KR101161569B1 - 복합 센서 기술을 이용한 적외선 위치 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정을 위한, 특히 수동 측정 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)를 포함하고, 상기 측정 장치는 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)에 의해 조사될 대상물의 제 1 측정 신호를 얻으므로, 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보는 상기 측정 신호의 평가에 의해 얻어진다. 본 발명에 따라, 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보를 얻기 위해 적어도 하나의 다른, 제 2 측정 신호의 생성을 위한 적어도 하나의 추가 센서(64, 66, 68)가 제공된다. 또한, 본 발명은 광도 센서에 의해 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법에 관한 것이다.

광도 센서, 측정 장치, 대상물, 측정 신호

Description

복합 센서 기술을 이용한 적외선 위치 측정 장치{Infrared locating device using multiple sensor technology}

본 발명은 청구범위 제 1 항 또는 제 10 항의 전제부에 따른, 적외선 측정 장치, 특히 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정을 위한 수동 측정 장치 및 상기 장치에 기초한 방법에 관한 것이다. 상기 측정 장치는 조사될 대상물로부터 방출된 열 복사를 검출하는 적외선 센서 장치를 이용한다. 매체 내에 포함된 대상물은 그 주변 매체와는 다른 열 특성에 의해 검출되어 위치 측정된다. 측정 장치에서 검출 신호가 평가됨으로써 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보가 얻어질 수 있다.

적외선 센서(하기에서 IR 센서라고도 함)는 온도 또는 온도차가 측정되어야 하는 곳에서 바람직하게 사용될 수 있다. 이것은 예컨대 보안 공학에서, 근접하는 사람들의 인체 열이 IR 센서로 검출되어 예컨대 불이 들어오거나 또는 알람이 트리거되는 경우이다. 최근의 체온계에도 귀에서의 측정을 통해 신속하고 확실하게 체온을 측정하는 대개 하나의 IR 센서가 삽입된다.

IR 센서에 의한 온도 측정의 장점은 1000도 이상의 매우 높은 온도도 확실하게 측정될 수 있다는 것이며, 그 이유는 이러한 측정은 비접촉식으로, 복사열에 기초하여서만 이루어지기 때문이다. EP 1 176 407 A2에는 비접촉식으로 온도를 측정하기 위한 장치가 공지되어 있다.

예컨대 바닥 난방 시스템, 가열관 등을 계획하는 경우에도, 즉 바닥, 벽 또는 지붕 내에 있는 수도관의 측량시 적외선 측정 장치가 사용된다. 이 경우 예컨대 관을 드릴링하는 것을 방지하기 위해 관의 위치 또는 수도관이 이미 파손된 경우 관의 정확한 위치를 알 수 있어야 한다.

지금까지는 IR 센서 장치, 열화상 카메라 또는 서모 포일(Thermo foil)에 의해 위치 조사가 실행되었다. 조사될 영역은 선행 기술의 상기 IR 센서 장치에 의해 천천히 스케닝되고, 국부적인 온도 최대치가 표시된다. 열 화상 카메라는 사진의 원리로 적외선 영역에, 경미한 온도차를 가시화할 수 있는 영역을 형성한다. 서모 포일은 온도가 높아질 때 변색되는 열 감지 재료로 이루어진다. 포일은 조사될 영역에 부착된다. 상기와 같은 부분적인 직접적 이미지화 방법도 서모그래피(Thermography) 또는 열 화상 기록의 개념에 통합된다.

구조물을 파손하지 않고 진단하기 위한 패시브 및 액티브 서모그래피는 예컨대 2001년 슈투트가르트에서 개최된 DGZfP의 서모그래피 세미나에서 발표되었던 컨퍼런스 논문 "건축 구조물 및 지반 내의 함유물의 검출을 위한 액티브 서모그래피의 사용"에 공지되어 있다.

패시브 서모그래피의 경우 조사될 대상물로부터 방사된 내부 열량만 측정에 이용된다. 액티브 서모그래피에서는 조사될 대상물이 조사 전에 액티브하게, 즉 외부에서부터 가열되고, 외부 열원을 차단한 후에 대상물로부터 방사된 열량이 검출된다.

서모그래피를 위한 상기 방법에서는, 예컨대 조사될 바닥 난방 시스템은 측정하기 수시간 전에 스위치 오프 되어야 하고 측정 직전에 다시 작동되어야 하므로, 관이 있는 영역과 관이 없는 영역 간의 온도차가 매우 큰 것이 단점이다. 또한, 액티브 서모그래피를 위해 많은 양의 복사 에너지가 발생되어 대상물로 방사되어야 한다.

이러한 장치는 온도 분포만 표시할 수 있기 때문에, 상기 장치는 일반적으로 매우 정확하지 않다. 예컨대 유입 공기, 실내 온도와 같은 외부 영향에 의해 또는 예컨대 바닥에서 증가된 열 확산과 같은 구조적 특수성에 의해서도 측정값이 왜곡될 수 있다.

또한, 순수 IR 센서 장치들과 특히 열 화상 카메라는 매우 고가인데, 그 이유는 적어도 예컨대 콘크리트 내부의 관의 대략적 위치를 표시할 수 있기 위해, 이들은 매우 정확해야 하기 때문이다.

광도 센서, 특히 적외선 센서(IR 센서)를 포함하는 본 발명에 따른 측정 장치 또는 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정을 위한 기본적인 방법은 적어도 하나의 광도 센서의 측정 신호와 더불어 적어도 하나의 다른 측정 신호를 처리한다. 광도 센서로서 바람직하게 적외선 센서가 사용된다. 본 발명에 따른 측정 장치의 적외선 센서는 예컨대 반도체 포토다이오드로 이루어지고, 상기 반도체 포토다이오드의 도전성은 입사하는 방사선의 강도에 따라 변경되고, 상기 포토다이오드는 1 마이크로미터(적외선) 이상의 범위 내의 파장 길이에 대해 특이적으로 감응한다. 또한, 광도 센서의 측정 신호와 더불어 본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 다른 추가 측정 신호를 평가한다. 바람직하게는 상기 추가 측정 신호에 의해, 조사될 포함된 대상물에 대한 추가 정보가 얻어질 수 있다.

