專利名稱：用于探測(cè)埋地載流導(dǎo)體的探測(cè)器的無(wú)線電模式選擇模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于探測(cè)埋地載流導(dǎo)體的探測(cè)器的無(wú)線電模式選擇模塊。
背景技術(shù)：
在埋藏了電纜、光纜或其它公用管道或?qū)Ч芴庨_(kāi)始挖掘或其它操 作之前，確定這些埋地電纜或?qū)Ч艿奈恢靡源_保其在操作過(guò)程中不被 損壞是很重要的。并且對(duì)于可以追蹤埋地電纜或?qū)Ч艿穆肪€也是有用 的。載流導(dǎo)體發(fā)射可以由電天線探測(cè)到的電磁輻射。如果光纜或非金
屬公用管道或?qū)Ч芘c小型電追蹤線(small electrical tracer line )配合，
則在追蹤線中可以感應(yīng)交流電流，進(jìn)而輻射電》茲輻射。^使用^^笨測(cè)器來(lái) 探測(cè)由承載交流電的導(dǎo)體發(fā)射的電磁場(chǎng)是已知的。
一種類型的探測(cè)器以三種模式中的一種工作。這些模式分類為無(wú) 源模式或者有源模式，無(wú)源模式為"電力"模式和"無(wú)線電"模式。 各模式具有自己的探測(cè)頻帶。
電力模式中，探測(cè)器探測(cè)由承載50/60 Hz的AC主電源的導(dǎo)體產(chǎn) 生的磁場(chǎng)，或因承載AC電能的附近電纜的作用與約至3KHz的高次諧 波一起從導(dǎo)體再輻射的磁場(chǎng)。無(wú)線電模式中，探測(cè)器探測(cè)由埋地導(dǎo)體 再輻射的超低頻率(VLF)無(wú)線電能量。原始的VLF無(wú)線電信號(hào)的來(lái) 源是多個(gè)商用和軍用VLF長(zhǎng)波發(fā)射器。
有源模式中，信號(hào)發(fā)射器產(chǎn)生已知頻率和調(diào)制的交變磁場(chǎng)，該交 變磁場(chǎng)在附近的埋地導(dǎo)體中感應(yīng)電流。信號(hào)發(fā)射器可以直接連接至導(dǎo) 體，或者可以在不能直接接入的地方，將信號(hào)發(fā)射器鄰近埋地導(dǎo)體放 置，則在導(dǎo)體中可以感應(yīng)信號(hào)。埋地導(dǎo)體再輻射由信號(hào)發(fā)射器產(chǎn)生的信號(hào)。
這些系統(tǒng)廣泛可用，且已由無(wú)線電探測(cè)公司(Radiodetection Ltd) 以商標(biāo)"C.A.T，，和"Genny，，上市一段時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為現(xiàn)有的系統(tǒng)提供更多優(yōu)點(diǎn)，為用戶提供附加功能和益處。 探測(cè)器在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和選擇性方面獲得良好的性能。典型的參 數(shù)是6xl0"特斯拉靈敏度(指1Hz帶寬)，141dB rms/Hz動(dòng)態(tài)范圍， 以及允許1Hz過(guò)渡帶120dB衰減的選擇性。探測(cè)器可以數(shù)字編程以接 收上至44KHz的任何頻率且在任何限定的帶寬處理。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于探測(cè)來(lái)自埋地載流導(dǎo)體的 超低頻磁輻射的探測(cè)器的無(wú)線電模式選擇模塊，所述探測(cè)器具有用于 將磁輻射轉(zhuǎn)換為場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的磁性傳感器，和用于數(shù)字化所述場(chǎng)強(qiáng)信號(hào) 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述無(wú)線電模式選擇模塊包括多個(gè)拍頻振蕩器，其 使所述探測(cè)器的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的探測(cè)帶寬集中在目標(biāo)超低頻頻帶上；求和 裝置，用于對(duì)所述拍頻振蕩器的輸出求和；及乘法裝置，用于將所述 求和裝置的輸出與所述數(shù)字化信號(hào)相乘。
優(yōu)選地，第 一拍頻振蕩器以17536Hz和20992Hz之間的頻率振蕩， 第二拍頻振蕩器以20992Hz和24448Hz之間的頻率振蕩。
