專利名稱：解耦金屬管中由于泄漏引起的干擾的方法和電纜定位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測來自目標隱藏(targeted hidden)導(dǎo)管的電磁信號，具體地，涉及解耦來自目標隱藏導(dǎo)管的檢測信號中的干擾信號，該干擾信號是由于鄰近的非目標導(dǎo)管的傳輸信號的泄漏而產(chǎn)生的。
背景技術(shù)：
地下管道和電纜定位器(有時稱作管線定位器)已經(jīng)存在了許多年并且是公知的。管線定位器系統(tǒng)典型地包括移動接收器和發(fā)射器。該發(fā)射器通過直接電連接或者通過感應(yīng)，與目標導(dǎo)管耦合，以在該目標導(dǎo)管上提供電流信號。該接收器檢測并處理在該目標導(dǎo)管處由于該電流信號所產(chǎn)生的電磁場所得到的信號，該電流信號可以是由該發(fā)射器提供給該目標導(dǎo)管的連續(xù)正弦波信號。
該發(fā)射器通常物理上與該接收器分離，典型地具有幾米或者在一些情況下高達數(shù)千米的間距。該發(fā)射器將電流信號耦合到目標導(dǎo)管，該電流信號的頻率可以由用戶從一組可選擇的頻率中選擇。施加于該目標導(dǎo)管的電流信號的頻率可以稱為活動定位頻率(active locatefrequency)。然后該目標導(dǎo)管響應(yīng)該電流信號，產(chǎn)生該活動定位頻率的電磁場。
不同的定位方法和地下環(huán)境可能要求不同的活動頻率?；顒佣ㄎ活l率的典型范圍可以從幾赫茲(用于定位發(fā)射器和接收器之間的間距在數(shù)千米的目標導(dǎo)管)到100kHz或更多。在高于該范圍的環(huán)境中，該接收器所檢測到的電磁場上會出現(xiàn)顯著的無線電頻率干擾。因此，管線定位系統(tǒng)的接收器通常包括高調(diào)諧的濾波器，以便阻止來自外部源的干擾對來自該目標導(dǎo)管的所希望活動定位頻率處的信號的測量的影響?？梢哉{(diào)諧這些濾波器，以便接收在每個可選擇的活動定位頻率處的由電磁場所產(chǎn)生的信號，并且抑制在該活動定位頻率以外的頻率處的由電磁場所產(chǎn)生的信號。
在管線定位系統(tǒng)中，從電磁場的檢測所確定的信號強度參數(shù)提供電流信號(即目標導(dǎo)管中的線路電流)、管線定位器接收器相對于導(dǎo)管中心的位置、該導(dǎo)管距離管線定位器接收器的深度的導(dǎo)出量的基礎(chǔ)，并且還可以用作峰值或零值指示器的輸入(取決于該檢測器所感測的該電磁場的定向)。所有的管線定位系統(tǒng)都測量一個或多個測量通道上的信號強度。
通常在金屬管或電纜密集的地下應(yīng)用環(huán)境中，會出現(xiàn)來自目標導(dǎo)管的活動定位頻率處的信號與其它鄰近的地下導(dǎo)管的耦合。該管線定位系統(tǒng)不是想要跟蹤這些導(dǎo)管(管線)，但是來自目標導(dǎo)管的電流通過各種方式(電阻、電感或電容的)耦合到這些鄰近的導(dǎo)管(稱為“泄漏”)可能導(dǎo)致管線定位器混亂(astray)，從而使得該管線定位系統(tǒng)的操作者終止跟蹤該目標導(dǎo)管(例如，所關(guān)心的管線或電纜)，而開始跟蹤?quán)徑墓芫€。
在傳統(tǒng)的接收器中，幾乎不可能確定該接收器是否在跟蹤該目標導(dǎo)管，或確定該接收器是否在錯誤地跟蹤?quán)徑膶?dǎo)管。在復(fù)雜的地下導(dǎo)管布局中，來自由鄰近導(dǎo)管中的泄漏電流所產(chǎn)生的電磁場的干擾的影響會造成非常不對稱的電磁場，這稱作場失真(distortion)。而且，試圖區(qū)分該目標導(dǎo)管和鄰近導(dǎo)管的常規(guī)系統(tǒng)典型地依賴于來自該發(fā)射器的相位信息的無線或有線傳輸，該發(fā)射器與該管線定位器的接收器的距離會使得接收這種信息是不切實際的。
因此，需要能夠精確地確定來自該目標導(dǎo)管而不是鄰近導(dǎo)管的信號強度參數(shù)的管線定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用信號產(chǎn)生和處理方法，提供作為電感或電容耦合的結(jié)果的信號，該信號產(chǎn)生和處理方法僅將該目標導(dǎo)管(管線或電纜)作為傳輸介質(zhì)，而不依賴于用于該發(fā)射器和接收器的分離通信信道，以便共用相位信息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種管線定位器和管線定位器系統(tǒng)，該管線定位器和管線定位器系統(tǒng)能夠區(qū)分從目標導(dǎo)管接收到的信號和由于鄰近導(dǎo)管的泄漏而接收到的信號。根據(jù)本發(fā)明某些實施例的管線定位器的接收器包括耦合以接收輸入信號并鎖定到輸入信號的載波頻率的第一數(shù)字鎖相環(huán)；耦合以從該第一數(shù)字鎖相環(huán)接收FM信號并鎖定到輸入信號的調(diào)制頻率的第二數(shù)字鎖相環(huán)；以及耦合以接收輸入信號和來自該第二數(shù)字鎖相環(huán)的頻率信號并提供同相信號的正交解調(diào)器。
在本發(fā)明的某些實施例中，管線定位器包括耦合以向目標導(dǎo)管提供電流信號的發(fā)射器，該電流信號包括至少一個載波頻率處的信號，以調(diào)制頻率調(diào)制該信號；和定位器。在某些實施例中，該定位器包括檢測器系統(tǒng)，提供與在該定位器上出現(xiàn)的電磁場相關(guān)的至少一個信號；至少一個接收器，耦合以接收該至少一個信號，該至少一個接收器中的每一個包括鎖定到該至少一個信號中的一個的載波頻率的第一數(shù)字鎖相環(huán)、耦合以從該第一數(shù)字鎖相環(huán)接收FM信號并鎖定到該至少一個信號中的所述一個的調(diào)制頻率的第二數(shù)字鎖相環(huán)、以及耦合以接收該至少一個信號中的所述一個和來自該第二數(shù)字鎖相環(huán)的頻率信號并提供同相信號的正交解調(diào)器；以及耦合以接收該同相信號并向用戶提供信息的顯示器。
根據(jù)本發(fā)明某些實施例的檢測與目標導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的信號而拒絕與鄰近導(dǎo)管的泄漏相關(guān)聯(lián)的信號的方法包括響應(yīng)于電磁場而提供輸入信號；鎖定到該輸入信號的載波頻率并提供FM信號；鎖定到該FM信號的調(diào)制頻率并提供頻率信號；以及將該頻率信號與該輸入信號混頻，以提供同相信號。
