專利名稱：用于檢測被包圍在介質(zhì)中的物體的方法以及用于執(zhí)行該方法的檢測儀的制作方法
用于檢測被包圍在介質(zhì)中的物體的方法以及 用于執(zhí)行該方法的檢測儀
本發(fā)明涉及一種如權利要求1前序部分所述的用于檢測被包圍在 介質(zhì)中的物體的方法。
背景技術：
長期以來，為了檢測被包圍在介質(zhì)、如墻體、屋頂或基礎里面的 物體如電導線、水管、管道、金屬架或者木梁使用定位儀。在此可以 使用感性儀器，即產(chǎn)生一個磁場的儀器，它受到被包圍在介質(zhì)中的金 屬物體的干擾。除了這種感性儀器以外還使用容性儀器、電網(wǎng)電壓檢 測器以及高頻檢測器。
一個專門在感性和容性定位儀中產(chǎn)生的問題是，盡管校準測量儀 也存在的、所使用傳感器的巨大動態(tài)特性和隨之而來的在檢測測量信 號的信號強度中的變化。為了通過金屬定位儀可以檢測出盡可能多的 不同尺寸和嵌入深度、即被包圍的物體與測量儀的距離的金屬物體， 必需覆蓋大的動態(tài)范圍。除了要被測量的物體在被包圍介質(zhì)中的深度 以外這種傳感器的測量信號的大動態(tài)范圍也由各種要被檢測材料的 特征特性給出。因此例如 一 個深入在墻體里面的銅電纜比例如 一 個
2cm深度敷設的鐵管產(chǎn)生更大數(shù)量級的感應或測量信號。
因此對于已知的定位儀、尤其是金屬定位儀經(jīng)常存在這種可能 性，可以手動地、即由使用者給出的再調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。為此使 用例如具有相應的、在定位儀外殼上構成的旋轉(zhuǎn)度的旋轉(zhuǎn)電位器。
對于另 一 已知的定位儀可以通過對現(xiàn)有物體的重新校準調(diào)節(jié)傳 感器的靈敏度并因此調(diào)節(jié)檢測測量信號的強度。
但是通過這種儀器通過調(diào)節(jié)儀器難以檢測或者準確定位不同大 小的物體如銅電纜和鋼支架。檢測測量信號的太大信號強度導致這種 傳感器的接收強度的過調(diào)并因此是關鍵的，因為在這種情況下在一個 寬范圍上不再能夠識別信號增加和減小，這種信號增加和減小對于準 確定位被包圍物體是必需需要的。在這種情況下被包圍物體在一個寬 的范圍上提供測量儀的最大振幅，因此對于使用者還是不明確物體的
準確位置。此外不再能夠?qū)⒕o密相鄰的物體識別為兩個分開的物體。 由現(xiàn)有技術已知許多解決方案，用于檢測具有大動態(tài)范圍的信
號。因此已知例如使用下面的方法
使用具有高分辨率的AD轉(zhuǎn)換器。但是這種轉(zhuǎn)換器引起高的元件
成本o
使用具有可變放大系數(shù)的放大器(所謂的VGA)。這種放大器一 般相對于溫度漂移是敏感的并且比具有固定放大系數(shù)的放大器昂貴。
根據(jù)在不同放大級上的信號振幅使用附加的測量信號放大級和 分支。
這些已知解決方案的共同點是，其在金屬檢測器中的轉(zhuǎn)化導致增 加的電路費用或者引起明顯的增加成本。還導致其它缺陷，它們與上 述的可選擇解決方案由原理引起的較大溫度漂移相關(尤其是對于 VGA)。這些已知解決方案在元件分散性方面并因此在金屬檢測器間 斷加工以內(nèi)的分散性方面在大批量加工中同樣是不利的。
本發(fā)明的目的是，給出一種用于檢測被包圍在介質(zhì)中的物體的方 法，它可以保證盡可能準確地定位物體。
本發(fā)明的目的通過具有權利要求1特征的用于檢測被包圍在介質(zhì) 中的物體的方法以及通過具有權利要求9特征的測量儀得以實現(xiàn)。
發(fā)明的優(yōu)點
在按照本發(fā)明的用于檢測被包圍在介質(zhì)中的物體的方法中通過 相互間感應耦聯(lián)的至少 一個發(fā)射線圏和至少 一 個接收導體回線系統(tǒng) (Empfangsleiterschleifensystem )產(chǎn)生一個測量4言號，它能夠獲 得關于被包圍物體位置的信息。這個信號例如是一個在接收導體回線 系統(tǒng)中感應的電壓。在此以有利的方式根據(jù)檢測的測量信號的信號強 度改變測量信號的頻率。本發(fā)明的認識基礎是，與在檢測器一側(cè)上補 償動態(tài)性不同可以更加經(jīng)濟地在激勵器一側(cè)獲得動態(tài)適配。在這種方 法中使用的發(fā)射線圈是激勵振蕩回路的一部分，它產(chǎn)生一個測量信號 并且發(fā)射到要被檢查的介質(zhì)。這種除了發(fā)射線圈還具有電容的振蕩回 路可以優(yōu)化到一個頻率上。如果現(xiàn)在改變測量信號的頻率，則發(fā)射線 圏連同從屬的電容的配置不再優(yōu)化到實際使用的測量信號，由此不僅
