料は銅である。背面シールド７８は銅メッキされた二
つの穴８８を備え、この穴を通過して基板７４は電気電導の導線にストリップ８
６を提供し、また、絶縁ボーダを有するもう一つの銅メッキされた穴９０を備え
、これは基板７４を通過し検知部材８４に接触を提供する。結果としてできあが
るガードされた電極は高度な方向性（即ち検出部８４の表面に概ね垂直な方向に
）を有する。電圧を印加された導体を取り囲む検知された等電位電界面のポテン
シャルの大きさが導体からの距離と共に減少するので、この特徴は指向性がある
と言われる。差動電界ポテンシャルセンサは二つの等電位面のポテンシャルの差
を測定できるのみである。もし二つのセンサの検知部材が両方とも一つの等電位
面にあるように一列に配置されたら、検出される差異はゼロである。もしセンサ
が一つの検知部材から他の検出部への線が横切る等電位面に垂直であるように一
列に配列されたら、検出される差異は最大になる。かくして、差動センサを等電
位面にあるいかなる軸を中心として回転させても、検出される差異は、二つのセ
ンサの間のラインが上記等電位面にある（または該面に接している）ときはゼロ
で、該ラインが上記面に垂直なときに最大になるように変化する。言い換えると
、検知される電界ポテンシャルの振幅は検知部材８４の法線に関する角度の配置
に依存する。差動センサのこのような指向性の電極の新規な利用はプローブユニ
ット１４の空間的な解析を大いに改良することが示され、たとえば誘導センサを
用いて同時に検知することは必要なくなる。
センサ配列（即ちＰＣＢおよびその上の構成物により定義されたスペース）は
プローブヘッド５４内の金属製の箱状のスクリーン９１により部分的にシールド
され、電極６２、６４および６６の位置に対応して上記スクリーンは削除部が設
けられる。スクリーン９１はまた渦電流を防ぐために横方向のギャップを備えて
提供され、サーキットグランドに接続される。背面シールド７８と検知部材８４
内のスロットは導体内の電流により生じる磁界線がコイル６８の方へヘッド５４
を貫くようにさせ、この目的のためにスロットは電界センサ（電極６２）のみの
中に設けられる必要があるが、簡単に製造するために、同じスロットのデザイン
が電極６２、６４、６６の三つの全てに対して利用される。ガードされた電極の
配置とスクリーン９１を利用すると、電界等電圧に直角に正確に配列するのが容
易であることおよび接地から得られる最大のカップリングにより、位置探索の過
程で高解像度を生ずる。
当業者は、たとえ電極がガードされていなくても解像度は落ちるけれども差動
センサはそれでも機能するであろうと認識できよう。また、電極６４および６６
が互いに完全に平行である必要はない。たとえば、たとえこれらの二つの電極が
同じ平面であったとしても差動センサはそれでも理論的には差動シグナル出すこ
とができるであろう。言い換えれば、電極６４と６６が異なった等電位面を検知
できるように最小限度に離れた二つの位置に配置されることだけが必要である。
図６−９を参照しつつ、サーキットトレーシングシステムにおける種々の電気
サーキットを以下に説明する。トランスミッタユニット１０の電子機器のブロッ
ク図は図６に示される。クリスタルオシレータ（水晶発振器）９２とデバイダ９
４はトランスミッタの振動源を備える。テストシグナルの振動は広く変化する場
合があるが、しかし、開示される実施例に於いてはトランスミッタ振動数は１ｋ
Ｈｚから３００ｋＨｚの範囲であり、約４−３２ｋＨｚの範囲であるのが好まし
く、約１６ｋＨｚであるのが最も好ましい。後者の振動数は他のＥＭエミッショ
ン装置で滅多に使われず、また、電界モードが利用されるとき導体および電極か
らのシグナル輻射の間のカップリングの必要性および地下にある時に導体の電流
負荷の必要性とが競合するのを均衡させる。外部電力源が替わりに利用され得る
けれども、バッテリ９６はユニット１０に電力を提供するのに用いることが可能
である。バッテリと構成部品の間の電気的結合は明瞭に示すために省略されてい
るが、トランスミッタユニット１０の種々の構成部品はバッテリ９６により電力
供給されることが理解される。同様に、バッテリ９６から提供される全ての電力
はオン／オフスイッチ２２により制御される。
デバイダ９４はバッテリ状況チェッキンクサーキット９８に対して接続され、
可聴音を提供する。もしサーキット９８が低いバッテリ電力を検出したら、サウ
ンダ２６は活性化される。オシレータ９２の出力はまた、フライバック制御サー
キット１０２の方にも向けられ、これはサーキット上の負荷に関わらず指定され
た最大電力出力を維持するために電圧変換を提供し、ゲイン制御スイッチ２４に
より制御される。フライバック制御サーキット１０２はフライバックサプライ１
０６中に含まれるフライバック変成器中に蓄積されたエネルギーを制限するため
の電気回路を含む。フライバック制御サーキット１０２の出力は、バッテリーエ
ネルギーを出力電力増幅器１０８のための電圧に変換するフライバックサプライ
１０６の方に向けられ、フライバックサプライ１０６からの電力は制御スイッチ
２４により選択された量を超えない。制御されたシグナルは増幅器１０８に送ら
れ、それからケーブル１６および２０に接続される出力ネットワーク１１０に送
られる。出力ネットワーク１１０は抵抗負荷、誘導負荷および容量性負荷の幅広
い範囲に効果的にカップルする誘導性および容量性共振回路を含み、一方出力シ
グナルの高調波含有量を減ずる。トランスミッタ出力はそれによって１ｍΩから
１ＭΩまたはそれ以上のインピーダンスに対して機能することができる。テスト
シグナルの増幅は人の安全とバッテリの経済性のために５０ボルト以上でないの
が好ましい。
プローブユニット１４の電子機器のブロック図は図７に示される。上記のよう
に、電極６２−６６およびコイル６８の各々は前置増幅器７０の内の一つに結合
され、好ましい実施例に於いては、接合電界効果トランジスタ（ジャンクション
エフェクトトランジスタ）（ＪＦＥＴ）緩衝増幅器である。前置増幅器７０の出
力はアナログスイッチ１１２に接続され、これは機械的スイッチ５８により制御
され電界センサ、差動センサ、または誘導センサのうちの一つにのみ基づく単一
の出力を選択的に提供する。明細書の他の部分を参照して、当業者は差動センサ
および誘導センサは同時に利用可能であると認識できるが、しかし、差動センサ
と誘導センサを結びつけて利用することに実際的な利点や相乗効果が無く、実際