根據(jù)本發(fā)明某些實施例的確定目標導(dǎo)管的深度的方法包括在該目標導(dǎo)管上提供電流信號，該電流信號包括載波頻率處的信號，該信號以調(diào)制頻率調(diào)制；確定多個位置處的目標管線的信號強度，該多個位置沿著與該目標導(dǎo)管的敷設(shè)線路基本上垂直的線路布置；以及根據(jù)該多個位置的目標管線的信號強度來確定深度。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，該多個位置中的每一個處的目標管線的信號強度可以通過如下來確定響應(yīng)于該位置的電磁場而提供輸入信號；鎖定到該輸入信號的載波頻率并提供FM信號；鎖定到該FM信號的調(diào)制頻率并提供頻率信號；將該頻率信號與該輸入信號混頻，以提供同相信號；以及根據(jù)該同相信號來確定該目標管線的信號強度。
下面參照附圖進一步討論這些和其它實施例。


圖1A描述了管線定位器系統(tǒng)的應(yīng)用。
圖1B描述了可以在特定導(dǎo)管布局的管線定位期間產(chǎn)生的電子電路的范例。
圖2所示為圖1B中所示電路的簡化等效電路。
圖3A和3B示意性地示出了圖2中所示情況的等效電子電路，并且描述了電流信號。
圖4通過方框圖描述了根據(jù)本發(fā)明的接收器。
圖5描述了可以在根據(jù)本發(fā)明的接收器的實施例中使用的數(shù)字鎖相環(huán)。
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的接收器的另一實施例。
圖7為只具有一個管線或纜線(進入紙張及從紙張出來)的地下定位場景的截面圖。
圖8A和8B描述了管線位置和深度的確定，其中兩個埋藏導(dǎo)管以未知距離分離。
在附圖中，具有相同標記的元件具有相同或類似的功能。附圖中的元件沒有按照比例繪出。
具體實施例方式
圖1A描述了具有管線定位器的管線定位環(huán)境。該管線定位器包括定位器110和發(fā)射器101。定位器110可以包括根據(jù)本發(fā)明的接收器的實施例，或者可以是常規(guī)定位器。在James W.Waite和Johan D.Overby的序列號為10/622376的美國專利申請(‘376申請)“Method and Apparatusfor Digital Detection of Electromagnetic Signal Strength and SignalDirection in Metallic Pipes and Cables”中描述了接收器110的主要數(shù)字實施方式的范例，該申請已經(jīng)轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人，并且其全部內(nèi)容合并在此以作參考。
由操作員116操作定位器110，以定位目標導(dǎo)管104。目標導(dǎo)管104直接與發(fā)射器101耦合。在許多系統(tǒng)中，發(fā)射器101將電流信號耦合到導(dǎo)管104上。如上所述，該電流信號具有處于活動定位頻率的頻率，該活動定位頻率可以是一組標準頻率中之一。如圖1 A中所示，目標導(dǎo)管104可以在地下。發(fā)射器101可以直接在地面上的接線盒處與管線104耦合，或者通過在已知位置處挖掘而與管線104耦合。發(fā)射器101也可以電感地與管線104電子耦合。
接收器110包括檢測器112和顯示器114。檢測器112可以是用于確定電磁場的任何檢測器。例如，檢測器112可以包括在存在時變磁場時提供電子信號的線圈?？梢栽诮邮掌?10中處理電子信號，并且可以在顯示器114上將該處理的結(jié)果通信給操作員116。
檢測器112然后可以檢測由目標導(dǎo)管104中的電流信號產(chǎn)生的磁場118。然而，可以通過電阻耦合、電容耦合或電感耦合，將該相同頻率的電流耦合到鄰近管線126中。鄰近管線126然后可以產(chǎn)生磁場120。因此，由檢測器112提供給定位器110的信號會反映來自目標導(dǎo)管104的磁場118和來自鄰近導(dǎo)管126的磁場120的影響。因此，目標管線104的深度或目標管線104中的電流的計算可能是不精確的。
在Volker Fraedrich和Gerhard Fischer的美國專利No.6411073(‘073專利)“Method and Device for Locating a Metal Line”中討論了去除由于電阻耦合而來自鄰近導(dǎo)管126的干擾，其全部內(nèi)容合并在此以作參考。該‘073專利公開了一種具有由發(fā)射器101產(chǎn)生的FM調(diào)制方法(稱作“信號選擇”)的管線定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許發(fā)射器101和接收器110共用共同的相位參考。接下來，‘376申請描述了在該接收器處測量該信號方向參數(shù)的穩(wěn)健方法，該方法能夠讓操作員檢測當在鄰近導(dǎo)管上出現(xiàn)地面返回路徑信號時的情況。在這些情況下，接收器110向該用戶提供負信號方向指示，指示該測量的場強度是由于來自載有地面返回電流的導(dǎo)管的電阻泄漏，而不是由于目標導(dǎo)管104的磁場118。
通常情況是在相鄰管線之間出現(xiàn)電阻耦合。如果出現(xiàn)電阻耦合，鄰近管線中的感應(yīng)電壓信號與目標導(dǎo)管中出現(xiàn)的電流信號反向(相位相差180°)。這是因為已經(jīng)傳播到鄰近管線的電流在尋找到達管線定位系統(tǒng)的發(fā)射器處的相同接地棒(ground stack)的更容易的(即，低阻抗的)返回路徑。通常，以從發(fā)射器101出去的信號作為正方向，并且以進入發(fā)射器101的信號作為負方向。通過除了信號強度之外還監(jiān)視信號方向，人們可以通過正負方向改變，檢測可能的電阻耦合狀況。
在從管線104到管線126的泄漏是電感或電容泄漏的情況下，該問題有點不同。電感和電容泄漏可以出現(xiàn)在較長的位置(即接收器110與發(fā)射器101分離較遠)，其中目標導(dǎo)管104質(zhì)量良好并且地面與目標導(dǎo)管104的電纜包皮層之間的電阻較高，或者可替換地，活動定位頻率較高(降低了阻抗閾值，其中電容耦合成為問題)。在電容或電感泄漏中，鄰近導(dǎo)管(例如導(dǎo)管126)上的信號經(jīng)歷與耦合的傳輸函數(shù)對應(yīng)的相移。在耦合主要是電感或電容的情況下，該信號與發(fā)射器101所傳輸?shù)碾娏餍盘柈愊?0°。