發(fā)出的測量信號而且檢測的測量信號都在其信號強度上減小。在按照 本發(fā)明的方法中利用這一 點，用于以所期望的方式影響檢測的測量信 號的信號強度。通過這種方式能夠使按照本發(fā)明的方法的動態(tài)范圍適配于實際 要被定位的物體或者說由這個物體產(chǎn)生的信號強度。通過在從屬權利要求中描述的特征實現(xiàn)按照本發(fā)明的定位方法 的有利改進方案。以有利的方式可以直接或間接地從一個數(shù)字頻率發(fā)生器通過脈寬調(diào)制得到控制(ansteuernd)所述裝置的發(fā)射線圈的信號，其中根 據(jù)檢測的測量信號的信號強度(Um)相應地改變信號的測量特性。也可以借助于一個數(shù)字信號、尤其是矩形信號給定測量信號、即 控制發(fā)射線圏的信號的頻率(fw)并且通過一個數(shù)字控制單元、尤其 是一個微處理器的配置變化實現(xiàn)頻率的變化。為此以有利的方式可以 使用一個適合的控制程序。在按照本發(fā)明的方法中可以規(guī)定至少 一個用于檢測的測量信號 的第一閾值，在超過該閾值時改變測量信號的頻率。如果例如對于只 產(chǎn)生檢測測量信號微小的信號強度的小物體以盡可能高的靈敏度工 作，方式是使測量頻率優(yōu)化到激勵線圈的振蕩回路上和/或接收支路 上，由此對于產(chǎn)生相應大的信號強度的大物體以較小的靈敏度工作。 為此在超過檢測的信號強度的閾值時改變測量信號的頻率。由于變化 的測量頻率使發(fā)射線圏或接收支路的振蕩回路失調(diào)，由此僅僅由于這 個效應降低測量信號的強度。因此按照本發(fā)明的方法能夠僅僅通過改變測量頻率引起測量靈 敏度的變化。由此減小接收信號并且否則可能導致接收支路過調(diào)、即 可能導致接收放大器放大飽和的物體提供測量信號，它們能夠?qū)崿F(xiàn)可 靠的位置分辨率。因此對于這種定位方法例如接收放大器的過調(diào)是關 鍵的，因為在這種情況下不再能檢測到繼續(xù)的信號增加或減小并因此 使一個測量儀在寬的范圍或者說最大的信號強度上檢測，由此不再可 能準確地定位物體。在按照本發(fā)明的方法中以有利的方式在超過一個檢測的測量信 號的閾值時提高測量信號的頻率。這種提高的典型值位于測量信號頻 率的10至100%之間的范圍。在按照本發(fā)明的方法的一個特別有利的實施形式中在檢測的測量信號強度超過第 一 閾值時使測量信號的頻 率提高約4 0°/o。在另 一 實施形式中當然同樣可以在超過測量信號的信號強度的 第 一 閾值時使測量信號的頻率降低。在按照本發(fā)明的方法中規(guī)定，在低于檢測的測量信號強度的第二 閾值時也改變測量信號的頻率。只要檢測的測量信號的信號強度達到 第二閾值，尤其是可以使測量信號的頻率再降低到初始使用的值。除了上述第 一和第二閾值以外還可以通過類似的方式在按照本 發(fā)明的方法中必要時在規(guī)定其它閾值。必要時也有利的是，在按照本發(fā)明的方法中使已經(jīng)改變 一 次的、 即提高或降低的測量頻率在達至)j闊值時再次提高或降低，用于避免信 號強度變得太大或太小。在按照本發(fā)明的方法的有利實施形式中以間斷的頻率步驟實現(xiàn)測量信號頻率的頻率變化AfM。在此例如可以^見定，使測量信號在兩個、三個或者多個間斷的頻率之間往復接通。按照本i明的;法能夠?qū)崿F(xiàn) 一 個;i儀、尤其是 一 個便攜式定位儀，它能夠在一個寬的動態(tài)范圍上以高的局部精度檢測被包圍在介質(zhì) 中的物體。以有利的方式對于這種測量儀可以規(guī)定，對于測量儀的使 用者基于測量頻率變化的測量儀測量靈敏度的改變不可見地進行，因 為自動地通過儀器本身控制。