WO2007074085A1 - Vorrichtung zur bestimmung eines gegenstands, insbesondere ortungsgerät oder materialerkennungsgerät - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung eines gegenstands, insbesondere ortungsgerät oder materialerkennungsgerät Download PDF

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WO2007074085A1
WO2007074085A1 PCT/EP2006/069764 EP2006069764W WO2007074085A1 WO 2007074085 A1 WO2007074085 A1 WO 2007074085A1 EP 2006069764 W EP2006069764 W EP 2006069764W WO 2007074085 A1 WO2007074085 A1 WO 2007074085A1
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WO
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control unit
signal
display means
phase angle
compensation
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Application number
PCT/EP2006/069764
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Mahler
Ulli Hoffmann
Reiner Krapf
Christoph Wieland
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat

Definitions

  • Device for determining an object in particular locating device or material recognition device
  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • a hidden object such as a water pipe in a wall
  • an inductive sensor known with which ferromagnetic can be distinguished from non-ferromagnetic objects.
  • the locating device is guided along the concealing object, for example the wall, and the locating device displays the approximate position of an object in the wall.
  • the invention is based on a device for determining a hidden object, with an inductive sensor, a control unit for evaluating a phase information of the inductive sensor and a display means. It is proposed that the display means is designed to indicate a property of the object and the control unit is provided to control the display means in dependence on the phase information. Through the evaluation of the phase information, it is possible to obtain information about a property of the examined object, which can be passed on to an operator by the display means. The operator thus has the possibility of deducing from the property, for example a geometry and / or the material or another displayed property, the nature of the hidden object.
  • the property is a geometric information
  • the display means is formed here for indicating a geometric information of the object.
  • the phase information may be a phase angle of a signal of a first sensor unit, for example a receiver coil, relative to a second sensor unit, for example a transmitting coil.
  • the display means may display the property by a plurality of display elements, each associated with a symbol, for example light elements. Depending on the information, one or the other display element lights up.
  • the control of the display means by the control unit expediently takes place so that the operator thereby
  • Geometric information is advantageously information about a cross-sectional shape of the article, with an elongate article, for example a tube or a rod, a cross-section transverse to the longitudinal direction being understood.
  • the invention is particularly advantageous if, in addition to the inductive sensor, the device has a high-frequency sensor, for example a radio, radar or microwave sensor. With the aid of the high-frequency sensor, the position of the hidden object in the obscuring object can be detected particularly accurately, and with the inductive sensor, the shape and possibly the material of the hidden object can be detected. In this way, comprehensive information can be provided to an operator.
  • the geometric information provides an operator with information as to whether the article is a hollow body or of solid material. This makes it possible to distinguish between, for example, a sensitive water pipe and an insensitive reinforcement in reinforced concrete. Conveniently, the geometric information directly and directly indicates whether the object is a hollow body or solid material.
  • the display means has a plurality of image fields for displaying the geometric information, then the geometric information can be simply and unambiguously read by an operator.
  • the image fields can be highlighted by the control unit, for example, flashing symbols or display areas or the like.
  • the inductive sensor has a transmitting coil and a magnetic compensating means for compensating a signal of a receiver coil.
  • the compensation means expediently has a compensation coil.
  • a high sensitivity of the inductive sensor can be achieved in this case if the transmitting coil is arranged between the compensation coil and the receiver coil.
  • the receiver coil and the compensation coil are relatively far apart, so that a spatial inhomogeneity of the magnetic field of the inductive sensor is reflected particularly clearly between the signals of the compensation coil and the receiver coil.
  • the receiver coil is advantageously arranged closest to the object or arranged so that it is arranged relative to the transmission coil and the compensation coil in the direction of the region in which a detection of the concealed object is provided.
  • the device comprises an electrical compensation means for compensating a signal of the inductive sensor.
  • This electrical compensation means may alternatively and in particular in addition to the magnetic compensation means be present in the device.
  • a particularly high measurement accuracy of the inductive sensor can be achieved.
  • the device has a high-frequency sensor with metallic antennas which disturb the inductive signal. Due to the electrical compensation, such a disturbance can be at least largely compensated.
  • the compensation is expediently carried out by applying a compensation voltage to a suitable node.
  • the measuring accuracy of the device negatively influencing temperature fluctuations can be at least largely compensated if the electrical compensation means has a control circuit for zero control of the signal.
  • control unit is prepared for a digital correction of a signal of the inductive sensor, a high measurement resolution of the inductive sensor can be achieved.
  • the digital compensation can be performed particularly easily by software, in particular with the aid of a synchronous rectifier.
  • phase information can be carried out in a particularly simple, inexpensive and reliable manner if the phase information comprises a phase angle and phase angle ranges are stored in a data field of the control unit and the control unit is prepared for driving the display means depending on which phase angle range the phase angle is.
  • the control unit is prepared in particular for the use of fuzzy logic for controlling the display means, as a result of which a not completely unambiguous phase information can still be associated with a high degree of certainty by adding further information.
  • a fuzzy logic a neural network and / or a so-called fuzzy logic is particularly suitable.
  • the device is embodied as a property recognition device, in particular as a locating device for determining a hidden object and / or as a material testing device.
  • a property recognition device in particular as a locating device for determining a hidden object and / or as a material testing device.
  • There may be open or covered objects are examined for their properties, in particular their geometric shape and / or their material.