有時，該泄漏信號(對來自鄰近導(dǎo)管的電磁場的檢測所產(chǎn)生的信號)顯著強于接收器110中通過檢測來自目標導(dǎo)管104的電磁場所產(chǎn)生的信號，并且完全主導(dǎo)著在接收器110處所檢測到的測量場強度。當載有泄漏信號的鄰近電纜(例如圖1A中的導(dǎo)管126)比目標導(dǎo)管淺時，會出現(xiàn)有特殊問題的測量狀況。接收器處的組合信號(例如由檢測磁場118和接收器110的磁場120所產(chǎn)生的信號)具有與由發(fā)射器101施加于目標導(dǎo)管104的電流信號的頻率完全相同的頻率，即活動定位頻率(假定該系統(tǒng)是線性時不變(LTI)系統(tǒng)，從而所觀察到的相位改變只是由于該泄漏耦合本身所引起的)。在某些情況下，由更淺的鄰近導(dǎo)管中的泄漏信號所引起的電磁場可以比目標導(dǎo)管104所產(chǎn)生的電磁場更強，在該情況下，接收器處的測量信號可能與發(fā)射器101傳送給目標導(dǎo)管104的信號產(chǎn)生90°的相移。
在常規(guī)接收器中，在接收器110處不可能知道或確定發(fā)射器101的相位，因為發(fā)射器101通常包括自由運行的振蕩器驅(qū)動器。然而，由定位器110測量的場強度包括來自對目標導(dǎo)管104的電磁場和接地回路的電磁場的檢測的同相信號的影響，其由于電阻泄漏而異相180°，以及由于對電感或電容耦合的管線的電磁場的檢測所導(dǎo)致的正交信號的影響。在具有顯著耦合的復(fù)雜地面應(yīng)用場景中，這些信號的凈(net)幅度可以導(dǎo)致非同心磁場，即通常稱為場失真的效果。
某些現(xiàn)有技術(shù)的管線定位系統(tǒng)通過將活動定位頻率降低到足夠低的值以避免泄漏，而避免由電感或電容泄漏所產(chǎn)生的顯著的場失真。然而，對于超過數(shù)千米的長遠位置，活動頻率通常需要降低到大約10赫茲，以避免顯著的泄漏。在美國專利No.5798644和No.6127827中描述了這種系統(tǒng)的范例。
其它系統(tǒng)通過比較從各個檢測器線圈配置得出的場強度信號來檢測場失真的存在。一旦檢測到，可以使用一些技術(shù)來針對該失真調(diào)節(jié)目標導(dǎo)管的定位位置。在美國專利No.6215888中提出了一種標準的峰值和零值線圈配置，通過其可以將測量的場強度與在數(shù)據(jù)庫中存儲的場強度的模型比較。然后通過利用所選擇的場強度的模型來推斷得到最可能導(dǎo)致所測量的場強度的地下電纜布局，就可以得到更精確的目標管線定位。在Russel Bigelow的美國專利申請No.10/189342(‘342申請)中描述了另一種方法，該申請轉(zhuǎn)讓給了Metrotech公司，并且其全部內(nèi)容合并在此以作參考。該‘342申請參照數(shù)值方式來比較來自三個或多個線圈的信號強度測量與未失真場可能產(chǎn)生的信號。用于解決場失真的其它方式使用位置測量方法來映射地面上的磁場和檢測非同心場，非同心場是失真的良好指示。在Gordon Pacey的美國專利申請No.10/407705“Buried Line Locator with Integral Position Sensing”中描述了一種包括慣性位置跟蹤裝置的管線定位器，該申請轉(zhuǎn)讓給了Metrotech公司，并且其全部內(nèi)容合并在此以作參考。
在這些以前的系統(tǒng)中，從定位器110處的電磁場檢測的測量場強度參數(shù)可以是輻射的目標導(dǎo)管以及其它鄰近耦合的導(dǎo)管的組合。當存在這種耦合時，所存在的失真度就是該目標導(dǎo)管定位的整體質(zhì)量中的主要因素。在電阻耦合的情況下，美國專利No.6411073和‘376申請教導(dǎo)了信號方向參數(shù)可以用于區(qū)分目標導(dǎo)管和并行耦合的導(dǎo)管中存在的接地返回電流。從對該發(fā)射器所傳遞的信號進行信號選擇調(diào)制得出接收器的信號的方向，于是就可以在該接收器得到共同的相位參考。
在美國專利No.5194812(‘812專利)中所描述的方法通過將該定位信號從發(fā)射器無線(或地面上的有線方式)傳輸?shù)浇邮掌鱽韺崿F(xiàn)噪聲降低。只要該無線鏈路是穩(wěn)健并且其本身不經(jīng)過未知相位滯后，就可以在接收器得到相位參考。使用其后面有低通濾波器的模擬混頻器，就可以在該接收器處實現(xiàn)同步信號檢測，導(dǎo)致噪聲降低。該‘812專利沒有討論解耦由于與其它鄰近管線的電感或電容耦合所產(chǎn)生的失真。而且，該信號相位參考傳輸?shù)姆椒ㄒ子诎l(fā)生信號阻塞(blockage)并且具有有限的范圍，其能力限制用于長范圍的管線定位。發(fā)射器與接收器之間通過類似于GPS的共享時基的時間同步(此后稱為相位參考同步)也受到傳輸路徑問題的限制。
根據(jù)本發(fā)明，所提供的定位器110包括接收器，所述接收器將對接收器110處的電磁場的檢測所產(chǎn)生的信號劃分成同相信號和正交信號。于是，由施加于目標導(dǎo)管的電流信號以及電阻耦合的泄漏所產(chǎn)生的信號就與由電感或電容泄漏所產(chǎn)生的信號區(qū)分開。本發(fā)明的實施例將與信號選擇(如‘376申請中所述的)解調(diào)相關(guān)聯(lián)的接收器處理進行擴展，以能夠清楚地分離(來自該目標導(dǎo)管和接地返回路徑信號的)電阻耦合信號與電感或電容耦合所產(chǎn)生的不想要(產(chǎn)生失真)的信號。
最常見的耦合形式是電阻，對于電阻耦合，在位置的整個長度上平行于目標管線布置的導(dǎo)管中的接地返回電流是最典型的。這是城市情況中的共同問題。通過其它電纜(或大地)返回的流經(jīng)電纜的電流產(chǎn)生磁場，通過接收器110的線圈天線使用相反極性來感測該磁場。在長電纜上，例如在大約50英里或更長的電纜上，非目標導(dǎo)管不大可能在整個路線上都平行地布置，因此其設(shè)施由于便利的(即低阻抗的)接地返回路徑而受到限制。更可能的是，在接近起點和終點處，有些電纜的走向有一段是相同的，但是在敷設(shè)路線的大部分上，其它電纜應(yīng)該只是有限共同定位長度的局部相鄰。這就表明，耦合主要都是電感的。作為第三種可能性的電容耦合可以在干燥并且低接地傳導(dǎo)率的區(qū)域中起到作用。如果電纜敷設(shè)路線的大部分上的耦合是電感的，那么就會有大約90°的相位差，因為電感耦合是通過互感應(yīng)的弱耦合(loose coupling)。對于電容耦合，耦合電路中的相位將會是-90°。