따라서 바람직하게 본 발명에 따른 방법은 대상물의 순수 위치 측정과 더불어 예컨대 매체 내에 대상물이 포함된 깊이의 양적 측정도 가능하게 한다. 이러한 정보는 순수 광도 센서에 의해서는 얻어질 수 없다.

또한, 본 발명에 따른 측정 장치는 포함된 대상물 재료의 식별을 가능하게 한다. 따라서 상이한 재료들은 간단하게 구별될 수 있다. 따라서 예컨대 바닥 난방 시스템의 가열관이 금속 관인지 또는 오늘날 흔히 사용되는 플라스틱 관인지 여부가 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 측정 장치가 예컨대 벽 또는 바닥 내로 드릴링 하기 전에 사용되면, 대상물의 순수 위치 측정과 더불어 매체 내에 포함된 대상물의 "위험성"에 대한 정보가 제공된다. 따라서, 경우에 따라서 전류를 안내하는 라인은 목조 빔 등과 구별될 수 있다.

종속 청구항에 제시된 특징에 의해 청구범위 제 1 항에 따른 본 발명의 방법의 바람직한 개선이 가능하다.

본 발명에 따른 측정 장치 또는 상기 측정 장치에 기초한 방법의 실시예에서 평가 및 정보 획득을 위해 사용된 적어도 하나의 추가 측정 신호는 적어도 하나의 추가 센서에 의해 발생된다. 상이한 검출 신호를 위해 별도의 센서를 사용함으로써 측정은 동시에 실행될 수 있고, 이는 특히 측정 시간의 감소를 의미한다.

바람직하게는 IR 센서로 형성된 측정 장치의 광도 센서와 더불어, 적절한 회로에 의해, 필요시 예컨대 레이더 센서 또는 정전 용량 센서와 같은 다른 센서도 접속된다. 예컨대 센서의 제어는 예컨대 빠른 순서로 적외선 신호 또는 레이더 신호가 교대로 검출되는 방식으로 변조될 수 있다("준-병렬 동작")

특히 바람직한 실시예에 따라 적절한 제어 방식으로 레이더 센서의 안테나 패널 및 측정 콘덴서의 전극이 사용될 수 있다. 레이더 센서의 안테나 장치 또는 해당하는 제어 신호는 고주파 여기와 저주파 작동 방식 사이에서 제어를 왕복 전환하는 방식으로 변조된다. 예컨대 스터드 파인더에서 사용되는 것과 같은 예컨대 고주파 정전 용량 센서들 또는 일반적인 저주파 센서들은 여기 신호에 따라 부가 센서의 하나의 전극만을 이용하여 구성될 수 있다.

예컨대 레이더 센서의 안테나는 본 발명에 따라, 예컨대 공급 전압 라인의 교류 전압 필드를 용량적으로 검출할 수 있는 공급 전압 검출기의 방식으로 작동하도록 제어되는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 안테나는 패시브 방식으로, 즉 전계 발생 없이 작동할 것이고, 따라서 예컨대 벽 내의 공급 전압 라인의 위치 및 경로가 표시될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 적외선 센서 및 상이하게 제어되는 하나의 추가 센서만 사용하여 일련의 상이한 검출 신호들을 생성하는 것이 가능하고, 상기 검출 신호들은 그것의 평가를 통해 포함된 대상물에 대한 추가 정보를 상응하는 측정 장치의 사용자에게 제공할 수 있다.

추가 측정 신호의 사용은 포함된 대상물의 더 정확한 위치 측정을 허용하는데, 그 이유는 제 1 측정 신호를 발생시키는 적외선 센서는 제 2 센서의 측정 결과에 의해 최적화될 수 있고 특수한 측정 상황에 맞게 조정될 수 있기 때문이다. 예컨대 정전 용량 센서는 유전(dielectric) 임피던스의 측정을 통해 목재 스터트 칸막이를 검출한다. 장치에 통합된 레이더 센서는, 갇힌 공기가 측정되지만 장치의 디스플레이에 표시되지 않도록 작동될 수 있다. 이것은 예컨대 레이더 센서 후방에 접속된 신호 처리부가 갇힌 공기의 신호를 통상의 평균화 방법에 의해 평균화함으로써 이루어진다. 이러한 방식으로 레이더 센서는 최적화되어 작동된다.

따라서 유도 센서에 의해 금속 및 비금속 대상물의 구별이 가능하므로, 예컨대 다양한 관 재료의 구별이 가능해진다. 유도 센서의 사전 보정이 생략될 수 있는데, 그 이유는 예컨대 제공된 레이더 센서가 조사될 대상 내에 대상물이 존재하지 않음을 검출하면 상기 보정이 자동으로 실행될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게 특정 대상물을 의도대로 탐색하는 것을 허용한다. 따라서 미리 규정된 탐색 루틴을 제어하는 적절한 회로에 의해 예컨대 전기 케이블 또는 금속이 특수하게 탐색될 수 있다. 전류가 흐르는 케이블의 검출은 원칙적으로 적외선 센서로만 가능하지만, 그러한 시스템으로는 필요로 하는 정확성이 얻어지지 않는다. 추가 센서를 통해 전기 케이블 또는 다른 금속은 간단하고 확실하게 검출될 수 있다. 마찬가지로 벽에 있는 공동부 또는 탐색 표준에 상응하지 않는 다른 대상물은 바람직하게 측정 장치의 디스플레이에서 예컨대 페이드 아웃될 수 있으므로, 사용자는 원하는 정보만 얻는다.