  • FIG. 1 shows a locating device arranged on a wall in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a sensor unit of the locating device with an inductive sensor and antenna elements
  • Fig. 4 is a diagram of stored in the control unit phase angle ranges and Figs. 5 - four different display means for a tracking device.
  • FIG. 1 shows a measuring device 2 designed as a locating device with a display means 4, which is schematically represented by a four-dimensional display device.
  • the high-frequency sensor 6, the inductive sensor 8 and the control unit 10 are housed in a housing 12 which has a hand area at its end remote from the inductive sensor 8 and in the region of the inductive sensor 8 a thickened relative to the hand area sensor area.
  • the sensor area and with it the high-frequency sensor 6 and the inductive sensor 8 are arranged so that outside the measuring device 2, a measuring range lying opposite the hand area is provided, in which objects 14, 16 can be detected in a wall 18.
  • the article 14 is a copper tube and the article 16 is a reinforcing bar of the prestressed concrete wall 18.
  • FIG. 2 shows the antenna elements 20 of the high-frequency sensor 6 made of sheet metal and three coils of the inductive sensor 8 in the state separated from the rest of the housing 12.
  • the three coils are a transmitting coil 22, a receiving coil 26 and a compensation coil 24.
  • the three coils are guided around an inner housing 28 made of a non-metallic material, such as plastic, in the interior of which the antenna elements 20 are disposed.
  • the inner housing 28 is fastened to a printed circuit board 30.
  • the three coils are separated from one another by separating plates 32. Through lines 34, the three coils are connected to the control unit 10 and a node 36, which is shown in Figure 3.
  • the receiver coil 26 and the compensation coil 24 are connected to the node 36, whereas the transmitting coil 22 is connected to a transmission module, not shown, of the control unit 10.
  • a compensation means 38 for performing an electrical compensation.
  • a correction unit 40 is connected to node 36, which is provided for digital compensation and has an upstream A / D converter 42.
  • the control unit 10 includes a fuzzy logic 44 in the form of a fuzzy network. Connected to the fuzzy logic 44 are a high frequency evaluation unit 46 and an input means 48 for inputting information by an operator. Also connected to the fuzzy logic 44 is the display means 4.
  • the locating device is initially held once so that the measuring range is sufficiently far away from the wall 18 or objects 14, 16 to be measured.
  • a calibration measurement can be carried out. This measurement can be started manually or automatically by the control unit when the measuring device 2 is switched on by an operator. In the illustrated embodiment, after turning on the high frequency sensor 6 for objects 14, 16 is searched. If no objects are detected, the calibration measurement is started by the control unit 10 and maintained until an object 14, 16 is detected by the control unit 10 in conjunction with the high-frequency sensor 6. Alternatively, the calibration measurement can be started by the control unit 10 after the switch-on and be maintained until the Control unit 10 in conjunction with the inductive sensor 6 detects an object. The detection can be triggered by a measuring signal which changes rapidly in time and which changes faster than a preset threshold change.
  • the control unit 10 or its transmitting unit transmits a periodic alternating field as a transmission signal to the transmitting coil 22, which thereby generates an alternating magnetic field.
  • This alternating magnetic field generates a magnetic flux which flows through both the receiver coil 26 and the compensation coil 24 and induces in these two coils 26, 24 a receiver signal or a compensation signal in the form of a voltage which is the same as the frequency Alternating field of the transmitting coil 22, but slightly out of phase.
  • Both the receiver signal and the compensation signal arrive at the node 36 and are subtracted there from each other, so that they essentially cancel each other out due to their almost exact in-phase relationship.
  • the antenna elements 20 generate inhomogeneities in the magnetic field, so that the magnetic compensation of the receiver signal by the compensation signal is usually not complete and an undesirably large difference signal remains.
  • the compensating means 38 outputs a negative compensation signal corresponding to the difference signal to the node 36, so that the total signal in the node 36 disappears as far as possible.
  • the compensation means 38 comprises a microcontroller, the gives a digital signal to a D / A converter and this outputs the compensation signal in the form of a compensation voltage.
  • the microcontroller continuously adjusts the compensation signal during the calibration measurement in order to eliminate temperature influences as much as possible. During the actual measurement is not readjusted.
  • the residual signal is fed to the A / D converter 42 where it is digitized and rectified in the digital correction unit 40 by a synchronous rectifier realized by software.
  • the digital signal can now be set to zero mathematically by a variable deduction of an offset, by giving a corresponding signal to the compensation means 38 and taken into account in the regulation. This deduction can also be readjusted dynamically during the calibration measurement. In this way, a very good compensation of the measurement signal is achieved in the absence of the counter-state 14, 16 to zero to zero.
  • the measuring device 2 is now guided along the wall 18, for example, so that the objects 14, 16 reach the measuring area.
  • the measuring device is held so that the receiver coil 26 is arranged closest to the objects 14, 16 and the compensation coil 24 is farthest from the objects 14, 16.
  • the objects 14, 16 are detected by the control unit 10 and the calibration measurement is stopped.
  • the objects 14, 16 influence the magnetic flux in the
  • a measurement signal is present, which has an evaluable phase angle relative to the transmission signal.
  • the measuring signal is rectified by the synchronous rectifier, wherein the real and imaginary part of the measuring signal is present at the output of the synchronous rectifier, from which the phase angle can be derived.