在許多常規(guī)電纜定位器的接收器中，所提取的信號相位并沒有用作耦合類型的度量，因為還沒有得到關(guān)于發(fā)射器相位的固定相位參考。‘376申請?zhí)岬搅饲短?雙)數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)的研制，從而可以在接收器處精確地恢復(fù)信號選擇相位參考。這里所描述的本發(fā)明的某些實施例利用類似的方式來恢復(fù)發(fā)射器101所應(yīng)用的穩(wěn)定FM調(diào)制頻率的穩(wěn)定版本，使得使用該FM調(diào)制頻率信號作為正交解調(diào)器的混頻器輸入。該正交解調(diào)的同相信號包括所有電阻耦合的(0°和180°)信號，并且該解調(diào)的正交信號表示實際電感和電容耦合(+/-90°)。另外，將該同相信號的符號作為信號方向，表示電阻耦合信號的實際方向，如在‘376申請中所述的。
在本發(fā)明的某些實施例中，可以通過平均和/或低通濾波進一步增強在定位器110對該信號選擇調(diào)制定位信號的處理，從而能夠穩(wěn)定地估計目標管線場強度(基本上清除了由于電感或電容耦合管線的所有影響)、總場強度(包括由于所有耦合管線所產(chǎn)生的場)、以及信號方向。在一些這種實施例中，并非必須直接比較不同頻率的兩個信號之間的相位來估計該信號方向。這是一個重要的結(jié)果，因為數(shù)字系統(tǒng)中的相位比較的精度部分地受到信號處理中過采樣的程度的驅(qū)動。通過平均的參數(shù)估計比采樣值的比較更加穩(wěn)健，并且該系統(tǒng)可以穩(wěn)定地工作于接近尼奎斯特速率的采樣速率(不是過采樣)。
在某些實施例中，可以在顯示器114上，通過作為該目標管線上的側(cè)向位置x的函數(shù)圖，將該場強度值提供給用戶116，其中x是垂直于電纜的坐標?？倛鰪姸扰c目標管道場強度之間具有較大差異的區(qū)域表示一個耦合管線或多個管線的影響。當通過卷尺測量、激光測距、慣性感測、GPS導(dǎo)航、或其它測量方法可靠地得到坐標x時，可以將有效清除了耦合管線影響的目標管線場強度用來精確地對地下導(dǎo)管的坐標(x位置和深度)做三角測量或向量測量。
本發(fā)明的某些實施例便于使用非線性優(yōu)化方法，以根據(jù)目標管線場強度來同時估計深度、位置和目標管線104中流動的電流。在存在由于電感或電容耦合所產(chǎn)生的磁場失真時這些估計更加可靠，因為目標管線場強度更接近地符合環(huán)繞目標導(dǎo)管104的同心場的物理模型。
當進一步確認耦合管線的存在而因此失真的存在時，在某些實施例中，可以通過發(fā)射器101在目標導(dǎo)管104上放置兩個或多個活動信號選擇調(diào)制頻率(一個更低，一個更高)。對于管線耦合，阻抗隨著頻率的增加而降低，于是在更高頻率處總場強度與目標場強度之間的差異會更大。這里所描述的本發(fā)明的某些實施例利用高效發(fā)射器算法，以在目標導(dǎo)管上產(chǎn)生多個同時信號選擇調(diào)制的頻率。為了支持兩個或多個頻率處場失真度的比較，擴展接收器的信號處理，以實施多個并行的信號選擇調(diào)制算法。
圖1B描述了一種管線定位場景，其包括從發(fā)射器101到接線盒的前向電流、從該接線盒回到該發(fā)射器接地棒的反向接地返回電流、以及鄰近管線106上的感應(yīng)電流。圖1B中所述的導(dǎo)管布局示出了目標導(dǎo)管104和鄰近導(dǎo)管106。圖1B也描述了與目標導(dǎo)管104電耦合的直接連接發(fā)射器101。
使用直接連接發(fā)射器101的管線定位利用與目標導(dǎo)管104(也稱為目標管線)的電流(galvanic)連接，諸如圖1B中所述。通常在管線的終端存在通過接線或連接盒102對目標導(dǎo)管104的接入，從而該目標導(dǎo)管104的遠端(即與發(fā)射器101相對的末端)可以與大地107連接。在通信電纜的情況下，例如可以通過將該遠端的銅線或光纖電纜周圍的金屬外皮接地，實現(xiàn)有效的管線跟蹤，從而通過路徑104和107的組合產(chǎn)生如圖所示的閉環(huán)AC電路。
發(fā)射器101在目標管線101中產(chǎn)生電流信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該電流信號包括一個或多個在載波信號上調(diào)制的信號。在某些實施例中，發(fā)射器101產(chǎn)生的電流信號可以包括多于一個載波頻率處的信號，從而可以更清楚地區(qū)分與耦合的相鄰導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的可能與頻率有關(guān)的影響。
在典型的定位場景中，地下可能存在與目標管線104相鄰的其它管線。根據(jù)該物理布局，這些管線也可以形成AC電路的一部分，該AC電路載有來自發(fā)射器101的直接或耦合的電流。如圖1B中所示，通過接線盒102處的共用接地連接，管線105可以與目標導(dǎo)管104電耦合。如這里所述，導(dǎo)管105與目標導(dǎo)管104電阻耦合，即通過目標導(dǎo)管104的電流使用管線103作為到發(fā)射器101的更低阻抗的接地返回路徑。
導(dǎo)管106中流經(jīng)的另一電流也是發(fā)射器101所產(chǎn)生信號的結(jié)果。該電流通過從目標管線104到導(dǎo)管106的電感或電容耦合，被耦合到導(dǎo)管106中。實際上，通過弱耦合的接地108，建立了分離的電流環(huán)路，使得耦合的導(dǎo)管105中該信號的感測仍然是正的，即與目標導(dǎo)管方向相同。
測量區(qū)域103中信號強度的管線定位器因此看到由于從導(dǎo)管104、105和106發(fā)出的磁場所導(dǎo)致的信號的組合。這些信號之和是一個失真場，因為其不再同心環(huán)繞該目標導(dǎo)管104的軸，如果只有目標管線104載有定位頻率的電流信號則其是同心的。某些定位器已經(jīng)能夠?qū)⒎捶较蛐盘?05與目標導(dǎo)管104上的正向信號區(qū)分。本發(fā)明的實施例也可以明確地識別導(dǎo)管106上存在的耦合信號。
圖2示出了圖1B中所示電路的簡化等效電路。特別地，圖2描述了互感應(yīng)如何在耦合管線106中產(chǎn)生AC電流。如圖2中所示，該接地路徑也是弱耦合的。圖2是該情況的簡化示意，其僅示出了載有電流Ii的該耦合導(dǎo)管106和載有電流Ig的目標導(dǎo)管104(用于電流(galvanic)的、或直接耦合的電流)。發(fā)射器101在該示意圖中表示為信號發(fā)生器。
圖3A是將該問題進一步簡化的等效電子示意圖，環(huán)路104和105通過互感301耦合在一起。已知的是，在電感耦合的情況下，感應(yīng)電流II比主環(huán)路中的電流Ig滯后90°，如圖3B中所圖示。