따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 측정 장치의 디스플레이에 예컨대 차례로 또는 동시에 금속 관 및 플라스틱 관, 전류가 흐르는 전기 라인, 플라스틱 또는 나무 대상물 또는 공동부가 표시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 측정 장치가 예컨대 철근 콘크리트에서 콘크리트 커버링과 같은 재료 두께 측정 또는 바닥 난방 장치에서 시멘트 바닥 두께 측정을 실시할 수 있다. 재료 커버링의 이러한 측정은 종래의 적외선 측정 장치로 불가능하다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서 센서 전체의 검출 신호들이 평가를 위해 사용된다. 상기 센서들은 예컨대 적외선 센서와 더불어 레이더 센서, 정전 용량 센서, 유도 센서 또는 초음파 센서일 수 있다. 상기 센서들은 개별적으로 또는 그룹으로 서로 연결된다. 이것은 예컨대 수동 또는 자동으로, 즉 측정 장치의 메모리 소자에 저장된 상응하는 루틴에 의해 제어되어 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 평가 루틴에서 모든 액티브 센서들의 검출 신호들이 평가되고 명백한 신호를 포함하는 상기 센서만 후속 데이터 처리에 사용될 수 있다. 다른 센서들의 측정 결과는 무시될 것이다. 바닥 난방 시스템의 측량시 유도 센서가 적외선 센서에 의해 식별된 수도관과 더불어 바닥에 있는 상이한 크기의 금속 대상물을 검출하면, 더 약한 신호들이 페이드 아웃 될 수 있는데, 그 이유는 상기 신호들이 바닥에 있는 구조용 강 매트로부터 결과될 가능성이 높기 때문이다. 그러나, 유도 센서가 금속 대상물의 종류만 검출하고 레이더 센서가 추가의 대상물을 검출하지 않으면, 유도 센서에 의해 검출된 신호들은 바닥 난방 시스템의 금속 관이다. 그러나 추가로 제공된 레이더 센서가 다른 대상물을 검출하면, 상기 추가 대상물은 바닥 난방 시스템의 플라스틱 관이다. 금속 대상물은 측정 결과의 디스플레이에서 상응하게 페이드 아웃 될 수 있다. 이러한 방식으로 관련 정보들만 가시화할 수 있다.

특히 바람직하게, 적어도 하나의 다른 검출 신호를 평가하고 검출함으로써, 센서 또는 측정에 사용된 센서의 검출 신호가 최적화될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 개별 센서들의 제어부에는 각각 여러 "프로그램들", 예컨대 "금속 프로그램", "중공관 프로그램", "플라스틱 프로그램" 등을 등록할 수 있다. 이러한 특수 탐색 프로그램들은 개별 센서들에 추가 등록되고, 상기 대상물의 검출시 특수한 장점들을 갖는다. 하나 또는 다수의 센서들에 의한 측정시 프로그래밍된 특수한 시나리오가 검출되면, 즉 하나 또는 다수의 센서들이 예컨대 특수한 재료에 대한 정보를 제공하면, 모든 센서들은 상기 프로그램에 세팅되거나 또는 센서 제어장치 및 평가부는 현재 공지된 재료에 최적화된다. 이러한 방식으로 가능한 더 정확한 결과가 제공될 수 있는데, 그 이유는 예컨대 식별된 대상물에 대해 최적으로 매칭된 감도로 개별 센서들이 작동될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 측정 장치의 다른 실시예에서 다수의 센서들은 측정 장치의 공동의 하우징 내에 통합된다. 센서들은 예컨대 공동의 회로 기판상에 배치될 수 있다. 바람직하게 예컨대 센서들은 모두 공통 축선에 정렬되므로, 상응하는 검출 신호들은 하나 및 동일한 지점을 향한다.

장치가 변위 센서를 포함하면, 다양한 센서들의 현재 신호 레벨이 측정될 수 있을 뿐만 아니라 신호 프로파일도 검출되어 표시될 수 있다. 이로써, 측정 장치의 디스플레이에 2차원적 표시가 가능해지고, 변위 데이터와 더불어 깊이 데이터도 표시된다. 이것은 측정 위치에서의 실제 측정 결과가 부적절한 색깔 표시로 디스플레이되는 선행 기술의 적외선 위치 측정 장치와 다른 점이다. 따라서 본 발명에 따른 측정 장치에 의해 예컨대 바닥 난방 시스템에서 관 재료의 종류와 더불어, 관의 크기 및 바닥 내부의 깊이, 및 상이한 온도 레벨에 걸친 유동 방향이 검출되어 디스플레이될 수 있다.

본 발명에 따른 측정 장치의 대안 실시예에서 센서들은 부분적으로는 공동의 기판에 그리고 부분적으로는 측정 장치의 하우징 내의 다른 지점에 예컨대 장치의 하우징 바닥에 통합될 수 있다.

측정 장치의 특히 바람직한 실시예는 삽입 모듈 및 상응하는 인터페이스에 의해 측정 장치 및 상기 측정 장치 내의 센서들과 결합될 수 있는 외부 센서들의 사용시 주어진다.

예컨대 모든 다양한 센서들은 측정 장치의 제조시 측정 장치 내에 통합되고 상기 센서들은 개별적으로 또는 그룹으로 적절한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. 이로 인해, 대량 생산에 의한 다양한 사용자들의 상이한 요구 조건이 고려될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 적외선 측정 장치는 비용 절감 방식의 콤팩트한 다기능 장치로 형성되고, 사용자가 측정 장치를 예컨대 조사될 벽으로 이동시킴으로써 상기 측정 장치는 바람직하게 간단하게 수동으로 작동한다. 측정 결과는 측정 장치의 디스플레이에서 직관적으로 쉽게 알 수 있는 그래픽 표시로 사용자에게 전달되므로, 사용자는 조사될 벽을 직접 볼 수 있고 따라서 예컨대 벽의 어떤 지점에서 드릴링이 위험하지 않은지를 결정할 수 있다.