  • the synchronous rectifier operates with the periodic rectified signal, the number of periods over which the synchronous rectifier rectifies and integrates determines the resolution of the measurement signal.
  • the phase angle of the measurement signal is determined in the logic 44 from the real and imaginary parts.
  • phase angle 50 of the measurement signal which is plotted in FIG. 4 at -45 °, lies centrally in a phase angle range 52 which ranges from -25 ° to -65 °.
  • phase angle region 52 is associated with a pipe cross section as geometric information, as shown in Figure 5.
  • FIG. 5 shows a possible display means 4a of the measuring device 2.
  • the phase angle 50 is shown on two circles 54 on the basis of two straight lines starting from the center points of the circles 54.
  • the phase angle 50 is determined by the position of the lines and the strength of the measurement signal by the ge the lines shown.
  • the line of the right circle 54 is shown ten times longer. From the example shown in Figure 5, an operator can read that the strength of the measurement signal is quite low and the phase angle is 50-45 °.
  • Graphically associated with the phase angle region 52 is the designation Cu and a pipe cross-section symbol from which the operator can see that the object 14 correlated with the measurement signal is a copper pipe.
  • phase angle ranges 56, 58, 60, 62, 64 are deposited, the phase angle ranges 56, 58, 60 - as can be seen from Figure 5 - a full iron rod, an iron pipe, and a copper associated with the rod.
  • This assignment which an operator can easily read on the display 4a, was determined empirically, for example, before programming the logic 44.
  • the two phase angle ranges 62, 64 are not associated with any geometric information or material information. A measurement signal in these two phase angle ranges 62, 64 can not be assigned geometric information.
  • FIG. 6 shows a more elaborate and user-friendly display means 4b with a finely resolving display 66, on which symbolically an image 68 of the measuring device 2 and images
  • FIG. 70, 72, 74 of the wall 18 and the articles 14, 16 are shown.
  • a movement with which the measuring device 2 is guided along the wall 18 is illustrated by an arrow 76.
  • Not yet detected by the meter 2 areas are represented by a hatched area 78.
  • the image on the display 66, the operator can see if it is at the articles 14, 16 are a tube (image 72) or solid material, for example a reinforcing iron (image 74) or a cable.
  • the phase angle ⁇ 50 is converted by the control unit 10 into the images 72, 74, wherein the material also determined from the phase angle 50 is displayed on a bar 80 by two symbols 82, 84 directly below the images 72, 74 and The operator can recognize that the article 14 is a copper tube and the article 16 is an iron rod.
  • the fuzzy network is the logic 44 to the high-frequency evaluation unit 46 and the input means 48. In this way, an evaluation result from the high-frequency evaluation unit with the measured phase angle 50 in the fuzzy network can be processed to a unique result of geometric information. If, for example, the phase angle lies in the region around 50 ° and if the result from the high-frequency evaluation unit is that the detected object is, with high probability, an iron object, then the geometric information of a pipe can be output.
  • the geometrical information is output from the solid rod together with the information that it is copper.
  • Another display means 4c which indicates a very simplified measurement result, is shown in FIG. For example, if two items in the form of a copper tube and a thin copper rod have been detected, the geometric information is processed further and output using symbols 86, 88 indicating that it is a water pipe and an electrical cable. By means of two arrows 90, 92, the approximate position of the objects relative to the measuring device 2 is displayed.
  • Another display means 4d has ten individually controllable by the control unit 10 luminous fields 94, 96.
  • the light fields 94 each carry a material information as an inscription and the light fields 96 symbolically carry a geometric information as an inscription. If the measuring device 2 is guided along the wall 18 and an object is detected in the direction of an arrow 98 by the measuring device 2, then the geometric information and the material of the phase angle 50 and possibly further information from the high-frequency evaluation unit 46 and the input device 48 Item determined. If a reinforcing iron is detected in a concrete wall, for example, the two left light fields 94, 96 and the arrow 98 light up.
  • the middle illuminated field 96 and the second illuminated field 94 light up from the right - pointing to plastic. In the case of a hollow body, the middle illuminated field 94 lights up. If a quadrangular body is detected in the wall 18, the second illuminated field 96 lights up from the right. If an object is detected in which the material and / or its geometric information is unclear, the right-hand illuminated field 94 and / or the right-hand illuminated field 96 illuminate.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gegenstands (14, 16), mit einem induktiven Sensor (8), einer Steuereinheit (10) zur Auswertung einer Phaseninformation des induktiven Sensors (8) und einem Anzeigemittel (4, 4a-d). Es wird vorgeschlagen, dass das Anzeigemittel (4, 4a-d) zur Angabe einer Eigenschaft des Gegenstands (14, 16) ausgebildet ist und die Steuereinheit (10) zur Ansteuerung des Anzeigemittels (4, 4a-d) in Abhängigkeit von der Phaseninformation vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung eines Gegenstands, insbesondere Ortungsgerät oder Materialerkennungsgerät
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Materialprüfgeräte bzw. Ortungsgeräte zur Bestimmung eines verdeckten Gegenstands, beispielsweise eines Wasserrohrs in einer Wand, mit einem induktiven Sensor bekannt, mit denen ferromagnetische von nicht-ferromagnetischen Gegenständen unterschieden werden können. Hierzu wird das Ortungsgerät entlang des verdeckenden Objekts, beispielsweise der Wand, geführt, und das Ortungsgerät zeigt die ungefähre Lage eines Gegenstands in der Wand an.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung eines verdeckten Gegenstands, mit einem induktiven Sensor, einer Steuereinheit zur Auswertung einer Phaseninformation des induktiven Sensors und einem Anzeigemittel. Es wird vorgeschlagen, dass das Anzeigemittel zur Angabe einer Eigenschaft des Gegenstands ausgebildet ist und die Steuereinheit zur Ansteuerung des Anzeigemittels in Abhängigkeit von der Phaseninformation vorgesehen ist. Durch die Auswer- tung der Phaseninformation besteht die Möglichkeit, Informationen über eine Eigenschaft des untersuchten Gegenstands zu erhalten, die durch das Anzeigemittel an einen Bediener weitergegeben werden können. Der Bediener erhält hierdurch die Möglichkeit, aus der Eigenschaft, beispielsweise einer Geo- metrie und/ oder dem Material oder einer sonstigen angezeigten Eigenschaft, auf die Art des verdeckten Gegenstands zu schließen. Vorteilhafterweise ist die Eigenschaft eine geometrische Information, das Anzeigemittel ist hierbei zur Angabe einer geometrischen Information des Gegenstands ausge- bildet.