、スイッチ５８とアナログスイッチ１１２を一緒に利用すると、一方のセンサに
対する接続が他方のセンサとの接続がなされる前に断たれるようにすることがで
きる。アナログスイッチ１１２は番号４０５３Ｂとして普通知られていて、多く
の会社、たとえば、ラジオコーポレーションオブアメリカ（ＲＣＡ）などにより
販売されているものが好ましい。アナログスイッチ１１２からの出力は差動増幅
器１１３に提供され、これはケーブル４２を介してレシーバユニット１２にシグ
ナルを送る。プローブユニット１４の種々の構成部品に対する電力はケーブル４
２中のワイヤをによりレシーバユニット１２中のバッテリを経由し供給される。
図８にさらに示されるように、電極６２、６４、６６の各々は「被駆動」シー
ルドまたはガードを有する。各電極からの出力電圧は地面に対する電極の有効容
量を減ずることにより最大にされる。本発明に於いては、このことにより、被駆
動シールドを形成する検知部材での電圧に等しい電圧でリングおよび背面シール
ドへ電圧を印加することになる。非反転増幅器(non-inverting amplifier)１１
４の出力はストリップ８６と背面シールド７８に接続され、リングシールドまた
は基板７４により形成された狭いギャップのどちらかにより占められる領域を通
過して検知部材８４の地面に対するカップリングを防止する。ＦＥＴ増幅器７０
中への有害な放電を避けるために、コンデンサ１１５および１１７は１０−１０
、０００ピコファラッドの範囲の静電容量を有するのが好ましい。
電圧印加された導体の近くに伝導性の対象物を何か導入することは、等電圧電
界表面の形に影響を与える。かくして電界を測定するときには外乱を可能な限り
最小に抑えるのが望ましい。検知電極のポテンシャルに対してガードのポテンシ
ャルを一列に配置し、それが存在する等電位電界面のポテンシャルに近くなるの
で、上記ガードされた被駆動電極はこのような外乱が入るのを最小にする。上記
ガードされた被駆動電極は、また電極の入力インピーダンスを、それが駆動され
なかった場合よりも高くさせ、等電圧面の外乱を少なくすることになる。このた
めに、
ガードされた被駆動電極はガードされた非被駆動電極よりも優れ、増幅の前に最
大の可能なシグナルを生じ、プローブヘッド５４中の電気回路からのいかなる電
圧の検知をもなくする。高ゲイン、低ノイズの増幅器７０は、ガードされた電極
上の被駆動シールドに沿って、低電圧または遠く離れた導体のトレーシングにお
いて単極のセンサおよび差動センサの感度を大いに増す。
レシーバユニット１２の電子機器のブロック図が図９に示される。再び、バッ
テリ接続は図９をわかりやすくするため省略してあるが、バッテリ状況チェッキ
ングサーキットを含み、図６のトランスミッタユニットに対して示されるのと同
様の方法で、バッテリがレシーバユニット１２に対して供給され、また、レシー
バユニット１２のバッテリはスイッチ３０により制御される、ということが理解
される。もう一つのオシレータ１１６とデバイダ１１８は、トランスミッタユニ
ット１０と同じ振動数に同調し、レシーバ１２に対する振動源を提供する。デバ
イダ１１８の出力は以下に記載の検出サーキットおよびフェーズロックループ(p
hase-lock-loop) （ＰＬＬ）振動シンセサイザ１２０に向けられる。プローブユ
ニット１４からのシグナルは、第１の可変減衰器１２２、低域１２４および第２
の可変減衰器１２６を通過する。両方の減衰器はゲイン制御ノブ３２により統制
され、受けたシグナルの増幅を、シグナルを観察するのに十分だが、受けたシグ
ナルが大変強いときに残部の電気回路に過電圧がかからないような範囲に保持す
る。減衰器１２６の出力は、ミキサースイッチ１３２を駆動するスイッチドライ
バ１３０に向けられ、その入力はＰＬＬ１２０から向けられる。ミキサスイッチ
１３２と中間振動（ＩＦ）シグナルのその結果の出力は、ＩＦ増幅器をともに含
むもう一つの低域フィルタ１３４と帯域パスフィルタ１３６とを通過する。
帯域フィルタ１３６からの調節されたシグナルは、多くの異なった方法で処理
されトランスミッタユニット１０からのテストシグナルの方向を提供することが
できる。好ましい実施例に於いて、レシーバユニット１２は米国特許４、９４２
、３６５号においてもっと詳しく記載されているように擬似同期検出ルーチンを
実行し、これはセンサからのシグナルの大きさを決定する。帯域フィルタ１３６
からの正弦波シグナルは二つの同期検出器１４０と１４２を駆動するもう一つの
ス
イッチドライバ１３８に対する入力として用いられる。同期検出器の各々はイン
バータとアナログスイッチとを含み、アナログスイッチは二つの入力を持ち、ひ
とつはスイッチドライバ１３８からの修正されないシグナルであり、他方はその
シグナルの逆転された形である。検出器１４０において、アナログスイッチはデ
バイダ１１８からの基準シグナル（レファレンスシグナル）に応答し、検出器１
４２においてはアナログスイッチは９０°の移相（フェーズシフト）でデバイダ
１１８からの基準シグナルに応答する。検出器１４０と１４２からの二つのシグ
ナルは、それぞれベッセル低域フィルタ１４４および１４６を通過し、それから
擬似同期またはチョッパーアナログのスイッチ１４８と結合され、これはまた、
デバイダ１１８からの基準シグナルにも応答する。擬似同期シグナルはＲＭＳ検
出器１５０に向けられ、これは増幅器１５２へのシグナルレベルを通過する。増
幅器１５２の出力は、スイッチ３８の設定に依存して圧縮対数目盛りまたは拡張
対数目盛りに基づく場合がある。出力はメータ３４とスピーカ３６の両方に向け
られる。
操作
本発明のサーキットトレーシングシステムの操作の最初にすることは、トラン
スミッタユニット１０のシグナルケーブル２０を導体の接近可能な部分に取り付
け、グランドケーブル１８を所定の地面に取り付けることである。当業者は、シ
グナルを直接に（伝導的に）用いるのが不可能であるか好ましくないならば、シ
グナルは電気誘導で適用されてよいことが判るであろう。オン／オフスイッチ２
２は点けられ、もしバッテリチェックが受け入れられるなら、ゲイン制御スイッ
チ２４は特定の条件、即ち、短い範囲のトレーシングには「低域」の、長い範囲
にには「高域」の条件に従って調節される。トランスミッタから電圧を印加する
とケーブルが帯電、放電を繰り返すので、電極６２、６４および６６により検出
可能な経時変化の電場ポテンシャルを発生する。さらに、もし導体が閉鎖回路の