注意，如果導(dǎo)管104和106之間的耦合是電感而不是電容的，情況非常相似。然而在這種情況下，鄰近導(dǎo)管106中的電流會比主環(huán)路目標導(dǎo)管104中的電流超前90°。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過發(fā)射器101應(yīng)用于目標導(dǎo)管104(附圖1)的電流信號包括載波頻率，載波頻率是上述活動管線定位頻率。此外，可以將FM調(diào)制頻率疊加到該電流信號上。在某些實施例中，該FM調(diào)制頻率是該載波頻率的整數(shù)倍。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明實施例的接收器410的方框圖。如上面所討論，接收器410被包括在定位器110中。接收器410包括檢測器409，檢測器409檢測電磁場的強度并提供一個或多個輸入信號401。在某些實施例中，檢測器409可以包括磁場檢測器以及濾波器和數(shù)字化器。在某些實施例中，定位器410可以包括具有檢測器409的多個單獨的接收器410，其中檢測器409用于檢測在特定方向上分布的電磁場的磁場。接收器410首先鎖定到數(shù)字鎖相環(huán)DPLL 402中的載波頻率上，即活動定位頻率，然后鎖定到DPLL 404中的FM調(diào)制頻率上，以提供基本上不受鄰近導(dǎo)管的電感或電容泄漏影響的信號(目標管線強度)。
然后在接收器410中，處理過程首先從該載波信號中解調(diào)信號選擇FM信號，然后通過所檢測的參考相位來解調(diào)原始輸入信號。然后首先在載波DPLL 402中接收到輸入信號401。將來自DPLL 402的輸出信號耦合到FM解調(diào)DPLL 404中。因此DPLL 402和404首先鎖定到載波頻率，并接著鎖定到FM調(diào)制頻率，F(xiàn)M調(diào)制頻率是DPLL 402的操作所產(chǎn)生的誤差項。在某些實施例中，可以在DPLL 402與DPLL 404之間提供下采樣器(downsampler)403，以提高處理效率，因為FM調(diào)制頻率可能是載波頻率的分數(shù)倍。在‘376申請中進一步討論了載波DPLL 402、下采樣器403以及FM解調(diào)DPLL 404的某些實施例。
將來自DPLL 404的輸出信號耦合到正交解調(diào)器406中，在正交解調(diào)器406中該輸出信號用于解調(diào)輸入信號401。從正交解調(diào)器406得到的輸出信號包括同相信號408，其是目標管線的信號強度；以及正交信號407，其是電容或電容泄漏管線的信號強度。在某些實施例中，也可以包括正交上采樣器405，使得可以調(diào)節(jié)同相信號408和正交信號407的采樣速率。可以進一步處理接收器410中所產(chǎn)生的信號，用于顯示給用戶116和顯示器114。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明實施例的載波DPLL 402的實施例。載波DPLL 402包括混頻器501，混頻器501將信號輸入401與數(shù)控振蕩器(NCO)503所產(chǎn)生的周期函數(shù)混頻。接收來自混頻器501的復(fù)合輸出信號的反正切函數(shù)502產(chǎn)生相位誤差信號504。簡單地用輸入信號的實數(shù)項除以虛數(shù)項也可以形成該相位誤差的簡單估計，因為反正切函數(shù)502在零點附近近似是線性的。將來自反正切函數(shù)502的相位誤差信號504輸入到NCO 503，NCO 503調(diào)節(jié)輸出到混頻器501的周期函數(shù)的相位和頻率，并且也可以輸出針對相位和頻率的值。在某些實施例中，NCO 503可以使用二階環(huán)路等式來控制到混頻器501的反饋，從而使得DPLL 402能夠逐漸地會聚到鎖定狀態(tài)。在鎖定狀態(tài)時，信號505表示信號輸入401與頻率Fc處的平均載波之間的差，并且作為FM信號的表示，轉(zhuǎn)發(fā)到FM DPLL 404。
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的接收器410的另一實施例。如圖所示，輸入信號401輸入到正交解調(diào)器406和載波DPLL 402。如已經(jīng)參照圖5所描述的，載波DPLL 402包括混頻器501、反正切函數(shù)502和NCO 503。將來自載波DPLL 402的FM信號輸入到FM DPLL 404。再次在如圖5中所示的DPLL 402中，F(xiàn)M DPLL 404包括混頻器611、反正切函數(shù)612以及數(shù)控振蕩器613。如圖6中所示，混頻器611接收來自DPLL 402的FM信號，并且混頻從數(shù)控振蕩器613輸出的FM調(diào)制信號。數(shù)控振蕩器(NCO)613根據(jù)反正切函數(shù)612所產(chǎn)生的FM相位誤差信號，來調(diào)節(jié)混頻器611中所混頻的周期函數(shù)的頻率和相位。在某些實施例中，NCO613可以使用二階環(huán)路等式來控制到混頻器611的反饋，從而使得DPLL404能夠逐漸地會聚到鎖定狀態(tài)。輸入到DPLL 404的混頻器611中的周期反饋函數(shù)也輸入到正交解調(diào)器406。
在某些實施例中，也可以將從DPLL 402輸出的復(fù)合FM信號的幅度601輸入到濾波器602，以提供總信號強度信號603。總信號強度信號603包括來自目標導(dǎo)管104、諸如圖1B中所示導(dǎo)管105的電阻耦合的鄰近導(dǎo)管、以及諸如圖1B中所示導(dǎo)管106的電感耦合的鄰近導(dǎo)管的影響。
如圖6中所示，正交解調(diào)器包括混頻器614、同相濾波器616以及正交濾波器615?；祛l器614將輸入信號401與DPLL 404所產(chǎn)生的正弦函數(shù)混頻。因此，混頻器614的輸出信號就是具有實數(shù)和虛數(shù)部分的DC信號。該實數(shù)、或同相部分是從目標導(dǎo)管104或者從與目標導(dǎo)管104電阻耦合的導(dǎo)管所產(chǎn)生的信號的結(jié)果。因此，同相濾波器616分離開從混頻器614輸出的信號的實數(shù)部分。同相濾波器616的輸出信號可以輸入到濾波器604。濾波器604的輸出信號表示來自目標導(dǎo)管104以及來自可能與目標導(dǎo)管104電阻耦合的導(dǎo)管的信號強度。濾波器604的輸出信號的符號表示信號方向，如在‘136申請中所討論的?？梢栽诜柨?05中確定該符號，以提供信號的方向信號。
可以在正交濾波器615中分離混頻器614的輸出信號的正交部分并在濾波器617中對其濾波。濾波器617的輸出信號提供由于從與目標導(dǎo)管104電感或電容耦合的鄰近導(dǎo)管所檢測到的信號所產(chǎn)生的信號強度。