如果測量儀檢測到一個信號強度，它位 于事先確定的鬧值以上，則測量儀的 一個控制程序自動地轉(zhuǎn)換到 一個 變化的測量頻率例如 一 個提高的測量頻率上。但是在用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的測量儀的可選擇實施形式 中也可以具有連接通裝置，其能夠在超過檢測的測量信號的閾值時親 自改變測量信號的頻率，用于由此引起測量儀測量靈敏度的變化。按照本發(fā)明的方法能夠以高的位置精度實現(xiàn)被包圍在介質(zhì)中的 物體的定位，因為測量系統(tǒng)的動態(tài)范圍能夠以簡單的方式適配于實際 測量信號的強度。這 一 點能夠在 一 個測量儀中以簡單的方式?jīng)]有大的 附加電路技術費用地實現(xiàn)。借助于頻率變化尤其能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)范圍變 化，因為在較高頻率時大多數(shù)磁性材料快速降低磁化率，由此使工作 頻率的提高引起接收的測量信號的減小。 另外對于非鐵磁物體、如銅工作頻率的提高盡管導致較高的檢測 品質(zhì)，但是因為對于這些材料在傳感器裝置的線圏上的反作用本來就 是相當微小的，這一點在實際應用中在極少的情況下導致測量信號的 過提高并由此可能導致放大器飽和。由下面對于 一 個實施例的描述以及附圖給出按照本發(fā)明的方法 以及用于執(zhí)行這種方法的測量儀的其它優(yōu)點。


在附圖中示出一個按照本發(fā)明的方法的實施例，在下面的描述中 要詳細解釋該方法。附圖、其描述以及權利要求含有大量的特征組合。 I n " " 、、 、、附圖中圖1以示意圖示出用于定位被包圍在介質(zhì)中的物體的典型測量狀況，圖2a以示意圖示出在使用按照本發(fā)明的方法時作為位置函數(shù)的檢測的測量信號的曲線，圖2b以示意圖示出以圖2a的測量信號曲線為基礎的測量狀況， 圖3以細節(jié)圖示出按照本發(fā)明的方法用于產(chǎn)生和評價測量信號的電路，圖4以立體圖示出一個按照本發(fā)明的測量儀的可能的實施例。
具體實施方式
圖1示出一個用于定位被包圍在介質(zhì)10或者說墻體、基礎或屋 頂里面的物體的典型測量狀況。 一個定位儀24在要被檢查的介質(zhì)10 表面26上移動，用于檢測、即定位被包圍在介質(zhì)10中的物體12的 位置。這個物體12例如可以是一個電導線、管或者說水管、金屬架 或者也可以是其它物體。這種定位儀24尤其具有一個感應傳感器， 它具有至少 一個發(fā)射線圈以及作為接收單元的接收導體回線系統(tǒng)。除 了相應的控制電路、相應的電源以及檢測的測量信號的分析評價單元 以外這種定位儀24例如還具有一個圖形的顯示器28，它給出一個與 檢測的測量信號強度相關的輸出參數(shù)。該輸出參數(shù)例如以條形圖30
的形式表示，其中在最小值與最大值之間的發(fā)光條形的數(shù)量表示測量 信號強度的程度。除了在圖1中所示的通過條形圖30的輸出參數(shù)的 表示以外其它的輸出形式，尤其是其它光學表示也是可以的。這種定位儀24例如具有一個補償傳感器。這種傳感器包括例如三個線圈，其中第一發(fā)射線圈連接在第一發(fā)射器上， 一個必要時存在 的第二發(fā)射線圈連接在第二發(fā)射器上并且一個作為接收線圈的接收 導體回線系統(tǒng)連接在接收器上。兩個發(fā)射線圈由其發(fā)射器被饋入頻率fM以及相反的相位的交流電。在此第一發(fā)射線圈在接收線圈中感應》茲通，該磁通與由第二發(fā)射線圏在接收線圈中感應的磁通相反。因此兩 個在接收線圈中感應的磁通相反地補償，由此如果沒有外部的金屬物 體位于這個線圈結(jié)構附近的話，接收器在接收線圈中根本檢測不到接收信號。由各個發(fā)射線圈在接收線圈中產(chǎn)生的磁通O取決于不同的參 數(shù)，如線圏的圏數(shù)和幾何形狀以及饋入到兩個發(fā)射線圏中的電流幅值 和其相互間的相位。這些參數(shù)對于這種檢測器最終被優(yōu)化，從而在不 存在金屬物體時在接收線圏中激勵一個盡可能微小的磁通O。也可以選擇，只使用一個發(fā)射線圈并且使接收線圏系統(tǒng)定位在空 間里面，從而在不存在金屬物體時在接收導體結(jié)構中不感應電壓。