一部なら、交番電流が得られて、これは誘導センサにより検出可能な電磁場を生
ずるであろう。プローブユニット１４のケーブル４２はレシーバユニット１２の
コネクタ４０内にプラグされ、オン／オフスイッチ３０が点けられる。再び、バ
ッ
テリチェックアウトが申し分ないと仮定して、ゲイン制御ノブ３２は条件に合わ
せて調整される。もし導体のおよその位置が判っているなら、スイッチ３８は拡
張対数目盛の設定まで動かされ、これはケーブルの位置で最も鋭いヌルと最良の
解像度をあたえるが、もしプローブがトランスミッタからかなり離れた位置で用
いられケーブルの位置と深さが確かでないなら、オペレータはスイッチ３８を圧
縮対数目盛に設定して、導体の方向のおおまかな感触を得ることから始めること
になろう。
オペレータは、プローブユニット１４のスイッチ５８を誘導センサに対応する
設定の、または単極のセンサに対応する設定のどちらかにしてトレーシングを開
始したい場合もある。単極のセンサの利用により、システムは適正に作動してい
るということをユーザは確認できる。このことはプローブユニット１４をトラン
スミッタのリード線１６に接近して移動させ指し示すことにより達成される。も
しシグナルが直ちに検知されなければ、装置は誤動作の可能性をチェックされる
べきである。もしシグナルが検出されたら、オペレータは導体が位置しているお
よその領域にプローブ１４を移動させるであろう。上記単極のセンサはその後導
体のおよその方向と位置を見つけるのに利用される。スイッチ５８はそれから、
具体的条件により、差動センサまたは誘導センサのどちらかに設定される。
上記のことにもかかわらず、もし導体が閉鎖ループを形成するかもしくは直ち
に地面下に延びるなら、誘導センサはそのかわりに最初に用いられる可能性があ
る。たとえコンデンサが開いており地面よりも上にあったとしても、もしトレー
シングの出発位置が比較的トランスミッタに近いなら、誘導センサがトレースで
きるように導体は短い距離の間十分な電流を通すことができ、もしそうなら、こ
の探知の形式は、単極の電場検知よりももっと正確なものであろう。スイッチ５
８はその後電磁シグナルが弱まったとき差動センサの設定へと移動されてよい。
単極の電界センサ（電極６２）は通常束ねられたワイヤのケーブルの中で一つの
ワイヤを見いだす、または開放端を有する導体の端を正確に示すために利用され
る。
どのセンサが利用されるかに関わらず、導体を横切ってプローブを振る（即ち
左、右、左に）間に導体の経路に従って位置の探索は進行する。プローブ１４の
アームの延長部５２は概ね導体に対して直角方向に保たれるべきである。たとえ
ば、もし導体が壁の中で垂直に延びるならば、延長部５２は水平であるべきであ
るが、もし導体が地下で水平に配設されていると、延長部５２は地面にまっすぐ
に垂直に向けられるべきである。振る間、プローブが導体にまっすぐに向けられ
たとき、メータ３４とスピーカ３６の少なくとも一方が配置の指示を示す（すな
わち、単極の電界センサからのピークシグナル、または差動電界もしくは誘導セ
ンサからのヌルシグナル）。
もしトレースされるべき導体の部分が地下にあるなら、地面の周囲の伝導性マ
スのため導体に極めて近接した領域に電界が限定される可能性があり、電界セン
サによる探知が困難にまたは不可能になる場合がある。しかし、このような場合
には、接地導体の高い容量により開放端を有する導体においてさえも少量の電流
が流れ、それによって確立される電磁界はコイル６８により（適切な方向に向け
られた時）検知可能である。電界センサが地面下の導体に対してうまく働く場合
がある。もし導体が浅く埋められたりまたは弱い電気伝導性のある土壌内にある
とき、上記技術は実行でき、さらにたとえ他の導体の近傍にあるときでさえ所望
の導体の経路を区別するのに助けとなることができる。このような場合、トレー
シングシグナルは、他の導体において同様に流れる場合があり、これらの他の導
体と所望の導体の間で磁力検知は容易には区別できないが、一方、所望の導体は
差動電界センサで適切に区別されることができる。また、埋まったオープン導体
のターミナルは誘導センサを利用して決定され得るが、もし環境が電界センサの
利用に望ましい条件下なら、ターミナルの位置を探索することは単極のセンサで
もっと正確に決定可能である。
もし導体が地下にあるなら、オペレータはまたその深さも知りたい場合がある
。これは周知の三角測量操作において水準器５６を利用することにより容易に決
定可能である。一旦、導体の方位角の位置と方向が判ったら、ピンフラグのよう
なマーカーを地面の上に置くことができる。オペレータはそれから水準器の泡が
二つのラインの間にあるように、つまり、ハンドル５０が水平な勾配にあるよう
に
しつつ、上記マーカーから離れて導体経路に直角の方向に移動する。オペレータ
が導体から離れて動くにつれ、メータ３４は落ち始め、最小シグナルの位置でヌ
ルまたは三角測量の基準点を確立する。この基準点からマーカーへの距離を測定
し、ハンドル５０と延長部５２の間の相対的な角度を知ることにより、オペレー
タは導体の深さを計算できる。しかし、この手順を簡単にするため、ハンドル５
０は延長部５２に関して４５゜の角度Ａで延びるのが好ましい。この方法で、導
体、マーカー、および基準点により形成された三角形は二等辺であり、それ故、
コンデンサの深さは基準点からマーカーまでの距離におよそ等しい。かくして、
この距離を測ること以外には計算は必要でない。
本発明は具体的な実施例を用いて上記したが、この記載は制限を加える意図で
はない。開示された実施例の種々の変形例は、本発明の別の実施例と同様に、本
発明の記載により当業者には明らかであろう。それゆえ、添付の請求の範囲に規
定されるように本発明の基本的な考えや範囲から逸脱しないでこのような変形が
可能である。Detailed Description of the Invention
Circuit tracer
Background of the invention
1. Technical field
The present invention relates generally to electronic detection devices, and in particular, in some cases, part of the
Trace a conductor with an open end, partly above ground, or forming a closed circuit.