매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정을 위한 본 발명에 따른 방법 또는 상응하는 측정 장치의 다른 장점들은 하기의 도면 및 해당하는 설명에 제시된다.

도면에는, 본 발명에 따른 적외선 측정 장치 또는 상기 장치에 기초하여 매체 내에 포함된 대상물의 위치를 나타내기 위한 방법의 실시예들이 도시되며, 하기에서 상세히 설명된다. 도면, 상세한 설명 및 청구범위들은 다양한 특징들을 조합하여 포함한다. 당업자는 상기 특징들을 개별적으로 파악하고 의미있는 다른 조합 형태로 통합할 것이고, 이것도 본 텍스트에 공개된 것으로 간주한다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 장치 구조의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 측정 장치의 제 1 실시예의 센서 장치의 단면도.

도 3은 도 2에 따른 본 발명에 따른 측정 장치의 실시예를 개략적으로 도시한 저면도.

도 4는 본 발명에 따른 측정 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 저면도.

도 1에는 본 발명에 기초한 방법 또는 본 발명에 따른 방법을 위한 광도 측정 장치의 기본 구조를 개략적으로 도시한다. 본 발명에 따른 측정 장치(62)는 도 1의 실시예에 따라 적외선 센서(70)와 더불어 유도 센서(64), 정전 용량 센서(66), 정전 용량 고주파 센서(68) 및 레이더 센서(60)를 포함한다. 적외선 센서(70)는 바람직하게 광도 센서(92)이다. 다른 센서들은 해당 실시예에서 제공될 수 있다.

측정시 적외선 센서는 예컨대 가열된, 가열되지 않은 또는 냉각된 관에 대한 제 1 정보를 제공할 수 있고 상기 관의 경로를 가시화할 수 있는 대분류를 실행할 수 있는 한편, 측정 장치 내의 다른 센서들에 의해, 포함된 대상물의 정확한 위치, 깊이 및 크기에 대한 더욱 자세한 정보가 얻어질 수 있다. 이 설명의 범주에서 바닥- 또는 벽 난방 시스템의 관을 본 발명에 따른 측정 장치의 작동 방법을 설명하기 위한 실제적 예로 이용하고자 한다. 그러나 상기 관에 대해서 어떠한 제한도 없는데, 그 이유는 본 발명에 따른 측정 장치 및 상기 측정 장치에 기초한 본 발명에 따른 방법은 매체 내에 포함된 임의의 대상물의 위치를 찾는데 이용되기 때문이다.

본 발명에 따른 측정 장치의 중앙 제어 유닛(72)에 의해 개별 센서들은 도 1에 도시된 바와 같이 제어되고 평가된다. 본 발명에 따른 방법에서 센서들은 개별적으로 및 그룹으로 또는 모두 함께 스위칭될 수 있다. 작동 방식의 선택, 즉 특정한 측정을 위해 어떤 센서가 사용되어야 하는지의 선택은 조작 패널, 예컨대 키보드 또는 측정 장치의 프로그램 메뉴에 통합되어 사용자의 선택에 따라 작동될 수 있는 수동 작동 선택 스위치(74)에 의해 이루질 수 있다.

사용자에 의한 작동 방식의 이러한 수동 선택과 더불어 상응하는 제어 프로그램에 의해 자동 작동 방식 선택("자동 작동")도 가능하며, 상기 제어 프로그램은 측정 장치의 메모리 매체에 저장될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 여러 센서들을 병렬, 준 병렬 및 직렬로 사용할 수 있게 한다. 준 병렬 작동 방식에서, 개별 센서들 간의 스위칭은 매우 신속하게 이루어지고, 상응하는 검출 신호들이 발생, 측정 및 평가되거나 또는 평가를 위해 경우에 따라서 중간 저장된다. 이 경우에도 선택은 센서의 자동 선택과 사용자에 의해 사전 설정된 선택 중 하나이다.

상응하는 평가 유닛(76)에 의해 센서들의 개별 측정 신호들이 평가되고, 서로 비교된 후에 예컨대 개별 센서들은 다른 센서들의 측정 결과에 의존하여 최적화된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 실시예에서 개별 센서들의 제어부에 각각의 서로 다른 "프로그램들", 예컨대 "금속 프로그램", "나무 벽돌 프로그램", "플라스틱 프로그램" 등이 등록된다. 상기 특수한 탐색 프로그램들은 개별 센서들에 할당될 수 있다. 하나 또는 다수의 센서에 의한 측정시 프로그래밍된 특수한 시나리오가 검출되면, 즉 몇 개의 센서들이 예컨대 특수한 재료에 대한 정보를 제공하면, 예컨대 개별 센서들의 최적으로 매칭된 감도로 작동될 수 있기 때문에 모든 센서들은 상기 프로그램으로 전환되어 더 정확한 최적의 측정 결과를 제공한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 평가 루틴에서 모든 액티브 센서들의 검출 신호들이 평가될 수 있고, 후속 접속된 데이터 처리부만을 위한 명백한 신호를 갖는 상기 센서들만이 사용될 수 있다. 다른 센서들의 측정 결과는 후속 평가를 위해 무시된다.

평가 유닛(76)에 후속해서, 데이터 처리 유닛과 디스플레이(78)가 접속된다. 평가 유닛(76)의 데이터들이 처리되고 사용자가 직관적으로 알 수 있는 표시 방식으로 전환된다. 따라서 측정 결과는 예컨대 실제 측정 상태의 그래픽 표시 형태로 완성된다. 측정 장치에 통합된 디스플레이에 의해 측정 신호는 특히 실시간으로 사용자에게 예컨대 조사되는 벽의 단면도 형태로 전달된다.