Die Phaseninformation kann ein Phasenwinkel eines Signals einer ersten Sensoreinheit, beispielsweise einer Empfängerspule, gegenüber einer zweiten Sensoreinheit, beispielsweise ei- ner Sendespule, sein. Das Anzeigemittel kann die Eigenschaft durch mehrere, jeweils einem Symbol zugeordnete Anzeigeelemente, beispielsweise Lichtelemente, anzeigen. Je nach Information leuchtet das eine oder andere Anzeigeelement auf. Die Ansteuerung des Anzeigemittels durch die Steuereinheit ge- schieht zweckmäßigerweise so, dass der Bediener hierdurch
AufSchluss über die Eigenschaft des Gegenstands erhält. Eine geometrische Information ist vorteilhafterweise eine Information zu einer Querschnittsform des Gegenstands, wobei bei einem länglichen Gegenstand, beispielsweise einem Rohr oder ei- nem Stab, ein Querschnitt quer zur Längsrichtung zu verstehen ist . Besonders vorteilhaft ist die Erfindung, wenn die Vorrichtung zusätzlich zum induktiven Sensor einen Hochfrequenzsensor aufweist, beispielsweise einen Radio-, Radar- oder Mikrowellensensor. Mit Hilfe des Hochfrequenzsensors kann die Lage des verdeckten Gegenstands im verdeckenden Objekt besonders genau erfasst werden, und mit dem induktiven Sensor kann die Form und gegebenenfalls das Material des verdeckten Gegenstands erkannt werden. Auf diese Weise kann einem Bediener eine umfassende Information zur Verfügung gestellt werden.
Vorteilhafterweise gibt die geometrische Information einem Bediener Aufschluss, ob der Gegenstand ein Hohlkörper oder aus Vollmaterial ist. Hierdurch wird eine Unterscheidung zwischen beispielsweise einem empfindlichen Wasserrohr und einer unempfindlichen Armierung in Stahlbeton möglich. Zweckmäßigerweise gibt die geometrische Information direkt und unmittelbar an, ob der Gegenstand ein Hohlkörper oder aus Vollmaterial ist.
Weist das Anzeigemittel mehrere Bildfelder zur Anzeige der geometrischen Information auf, so kann die geometrische Information einfach und eindeutig von einem Bediener abgelesen werden. Die Bildfelder können von der Steuereinheit hervorhebbar, beispielsweise aufleuchtende Symbole oder Anzeige- bereiche oder dergleichen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der induktive Sensor eine Sendespule und ein magnetisches Kompensationsmittel zur Kompensation eines Signals einer Empfänger- spule auf. Durch diese so genannte magnetische Kompensation können sehr geringe Phasenänderungen durch das Einbringen des Gegenstands in ein Sensormagnetfeld erkannt werden. Das Kompensationsmittel weist zweckmäßigerweise eine Kompensationsspule auf.
Eine hohe Empfindlichkeit des induktiven Sensors kann hierbei erreicht werden, wenn die Sendespule zwischen der Kompensationsspule und der Empfängerspule angeordnet ist. Hierdurch sind die Empfängerspule und die Kompensationsspule relativ weit voneinander beabstandet, so dass sich eine räumliche In- homogenität des Magnetfelds des induktiven Sensors besonders deutlich zwischen den Signalen der Kompensationsspule und der Empfängerspule niederschlägt. Die Empfängerspule ist hierbei vorteilhaft am nächsten zum Gegenstand angeordnet bzw. so angeordnet, dass sie relativ zur Sendespule und zur Kompensati- onsspule in Richtung des Bereichs angeordnet ist, in dem eine Detektion des verdeckten Gegenstands vorgesehen ist.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein e- lektrisches Kompensationsmittel zur Kompensation eines Sig- nals des induktiven Sensors umfasst. Dieses elektrische Kompensationsmittel kann alternativ und insbesondere zusätzlich zum magnetischen Kompensationsmittel in der Vorrichtung vorhanden sein. Hierdurch kann eine besonders hohe Messgenauigkeit des induktiven Sensors erreicht werden. Dies ist beson- ders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung neben dem induktiven Sensor einen Hochfrequenzsensor mit metallischen Antennen aufweist, die das induktive Signal stören. Durch die elektrische Kompensation kann eine solche Störung zumindest weitgehend ausgeglichen werden. Die Kompensation geschieht zweckmä- ßigerweise durch das Anlegen einer Kompensationsspannung an einen geeigneten Knotenpunkt. Die Messgenauigkeit der Vorrichtung negativ beeinflussende Temperaturschwankungen können zumindest weitgehend kompensiert werden, wenn das elektrische Kompensationsmittel einen Regelkreis zur Nullregelung des Signals aufweist.