The present invention relates to a device for detecting the position of the source.
2. Prior art field
The technique seeks for the direction and location of an insulated, current-carrying conductor-like cable.
It uses a lot of technology and equipment. Most of these technologies are coil or
Uses one or more inductive sensors such as coils with a core of high magnetic permeability
It picks up the electromagnetic signal generated by the alternating current inside. Regarding these
U.S. Pat. No. 4,119,908, 4,134,061, 4,220,913.
No. 4, 295, 095, 4, 387, 340, 4, 427, 942, 4
, 438, 389, 4, 390, 836, 4, 520, 317, 4, 54
2, 344, 4, 639, 674, 4, 665, 369, 4, 672, 3
21, 4, 767, 237, 4, 843, 324 and 5,093, 62
No. 2 is described. The approximate direction towards the conductor is peak or peak, depending on the orientation.
Or when a null signal is detected by the inductor, and tangential to
Produces a peak signal and a null signal in the radial direction. A similar technique is S
Minnesota Mining Manifold, like COTCHTRAK TK 3B / 6B
Many sold by Manufacturing (3M, the applicant of the present invention)
Is used in the device. Other measurement techniques are also available in certain environments
It For example, in U.S. Pat. No. 4,542,334, two electrodes are submarine electrodes.
It is used to advance equipment for burying cables. The electrodes are for each of the cables
Placed on the side, the signal is coupled capacitively to the cable.
This is detected and used to provide the left / right hand pointer. AC detection is
US Patent
Further enhancement by certain signal processing methods, such as those disclosed in 4,942,365.
Can be converted.
Tracing of current-carrying conductors is easily achieved in this way, but it does not break.
This is not the case for conductors with open or open ends. Such a guide
In the body, there is no closed electrical circuit, so no current flows in the conductor (at least
Also when the conductor has negligible capacitive coupling to the surrounding medium
), A typical current-sensing indicator compares to attempts to locate such conductors.
It is relatively useless. Also disclosed in US Pat. No. 4,542,334.
The inductive technique, assuming that the approximate position of the cable is known,
Is placed close to the cable and the cable is
The use of this technique is also unsuitable as it is assumed to be deployed. cave
If the cable is not placed in the immediate vicinity of the electrode, it will couple to the cable from the electrode.
The signal is so weak that it can't handle it well to provide left / right signals.
A device that partially overcomes these problems is described in US Pat. No. 4,686,454.
Has been done. The device uses both inductive and capacitive sensors, and
The sensor uses "guarded" electrodes for electric field sensing, so it is somewhat directional,
Not distinct. There is only one guarded electrode and the sensing element is another gold
It is shielded in a certain direction by a metal plate, and it has the same potential as the electrode potential.
Eliminates the fringing flux "exposed" around the surroundings. Fee
The feedback arrangement provides an amplified output signal from the sensing element to the metal plate.
The metal plate is used as a drive shield.
). However, this device does not depend on the signal from the capacitive sensor.
The signal from the inductive sensor is used to detect the position of the possible conductor.
It must also answer the requirement that it must be added to. This limit
, First of all, a single capacitive sensor gives detailed directions with maximum received signal.
Due to the inability to make an accurate determination, thus the signal from the inductive sensor
Nulls are needed to give further direction. Otherwise, of the capacitive sensor
Reliance on the signal alone can easily mislead the location of the conductor.
Ah
Let's do it. Moreover, the combination of the two signals often results in confusing output results.
Occurs. It therefore has an open end that combines the advantages of directional sensors with differential sensors
Devised a device that overcomes the aforementioned limitations by providing a means for detecting conductors
Doing is desirable and beneficial. The device is further equipped with a magnetic sensor,
Trace the conductor when the electric field sensor is shielded from the conductor for various reasons.
You should be able to.
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention provides an improved circuit tracer, in which (i) the conductor is electrically charged.
A transmitter that applies a test signal of an alternating voltage to apply a pressure, (ii
) Detecting a time-varying electric field potential surrounding a voltage-applied conductor, or
, A probe that detects the electromagnetic field when sufficient current is established in the conductor,
And (iii) process the signal from the probe and indicate the relative position of the conductor.
A professional for providing visual and / or audible indications of the strength of gnaru.
And a receiver for processing the signal from the probe.
The probe has three sensors: electric field sensor, differential electric field sensor and inductive sensor.
It is preferably included and is alternatively selected by a switch on the probe handle.