因此，將所檢測的正交FM信號與輸入信號401正交混頻就能夠?qū)碜阅繕藢?dǎo)管104以及可能與目標導(dǎo)管104電阻耦合的那些導(dǎo)管的影響與由于與目標導(dǎo)管104電感或電容耦合的導(dǎo)管的信號的影響分離開。如圖4中所示，在某些實施例中可以包括正交上采樣器405，以使采樣頻率返回到輸入信號401的頻率。
如圖6中所述，通過DPLL 402和404的組合恢復(fù)載波頻率與FM信號之間由發(fā)射器101建立的相位參考，并且這可以用來解耦泄漏信號強度與由于目標管線104和其它電阻耦合元件的信號強度。正交解調(diào)器非常適合該任務(wù)，其表示復(fù)合正弦的乘積，并且導(dǎo)致將輸入信號分解成為其實數(shù)和虛數(shù)部分。該虛數(shù)部分對應(yīng)于關(guān)于該實數(shù)部分異相90°的電感或電容耦合信號。該實數(shù)部分表示從目標導(dǎo)管以及載有反方向返回電流的那些導(dǎo)管發(fā)出的電阻耦合信號。
圖6中所示的接收器610的實施例表示信號處理系統(tǒng)的實施例，該信號處理系統(tǒng)同時計算總信號強度603、目標管線的信號強度606(正交解調(diào)器406的實數(shù)部分)以及信號方向。某些實施例可以不包括確定非電阻泄漏信號強度的確定，因為接收器610的主要目的可能是提供除去失真的信號強度估計606，因此可以用作無偏差深度和電流測量的基礎(chǔ)。從濾波器604輸出的目標管線強度信號的符號是輸入信號401的電阻耦合分量的信號方向，其用來確定是否從發(fā)射器發(fā)出目標信號，或者確定接地返回電流，諸如管線105上存在的電流。在這種布局中，該信號方向被濾波并因此表示真實平均，這不同于需要參考載波信號與調(diào)制信號之間的相位比較的多數(shù)常規(guī)方法。濾波器602、604和605可以具有低通特性，并且可以被設(shè)計用來衰減通過顯示裝置114(圖1A)提供給用戶的信號強度值。
總信號強度測量603就是管線定位系統(tǒng)通常所提供的。如通常在現(xiàn)有技術(shù)中所提到的，信號603中所存在的信號失真可以導(dǎo)致目標管線深度和位置的偏差估計。在某些實施例中，可以通過比較從濾波器604輸出的目標管線信號的強度信號與從濾波器602輸出的總信號強度信號來確定場失真的相對量。當總信號強度信號603與從濾波器604輸出的目標管線的信號強度基本上相等時，就可以說該測量沒有失真。
由于來自濾波器604的目標管線信號的強度信號表示除去了由于電感或電容耦合所產(chǎn)生信號泄漏的影響的目標管線104的場強度，就有可能使用優(yōu)化算法來計算目標導(dǎo)管104的無偏差深度和目標導(dǎo)管104中的電流，而基本上沒有會聚到局部最小值的危險，如果在計算中使用了失真的總信號強度信號603，就可能會聚到局部最小值。可以將在接收器610中所產(chǎn)生的上述信號輸入到顯示器620。顯示器620可以包括處理器622和用戶接口624。例如，處理器622可以根據(jù)信號方向和目標管線信號的強度信號來計算各種參數(shù)和結(jié)果。用戶接口624則可以將結(jié)果顯示給用戶116。
例如，圖7描述了用于確定目標導(dǎo)管104的深度的幾何圖。使用目標管線104上流出紙面的電流Ig，用戶建立任意參考位置701，并且沿方向702垂直跨過該管線。有三點是未知的電流Ig、中心線位置xl以及深度z。當用戶跨過管線的時候，例如由顯示器620中的處理器622自動收集幾個到多個來自濾波器604的目標管線信號的強度信號的獨立測量。在圖7中，由沿著地表面的實線標記這些測量的x位置，并且顯然對于信號處理領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員而言，這些測量之間的x增量可以任意小，并且只受到有效指令周期的限制。
假定長的線性目標導(dǎo)管104，那么通過下面的等式給出無失真信號的信號強度幅度hn:=1[2·π·(xn-xl)2+z2]·(cos(atan(xn-xlz)))]]>(等式1)其中Ig是電纜中未知電流的幅度，其對于所有測量hn而言都是恒定的。注意，對于圓柱形場而言，hn與從測量點到電纜的半徑成反比(如在xn＝xl時在等式中所示)。只有x方向上(已知x間隔)沿著地面的系列幅度測量是已知的。為了簡明，雖然在某些實施例中可以擴展該分析，使得可以在一組任意x、y和z位置處進行場強度測量(其中y是電纜的方向)，但是我們可以假定坐標x垂直于電纜軸線。在某些實施例中，可以通過包括在定位器110中的位置確定系統(tǒng)來確定該x、y和z位置。
圖8A描述了以未知距離分離的兩個埋藏電纜104和106。實線表示電阻耦合的目標導(dǎo)管中的動電電流。虛線表示并行管線中的感應(yīng)電流，并行管線可以處于不同深度的地下。圖8A也示出了實施例的手持定位器110中的關(guān)鍵測量傳感器，其能夠自動產(chǎn)生圖8B中所示x向量修正的場強度圖。
圖8B示出了根據(jù)泄漏解耦方法得到的場強度幅度(點線)以及同相(虛線)和正交(實線)分量輸出。該場強度幅度由來自目標導(dǎo)管以及載有由于互感所產(chǎn)生的電流的并行導(dǎo)管的信號組成。如果該信號強度幅度用來對目標管線的深度和位置進行向量測量，就會產(chǎn)生估計誤差。
如圖8A中所示，具有根據(jù)本發(fā)明的接收器410的手持管線定位器110與顯示器620耦合，顯示器620可以包括處理器622和用戶接口624，以顯示總場強度，用戶通過總場強度可以推導(dǎo)出目標導(dǎo)管104在大致坐標中的位置。然而，該總場強度信號由于存在導(dǎo)管106而產(chǎn)生失真，導(dǎo)管106載有由于電感泄漏而產(chǎn)生的與導(dǎo)管104方向相同的電流Ii。管線104和106以未知距離Δx分離。在圖6中所示的信號處理接收器410中實施的泄漏解耦方法能夠分離從導(dǎo)管104和106發(fā)出的信號(并且由參考線圈804測量)，因此能夠改進目標導(dǎo)管104的位置估計。
除了通過其可以推導(dǎo)出檢測器409中的輸入信號401的參考線圈804之外，定位器接收器110可以包括3軸慣性位置跟蹤系統(tǒng)802、電子地磁羅盤803以及導(dǎo)向線圈805。使用每一個都可以提供小間隔x測量的這些裝置，就可以將在大致橫向方向上管線的行走跨越轉(zhuǎn)換為沿著以距離單元校準的管線的精確垂直跨越。地磁羅盤803通常提供用戶應(yīng)該跟隨的指引，并且用來使行走路線修正回到直線路徑。慣性位置(在跟蹤802中通過3軸加速度的積分而得到)使得系統(tǒng)處理器能夠計算沿著路徑的絕對距離(在3d空間中)。在長線性導(dǎo)管的同心場中，當行走路線精確垂直時，導(dǎo)向線圈將具有零響應(yīng)。于是，所測量的導(dǎo)向線圈的場強度可以用來將行走路徑修正為垂直跨越目標導(dǎo)管或電纜。