Ist die Steuereinheit zu einer digitalen Korrektur eines Signals des induktiven Sensors vorbereitet, kann eine hohe Messauflösung des induktiven Sensors erreicht werden. Die digitale Kompensation kann durch Software, insbesondere mit Hilfe eines Synchrongleichrichters, besonders einfach durchgeführt werden .
Die Auswertung der Phaseninformation kann besonders einfach, preiswert und zuverlässig durchgeführt werden, wenn die Pha- seninformation einen Phasenwinkel umfasst und in einem Datenfeld der Steuereinheit Phasenwinkelbereiche hinterlegt sind und die Steuereinheit zu einer Ansteuerung des Anzeigemittels in Abhängigkeit davon vorbereitet ist, in welchem Phasenwin- kelbereich der Phasenwinkel ist. Hierbei ist die Steuerein- heit insbesondere zur Verwendung von unscharfer Logik zur Ansteuerung des Anzeigemittels vorbereitet, wodurch einer nicht ganz eindeutigen Phaseninformation durch das Hinzunehmen weiterer Informationen dennoch mit hoher Sicherheit eine geometrische Information zugeordnet werden kann. Als unscharfe Lo- gik ist ein neuronales Netz und/oder eine so genannte Fuzzy- Logik besonders geeignet.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Vorrichtung als Eigenschaftserkennungsgerät ausgeführt, insbesondere als Ortungsgerät zur Bestimmung eines verdeckten Gegenstands und/oder als Materialprüfgerät. Es können offene oder ver- deckte Gegenstände auf ihre Eigenschaften hin untersucht werden, insbesondere auf ihre geometrische Form und/oder ihr Material .
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen .
Es zeigen:
Fig. 1 ein an einer Wand angeordnetes Ortungsgerät in einer schematischen Darstellung, Fig. 2 eine Sensoreinheit des Ortungsgeräts mit einem induktiven Sensor und Antennenelementen,
Fig. 3 drei Spulen des induktiven Sensors und deren Verschaltung mit einer Steuereinheit,
Fig. 4 ein Diagramm von in der Steuereinheit hinterlegten Phasenwinkelbereichen und Figs. 5 - vier verschiedene Anzeigemittel für ein Ortungsgerät .
Figur 1 zeigt als ein Ortungsgerät ausgeführtes Messgerät 2 mit einem Anzeigemittel 4, einem schematisch durch ein vier- teiliges Hochfrequenzantennenelement angedeuteten Hochfrequenzsensor 6, einem ebenfalls nur angedeuteten induktiven Sensor 8 und einer Steuereinheit 10. Der Hochfrequenzsensor 6, der induktive Sensor 8 und die Steuereinheit 10 sind in einem Gehäuse 12 untergebracht, das an seinem dem induktiven Sensor 8 abgewandten Ende einen Handbereich aufweist und im Bereich des induktiven Sensors 8 einen gegenüber dem Handbereich verdickten Sensorbereich. Der Sensorbereich und mit ihm der Hochfrequenzsensor 6 und der induktive Sensor 8 sind so angeordnet, dass außerhalb des Messgeräts 2 ein gegenüber dem Handbereich liegender Messbereich vorgesehen ist, in dem Gegenstände 14, 16 in einer Wand 18 erkannt werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gegenstand 14 ein Kupferrohr und der Gegenstand 16 ein Armierungseisen der aus Spannbeton hergestellten Wand 18.
Figur 2 zeigt die aus Blech ausgeführten Antennenelemente 20 des Hochfrequenzsensors 6 und drei Spulen des induktiven Sensors 8 im vom übrigen Gehäuse 12 abgetrennten Zustand. Die drei Spulen sind eine Sendespule 22, eine Empfängerspule 26 und eine Kompensationsspule 24. Die drei Spulen sind um ein aus einem nichtmetallischen Material, beispielsweise Kunststoff, ausgeführtes inneres Gehäuse 28 geführt, in dessen Innerem die Antennenelemente 20 angeordnet sind. Das innere Ge- häuse 28 ist an einer Leiterplatte 30 befestigt. Untereinander sind die drei Spulen durch Trennplatten 32 voneinander getrennt. Durch Leitungen 34 sind die drei Spulen mit der Steuereinheit 10 bzw. einem Knotenpunkt 36 verbunden, der in Figur 3 dargestellt ist. Wie aus Figur 3 zu sehen ist, sind die Empfängerspule 26 und die Kompensationsspule 24 mit dem Knotenpunkt 36 verbunden, wohingegen die Sendespule 22 mit einem nicht dargestellten Sendemodul der Steuereinheit 10 verbunden ist. Ebenfalls mit dem Knotenpunkt 36 verbunden ist ein Kompensationsmittel 38 zur Durchführung einer elektrischen Kompensation. Zusätzlich ist eine Korrektureinheit 40 mit dem Knotenpunkt 36 verbunden, die zu einer digitalen Kompensation vorgesehen ist und einen vorgeschalteten A/D-Wandler 42 aufweist. Außerdem um- fasst die Steuereinheit 10 eine unscharfe Logik 44 in Form eines Fuzzy-Netzwerks . Mit der unscharfen Logik 44 verbunden sind eine Hochfrequenzauswerteeinheit 46 und ein Eingabemittel 48 zur Eingabe einer Information durch einen Bediener. Ebenfalls mit der unscharfen Logik 44 verbunden ist das An- zeigemittel 4.