The electric field sensor is preferably in the form of a guarded electrode, first of all the conductor
Used to find its direction and position. Differential sensors are two generally face-to-face
In the form of facing electrodes, then providing higher resolution at the conductor location
Used for. Electric field sensors are commonly used when the conductor is on the ground, in this case
, The changing electric field is easily detected. If conductor tracing becomes an underground route
If so, the probe switches to an inductive sensor in the form of an induction coil.
It is possible. Capacitive coupling between the ground and the conductor is
When the part of the conductor that is being raced is underground, than when the conductor is above ground
Is also larger. Therefore, this effect is small even when the conductor has an open end
Sufficient current flows through the conductor, which is detected by the highly sensitive inductive sensor.
Guarded electrodes are provided in the new configuration and a back metal shield is
Provided on one surface of the printed circuit board, with the detector on the opposite surface
,
A ring shield surrounding the detector is provided on the same surface as that. This shield is
Provide a feedback circuit to supply the output of each detector to the shield
It is driven by. All three sensors are on the head of the probe housing
It is convenient to put them all together, and this head is connected to the circuit ground.
Form an electrically shielded box that is hermetically coupled. The induction coil is
Located in the center of the lobe head, the back shield and seal of the detector and electric field sensor
The enclosed box has multiple slots in which the incoming magnetic flux
Minimize the conduction area in the normal direction, reduce eddy currents, and allow magnetic flux to enter the probe head.
To be detected by the coil. High gain, low noise amplification
Is used to keep the signal-to-noise obtained by the sensor in a favorable ratio.
It There is also a level on the handle of the probe, which is attached to the main extension of the probe.
Angled relative to the operator to allow triangulation to determine conductor depth
It is something to do.
Brief description of the drawings
The novel features and scope of the invention are defined in the appended claims. However, the present invention
It will be better understood on its own with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a transmitter unit of the circuit tracing system of the present invention.
It is a perspective view.
FIG. 2 is a perspective view of a receiver unit of the circuit tracing system of the present invention.
Is.
FIG. 3 is a perspective view of a probe unit of the circuit tracing system of the present invention.
Is.
FIG. 4 is a perspective view of probe electronics including a sensor array.
5A, 5B and 5C are respectively the electric field and differential sensor of the probe electronics.
FIG. 4 is a front, side, back elevation view of the novel guarded electrode used in.
FIG. 6 is a block diagram of transmitter electronics.
FIG. 7 is a block diagram of probe electronics.
Figure 8 shows the driven shield of the guarded electrodes used by the probe unit.
FIG.
FIG. 9 is a block diagram of the receiver electronic device.
Preferred embodiment
As shown in the figures, and in particular as shown in FIGS.
A racing system is depicted, which generally includes transmitter unit 10.
(FIG. 1), receiver unit 12 (FIG. 2) and probe unit 14 (FIG. 3)
Consists of. Circuit tracing systems are the same for conductors in closed circuits
Electrical conductors (wires), i.e.
Suitable for locating circuits, whether the conductor is above ground or underground
Function. Transmitter unit 10 (detailed below with FIG. 6) is suitable
The test signal applied to the conductor by the cable 16 with a flexible connector 18.
provide. The transmitter unit 10 also comprises a second cable 20 for
Provide a ground reference. These cables and connectors are tested
Depending on the nature of the circuit, it can be used in various physical embodiments. For example, if Tre
If the wire to be routed is connected to a conventionally known power outlet, the cable 1
6 and 20 can be combined into a single cord with compatible standard plugs. To
The lance shifter unit 10 also includes an on / off switch 22 for gain control switch.
It also has an switch 24 for power (on / off) status or battery control status.
The illustrated speaker or sounder 26 may be included. Of the transmitter unit 10
All components 80 are contained within the housing 28.
Similarly, the receiver unit 12 has an on / off switch 30, a gain control knob 32, and
And a reading dial or meter 34 for indicating the amplitude of the received signal
including. A speaker 36 is also provided and the relative strength of the signal received by the operator.
Can be heard, and another switch 38 is used to expand the expansion log from the compression logarithmic scale.
It is provided in order to change the output of the receiver unit 12 in several scales. Connector port
The cable 40 receives the cable 42 from the probe unit 14. Receiver unit
The components of the boot 12 are contained in a housing 44 to which the shoulder straps 44 are attached.
Have been.
The probe unit 14 includes a housing 4 having a handle portion or a grip portion 50.
8, consisting of an arm or extension 52 and a tip or end 54. House
Gugs 28, 44 and 48 are ideally water resistant and durable
Material, preferably High Density Polyethylene (HDPE), Acrylonitrile-Butadi
Made from polymers such as ene-styrene (ABS) or polystyrene (PS)
Can be The overall length of housing 48 is preferably about 66 cm. Han
Dollar 50 is a suitable support to allow the operator to grasp the probe unit 14.
Is and shape. In the vicinity of the handle 50, a level 56 (a liquid containing bubbles
There is a filled tube) and a switch 58. With the level 56, further explanation is given below.
As can be seen, triangulation can be used to determine the depth of the buried cable.
You can The switch 58 causes the operator to position the conductor as described below.
One of three sensors to search and trace can be selected.
The probe head 54 comprises the novel sensor arrangement shown in FIG. Three
A sensor is provided on the printed circuit board (PCB), which
Et al., A unipolar electrode including a first guarded electrode 62 located at the tip of head 54.
A (single-ended) electric field sensor, which is generally parallel to each other
And a differential electric field sensor including third guarded electrodes 64 and 66, and a shaft having an electric current.
Induction located between the arm 52 perpendicular to the plane of the pole 62 and the aligned electrodes 64 and 66.
An inductive sensor including a coil 68. The coil 68 has high initial permeability and residual magnetism.
Composed of a low core, high to yield the best possible signal-to-noise ratio.
Have a good Q. The preamplifier 70 includes electrodes 62, 64, 66 and a coil 68, respectively.
Provided for. Lead 72 from preamplifier 70 is coupled to an analog switch
Is done. The analog switch is controlled by a wire running through the long part of the arm 52.