如果現(xiàn)在一個金屬物體位于這種接收幾何圖形狀附近，則這個物 體改變由發(fā)射幾何圖形產(chǎn)生的場，由此在接收線圈中感應出一個生成 的磁通，在接收線圈或接收導體回線系統(tǒng)中感應的磁通可以作為測量 電壓例如在線圏或者后接的測量放大器上分接出。感應的傳感器越靠 近被包圍的物體，檢測的測量信號、例如分接出的測量電壓Um越大。如果這種定位儀24接近一個被包圍的物體12,例如通過按照圖1 的視圖在箭頭32方向上移動時是這種情況，則檢測的測量信號增加。尤其是在現(xiàn)有技術的儀器中現(xiàn)在可能在被包圍的物體12附近產(chǎn) 生測量狀況，其中在定位儀24的較大移動行程上在要被檢測的物體 12區(qū)域上測量信號增強，使得在整個范圍中給出輸出參數(shù)、例如分接 出的測量電壓Um的最大振幅。在這種情況下不能實現(xiàn)被包圍物體12位置的精確定位。圖2以示意圖示出一個定位儀在接近或者遠離一個被包圍的物體 時檢測的測量信號Um的曲殘，如果這個定位儀按照本發(fā)明的方法工作 的話。在圖2a中再一次示出測量狀況。該定位儀24在箭頭32的方向 上在表面26例如墻體34上移動。在位置Si—個被包圍的物體12、 例如一個水管隱藏地位于這個墻體34后面。圖2b作為定位儀24在 墻體34上的移動運動函數(shù)示出測量信號UM的檢測的信號曲線。所述測量信號Um例如可以是一個在傳感器接收線圈系統(tǒng)中分接 出的測量電壓。如果定位儀還遠離被包圍的物體，如同在圖2a中給出的那樣， 則相應的測量信號是微弱的。在這種測量狀況下按照本發(fā)明的方法利 用第一頻率fM1,定位儀的振蕩回路和濾波器協(xié)調(diào)并被優(yōu)化到該頻率。 這個頻率一般在1kHz至10kHz之間的范圍，其中尤其是5kHz的頻率 可被視為是有利的。因此在使用這個頻率fm的測量信號時測量儀以 盡可能高的靈敏度工作。當測量儀現(xiàn)在接近一個被包圍的物體時， 即，定位儀在按照圖2a的視圖中在箭頭32方向上移動時，測量信號 以頻率fku相應強烈地增加，如圖2b所示的那樣。如果以相同的測量 頻率U不變化地繼續(xù)測量，則可能在按照圖2的示例中在可能還遠 離被包圍的物體的實際位置S。的位置Si上產(chǎn)生在接收傳感器分析評 價電路中的信號飽和。因此一個接在接收線圏之后的放大器例如可能 陷入放大飽和。如果對于這種配置該定位儀24繼續(xù)在被包圍物體12 的方向上移動，則由于放大飽和使測量信號Uw不再繼續(xù)增加，測量信 號的信號強度恒定地保留在一個水平Us上，如同在圖2b中所示的那 樣。在這種狀況下定位儀可能移動經(jīng)過被包圍物體的位置S。，而不會 通過測量信號Uw的顯著信號變化識別這個位置。如果在檢測的信號強 度中不產(chǎn)生飽和，例如當所使用的測量放大器的動態(tài)范圍不受局限的 時候，具有其在被包圍物體位置S。上的最大值的虛線表示的曲線42 顯示曲線變化。但是由于在檢測的測量信號放大時有限的動態(tài)范圍出現(xiàn)上述的 飽和特性。這一點在圖2b中通過在點S!與S3之間的恒定測量信號范 圍表示。只有當定位儀24在箭頭32的方向上繼續(xù)足夠遠地離開被包 圍的物體12時，即在圖2的視圖中達到及越過位置S3時，檢測的測 量信號UM才再微弱得這個信號不再導致放大飽和，由此再出現(xiàn)變化的 測量信號Um，它隨著與被包圍的物體12的位置S。的距離的增加再減 小，如圖2b中所示的那樣。
在點S!與S3之間的有限范圍上(該范圍根據(jù)被包圍的物體12的 性質(zhì)可能直到數(shù)分米)通過常見的定位儀將測量到一個恒定的信號水平Us,它阻礙精確地定位被包圍物體12的位置S"而在4妄月褒本發(fā)曰月^々方-去中在達至'J第"閾"f直 UM(SchweIU) 時使測量信號 UM從頻率fwi轉(zhuǎn)換到頻率fM2。在此該閾值UM(S。hwem)位于將導致放大雄;和的信號強度Us以下。通過這種方式可以防止，例如所使用的定位^義的測量放大器過調(diào)。因為不僅在激勵器或者說發(fā)射器一側(cè)而且在接收器一側(cè)都優(yōu)化 到頻率"，頻率fm以數(shù)值Af調(diào)到頻率fM2 ( "2 = f" + 導致纟全測測量信號Um的信號強度威小。