Zur Durchführung einer Ortungsmessung wird das Ortungsgerät zunächst einmal so gehalten, dass der Messbereich ausreichend weit von der Wand 18 bzw. zu messenden Gegenständen 14, 16 entfernt ist. Nun kann eine Kalibrationsmessung durchgeführt werden. Diese Messung kann beim Einschalten des Messgeräts 2 von einem Bediener manuell oder automatisch von der Steuereinheit gestartet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird nach dem Einschalten von dem Hochfrequenzsensor 6 nach Gegenständen 14, 16 gesucht. Werden keine Gegenstände erkannt, wird die Kalibrationsmessung von der Steuereinheit 10 gestartet und so lange aufrechterhalten, bis ein Gegenstand 14, 16 von der Steuereinheit 10 in Verbindung mit dem Hochfrequenzsensor 6 erkannt wird. Alternativ kann die Ka- librationsmessung nach dem Einschalten von der Steuereinheit 10 gestartet und so lange aufrechterhalten werden, bis die Steuereinheit 10 in Verbindung mit dem induktiven Sensor 6 einen Gegenstand erkennt. Das Erkennen kann von einem sich zeitlich schnell verändernden Messsignal getriggert werden, das sich schneller als eine voreingestellte Schwellenverände- rung verändert.
Zur Durchführung der Kalibrationsmessung wird von der Steuereinheit 10 bzw. deren Sendeeinheit ein periodisches Wechselfeld als Sendesignal auf die Sendespule 22 gegeben, die hier- durch ein Wechselmagnetfeld erzeugt. Dieses Wechselmagnetfeld erzeugt einen magnetischen Fluss, der sowohl durch die Empfängerspule 26 als auch durch die Kompensationsspule 24 fließt und in diesen beiden Spulen 26, 24 ein Empfängersignal bzw. ein Kompensationssignal in Form einer Spannung indu- ziert, die in ihrer Frequenz gleich sind wie das Wechselfeld der Sendespule 22, jedoch etwas phasenverschoben. Sowohl das Empfängersignal als auch das Kompensationssignal liegen am Knotenpunkt 36 an und werden dort voneinander subtrahiert, so dass sie sich durch ihre fast exakte Gleichphasigkeit im We- sentlichen aufheben.
Die Antennenelemente 20 erzeugen jedoch Inhomogenitäten im Magnetfeld, so dass die magnetische Kompensation des Empfängersignals durch das Kompensationssignal in der Regel nicht vollständig ist und ein unerwünscht großes Differenzsignal übrig bleibt. Um dieses Differenzsignal im Knotenpunkt 36 möglichst weitgehend zu eliminieren, wird vom Kompensationsmittel 38 ein dem Differenzsignal entsprechendes negatives Ausgleichssignal auf den Knotenpunkt 36 gegeben, so dass das Gesamtsignal im Knotenpunkt 36 möglichst verschwindet. Hierzu umfasst das Kompensationsmittel 38 einen Microcontroller, der ein digitales Signal auf einen D/A-Wandler gibt und dieser gibt das Ausgleichssignal in Form einer Ausgleichsspannung aus. Der Microcontroller regelt das Ausgleichssignal während der Kalibrationsmessung kontinuierlich nach, um Temperatur- einflüsse möglichst zu eliminieren. Während der eigentlichen Messung wird nicht nachgeregelt.
Um die Nullung des im Knotenpunkt 36 anliegenden Restsignals bei nicht vorhandenem Gegenstand 14, 16 weiter zu verbessern, wird das Restsignal dem A/D-Wandler 42 zugeführt, dort digitalisiert und in der digitalen Korrektureinheit 40 durch einen durch Software realisierten Synchrongleichrichter gleichgerichtet. Das digitale Signal kann nun mathematisch durch einen variablen Abzug eines Offsets auf null gesetzt werden, indem ein entsprechendes Signal an das Kompensationsmittel 38 gegeben und in der Regelung berücksichtigt wird. Auch dieser Abzug kann während der Kalibrationsmessung dynamisch nachgeregelt werden. Auf diese Weise wird eine sehr gute Kompensation des Messsignals bei Fehlen des zu erkennenden Gegen- Stands 14, 16 auf null erreicht.