And is coupled to the input contact of switch 58. As explained below,
The log switch is connected to a differential amplifier, which exits the handle 50 with the cable 42.
The wires inside are connected in sequence.
Guarded electrodes 62, 64 and 66 are shown in Figures 5A-5B. Each electric
The pole comprises an electrically isolated substrate 74, which is a printed circuit board.
It is preferably formed of a material similar to that of the epoxy resin composite material. Electrode back
The surface 76 includes a metallic shield 78 that is bonded to the substrate 74, and the rear shield 7
8 is a plurality of slots 80 (about 0. 25 mm width is preferred)
ing. The front surface 82 of the electrode is a metal sensing member 8 having a plurality of similar slots.
4 and these slots are preferably parallel to the slots 80, and
A pair of metal members that form a ring shield having a discontinuous portion and surround the detection member 84.
It comprises a border or strip 86. The sensing member 84 and the strip 86 are also
It is directly bonded to the surface of the plate 74. The detection member 84, the ring shield 86, and the rear surface
The preferred material for shield 78 is copper. The rear shield 78 is copper plated
Two holes 88 are provided through which the substrate 74 is stripped into an electrically conductive wire.
6 and also with another copper plated hole 90 with an insulating border
, Which passes through the substrate 74 and provides contact to the sensing member 84. As a result
The guarded electrode has a high degree of directivity (that is, in a direction substantially perpendicular to the surface of the detection unit 84).
) Has. Potential of the detected equipotential field surface surrounding the energized conductor.
This feature is directional because the size of the char decreases with distance from the conductor
Is said. The differential electric field potential sensor is the difference in potential between two equipotential surfaces.
Can only be measured. If the sensing elements of the two sensors are both equipotential
When arranged in a row as in the plane, the difference detected is zero. If sensor
So that it is perpendicular to the equipotential plane that the line from one sensing member to the other detector traverses.
The differences detected are maximal when arranged in columns. Thus, the differential sensor is
No matter what axis you rotate in the plane, the difference detected will be
Zero when the line between sensors is on (or in contact with) the equipotential surface.
, It changes so that it becomes maximum when the line is perpendicular to the plane. In other words
, The amplitude of the detected electric field potential is arranged at an angle with respect to the normal line of the detection member 84.
Depends on. A novel application of such directional electrodes in differential sensors is the probe unit.
Has been shown to greatly improve the spatial analysis of
It is no longer necessary to use and detect at the same time.
The sensor array (ie the space defined by the PCB and the components above it) is
Partially shielded by a metal box-shaped screen 91 in the probe head 54
The screen is provided with a deletion portion corresponding to the positions of the electrodes 62, 64 and 66.
Be killed. The screen 91 also has a lateral gap to prevent eddy currents.
Provided and connected to circuit ground. Back shield 78 and detection member 84
In the slot inside, the magnetic field line generated by the current in the conductor is directed to the coil 68 toward the head 54.
The slot of the electric field sensor (electrode 62) only for this purpose.
The same slot design should be provided inside, but for easy manufacture
Are used for all three of the electrodes 62, 64, 66. Guarded electrode
By using the arrangement and the screen 91, it is easy to arrange them at right angles to the electric field equal voltage.
Easy location and maximum coupling from touchdowns
Produces high resolution to the extent.
Those skilled in the art will appreciate that even though the electrodes are
It will be appreciated that the sensor will still function. Also, the electrodes 64 and 66
Need not be perfectly parallel to each other. For example, even if these two electrodes
Even if they are on the same plane, the differential sensor still theoretically produces a differential signal.
You will be able to In other words, the electrodes 64 and 66 detect different equipotential surfaces.
It only needs to be placed in two positions that are as far apart as possible.
Referring to FIGS. 6-9, various types of electricity in the circuit tracing system
The circuit will be described below. Block of electronic device of transmitter unit 10
A diagram is shown in FIG. Crystal oscillator 92 and divider 9
Reference numeral 4 includes a vibration source of the transmitter. If the test signal oscillations vary widely
However, in the disclosed embodiment, the transmitter frequency is 1k.
Hz to 300 kHz, preferably about 4-32 kHz.
Most preferably about 16 kHz. The latter frequency is the other EM emission
Are rarely used in electronic devices and when conductors and electrodes are used when the electric field mode is utilized.
The need for coupling between these signal emissions and the current in the conductor when underground
Balancing competing load needs. External power source can be used instead
However, the battery 96 can be used to provide power to the unit 10.
Is. Electrical connections between the battery and its components have been omitted for clarity.
However, various components of transmitter unit 10 are powered by battery 96.
It is understood that it is supplied. Similarly, all the power provided by the battery 96
Is controlled by an on / off switch 22.
The divider 94 is connected to a battery status check circuit 98,
Provides audible sound. If circuit 98 detects low battery power, sound
The binder 26 is activated. The output of oscillator 92 is also the flyback control server.
Also directed towards kit 102, which is specified regardless of the load on the circuit.
Provides voltage conversion to maintain maximum power output and provides gain control switch 24
More controlled. The flyback control circuit 102 is a flyback supply 1
To limit the energy stored in the flyback transformer contained in 06
Including the electric circuit of. The output of the flyback control circuit 102 is the battery
Flyback supply for converting energy to voltage for output power amplifier 108
The power from the flyback supply 106 is directed to the control switch 106.
Do not exceed the amount selected by 24. The controlled signal is sent to the amplifier 108
And then to the output network 110 connected to cables 16 and 20.
Can be The output network 110 has a wide range of resistive, inductive and capacitive loads.
Inductive and capacitive resonant circuits that couple effectively into the
Reduce harmonic content of gnaru. The transmitter output is from 1 mΩ
It can work for impedances of 1 MΩ or higher. test
Signal amplification is no more than 50 volts for human safety and battery economy
Is preferred.
A block diagram of the electronic device of the probe unit 14 is shown in FIG. As above
In addition, each of electrodes 62-66 and coil 68 is coupled to one of preamplifiers 70.