優(yōu)選地，第 一拍頻振蕩器以18400Hz和20128Hz之間的頻率振蕩，
第二拍頻振蕩器以21856Hz和23584Hz之間的頻率^展蕩。
優(yōu)選地，第一拍頻振蕩器以19264Hz的頻率振蕩，第二拍頻振蕩 器以22720Hz的頻率振蕩。
優(yōu)選地，第三拍頻振蕩器以24700Hz振蕩。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于探測(cè)埋地載流導(dǎo)體的探測(cè) 器，包括磁性傳感器，用于將磁輻射轉(zhuǎn)換為場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 用于數(shù)字化所述場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)；及如上所述的無(wú)線電模式選擇模塊，其被 設(shè)置以處理所述探測(cè)器的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)。
本發(fā)明可以在 一般用途的計(jì)算機(jī)的硬件或者軟件中實(shí)施。另外， 本發(fā)明可以結(jié)合硬件和軟件實(shí)施。本發(fā)明也可以通過(guò)單一處理設(shè)備或 處理設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)施。
這樣，在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是 本發(fā)明不局限于下文說(shuō)明中所列舉的或附圖所表示的元件的結(jié)構(gòu)和設(shè) 置的詳細(xì)應(yīng)用。本發(fā)明也可以是除那些已描述的實(shí)施方式之外的實(shí)施 方式，且可以是以不同方式實(shí)行和完成。同樣應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所 使用的措詞和術(shù)語(yǔ)，以及摘要是為說(shuō)明的目的，不應(yīng)理解為是限制。
同樣地，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)所基于的概念可以容 易地實(shí)現(xiàn)，來(lái)作為設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)目的的其它結(jié)構(gòu)、方法 和系統(tǒng)的基本原理。


現(xiàn)結(jié)合附圖以示例的方式說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，圖中
圖1是體現(xiàn)了本發(fā)明的用于探測(cè)埋地載流導(dǎo)體的探測(cè)器的總框圖2是圖1的探測(cè)器的供電單元的框圖3A和圖3B是圖1的探測(cè)器的預(yù)防模式系統(tǒng)的框圖；及
圖4是圖3B的預(yù)防模式系統(tǒng)的無(wú)線電模式選擇模塊的框圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，探測(cè)器1具有兩個(gè)垂直間隔開(kāi)的裝在細(xì)長(zhǎng)的垂直支承的 外殼(未示出)內(nèi)的天線，即底部天線3和頂部天線5，操作員使用手 柄可手動(dòng)地移動(dòng)外殼。天線3、 5設(shè)置為使它們的軸平行且間隔開(kāi)，以 使在使用中底部天線3在頂部天線5的正下方，它們的軸均水平。各 天線3、 5產(chǎn)生的電信號(hào)被傳輸?shù)絻蓚€(gè)放大器7中相應(yīng)的一個(gè)。放大器 的輸出是場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)9，場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)9傳輸至CODEC11。
天線3、 5每一個(gè)都具有本底噪聲。來(lái)自天線3、 5的每一電信號(hào) 被傳輸?shù)狡湎鄳?yīng)的放大器7 ，以將磁性傳感器本底噪聲提高至CODEC 11的固有量化噪聲之上，這被稱作一個(gè)或多個(gè)探測(cè)頻帶的帶寬。每一 放大器7的輸出被傳輸至CODEC 11 。