Zur Durchführung einer Messung wird nun das Messgerät 2 beispielsweise entlang der Wand 18 geführt, so dass die Gegenstände 14, 16 in den Messbereich gelangen. Hierbei ist das Messgerät so gehalten, dass die Empfängerspule 26 am nächsten zu den Gegenständen 14, 16 angeordnet ist und die Kompensationsspule 24 am weitesten entfernt von den Gegenständen 14, 16 ist. Die Gegenstände 14, 16 werden von der Steuereinheit 10 erkannt und die Kalibrationsmessung wird gestoppt. Die Ge- genstände 14, 16 beeinflussen den magnetischen Fluss in den
Bereichen der Empfängerspule 26 und der Kompensationsspule 24 unterschiedlich, so dass an der digitalen Korrektureinheit 40 neben dem durch den Offset zu beseitigenden Restsignal ein Messsignal anliegt, das einen auswertbaren Phasenwinkel relativ zum Sendesignal aufweist. Das Messsignal wird vom Syn- chrongleichrichter gleichgerichtet, wobei am Ausgang des Synchrongleichrichters der Real- und Imaginärteil des Messsignals anliegt, aus denen der Phasenwinkel abgeleitet werden kann. Der Synchrongleichrichter arbeitet mit dem periodischen gleichgerichteten Signal, wobei die Anzahl der Perioden, über die der Synchrongleichrichter gleichrichtet und integriert, die Auflösung des Messsignals bestimmt. Somit kann durch eine lange Messung und Gleichrichtung des Messsignals eine hohe Auflösung des Real- und Imaginärteils des Messsignals erzielt werden. Aus dem Real- und Imaginärteil wird in der Logik 44 der Phasenwinkel des Messsignals ermittelt.
Um dem Phasenwinkel eine geometrische Information des Gegenstands zuordnen zu können, ist in der Logik ein beispielsweise eindimensionales Datenfeld hinterlegt, das in Figur 4 gra- fisch dargestellt ist. Der Phasenwinkel 50 des Messsignals, der in Figur 4 bei -45° eingezeichnet ist, liegt mittig in einem Phasenwinkelbereich 52, der von -25° bis -65° reicht. Diesem Phasenwinkelbereich 52 ist als geometrische Information ein Rohrquerschnitt zugeordnet, wie in Figur 5 gezeigt ist.
Figur 5 zeigt ein mögliches Anzeigemittel 4a des Messgeräts 2. Auf zwei Kreisen 54 ist der Phasenwinkel 50 anhand zwei von den Mittelpunkten der Kreise 54 ausgehenden geraden Li- nien dargestellt. Hierbei wird der Phasenwinkel 50 durch die Lage der Linien und die Stärke des Messsignals durch die Län- ge der Linien dargestellt. Um schwache Messsignale erkennbarer zu machen, ist die Linie des rechten Kreises 54 zehnfach länger dargestellt. Aus dem in Figur 5 dargestellten Beispiel kann ein Bediener ablesen, dass die Starke des Messsignals recht gering ist und der Phasenwinkel 50 -45° ist. Dem Pha- senwinkelbereich 52 grafisch zugeordnet ist die Bezeichnung Cu und ein Rohrquerschnittssymbol, aus denen der Bediener ersehen kann, dass der mit dem Messsignal korrelierte Gegenstand 14 ein Kupferrohr ist.
In dem in der Logik 44 hinterlegten Datenfeld sind weitere Phasenwinkelbereiche 56, 58, 60, 62, 64 hinterlegt, wobei die Phasenwinkelbereiche 56, 58, 60 - wie aus Figur 5 zu ersehen ist - einem vollen Eisenstab, einem Eisenrohr, und einem Kup- ferstab zugeordnet sind. Diese Zuordnung, die ein Bediener auf der Anzeige 4a einfach ablesen kann, wurde vor der Programmierung der Logik 44 beispielsweise empirisch ermittelt. Die beiden Phasenwinkelbereiche 62, 64 sind keiner geometrischen Information oder Materialinformation zugeordnet. Einem Messsignal in diesen beiden Phasenwinkelbereichen 62, 64 kann keine geometrische Information zugeordnet werden.
Figur 6 zeigt ein aufwendigeres und bedienerfreundlicheres Anzeigemittel 4b mit einer fein auflösenden Anzeige 66, auf der symbolisch ein Abbild 68 des Messgeräts 2 und Abbilder
70, 72, 74 der Wand 18 und der Gegenstände 14, 16 dargestellt sind. Eine Bewegung, mit der das Messgerät 2 entlang der Wand 18 geführt wird, ist anhand eines Pfeils 76 dargestellt. Noch nicht vom Messgerät 2 erfasste Bereiche sind durch eine schraffierte Fläche 78 dargestellt. Dem Bild auf der Anzeige 66 kann der Bediener unmittelbar entnehmen, ob es sich bei den Gegenständen 14, 16 um ein Rohr (Abbild 72) oder um Vollmaterial, beispielsweise ein Armierungseisen (Abbild 74) oder ein Kabel, handelt. Zur Ermöglichung dieser Anzeige wird der Phasenwinkel 50 von der Steuereinheit 10 in die Abbilder 72, 74 umgewandelt, wobei das ebenfalls aus dem Phasenwinkel 50 ermittelte Material auf einem Balken 80 durch zwei Symbole 82, 84 direkt unterhalb der Abbilder 72, 74 angezeigt ist und der Bediener daraus erkennen kann, dass es sich bei dem Gegenstand 14 um ein Kupferrohr und bei dem Gegenstand 16 um einen Eisenstab handelt.