因此在轉(zhuǎn)換測量頻率時檢測的測量信號 強度下降，如通過圖2b中的箭頭38所示的那樣。在此選擇頻率變化 Af，使通過測量信號Um在頻率fM2時產(chǎn)生的電壓水平更低，且尤其明顯位于放大系統(tǒng)飽和極限Us以下。為此可以〗吏工作頻率例如^是高40-50%。如果將一個定位儀在使用按照本發(fā)明的方法的條件下超過點S！ 靠近被包圍的物體12,則這個定位儀顯示測量信號Um的一個在圉2b 中以測量曲線FRQ2給出的變化。該測量信號從位置S!起在接近尋找 被包圍物體的位置S。時繼續(xù)提高，在位置S。達到最大值并且在定位儀 在點S3方向上移動時又下降。通過這種方式能夠通過檢測的測量信號 Um的最大但U,識別被包圍物體12的位置S。.如果一個按照本發(fā)明方法工作的定位儀超過被包圍物體12的位 置S。在圖2a箭頭32方向上移動，則在低于實際檢測的測量信號Um 的第二閾值U m(Schwe112) 時fM2的測量頻率再回調(diào)到初始測量頻率fm。因 為不僅激勵器或發(fā)射器一側(cè)而且接收器一側(cè)都優(yōu)化到頻率f^a上，這一點又導致信號增加，如同在圖2b中以箭頭40表示的那樣。當定位 儀24在箭頭方向32上從位置S3開始繼續(xù)遠離被包圍物體12時，則 在信號強度連續(xù)下降，如同在圖2b中看到的那樣。因此在按照本發(fā)明的方法中通過測量信號頻率的調(diào)節(jié)在要定位 的被包圍物體附近的范圍中降低測量系統(tǒng)的靈敏度，用于避免例如放 大飽和。這種在測量信號頻率中的失調(diào)Af的典型值可以在10至100% 的范圍。測量信號頻率失調(diào)的優(yōu)選值位于約40-50%。在此測量信號的 變化Af不僅可以是正的也可以是負的。但是在優(yōu)選的實施形式中利
用測量頻率的提高("2>"0。因為對于提高的頻率大多數(shù)磁性材料的 磁化率快速下降，工作頻率的提高可以引起接收的測量信號的減小。 對于非鐵磁物體例如銅工作頻率的提高盡管導致更高的檢測品質(zhì)，但 是因為對于這些材料在傳感器裝置線圈上的反作用本來就相當微 小，這一點在實際應用中在極少的情況下導致測量信號的過高并由此 導致預期的放大飽和。對于測量信號頻率的變化可以使用不同的原理上公知的方法。例 如可以在兩個分開的頻率之間往復接通或者也可以實現(xiàn)工作頻率的 連續(xù)失調(diào)。不僅單個的離散頻率被視為本發(fā)明意義上的測量頻率，而 且例如有限寬度的頻率帶的強度最大值也可以視為本發(fā)明意義上的 測量頻率。因此例如工作頻率也可以用有限寬度頻謙帶寬上移動的濾 頻器上連續(xù)地或者也可以間斷地變化。 一個設置在激勵器或者發(fā)射部 件上的、從屬于激勵線圏的振蕩回路或者接收支路可以在使用濾波 器、例如有源濾波器時通過頻率變化失調(diào)。由此以所述方式減小接收 信號，從而可以通過檢測的測量信號的局部最大值精確地定位物體， 該物體的測量信號的信號強度否則例如將導致具有所述缺陷的放大 飽和。如果一個被包圍的物體對于一個已經(jīng)變化的頻率"2仍然引起一 個這樣高的信號水平，使檢測的測量信號UM仍然接近飽和的臨界界限Us,對于一個閾^直，例如仍然可以是閾-f直UM(s由em),可以轉(zhuǎn)換另一例 如同樣較高的頻率。原則上，對于檢測的測量信號所使用頻率的數(shù)量 以及其相互間的相對值是不受限制的并且可以根據(jù)測量目的優(yōu)化。圖3示出按照本發(fā)明的用于產(chǎn)生、分析評價和加工信號電壓的電 路的細節(jié)圖，該信號電壓以總和在按照本發(fā)明的傳感器的各個接收繞 組中感應。在圖3中的感應線圏262例如表示傳統(tǒng)的由金屬線纏繞的按照本 發(fā)明的方法工作的用于定位儀的傳感器的激勵繞組。與電容264形成 一個振蕩回路的感應線圈262通過一個電阻266通過連接裝置260與 電源268連接，該電源例如通過使用矩形波發(fā)生器能夠激勵不同頻率 fM的測量電壓。在圖3的視圖中這個連接裝置260由一個在兩個位置256， 258 之間間斷的開關表示，兩個位置應分別象征性地表示不同頻率的測量