In the preferred embodiment, the junction field effect transistor (junction
It is an effect transistor (JFET) buffer amplifier. Output of preamplifier 70
The force is connected to the analog switch 112, which is controlled by the mechanical switch 58.
Single based on only one of an electric field sensor, differential sensor, or inductive sensor
To selectively provide the output of. With reference to other parts of the specification, those skilled in the art will appreciate that differential sensors
And the inductive sensor can be recognized as being available at the same time, but the differential sensor
There is no practical advantage or synergistic effect of combining and using the inductive sensor and
, Switch 58 and analog switch 112 are used together, one sensor
It is possible to allow the connection to the other to be broken before the connection to the other sensor.
Wear. The analog switch 112 is commonly known as number 4053B and many
Companies such as Radio Corporation of America (RCA)
Those sold are preferred. The output from the analog switch 112 is differentially amplified.
Provided to the receiver unit 12 via the cable 42.
Send null. Power to the various components of the probe unit 14 is provided by the cable 4
The wires in 2 are supplied via the battery in the receiver unit 12.
As further shown in FIG. 8, each of the electrodes 62, 64, 66 has a “driven” sheath.
Has a guard or guard. The output voltage from each electrode is the effective capacitance of the electrode to the ground.
Maximized by reducing the amount. In the present invention, this is the reason why
Ring and back seal at a voltage equal to the voltage at the sensing member forming the dynamic shield
Voltage will be applied to the battery. Non-inverting amplifier 11
The output of 4 is connected to strip 86 and back shield 78,
Pass through the area occupied by either of the narrow gaps formed by the substrate 74.
Thus, the detection member 84 is prevented from coupling with the ground. FET amplifier 70
To avoid harmful discharge into the capacitors 115 and 117 are 10-10
It preferably has a capacitance in the range of 1,000 picofarads.
Introducing something conductive near a voltage-carrying conductor is an equal-voltage
Affects the shape of the field surface. Thus, when measuring the electric field, disturbances should be
It is desirable to keep it to a minimum. Potency of the guard against the potential of the sensing electrode
Are arranged in a line and are close to the potential of the equipotential field surface in which they exist.
Thus, the guarded driven electrode minimizes such disturbance. the above
The guarded driven electrode also drives the input impedance of the electrode,
It will be made higher than in the case without it, and the disturbance of the equal voltage surface will be reduced. others
In order to
Guarded driven electrodes are better than guarded non-driven electrodes and are best
Any voltage from the electrical circuitry in the probe head 54 will produce a large possible signal.
Eliminate pressure detection. The high gain, low noise amplifier 70 has a guarded electrode.
For tracing low voltage or distant conductors along the upper driven shield.
And greatly increases the sensitivity of unipolar and differential sensors.
A block diagram of the electronic device of the receiver unit 12 is shown in FIG. Once again,
The battery connection is omitted for clarity in Figure 9, but the battery status check
The same as that shown for the transmitter unit of FIG.
In the same manner, the battery is supplied to the receiver unit 12, and
It is understood that the battery of the base unit 12 is controlled by the switch 30.
Is done. The other oscillator 116 and divider 118
It is tuned to the same frequency as the unit 10 and provides a source of vibration for the receiver 12. Deva
The output of Ida 118 is the detection circuit and phase-locked loop (p
It is directed to a hase-lock-loop (PLL) vibrating synthesizer 120. Probe unit
The signal from the knit 14 is transmitted to the first variable attenuator 122, the low frequency band 124 and the second variable attenuator 122.
Of the variable attenuator 126. Both attenuators are controlled by gain control knob 32
Received signal is amplified enough to observe the signal
Keep the remaining electric circuit in a range where overvoltage is not applied when the null is very strong.
It The output of the attenuator 126 is the switch drive that drives the mixer switch 132.
Is directed to the bus 130 and its input is directed from the PLL 120. Mixer switch
132 and the resulting output of the intermediate oscillator (IF) signal includes both IF amplifiers.
It passes through another low pass filter 134 and band pass filter 136.
The conditioned signal from bandpass filter 136 is processed in many different ways.
To provide the direction of the test signal from the transmitter unit 10.
it can. In the preferred embodiment, the receiver unit 12 is U.S. Pat. No. 4,942.
, A pseudo-sync detection routine as described in more detail in No. 365.
Run, which determines the magnitude of the signal from the sensor. Bandpass filter 136
The sinusoidal signal from is another signal that drives two sync detectors 140 and 142.
Su
It is used as an input to the switch driver 138. Each of the sync detectors
The analog switch has two inputs and includes a converter and an analog switch.
One is the unmodified signal from the switch driver 138, the other one is
It is the inverted form of the signal. In detector 140, the analog switch is
In response to the reference signal (reference signal) from the binder 118, the detector 1
In 42, the analog switch is a divider with a 90 ° phase shift.
Responds to the reference signal from 118. Two sig from detectors 140 and 142
Null passes through Bessel low pass filters 144 and 146, respectively, and then
Coupled with a pseudo sync or chopper analog switch 148, which also
It also responds to the reference signal from divider 118. Pseudo sync signal is RMS detection
Directed to output 150, which passes the signal level to amplifier 152. Increase
The output of Width 152 is compressed logarithmic scale or expanded depending on the setting of switch 38.
May be based on logarithmic scale. Output is directed to both meter 34 and speaker 36
Can be
operation
The first step in operating the circuit tracing system of the present invention is to
Attach the signal cable 20 of the smitter unit 10 to the accessible part of the conductor.
First, the ground cable 18 is attached to a predetermined ground. Those skilled in the art
If it is not possible or preferable to use the signal directly (conductively),
It will be appreciated that the gnul may be applied by electrical induction. ON / OFF switch 2
2 is turned on and if the battery check is accepted, the gain control switch
C24 is a specific condition, that is, a long range of "low range" for tracing a short range.
It is adjusted according to the "high frequency" conditions. Apply voltage from transmitter
And the cable repeats charging and discharging, so it is detected by electrodes 62, 64 and 66.