顯然可以有將測量位置修正為跨越目標電纜的垂直路徑的其它類似方法，其中使用激光測距器、雷達或超聲波位置測量裝置、以及簡單的測量工具，例如滾輪測量或卷尺測量。
通過這種方式，在“行走定位”期間可以修正參考線圈804的位置，以能夠提供如圖8B中所示的場強度。沿著橫坐標x的位置表示跨過該管線的垂直距離，具有任意起點位置Xref。軌跡808是從記錄的一組信號603推導(dǎo)出的信號強度的整體幅度。軌跡809表示從正交解調(diào)器的同相輸出得到的基本上沒有失真的信號，其從記錄的一組信號606推導(dǎo)出。軌跡809是負的，因為通常正方向y表示目標管線方向，而在圖8A中所提供的范例中，電流沿負y方向上流動。在x軸上的每一測量點處，將正交解調(diào)器406的濾波同相輸出605的符號作為信號方向。為了比較，軌跡807是濾波的正交輸出，作為橫跨位置在管線上的函數(shù)。然后，軌跡807表示從耦合導(dǎo)管106發(fā)出的信號，其關(guān)于來自目標管線104的信號異相90°。
針對z、xl和Ig的聯(lián)立解是一個非線性最小均方問題。該解的一個實施例使用優(yōu)化算法，例如使用Levenberg-Marquardt算法，并且將數(shù)據(jù)同時擬合到三維(未知的xl、z和I)。根據(jù)粗略的場信息推導(dǎo)出所有三個量的初始條件。Levenberg-Marquardt算法使用多次迭代來使量|hn-hn’|的平方和最小化，其中hn’是信號強度沿著x軸的測量值。
如果該組信號強度結(jié)果808(表示來自兩個導(dǎo)管的總場強度)作為等式1中的測量值hn’，將會出現(xiàn)偏差結(jié)果，如中心線誤差810所示。更差的一種表現(xiàn)是，優(yōu)化可能由于存在耦合導(dǎo)管而在1/r場中產(chǎn)生失真，會聚到錯誤的一組值。但是當目標管線場強度結(jié)果組809形成優(yōu)化程序的輸入時，可以得到針對xl、z和Ig的性能良好的聯(lián)立解，并且其可以具有良好的會聚屬性。在這種情況下，在中心管線或深度位置中沒有引入偏差。
這里所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的范例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從這里所公開的本發(fā)明的說明書和實際應(yīng)用中，可以明白在該說明書的精神和范圍內(nèi)的本發(fā)明的其它實施例。該說明書和范例僅用作范例考慮，而沒有限制性。因此本發(fā)明的范圍僅僅通過所附的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于管線定位器的接收器，包括第一數(shù)字鎖相環(huán)，耦合以接收輸入信號，并鎖定到該輸入信號的載波頻率；第二數(shù)字鎖相環(huán)，耦合以從該第一數(shù)字鎖相環(huán)接收FM信號并鎖定到該輸入信號的調(diào)制頻率；以及正交解調(diào)器，耦合以接收該輸入信號和來自該第二數(shù)字鎖相環(huán)的頻率信號，并提供同相信號。
2.如權(quán)利要求1所述的接收器，其中該第一數(shù)字鎖相環(huán)包括混頻器，將該輸入信號與具有與該載波頻率相關(guān)的頻率和相位的周期反饋函數(shù)混頻，并提供混頻信號；反正切函數(shù)，耦合以接收該混頻信號并提供該相位誤差信號；以及數(shù)控振蕩器，耦合以響應(yīng)于該相位誤差信號而提供該周期反饋函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的接收器，其中響應(yīng)于該混頻信號的幅度而提供總信號強度信號。
4.如權(quán)利要求2所述的接收器，其中該第二數(shù)字鎖相環(huán)包括第二混頻器，將該FM信號與具有與該調(diào)制頻率相關(guān)的頻率和相位的第二周期反饋函數(shù)混頻，并提供第二混頻信號；第二反正切函數(shù)，耦合以接收該第二混頻信號并提供第二相位誤差信號；以及數(shù)控振蕩器，耦合以接收該第二相位誤差信號，并響應(yīng)于該第二相位誤差信號而提供該頻率信號。
5.如權(quán)利要求4所述的接收器，其中該正交解調(diào)器包括第三混頻器，耦合以將該輸入信號與該頻率信號混頻；以及實數(shù)濾波器，耦合以接收來自該第三混頻器的信號，并提供目標管線信號的強度信號。
6.如權(quán)利要求5所述的接收器，其中根據(jù)該目標管線信號的強度信號的符號來確定信號的方向信號。
7.如權(quán)利要求5所述的接收器，還包括正交濾波器，耦合以接收來自該第三混頻器的信號，并提供非電阻泄漏信號的強度信號。
8.如權(quán)利要求1所述的接收器，還包括耦合在該第一數(shù)字鎖相環(huán)與該第二數(shù)字鎖相環(huán)之間的下采樣器。
9.如權(quán)利要求1所述的接收器，還包括耦合在該第二數(shù)字鎖相環(huán)與該正交解調(diào)器之間的正交上采樣器。
10.如權(quán)利要求1所述的接收器，其中從該同相信號中推導(dǎo)出來自目標導(dǎo)管的信號強度。
11.一種定位器，包括檢測器系統(tǒng)，提供與該定位器處存在的電磁場相關(guān)的至少一個信號；至少一個接收器，耦合以接收該至少一個信號，該至少一個接收器中的每一個都包括第一數(shù)字鎖相環(huán)，鎖定到該至少一個信號中的一個的載波頻率；第二數(shù)字鎖相環(huán)，耦合以從該第一數(shù)字鎖相環(huán)接收FM信號并鎖定到該至少一個信號中的所述一個的調(diào)制頻率；以及正交解調(diào)器，耦合以接收該至少一個信號中的所述一個和來自該第二數(shù)字鎖相環(huán)的頻率信號，并提供同相信號；以及顯示器，耦合以接收該同相信號并向用戶提供用戶信息。
12.如權(quán)利要求11所述的定位器，其中該檢測器系統(tǒng)包括一個或多個檢測器，感測該電磁場的磁場；以及一個或多個數(shù)字化器，將來自該一個或多個檢測器所提供的信號的該至少一個信號數(shù)字化。
13.如權(quán)利要求11所述的定位器，其中該第一數(shù)字鎖相環(huán)包括混頻器，將該至少一個信號中的所述一個與具有與該載波頻率相關(guān)的頻率和相位的周期反饋函數(shù)混頻，并提供混頻信號；反正切函數(shù)，耦合以接收該混頻信號并提供該相位誤差信號；以及數(shù)控振蕩器，耦合以響應(yīng)于該相位誤差信號而提供該周期反饋函數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的定位器，其中響應(yīng)于該復(fù)合FM信號的幅度而提供總信號強度信號。