電壓。但是這些連接裝置也可以例如是 一 個有源或無源的濾波元件， 它們隔絕源自較寬頻譜的相應工作頻率。因此連接裝置的概念既不局 限于一個開關，也不局限于各個頻率之間的間斷轉(zhuǎn)換。實際上為了產(chǎn)生激勵信號例如使用一個矩形波發(fā)生器。由這個矩 形波發(fā)生器的頻譜借助于激勵振蕩回路可以有效地過濾較高的頻 率，由此對于產(chǎn)生的信號振幅僅僅對基頻保留矩形波發(fā)生器的振幅。 對于這種矩形波發(fā)生器例如微控制器已經(jīng)提供完善的硬件模塊、即所 謂的計時器。這個矩形波發(fā)生器的工作頻率變化通過這個計時器模塊的簡單 轉(zhuǎn)換編程實現(xiàn)并由此對于結(jié)果不生成元件成本。在微控制器中常見的計時器模塊也可選擇地提供這種可能性，使 所謂的矩形輸出的"占空比"改變，即改變接通時間與斷開時間的比 例。例如能夠平滑地從對稱的矩形(接通時間與斷開時間相同長度) 過渡到 一 個越來越象脈沖形的信號(例如只短時接通并較長時的斷 開)，其中接通-斷開循環(huán)的周期長度可以保持恒定，即所謂的P麵模 式(脈寬調(diào)制)。如果將這種脈寬調(diào)制的信號以恒定的頻率給到一個 協(xié)調(diào)的振蕩回路上，則也可以借助于占空比改變激勵線圏中激勵電流 的振幅，因為隨著脈沖變短傅立葉分量對于基頻減少。但是僅4叉這個 基頻在與基頻協(xié)調(diào)的激勵振蕩回路中對于在線圈中流動的電流是決 定性的。但是與通過頻率改變振幅改變相比在占空比變化時只需容忍，該 t匕例在激勵頻率的基本模式與高次諧頻之間移動。這 一 點對于接收信 號數(shù)字的繼續(xù)處理由于重要的奎斯特-鏡像頻率在下掃描時可能導致 問題。這個問題在頻率以這種形式變化時不產(chǎn)生。但是同樣可選擇地設想，通過適當?shù)挠布B接裝置實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn) 換。它也可以經(jīng)濟地實現(xiàn)。在使用數(shù)字式產(chǎn)生的矩形信號時還起到使 頻率變化非常確定的作用，因為該變化只能以間斷的級實現(xiàn)。該變化 尤其不受溫度漂移，或者說頻率只以微控制器節(jié)拍的漂移程度漂移。 但是在使用陶瓷諧振器或石英時非常溫度穩(wěn)定地保持這個變化。除了使用數(shù)字信號也可以選擇地借助于數(shù)-模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生 一 個其 它形狀的信號。對于在激勵回路中有效的電流，激勵頻率的變化導致，在激勵線 圏內(nèi)部流動的電流明顯減小，只要偏離諧振頻率并因此使在接收器電 路中分接出的測量信號在振幅中迅速降低。如果實現(xiàn)同樣具有顯著頻 率特征(例如作為帶通)的接收器電路，則在接收器放大器輸出上的 振幅由于這個頻率特征可能還繼續(xù)降低。所述連接裝置260例如通過相應的電連接導線252與控制裝置 254連接，該控制裝置仍然對應于檢測的信號水平調(diào)節(jié)連接裝置260。 作為控制裝置254的輸入信號例如可使用測量放大器輸出上的信號水 平，如同在圖3中以象征性方式示出的那樣。所述感應線圏270在圖3中表示接收導體回線系統(tǒng)，它用于檢測 測量信號。在這個接收導體回線系統(tǒng)上分接出感應電壓形式的檢測的 測量信號。在圖3的實施例中分析評價電路由具有兩個運算放大器2 72 和274的兩級放大器組成，在其輸出端上例如可以連接一個模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADC) 276。第一特別低噪聲設計的放大器272首先放大測量信號， 接著在具有帶通特征的第二級274中加工該信號。由此可以使第二放 大級保證，由測量信號可以濾出激勵場的更高次諧波。在第一放大級272的前面有一系列開關2481至2484,它們可以 使不同的輸入信號278接通到放大級272的輸入280上。由此例如在 按照本發(fā)明的傳感器的測量運行中可以通過接通開關2482使在檢測 線圏270中感應的電壓接通到放大級272的輸入上。其它電路元件能 夠?qū)崿F(xiàn)參考信號和檢查信號的接通并由此能夠?qū)崿F(xiàn)測量系統(tǒng)的校 準。