使用的天線3、 5是高靈敏度的鐵氧體線圏。也可以使用其他磁性 傳感器，諸如霍爾效應(yīng)傳感器或磁門(mén)磁強(qiáng)計(jì)。
CODEC 11是24位立體聲A-S模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC )。這是相對(duì)便 宜的設(shè)備，常用于音頻工業(yè)。用"RD4000，，商標(biāo)標(biāo)記的Radiodetection Limited (無(wú)線電探測(cè)有限公司)的產(chǎn)品中，在天線和ADC之間使用預(yù) 選式濾波、多級(jí)轉(zhuǎn)換增益級(jí)和相敏外差電路。而本發(fā)明在天線和ADC 之間不使用預(yù)選式濾波、多級(jí)轉(zhuǎn)換增益級(jí)和相敏外差電路，因此減少
了元件的數(shù)量。因?yàn)檠b置測(cè)量的絕對(duì)準(zhǔn)確度是重要的，因此其它現(xiàn)有
技術(shù)的電纜探測(cè)器中使用更精密的因而更貴的ADC。
本實(shí)施方式中使用的CODEC 11具有±5%的絕對(duì)準(zhǔn)確度，然而 CODEC 11的使用方式使其成為用于本應(yīng)用的理想的ADC。高動(dòng)態(tài)范 圍消除了對(duì)多級(jí)增益級(jí)的需求。通過(guò)對(duì)探測(cè)帶寬進(jìn)行大量過(guò)采樣-為 該原理的理想應(yīng)用的音頻CODEC ll的噪聲整形方案，來(lái)荻得高動(dòng)態(tài)范圍。
盡管該音響級(jí)ADC是低絕對(duì)準(zhǔn)確度，本實(shí)施方式還從探測(cè)器1通 過(guò)處理和比較從兩天線3、 5接收的信號(hào)來(lái)計(jì)算埋地導(dǎo)體的深度的事實(shí) 中受益。因此，通過(guò)比較兩個(gè)處理信號(hào)來(lái)克服CODEC ll采樣中的任 何絕對(duì)的不準(zhǔn)確度。將CODEC 11用作比例變換裝置顯著地降低了成 本，而沒(méi)有損害探測(cè)器1的總性能。
CODEC 11以上至96KHz來(lái)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)9進(jìn)行過(guò)采樣。CODEC 11 的輸出13被傳輸至數(shù)字信號(hào)處理模塊15,該數(shù)字信號(hào)處理模塊15由 數(shù)字信號(hào)處理器16 (DSP)和場(chǎng)可編程門(mén)陣列18 (FPGA)組成。
DSP 16主要有三個(gè)任務(wù)。首先，其負(fù)責(zé)確定探測(cè)頻帶的選擇。第 二，其控制探測(cè)器的音頻和視頻輸出。第三，其為探測(cè)器1的其它元 件提供一般的控制功能。
以WO 03/071311, WO 03/069598, WO 03/069769, GB 2400994和 GB 2400674公布的無(wú)線電探測(cè)有限公司的申請(qǐng)中提供了 DSP任務(wù)的詳 細(xì)操作，將其全部引用在此以做參考。
顯著的益處源自于超窄帶處理，典型地與帶寬的平方成比例的噪 聲。探測(cè)器1同時(shí)在幾個(gè)頻帶中進(jìn)行處理，使得諸如一般的定位任務(wù)
的沖擊響應(yīng)函數(shù)能夠與諸如深度計(jì)算的窄帶函數(shù)共存。以上至44kHz 的任一頻率在lHz帶寬中計(jì)算深度計(jì)算任務(wù)，帶外抑滯約-120dB。
相位跟蹤是當(dāng)發(fā)射器和接收器時(shí)鐘之間的潛在誤差超過(guò)信號(hào)帶寬 時(shí)允許窄帶任務(wù)鎖定在載波頻率上的基本特性。在有源模式的情況中， 發(fā)射的信號(hào)可以被100%幅度調(diào)制，深度計(jì)算任務(wù)必須將其自身精確地 定位在載波上而不與邊帶(位于32,768 Hz載波士6Hz處)串?dāng)_。
相位跟蹤算法是無(wú)線電探測(cè)有限公司在申請(qǐng)?zhí)枮?407372.2的英 國(guó)申請(qǐng)中描述的處理的自然發(fā)展。基本的信噪比(SNR)測(cè)量是在載 波和邊帶上進(jìn)行的，并且為確保跟蹤算法而執(zhí)行的檢查不因電力線傳 輸而在任何高次諧波上偏移。SNR是從量級(jí)和二階導(dǎo)數(shù)相位信息兩者 來(lái)量化得到的；所有結(jié)果都與天線3、 5兩者相關(guān)。在SNR小于10dB 的情況下，深度計(jì)算任務(wù)失效，因而確保只有準(zhǔn)確的信息呈現(xiàn)給用戶。