15.如權(quán)利要求13所述的定位器，其中該第二數(shù)字鎖相環(huán)包括第二混頻器，將該FM信號與具有與該調(diào)制頻率相關(guān)的頻率和相位的第二周期反饋函數(shù)混頻，并提供第二混頻信號；第二反正切函數(shù)，耦合以接收該第二混頻信號并提供該頻率信號；以及數(shù)控振蕩器，耦合以接收該第二相位誤差信號，并響應(yīng)于該第二相位誤差信號而提供該頻率信號。
16.如權(quán)利要求15所述的定位器，其中該正交解調(diào)器包括第三混頻器，耦合以將該至少一個信號中的所述一個與該頻率信號混頻；以及實數(shù)濾波器，耦合以接收來自該第三混頻器的信號，并提供目標管線信號的強度信號。
17.如權(quán)利要求16所述的定位器，其中根據(jù)該目標管線信號的強度信號的符號來確定信號的方向信號。
18.如權(quán)利要求16所述的定位器，還包括正交濾波器，耦合以接收來自該第三混頻器的信號，并提供非電阻泄漏信號的強度信號。
19.如權(quán)利要求11所述的定位器，還包括耦合在該第一數(shù)字鎖相環(huán)與該第二數(shù)字鎖相環(huán)之間的下采樣器。
20.如權(quán)利要求11所述的定位器，還包括耦合在該第二數(shù)字鎖相環(huán)與該正交解調(diào)器之間的正交上采樣器。
21.如權(quán)利要求11所述的定位器，還包括與該顯示器耦合以提供方向信息的羅盤。
22.如權(quán)利要求11所述的定位器，還包括與該顯示器耦合以提供定位信息的慣性位置跟蹤。
23.如權(quán)利要求11所述的定位器，其中根據(jù)該同相信號推導(dǎo)出來自目標導(dǎo)管的場強度。
24.一種消除場失真的方法，包括將由發(fā)射器放置在目標導(dǎo)管上的相位參考信號解調(diào)成為同相和正交信號。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該同相信號表示來自該目標導(dǎo)管的基本上沒有失真的場強度。
26.一種管線定位器系統(tǒng)，包括發(fā)射器，耦合以向目標導(dǎo)管提供電流信號，該電流信號包括載波頻率處的至少一個信號，該信號以調(diào)制頻率調(diào)制；以及定位器，該定位器包括檢測器系統(tǒng)，其提供與該定位器上存在的電磁場相關(guān)的至少一個信號；至少一個接收器，耦合以接收該至少一個信號，該至少一個接收器中的每一個都包括第一數(shù)字鎖相環(huán)，鎖定到該至少一個信號中的一個的載波頻率；第二數(shù)字鎖相環(huán)，耦合以從該第一數(shù)字鎖相環(huán)接收FM信號并鎖定到該至少一個信號中的所述一個的調(diào)制頻率；以及正交解調(diào)器，耦合以接收該至少一個信號中的所述一個和來自該第二數(shù)字鎖相環(huán)的頻率信號，并提供同相信號；以及顯示器，耦合以接收該同相信號并向用戶提供用戶信息。
27.一種管線定位器系統(tǒng)，包括用于將電流信號耦合到目標導(dǎo)管的裝置；用于接收與定位器上存在的電磁場相關(guān)的信號的裝置；用于鎖定到該電流信號的載波頻率的裝置；用于鎖定到FM信號的裝置，該FM信號來自用于鎖定到該載波頻率的裝置；以及用于執(zhí)行頻率信號的正交解調(diào)的裝置，該頻率信號來自用于鎖定到該調(diào)制信號的裝置。
28.一種用于檢測與目標導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的信號、同時拒絕與鄰近導(dǎo)管的泄漏相關(guān)聯(lián)的信號的方法，包括響應(yīng)于電磁場而提供輸入信號；鎖定到該輸入信號的載波頻率并提供相位誤差信號；鎖定到FM信號并提供頻率信號；以及將該頻率信號與該輸入信號混頻，以提供同相信號。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括根據(jù)該復(fù)合FM信號的幅度來提供總信號的強度信號。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括根據(jù)該同相信號來提供目標管線信號的強度信號。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括根據(jù)該目標管線信號的強度信號來提供信號的方向信號。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括提供正交信號。
33.如權(quán)利要求32所述的該方法，還包括根據(jù)該正交信號來提供非電阻泄漏信號的強度信號。
34.一種確定目標導(dǎo)管的深度的方法，包括在該目標導(dǎo)管上提供電流信號，該電流信號包括載波頻率處的信號，該信號以調(diào)制頻率調(diào)制；確定多個位置處的目標管線的信號強度，該多個位置沿著與該目標導(dǎo)管的敷設(shè)路線基本上垂直的線路布置；以及根據(jù)該多個位置處的目標管線的信號強度來確定深度，其中通過下面的步驟確定該多個位置中的每一個處的目標管線的信號強度響應(yīng)于該位置處的電磁場而提供輸入信號；鎖定到該輸入信號的載波頻率并提供FM信號；鎖定到該FM信號中的調(diào)制頻率并提供頻率信號；將該頻率信號與該輸入信號混頻，以提供同相信號；以及根據(jù)該同相信號確定該目標管線的信號強度。
全文摘要
當電纜(104、126)在長距離上并排布置時，用于電纜定位的交流電信號可能耦合或“泄漏”到相鄰電纜。在產(chǎn)生場失真的該相鄰電纜中流動的該耦合電流使得難以確定該目標電纜的位置。兩個(或多個)電纜(104、126)所得到的磁場不是圓形的，并且是通常所知道的失真場。已經(jīng)建立的用于查找被調(diào)查的電纜(104)的位置的方法導(dǎo)致不精確甚至錯誤的定位。這里所描述的方法通過將由發(fā)射器(101)放置在該電纜上的相位參考信號解調(diào)成兩個信號強度成分而消除了由于耦合電纜所產(chǎn)生的場失真。同相信號表示該目標導(dǎo)管(104)的場強度，并且基本上沒有場失真。另一個正交信號包含與失真相關(guān)的場的分量。
文檔編號G01V3/08GK1973215SQ200580014328
公開日2007年5月30日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者赫伯特·施蘭普, 約翰·D·奧弗比 申請人:麥特羅特克公司