以有利的方式對于按照本發(fā)明的傳感器實現(xiàn)一個具有數(shù)字噪聲 抑制的分析評價方法。對于這種濾波使測量放大器輸出上的測量信號 首先通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC,圖3中的276 )同步地數(shù)字化并且通過后 接的數(shù)字電路或者微處理器數(shù)字地繼續(xù)處理。以適宜的方式使這個數(shù) 字電3各部分也產(chǎn)生驅(qū)動電壓(Treiberspannung ),它控制激勵器線圏 或發(fā)射器線圈。特別適宜的是，使測量信號以激勵磁場(例如5kHz) 的數(shù)倍頻率(例如10kHz)數(shù)字化。然后能夠使施加在接收支路中的 放大級輸出上的電壓與激勵電壓相位同步地數(shù)字化并且通過這種方 式計算地實現(xiàn)數(shù)字噪聲濾波。通過這種方式能夠沒有附加高成本和沒有大費用地實現(xiàn)幾赫茲數(shù)量級的有效噪聲帶寬。這樣構成的按照本發(fā)明的傳感器可以通過有利的方式組合在一
個測量儀里面。在此可以使這種測量儀尤其由便攜式金屬定位儀構成 或者按照本發(fā)明的方法作為附加功能包含金屬定位性。 圖4示出這種測量儀的可能實施例。圖4以立體圖示出一個按照本發(fā)明的測量儀124的實施例。該測 量儀具有外殼150，它由上半殼和下半殼152和154構成。在外殼內(nèi) 部具有至少一個傳感器，它具有用于檢測金屬的線圏結(jié)構。該測量儀 124的內(nèi)部還具有一個信號產(chǎn)生和分析評價電路，以及一個電源例如 電池或蓄電池。按照圖4的測量儀還具有一個用于輸出與測量信號對 應的輸出信號的顯示器128。通過顯示器128例如段式條形顯示器或 者也可以是在使用LCD條件下的圖形顯示器，能夠顯示檢測的測量信 號的強度。此外按照本發(fā)明的測量儀具有一個操縱區(qū)158,它具有一排操縱 元件160，它們能夠使測量儀接通或斷開，以及必要時起動一個測量 過程或者校準過程。通過操縱元件156例如可以使一個使用者改變測 量信號的頻率。此外也可以規(guī)定，由測量儀自動地進行測量頻率的這 種變化并且尤其是當使用者不知道這種變化。在才喿縱區(qū)158以下的部位中按照圖4的測量儀具有一個部位 162,它在其形狀和材料設計上構成用于手持按照本發(fā)明的測量儀的 手柄164。通過這個手柄164使測量儀以其背離圖4觀察者的底面在 要被檢查的物體或介質(zhì)的表面如墻體10的表面26上按照圖1的示意 圖導引。在手柄164對面的測量4義124 —側(cè)170上這個測量儀具有一個穿 過外殼的開孔172。該開孔172至少與傳感器的接收導體回線系統(tǒng)134 同心地設置。通過這種方式使開孔172在測量儀中的位置對應于定位 傳感器的中心，由此對于這個測量儀的使用者同時顯示可能被檢測的 物體的準確位置。此外該測量儀附加地在其頂面上具有標記線174， 通過它們可以由^f吏用者定位開孔172的準確中心并由此定位一皮包圍物除了純感應的測量儀以外按照本發(fā)明的方法也可以用于在測量 儀中的附加傳感器，這些測量儀還使用其它的測量方法。因此可以使 按照本發(fā)明的方法或者這種傳感器例如也作為附加診斷在雷達定位 儀或者在紅外定位儀中使用。
此外也能夠且有利地使按照本發(fā)明方法的傳感器直接或者作為 安裝部件組合到一個工具機或者鉆機里面，用于使使用者能夠通過這 個設備可靠地工作。按照本發(fā)明的方法或者按照本方法工作的測量儀不局限于在附 圖中所示的實施例。尤其是按照本發(fā)明的方法不局限于僅僅在發(fā)射線圈或者接收導 體回線系統(tǒng)的使用。多重系統(tǒng)同樣也是可能的。按照本發(fā)明的方法能夠使定位傳感器的動態(tài)范圍自動地適配于 目前要被定位的物體。小物體或者產(chǎn)生微小信號強度的物體，然后以 最大可能的靈敏度檢查。自動地以較低的靈敏度檢測大的物體或者具 有相應較大信號強度的物體。這一點能夠?qū)挿秶鷮τ诓煌矬w或不同 安裝深度的寬范圍準確地定位。這一點尤其可以自動地、即通過儀器 內(nèi)部的控制裝置實現(xiàn)。但是在可選擇的實施例中也能夠使用于改變測 量信號頻率的連接裝置由使用者接觸到，方式是可以操縱在相應定位儀外殼里面或上面的相應操縱元件，如同通過在圖1中的操縱元件22表示的那樣。對于按照本發(fā)明的方法通過改變測量頻率引起測量靈敏度的變 化。因此對于其實現(xiàn)無需大的附加的電路技術費用。