데이터 처리시 예컨대 모든 센서 신호들은 신경망의 주성분 분석에 의해 평가되고 패턴 검출 시스템을 통해 가장 가능성 있는 결과를 디스플레이에 출력할 수 있다. 각각의 센서를 그 검출 한계에 따라 가중하여 결과에 도입시키는 적절한 루틴이 제공될 수도 있다. 이는 각각의 개별 센서들이 규정된 검출 한계를 갖더라도 "유연한" 한계를 갖는 전체 결과를 가능하게 한다. 이 경우 예컨대 퍼지 로직의 사용이 바람직하다.

상기 방법을 위해 제공된 개별 센서들은 모두 측정 장치의 하우징 내에 통합될 수 있거나 또는 본 발명에 따른 측정 장치의 특수한 적응성 변형예를 구현하는 것도 가능하다.

예컨대 유도 센서(64)와 같은 추가 검출기는 적외선 센서(70), 레이더 센서(60), 정전 용량 고주파 센서(68)를 포함하는 측정 장치(62)에 모듈 방식으로 배치될 수 있다. 공동의 인터페이스를 통해 실제 측정 장치(62)에 의한 유도 센서(64)의 제어와 평가가 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 측정 장치의 전방 단부, 즉 센서 헤드(10)의 단면을 도시한다. 도 2의 실시예에서 부분적으로만 도시된 측정 장치(62)는 광도 센서(92)로서 적외선 센서(70), 레이더 센서(60) 및, 코일 형태의 유도 센서(64)를 포함한다.

센서 장치(10)는 도전성 표면을 가진 하우징(14)을 포함한다. 하우징(14)은
금속으로 예컨대 일체형 다이캐스팅 부품으로서 구현되거나 또는 금속화된 플라스틱으로 성형 공정에 의해 구현된다. 센서 장치의 하우징(14)을 위한 금속 도전 코팅도 가능하다. 센서의 하우징은 한편으로는 측정 대상물을 향해 개방되어 있고, 센서 장치의 주요 부품들을 포함하고, 상기 센서 장치의 일체형 구성부이다.

센서 장치(10)는 실질적으로 4개의 부품 그룹을 갖는다. 상기 부품의 제 1 그룹은 측정 신호 또는 검출 신호의 발생과 처리를 위한 전기 회로(48)이다. 센서 장치의 제 2 부품 그룹은 본 발명에 따른 위치 측정 장치 내에 특수하게 형성된 안테나(16)로 구현된 레이더 센서(60)를 포함한다. 센서 장치의 하우징(14) 둘레에 제 3 부품 그룹으로서 코일 장치(12)가 제공되고, 상기 코일 장치는 상응하는 전기 회로 및 소자(48)와 함께 특히 금속 대상물의 검출을 위한 유도 센서(64)를 형성한다. 제 4 부품 그룹은 적외선 센서(70)를 가진 적외선 측정 헤드(69)로 형성된다.

상기 4개의 상이한 부품 그룹들은 센서 헤드(10)의 상이한, 서로 분리된 부분 챔버에 배치된다. 유도 센서(64)의 코일 장치(12)가 하우징(14)의 외부로 연장되는 한편, 전기 회로(48) 및 레이더 센서(60)의 안테나는 하우징의 내부에 배치되지만, 회로 기판(18)에 의해 서로 분리되어 있다. 적외선 측정 헤드(69)는 도 2의 실시예에서 하우징(14)의 외부에, 유도 센서에 가깝게 배치된다. 특히 적외선 센서 헤드를 파워 전자 장치로부터 분리하는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자 부품의 손실 열이 측정 결과를 왜곡할 수 있기 때문이다. 적외선 센서는 상응하는 연결 수단을 통해 에너지 공급부 및 제어 전자 장치에 전기적으로 결합된다.

하우징(14) 내에서 회로 기판(18)의 에지는 하우징(14)과 고정된다. 이를 위해 하우징은 도 2에 따른 실시예에서 특수한 숄더(42)를 갖고, 상기 숄더에 회로 기판(18)이 지지된다. 그렇게 형성된 하우징(14)은, 전자 장치 또는 레이더 센서를 위한 2개의 부분 챔버들이 상하로 배치되도록 측정 장치의 도시되지 않은 하우징 내에 설치된다. 부분 챔버들(20, 22)은 회로 기판(18)에 의해 레이더 센서용 제 1 개방 부분 챔버(20) 및 전자 장치 소자용 제 2 폐쇄 부분 챔버(22)가 형성되도록 서로 분리되어 있다. 제 2 부분 챔버(22)는 하우징(14)의 돌출부(28) 및 하우징과 견고하게 결합된 회로 기판(18)으로 형성된다. 바람직하게 금속화 층(30)은 회로 기판(18) 상에 또는 내에 통합되므로, 하우징(14)의 부분 챔버(22)는 도전 표면으로 둘러싸여 있다. 이러한 방식으로 부분 챔버(22)는 "패러데이 케이지(Faraday cage)"를 형성하고, 상기 패러데이 케이지는 부분 챔버(22)에 배치된 전자 부품이 전자파 방해로부터 절연되는 것을 가능하게 한다. 이로 인해 전자 부품들은 센서로부터 분리되어 상기 센서와의 부정적 상호 작용을 일으키지 않는다.

회로 기판(18)은 도 2에 도시된 바와 같이 한 측면에 전기 회로 및 측정 신호의 발생과 평가를 위한 부품 소자(48)를 지지한다. 상응하는 결합 수단에 의해 개별 센서들은 제 2 부분 챔버 내의 전자 부품(48)과 결합된다. 회로 기판(18)의 다른 측면에는 안테나(16)의 안테나 박판(24)이 고정된다.