Um auch bei solchen Messungen, bei der der Phasenwinkel 50 nicht eindeutig und mittig innerhalb eines Phasenwinkelbe- reichs 52, 56, 58, 60 liegt, zu einer eindeutigen Zuordnung einer geometrischen Information zum Phasenwinkel 50 zu kommen, ist das Fuzzy-Netzwerk der Logik 44 mit der Hochfrequenzauswerteeinheit 46 und dem Eingabemittel 48 verbunden. Auf diese Weise kann ein Auswerteergebnis aus der Hochfrequenzauswerteeinheit mit dem gemessenen Phasenwinkel 50 im Fuzzy-Netzwerk zu einem eindeutigen Ergebnis einer geometrischen Information verarbeitet werden. Liegt beispielsweise der Phasenwinkel im Bereich um 50° und liegt aus der Hochfrequenzauswerteeinheit das Ergebnis vor, dass es sich bei dem erfassten Gegenstand mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen eisernen Gegenstand handelt, so kann die geometrische Information eines Rohrs ausgegeben werden. Hat jedoch vor oder während der Messung ein Bediener die Information eingegeben, dass keine Rohre vorhanden sind, so wird als geometrische Information der Vollstab, verbunden mit der Information, dass es sich um Kupfer handelt, ausgegeben. Ein weiteres Anzeigemittel 4c, das ein sehr vereinfachtes Messergebnis anzeigt, ist in Figur 7 dargestellt. Wurden beispielsweise zwei Gegenstände in Form eines Kupferrohrs und einer dünnen Kupferstange ermittelt, so wird die geometrische Information weiterverarbeitet und mithilfe von Symbolen 86, 88 ausgegeben, dass es sich um ein Wasserrohr und ein Elekt- rokabel handelt. Mithilfe zweier Pfeile 90, 92 wird die ungefähre Lage der Gegenstände relativ zum Messgerät 2 angezeigt.
Ein weiteres Anzeigemittel 4d weist zehn von der Steuereinheit 10 einzeln ansteuerbare Leuchtfelder 94, 96 auf. Die Leuchtfelder 94 tragen jeweils eine Materialinformation als Aufschrift und die Leuchtfelder 96 tragen symbolhaft eine geometrische Information als Aufschrift. Wird das Messgerät 2 entlang der Wand 18 geführt und wird ein Gegenstand in Richtung eines Pfeils 98 vom Messgerät 2 erkannt, so wird aus dem Phasenwinkel 50 - und gegebenenfalls weiteren Informationen aus der Hochfrequenzauswerteeinheit 46 und dem Eingabemittel 48 - die geometrische Information und das Material des Ge- genstands ermittelt. Wird ein Armierungseisen in einer Betonwand erkannt, leuchten beispielsweise die beiden linken Leuchtfelder 94, 96 und der Pfeil 98 auf. Wird ein Leerrohr mit rundem Querschnitt erkannt, so leuchtet das mittlere Leuchtfeld 96 und das zweite Leuchtfeld 94 von rechts - auf Plastik hinweisend - auf. Bei einem Hohlkörper leuchtet das mittlere Leuchtfeld 94 auf. Wird ein viereckiger Körper in der Wand 18 erkannt, so leuchtet das zweite Leuchtfeld 96 von rechts auf. Wird ein Gegenstand erkannt, bei dem das Material und/oder dessen geometrische Information unklar sind, so leuchtet das rechte Leuchtfeld 94 und/oder das rechte Leuchtfeld 96 auf.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung eines Gegenstands (14, 16), mit einem induktiven Sensor (8), einer Steuereinheit (10) zur Auswertung einer Phaseninformation des induktiven Sensors (8) und einem Anzeigemittel (4, 4a-d) , dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigemittel (4, 4a-d) zur Angabe einer Eigenschaft des Gegenstands (14, 16) ausgebildet ist und die Steuereinheit (10) zur Ansteuerung des Anzeigemittels (4, 4a-d) in Abhängigkeit von der Phaseninformation vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigemittel (4, 4a-d) zur Angabe einer geometrischen Information des Gegenstands (14, 16) ausgebildet ist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Information einem Bediener Aufschluss gibt, ob der Gegenstand (14, 16) ein Hohlkörper oder aus Vollmaterial ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (8) eine Sendespule (22) und ein magnetisches Kompensationsmittel zur Kompensation eines Signals einer Empfängerspule (26) aufweist.
5. Ortungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Kompensationsmittel eine Kompensationsspule (24) aufweist und die Sendespule (22) zwischen der Kompensationsspule (24) und der Empfängerspule (26) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein elektrisches Kompensationsmittel (38) zur Kompensation eines Signals des induktiven Sensors (8) .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kompensationsmittel (38) einen Regelkreis zur Nullregelung des Signals aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zu einer digitalen Korrektur eines Signals des induktiven Sen- sors (8) vorbereitet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phaseninformation einen Phasenwinkel (50) umfasst und in einem Datenfeld der Steuereinheit (10) Phasenwinkelbereiche (52, 56, 58, 60) hinterlegt sind und die Steuereinheit (10) zu einer Ansteuerung des Anzeigemittels (4, 4a-d) in Abhängigkeit davon vorbereitet ist, in welchem Phasenwinkelbereich (52, 56, 58, 60) der Phasenwinkel (50) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zur Verwendung von unscharfer Logik zur Ansteuerung des Anzeigemittels (4, 4a-d) vorbereitet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet durch seine Ausgestaltung als Ortungsgerät zur Bestimmung eines verdeckten Gegenstands und/oder als Materialprüfgerät .
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