權利要求
1. 用于檢測被包圍在介質(zhì)(10)里面的物體(12)的方法，其 中通過相互間感應耦聯(lián)的至少一個發(fā)射線圏(14)和至少一個接收導 體回線系統(tǒng)(16)產(chǎn)生測量信號(18)，測量信號能夠獲得關于被包 圍物體(12)位置的信息，其特征在于，根據(jù)檢測的測量信號(18) 的信號強度(Um)改變測量信號的頻率(fO 。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，直接或間接地從數(shù) 字頻率發(fā)生器通過脈寬調(diào)制得到控制發(fā)射線圈(14)的信號，根據(jù)檢 測的測量信號(18)的信號強度(Um)改變信號的測量特性。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，借助于數(shù)字信號、 尤其是矩形信號給定測量信號的頻率(")并且通過數(shù)字控制單元、 尤其是微處理器的變化改變頻率的變化。
4. 如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，規(guī)定至 少一個用于4全測的測量信號UM(實際)的第一閾值UM(Sehwelll)，在超過該閾 值時改變測量信號Uw(詣o的頻率fw。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，設置至少一個用于才全測的測量寸￥號 l)m(實際)的第二閱j直 UM(Schwel12), 在j氐于該閾值時改變測量信號UM(實際)的頻率fM。
6. 如權利要求4或5所述的方法，其特征在于，以間斷的步驟 實現(xiàn)測量信號1)M^w的頻率fM的頻率變化Afw。
7. 如權利要求4或5所述的方法，其特征在于，在超過第一閡值U M(Schwelll) 時提高測量信號的頻率("0 ( f m2 = f M+ Af M )。
8. 如權利要求5或7所述的方法，其特征在于，在低于第二闊 值LfM(Schwel 12) 時降^氐測量信號的頻率(f們)(fMi = fM2-AfM)。
9. 用于執(zhí)行如權利要求1至8中任一項所述方法的測量儀、尤 其是便攜式定位儀(24， 124)，其特征在于，所述測量儀(24， 124) 具有能夠改變測量信號Uw該際)的頻率fM的連接裝置(260 )。
10. 如權利要求9所述的測量儀，其特征在于，所述測量儀(24, 124)具有控制裝置(254 ),當測量信號(18)的信號強度超過或低于 閾值(UM(Schwelll)， UM(Schwell2))的時候，該控制裝置改變測量信號Uw(實際)的頻率(f m )。
11. 如權利要求9所述的測量儀，其特征在于，存在至少一個操 縱元件(156),它能夠通過使用者改變測量信號Um的頻率fM。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測被包圍在介質(zhì)(10)里面的物體(12)的方法，其中通過相互間感應耦聯(lián)的至少一個發(fā)射線圈(14)和至少一個接收導體回線系統(tǒng)(16)產(chǎn)生一個測量信號(18)，它能夠獲得關于被包圍物體(12)位置的信息。按照本發(fā)明建議，根據(jù)檢測的測量信號(18)的信號強度(U_M)改變測量信號的頻率(f_M)。此外本發(fā)明還涉及一個測量儀、尤其是一個用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的便攜式定位儀(24，124)。
文檔編號G01V3/10GK101124490SQ200680005408
公開日2008年2月13日 申請日期2006年1月3日 優(yōu)先權日2005年2月21日
發(fā)明者B·哈塞, K·倫茨, R·克拉普夫, U·斯庫爾特蒂-貝茨 申請人:羅伯特·博世有限公司