레이더 센서(60)가 장착된 센서 장치(10)의 하우징(14)의 제 1 부분 챔버(20)는 실질적으로 회로 기판(18)의 표면(32) 및 하우징(14)의 측벽(34)으로 형성된다. 측벽(34)에 홈들(36)이 통합되고, 상기 홈들은 센서 장치의 하우징(14)이 측정 장치의 하우징 내에 고정될 수 있게 한다.

하우징(14)의 제 1 부분 챔버(20)의 한 측면은 개구부(54)를 통해 개방되어 있고, 실질적으로 레이더 센서(60)의 안테나(16)를 지지한다. 안테나는 회로 기판(18) 상에 고정된 안테나 박판(24) 및 하우징(14)의 부분 챔버(20)의 내부면(38)으로 형성되고, 상기 내부면은 안테나 장치의 접지 전극(21)을 형성한다. 이로 인해 안테나(16)는 매우 콤팩트하게 형성될 수 있다.

제 1 부분 챔버(20)는 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 파티션(partition)이 안테나 장치(16)의 전계에 장애가 되지 않는 한, 해당 측정 장치(62)의 벽(50)에 의해 라돈 방식으로 폐쇄될 수 있다. 이로써 벽(50)은 예컨대 본 발명에 따른 측정 장치(62)의 플라스틱 하우징의 한 측면으로 구현될 수 있다. 적외선 센서(70)는 경우에 따라서는 마찬가지로 측정 장치의 상기 하우징 벽에 의해 보호될 수 있다. 벽(50)은 적외선 측정 헤드의 보호와 더불어 레이더 센서(60)의 안테나 박판(24)을 손상으로부터 기계적으로 보호하는데 이용된다.

이러한 경우에 본 발명에 따른 측정 장치(62)는 하우징 벽(50)과 함께 측량될 구조물, 예컨대 천장 또는 바닥 위로 안내될 것이다. 이를 위해 측정 장치에 롤러 또는 다른 롤링 바디가 제공될 수 있고, 이들을 통해 측정 장치는 예컨대 벽 위로 이동될 수 있다. 본 발명에 따른 측정 장치는 변위 센서를 포함하므로, 벽 등을 따라 측정 장치가 이동한 거리가 측정된다. 이러한 방식으로 여러 센서들의 순시 신호 레벨이 측정될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 신호 프로파일도 검출되고, 센서의 각각의 측정값에 위치 좌표가 할당됨으로써 표시된다. 이로써 측정 장치의 디스플레이에 2차원 표시가 가능하고, 상기 표시에서 변위 데이터와 더불어 깊이 데이터도 표시된다. 이것은, 대개 하나 또는 다수의 광학 신호 램프에 의해 측정의 실제 위치에서의 실제 측정 결과만 디스플레이되는 선행 기술의 정보 측정 장치와 다른 점이다.

센서 장치(10)의 하우징(14) 둘레에 본 발명에 따른 측정 장치 내의 유도 센서(64)의 코일 장치(12)의 코일 소자(80)가 감겨있다. 코일 소자(80)는 예컨대 코일 지지체(84) 상에 설치되거나 또는 상기 코일 지지체 내에 캡슐화되어 놓여질 수 있다. 상응하는 연결 수단에 의해 코일 소자(80)는 도시되지 않은 에너지 공급부 및 제어와 평가를 위한 전자 소자(48)와 접속된다. 다른 실시예에서 예컨대 유도 센서 장치는 측정 장치(62)의 플라스틱 베이스(50) 내에 통합될 수도 있다.

적외선 센서(70)는 하우징(14)의 내부에, 예컨대 센서 회로 기판(18) 상에 제공된다. 그러나 센서의 상호 작용으로 인해 도 2에 도시된 바와 같이 적외선 센서를 하우징의 외부에 배치하는 것이 더 낫다.

본 발명에 따른 측정 장치의 바람직한 실시예에서 적외선 센서(70)가 분리 가능한 IR 센서 헤드(73) 형태로 형성될 수 있고, 상기 헤드가 상응하는 레이더 센서 측정 장치용 추가 부품(73)으로서 제공될 수 있다. 적외선 센서(70)는 위치 측정 장치상의 상응하는 인터페이스를 통해 측정 장치의 제어- 및 평가 유닛에 결합되고 상기 제어- 및 평가 유닛에 의해 제어되고 평가될 수 있다.

본 발명에 따른 측정 장치의 여러 실시예에서, 사용된 센서 원리의 통합 방식은 임의적으로 구현될 수 있다. 센서의 위치, 크기 및 개수는 제한되지 않는다. 추가 검출 신호로부터 얻어진 데이터는 바람직하게 추가 처리될 수 있고, 따라서 포함된 대상물에 대한 추가 정보를 제공한다.

도 3은 보호벽(50)이 분리된 도 2에 따른, 본 발명에 따른 측정 장치의 센서 헤드(10)의 개략적인 저면도를 도시한다. 안테나(16)의 안테나 박판(24)은 센서 회로 기판(18)의 대략 중앙에 장착된다. 하우징(14) 둘레에 본 발명에 따른 측정 장치의 유도 센서(64)의 코일 소자들(80)이 배치된다. 레이더 안테나 장치의 하우징(14) 외부에 IR 센서(70)가 배치된다.