Generate a possible time-varying electric field potential. Furthermore, if the conductor is a closed circuit
In some cases, an alternating current is obtained, which produces an electromagnetic field that can be detected by an inductive sensor.
Will slip. The cable 42 of the probe unit 14 is connected to the cable of the receiver unit 12.
It is plugged into the connector 40 and the on / off switch 30 is turned on. Again
Wh
Assuming the terry checkout is satisfactory, the gain control knob 32 will
Will be adjusted accordingly. If the approximate position of the conductor is known, switch 38
Moved to the setting of the logarithmic scale, which has the sharpest null and the best at the position of the cable.
Gives the resolution, but if the probe is too far from the transmitter
If the position and depth of the cable is not certain, the operator should depress switch 38.
Start by setting a logarithmic scale to get a rough feel of the conductor direction.
Would.
The operator corresponds the switch 58 of the probe unit 14 to the inductive sensor.
Open the tracing in either the configuration or the configuration corresponding to the unipolar sensor.
Sometimes you want to get started. The system is working properly due to the use of unipolar sensors.
The user can confirm that This means that the probe unit 14
This is accomplished by moving and pointing close to the smitter lead 16. Also
If no signal is immediately detected, the device is checked for possible malfunctions
Should be. If a signal is detected, the operator is
The probe 14 will be moved to another region. The above monopolar sensor is then
Used to find the approximate orientation and position of the body. Switch 58 then
Depending on specific conditions, either the differential sensor or the inductive sensor is set.
Notwithstanding the above, if the conductor forms a closed loop or
If it extends below the ground, the inductive sensor could be used first instead.
It Even if the condenser is open and above the ground, if the tray
If the starting point of the thing is relatively close to the transmitter, the inductive sensor will trace
The conductor is capable of carrying sufficient current for a short distance so that
The detection form of will be more accurate than the unipolar electric field detection. Switch 5
8 may then be moved to a differential sensor setting when the electromagnetic signal weakens.
A unipolar electric field sensor (electrode 62) is typically used in a bundled wire cable.
Used to find wires or to pinpoint the ends of conductors with open ends
It
Shake the probe across the conductor (ie, regardless of which sensor is used).
The search for the position proceeds along the conductor path between (left, right, left). Of the probe 14
The arm extension 52 should be kept generally perpendicular to the conductor. for example
For example, if the conductor extends vertically in the wall, the extension 52 should be horizontal.
However, if the conductor is placed horizontally underground, the extension 52 will be straight to the ground.
Should be oriented vertically. The probe is aimed straight at the conductor during shaking.
Then, at least one of the meter 34 and the speaker 36 indicates a placement instruction (see
That is, a peak signal from a unipolar electric field sensor, or a differential electric field or inductive sensor.
Null signal from the sensor).
If the part of the conductor that is to be traced is underground, a conductive marker around the ground
The electric field may be limited to a region very close to the conductor due to
Detection by the service may be difficult or impossible. But in this case
Has a small amount of current, even in conductors with open ends due to the high capacitance of the ground conductor.
Flow through the coil 68, and the electromagnetic field established by the
Is detected). When the electric field sensor works well for conductors under the ground
There is. If the conductor is buried shallow or in soil with weak electrical conductivity
Sometimes the above techniques are viable and even desirable even when in the vicinity of other conductors.
Can help to distinguish the conductor paths. In such cases, the tray
The singing signal may flow in other conductors as well, and these other conductors may
Magnetic force sensing is not easily distinguishable between the body and the desired conductor, while the desired conductor is
It can be properly distinguished by the differential electric field sensor. Also a buried open conductor
The terminal of can be determined using the inductive sensor, but if the environment is
Searching for the location of the terminal is a unipolar sensor if desired conditions are met.
It can be determined more accurately.
If the conductor is underground, the operator may also want to know its depth
. This can be easily determined by using the level 56 in the well-known triangulation operation.
Can be set. Once you know the azimuth position and direction of the conductor, you can use a pin flag
Markers can be placed on the ground. The operator would then
As if it were between two lines, that is, the handle 50 had a horizontal slope
To
While moving, it moves away from the marker in a direction perpendicular to the conductor path. operator
As the meter moves away from the conductor, meter 34 will begin to fall and will be at the minimum signal position.
Establishing a reference point for le or triangulation. Measure the distance from this reference point to the marker
The operating angle by knowing the relative angle between the handle 50 and the extension 52.
Can calculate the conductor depth. However, in order to simplify this procedure, handle 5
The 0 preferably extends at an angle A of 45 ° with respect to the extension 52. In this way,
The triangle formed by the body, the marker, and the reference point is isosceles and therefore
The depth of the capacitor is approximately equal to the distance from the reference point to the marker. Thus,
No calculation is necessary other than measuring this distance.
Although the present invention has been described above using specific examples, this description is intended to be limiting.
There is no. Various modifications of the disclosed embodiment, as well as other embodiments of the invention, are
It will be apparent to those skilled in the art from the description of the invention. Therefore, the scope of the appended claims
Such modifications can be made without departing from the basic idea and scope of the present invention as defined.
It is possible.
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ
(72)発明者 ホーニング、サンドラ・ジェイ
アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州
セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ
クス33427（番地の表示なし)
(72)発明者 ワット、ジェラルド・エイ
アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州
セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ
クス33427（番地の表示なし)
(72)発明者 レイセム、ダニエル・イー
アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州
セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ
クス33427（番地の表示なし)─────────────────────────────────────────────────── ───
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M
C, NL, PT, SE), CA, JP
(72) Inventor Honing, Sandra Jay
United States 55133-3427 Minnesota
St. Paul, Post Office Box
Cus 33427 (No address displayed)
(72) Inventor Watt, Gerald A.
United States 55133-3427 Minnesota
St. Paul, Post Office Box
Cus 33427 (No address displayed)
(72) Inventor Raysem, Daniel Yee
United States 55133-3427 Minnesota
St. Paul, Post Office Box
Cus 33427 (No address displayed)