當(dāng)在脈沖模式操作中時(shí)，將頻語(yǔ)識(shí)別概念應(yīng)用于有源信號(hào)。該想 法是無(wú)線電探測(cè)有限公司在申請(qǐng)?zhí)枮?407372.2的英國(guó)申請(qǐng)中描述的 算法的簡(jiǎn)單應(yīng)用，且包括載波和AM邊帶的頻譜估算。該估算是SNR 的離散傅立葉變換(DFT)巻積和測(cè)量。DFT隨著跟蹤算法而移動(dòng)， 且鎖定在載波頻率上。
這些方法的結(jié)合確保探測(cè)器1獲得最佳可能的信號(hào)完整性和深度
準(zhǔn)確度。
用戶通過(guò)靈敏度控制17和開(kāi)關(guān)19來(lái)控制探測(cè)器1。開(kāi)關(guān)19用于 設(shè)置探測(cè)器1的操作模式。例如，可以將探測(cè)器1設(shè)置為在無(wú)線電、 電力或有源模式下工作。當(dāng)使用專用的信號(hào)發(fā)生器接近要被探測(cè)的電 纜時(shí)選擇有源模式，信號(hào)發(fā)生器在再輻射磁信號(hào)的導(dǎo)體中感應(yīng)交流電
流。該信號(hào)發(fā)生器以預(yù)置頻率和由探測(cè)器1確定的預(yù)置調(diào)制運(yùn)行。開(kāi)
關(guān)19的另一位置是"預(yù)防"模式，下面將說(shuō)明其操作。
靈敏度控制17用于改變天線3、 5的梯度靈敏度。高靈敏度最初 用于探測(cè)由載流導(dǎo)體產(chǎn)生的弱信號(hào)的存在。 一旦確定導(dǎo)體的存在，就 改變靈敏度控制17以減小探測(cè)器1的靈敏度，而用探測(cè)器1來(lái)更準(zhǔn)確 地確定被隱藏的載流導(dǎo)體的位置。公布為US 6777923的無(wú)線電探測(cè)有 限公司的申請(qǐng)中描述了 一種方法，該方法說(shuō)明了作為靈敏度函數(shù)的定 位窗，其引用在此作為參考。
液晶顯示器(LCD) 21設(shè)置在外殼表面中以顯示例如探測(cè)器的操 作模式、電池狀態(tài)、導(dǎo)體深度和/或探測(cè)到的信號(hào)的強(qiáng)度的信息。對(duì)于 本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然可以使用其它的用戶顯示裝置。
探測(cè)器1也包含存儲(chǔ)軟件的閃存ROM 23 ，和電源單元(PSU) 25 。 探測(cè)器1的關(guān)鍵要求在于其必須是便攜式的。因此，電池26用于為探 測(cè)器1供電，這種情況下為兩個(gè)"D"型電池，各提供額定1.5V電壓。
在使用中，探測(cè)器1被供電，并且軟件從閃存ROM 23加載至數(shù) 字信號(hào)處理模塊15。用戶調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)19以選擇操作模式。該選擇可以是 無(wú)線電模式、電力模式、有源模式或者預(yù)防模式。在電力模式中、有 源模式和預(yù)防模式中可以激活深度閾值警報(bào)功能。在預(yù)防模式中深度 闊值警報(bào)功能僅在電力模式和有源模式的頻帶中的頻率上作用。下文 詳細(xì)說(shuō)明深度閾值警報(bào)功能。
當(dāng)探測(cè)器1接近載流導(dǎo)體時(shí)，在底部天線3和頂部天線5中感應(yīng) 電流。天線3、 5每一個(gè)中感應(yīng)的電流被相應(yīng)的放大器7放大。放大器 7的輸出9是兩個(gè)天線3、 5的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)。這些信號(hào)輸入至CODEC 11，
CODEC 11以上至每秒采樣96千次來(lái)采樣這些信號(hào)。數(shù)字信號(hào)13被傳 輸至數(shù)字信號(hào)處理模塊15。數(shù)字信號(hào)處理模塊15的DSP 16根據(jù)操作 模式離析目標(biāo)頻帶的信號(hào)。如果DSP探測(cè)到載流導(dǎo)體的存在，則在揚(yáng) 聲器22和/或指示器21上觸發(fā)音頻和/或視覺(jué)警報(bào)。