본 발명에 따른 방법에서 상응하는 회로에 의해 레이더 센서(60)의 안테나(16)가 일반적인, 즉 저주파 정전 용량 센서(66)로서도 스터드 파인더의 방식으로 구동되는 것이 가능하다. 이를 위해 예컨대 안테나(16)의 제어부는, 고주파 여기와 저주파 작동 방식 사이에서 전환되도록 변조된다. 도 2 또는 도 3에 따른 본 발명에 따른 위치 측정 장치의 안테나 장치(16)는, 상기 위치 측정 장치가 예컨대 공급 전압 라인의 교류 전압 필드를 정전 용량으로 검출할 수 있는 공급 전압 검출기(65) 방식으로 구동되도록 제어될 수 있다. 이러한 경우에 센서는 전계 발생 없이 패시브하게 작동할 것이므로 예컨대 벽 내부의 공급 전압 라인의 위치와 경로가 표시될 수 있다.

본 발명에 따른 측정 장치에 제공된 제어 전자 장치에 의해, 하나의 센서로만, 레이더 센서(60)의 안테나 장치(16)를 가진 도 2 또는 도 3의 실시예에서 다양한 추가 측정 또는 검출 신호가 발생되는 것이 가능해진다. 이러한 측정 신호는 준 병렬로 또는 연속적으로도 평가되므로, 평가를 통해 매체 내에 포함된, 측정될 대상물에 대한 추가 정보가 얻어질 수 있다. 레이더 센서(60)는 정전 용량 센서, 특히 일반적인, 즉 저주파 정전 용량 센서(66), 공급 전압 검출기(65) 또는 고주파 검출기(68)로서 제어될 수 있다. 바람직하게 검출 신호들은 조사될 표면 위의 하나의 동일한 지점으로 자동 정렬된다. 따라서 항상, 즉 검출 신호의 전환시 동일한 측정 영역이 조사된다. 본 발명에 따른 측정 장치의 이러한 실시예에서 상이한 영역의 측정에 의한 측정 오류는 거의 배제된다. 이로 인해, 본 발명에 따른 적외선 측정 장치에 다수의 추가 센서 장치들이 장착될 수 있으며, 이에 필요한 측정 장치의 조립 공간을 과도하게 늘릴 필요가 없다. 본 발명에 따른 장치에 의해 가능한 다수의 상이한 검출 신호에도 불구하고 상기 장치는 컴팩트한 수동 측정 장치로 형성된다.

대안 실시예에서 상이한 검출 신호들에 각각 독립적인 센서, 예컨대 각각 하나의 안테나와 하나의 측정 콘덴서를 할당할 수 있으므로, 약간 더 큰 조립 공간을 이용하여 더 많은 검출 신호를 얻기 위한 추가 센서 장치의 순수 병렬 작동이 가능해진다. 적외선 송신기는 추가 센서에 대해 연속적으로 또는 준 병렬로 작동할 것이다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게 의도대로 특정 대상에 대한 탐색을 허용한다. 따라서 미리 규정된 탐색 루틴을 제어하는 적절한 회로에 의해 예컨대 특히 따뜻하거나 또는 뜨거운 수도관이 탐색될 수 있다. IR 센서에 의해 검출하기 어려운, 벽에 제공된 중공 챔버도, 추가 센서, 예컨대 레이더 센서에 의해 검출될 수 있고 측정 장치의 디스플레이 상에 자동으로 또는 사용자에 의해 미리 규정된 방식으로 페이드 인 또는 다시 페이드 아웃 될 수 있으므로, 사용자는 원하는 정보만을 선택적으로 표시할 수 있다.

도 4는 센서 장치(10)를 개략적인 저면도로 도시하고, 레이더 센서(60)의 안테나 장치는 송신 안테나(86)와 상기 송신 안테나와 분리된 수신 안테나(88)를 갖고, 상기기 안테나들은 센서 회로 기판(18) 상에 납땜되어 있다. 또한, 안테나들은 적절한 전자 상호 연결 및 정전 용량 고주파 센서(68) 또는 정전 용량 센서(65, 66)를 이용하여 레이더를 감지하는데 사용된다. 이를 위해 지능형 소프트웨어 또는 적절한 전자장치는 상기 센서들의 개별 작동 방식 사이에서 매우 신속하게 전환한다. 또한, 하우징(14) 둘레에 유도 검출을 위한 코일 장치(80)가 감겨 있다. 선택적으로 코일에 페라이트가 제공될 수 있다. 코일 권선의 종류, 크기 및 위치는 특수하게 형성될 수 있다.

적외선 센서(70)는 하우징(14)의 내부에, 예컨대 센서 회로 기판(18) 상에 제공될 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 센서의 상호 작용으로 인해 적외선 센서를 하우징의 외부에 배치하는 것이 더 낫다. 본 발명에 따른 측정 장치의 여러 실시예에서 사용된 센서 원리의 통합 방식은 임의로 실현될 수 있다. 센서들의 위치, 크기 및 개수는 제한되지 않는다. 추가의 검출 신호들로부터 얻어진 데이터는 바람직하게 후속 처리될 수 있고, 따라서 포함된 대상물에 대한 추가 정보를 제공한다.

상응하는 데이터 처리 시스템(소프트웨어)에 의해 개별 센서들의 측정 결과들이 상호 보충되고 따라서 포함된 대상물에 대한 가능한 완전한 영상이 제공된다.

본 발명에 따른 적외선 측정 장치는 선행 기술의 적외선 측정 장치와 달리, 다수의 센서 원리의 조합을 통해 예컨대 벽, 천장 또는 바닥 내의 가열되거나 또는 냉각된 관의 신속하고 고성능의 위치 측정과 측량이 가능해진다. IR 센서가 대분류, 즉 가열된 또는 냉각된 관의 구별 및 관의 대략적 위치의 위치 측정을 실행할 수 있는 한편, 본 발명에 따른 측정 장치에 통합된 다른 센서 원리에 의해 관의 정확한 위치, 깊이 및 크기가 측정될 수 있다.

다수의 센서들의 조합으로 또는 하나의 동일한 센서의 상이한 제어로부터 얻어질 수 있는 다수의 검출 신호들의 평가는 바람직하게, 포함된 대상물의 위치 측정 외에 예컨대 재료 식별 및 전기 라인의 경우 예컨대 라인의 전압 상태에 대한 정보를 얻을 수 있게 한다. 적외선 위치 측정 장치의 사용 범위는 추가 센서로 인해 현저하게 확장된다.

본 발명에 따른 방법에 의해 다른 센서들에 의해 얻어진, 포함된 대상물에 대한 정보를 기초로 센서를 최적화할 수 있다. 이러한 방식으로 나머지 다른 센서들의 추가 정보를 고려하여 각각의 센서 유닛은 더 양호하게 작동될 수 있다. 이렇게 최적화된 서로 무관한 결과들은 소프트웨어 또는 하드웨어에 의해, 본 발명에 따른 위치 측정 장치가 사용자에게 대상물이 매우 깊게 있는 경우에도 위치, 깊이, 넓이 및 예컨대 재료 종류 및 온도에 대한 정보도 제공할 수 있도록 조합될 수 있다.

광도 센서를 포함하는 본 발명에 따른 측정 장치는 비용이 절감되는 콤팩트한 다기능 장치로 형성되고, 상기 장치는 바람직하게 간단한 수동 작동을 가능하게 한다. 이를 위해 사용자는 예컨대 조사될 벽 상에서 측정 장치를 이동시킨다. 측정 결과는 측정 장치의 디스플레이 상에서 직관적으로 쉽게 알 수 있는 그래픽 표시로 사용자에게 전송되므로, 사용자는 이로 인해 조사될 벽을 직접 들여다 보지 않을 수 있다. 예컨대 사용자는 벽의 어느 지점에서 드릴링을 실시하면 안 되는지 또는 어떤 지점에서 드릴링이 위험하지 않은지 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 위치 측정 장치 또는 이에 기초한, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정을 위한 본 발명에 따른 방법은 도면에 도시된 실시예들에 제한되지 않는다.

특히 본 발명에 따른 방법은 벽, 바닥 또는 천장에 포함된 대상물의 검출에 제한되지 않는다.

Claims (16)

1. 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정을 위한 수동 측정 장치로서, 상기 측정 장치는 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)를 이용하여 조사될 대상물의 제 1 측정 신호를 얻고, 상기 측정 신호를 평가함으로써 상기 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보를 얻는, 상기 수동 측정 장치에 있어서,

   상기 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보를 얻기 위해, 적어도 하나의 다른 제 2 측정 신호를 발생시키기 위한 적어도 하나의 다른 센서(60, 64, 66, 68)가 제공되고, 상기 적어도 하나의 다른 센서(60, 64, 66, 68)는 변위 센서를 포함하고, 상기 변위 센서에 의해, 측정될 매체를 통해 장치의 이동시, 측정 신호 프로파일이 검출되고, 센서의 각각의 측정값에 위치 좌표가 할당됨으로써, 상기 측정 신호 프로파일이 디스플레이에 의해 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)는 적외선 센서(70)인 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 다른 센서는 레이더 센서(60)인 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 레이더 센서(60)는 펄스 레이더의 광대역 센서인 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 다른 센서는 유도 센서(64)인 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 다른 센서는 정전 용량 센서(65, 66, 68)인 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 다른 정전 용량 센서(65, 66, 68)는 전극의 임피던스의 측정에 의해 상기 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보를 얻는 정전 용량 고주파 센서(68)인 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 센서들(60, 64, 66, 68, 70, 92) 중 적어도 2개의 센서는 측정 장치(62)의 공동 하우징 내에 통합되는 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 센서들(60, 64, 66, 68, 70, 92) 중 적어도 2개의 센서는 공동 회로 기판(18) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 수동 측정 장치.
10. 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법으로서, 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)에 의해, 제 1 측정 신호가 발생되고, 상기 적어도 하나의 광도 센서(92, 70)는 적외선 센서(70)를 포함하고, 상기 제 1 측정 신호를 평가함으로써 상기 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보가 얻어지는, 상기 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법에 있어서,

    상기 매체 내에 포함된 대상물에 대한 정보를 얻기 위해 적어도 하나의 다른 센서(64, 66, 68)에 의한 적어도 하나의 다른 제 2 측정 신호가 평가되고, 상기 적어도 하나의 다른 센서(64, 66, 68)는 변위 센서를 포함하고, 상기 변위 센서의 측정 신호가 평가됨으로써, 측정될 매체를 통해 장치의 이동시, 상기 측정 신호의 신호 프로파일 검출되고, 센서의 각각의 측정값에 위치 좌표가 할당됨으로써, 상기 측정 신호 프로파일이 표시되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 다른 제 2 측정 신호는 적어도 하나의 다른 센서 장치(64, 65, 66, 68)에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 제 1 측정 신호와 상기 적어도 하나의 제 2 측정 신호는 병렬로 측정되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.
13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 제 1 측정 신호와 상기 적어도 하나의 제 2 측정 신호는 준 병렬로 측정되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.
14. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 제 1 측정 신호와 상기 적어도 하나의 제 2 측정 신호는 연속적으로 측정되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.
15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 측정 신호들은 다수의 센서들(64, 65, 66, 68)에 의해 측정되어 평가되고, 상기 센서들은 적어도 정전 용량 센서(65, 66, 68), 유도 센서(64) 및 광도 센서(70, 92)를 포함하는 그룹으로 선택되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.
16. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    센서(64, 65, 66, 68, 70, 92)의 적어도 하나의 측정 신호는 적어도 하나의 다른 측정 신호의 평가에 의해 최적화되는 것을 특징으로 하는, 매체 내에 포함된 대상물의 위치 측정 방법.

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