參照?qǐng)D2, PSU 25用以減少自生噪聲，該噪聲干擾探測(cè)器1的定 位靈敏度和選擇性。干涉機(jī)理是在功率軌上傳導(dǎo)或者作為磁場(chǎng)輻射。 探測(cè)器1的空間限制意味著將存在必然將來(lái)自輔助電子設(shè)備的無(wú)用信 號(hào)耦合到天線中。通過(guò)謹(jǐn)慎地控制PSU25的電^f茲輻射，可獲得各種益 處。例如，現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字探測(cè)器作為外差或超外差接收器進(jìn)行操作， 其中DSP的操作帶寬從基帶信號(hào)偏移開(kāi)。這種偏移是需要的，以避免 輔助電子設(shè)備和信號(hào)探測(cè)器之間的電磁干擾，并且利用了 DSP的大部 分處理容量。在本發(fā)明中，通過(guò)將探測(cè)器1用作零差接收器來(lái)閑置這 些容量，剩余容量用于其他功能，如下面所述。
PSU 25是由微處理器控制的開(kāi)關(guān)式電源，該情況中的微處理器是 DSP 16。 PSU25提供12V、 +3.3V和-3.3V的穩(wěn)壓。PSU 25的輸入電 壓隨著電池26的老化而降低。主要由于揚(yáng)聲器22引起的電流的變化， 所以負(fù)載31是動(dòng)態(tài)的。揚(yáng)聲器輸出隨著載流導(dǎo)體被探測(cè)到而明顯變化。 由其它元件引起的電流也波動(dòng)。
PSU25包含脈寬調(diào)制器(PWM) 27，該脈寬調(diào)制器27由DSP 16 控制。PWM 27的輸出^t傳輸至單端初級(jí)電感控制器(SEPIC )29， SEPIC 29以CODEC采樣頻率的四倍，即上至384KHz被精確地驅(qū)動(dòng)。這樣 確保一次諧波落在CODEC 11和DSP 16的自然零點(diǎn)上，如現(xiàn)有技術(shù) 所已知的。由SEPIC29產(chǎn)生的三個(gè)穩(wěn)定線路為探測(cè)器1的動(dòng)態(tài)負(fù)載31 即探測(cè)器1的元件供電。
SEPIC 29的兩邊緣受到控制，以使DSP 16完全控制由PSU 25產(chǎn) 生的全部的電磁輻射。這樣，DSP 16能夠消除將與探測(cè)頻帶重疊的任 何無(wú)用的電力諧波。
使用比例積分微分(PID )控制器33反饋算法來(lái)控制PSU 25。反 饋帶寬由噪聲預(yù)防的要求所限制，以使沒(méi)有更高次電力轉(zhuǎn)換諧波干擾 定位頻帶。穩(wěn)定電壓由濾波器39進(jìn)行濾波，且被傳輸至PID控制器33。 PID控制器33的輸出被組合起來(lái)，作為輸入提供給查找表35。電池26 的電壓也作為輸入提供給查找表35。對(duì)控制功能的另一貢獻(xiàn)是負(fù)載預(yù) 報(bào)器，負(fù)載預(yù)報(bào)器響應(yīng)負(fù)載的急劇變化，典型地為增加的音頻需求， 來(lái)對(duì)SEPIC 29的占空比進(jìn)行偏移。該負(fù)載預(yù)報(bào)器功能由DSP 16提供， DSP 16知道某些元件所需要的負(fù)載，特別是揚(yáng)聲器22。由PSU25引 起的負(fù)載典型地在600和1500mW之間變化。
查找表35的輸入為電池供給電壓、負(fù)載預(yù)報(bào)器和三個(gè)反饋成分。 輸出是一次轉(zhuǎn)換的占空比。查找表35的目的是確保由調(diào)節(jié)過(guò)程產(chǎn)生的 PSU25的頻譜分量不會(huì)與^t冢測(cè)頻帶重疊。這樣導(dǎo)致急劇變化時(shí)可以從 一個(gè)占空比跳到另一占空比的間斷功能，而非連續(xù)的穩(wěn)定灰階。查找 表35的具體特性適合于操作模式。
通過(guò)使用PID控制器33和查找表35，消除了對(duì)專有的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié) 器的需求，因此減少探測(cè)器l的成本。SEPIC 29是轉(zhuǎn)換變換器，其輸 出幾乎是占空比的線性函數(shù)。反饋控制律33被限制于約1.5KHz的帶 寬。在DSP 16可以進(jìn)行控制之前需要仿真線路振蕩器來(lái)起動(dòng)SEPIC 29。
在可選的實(shí)施方式中，可以使用PID反饋混頻的其它組合。例如，
反饋律33可以是標(biāo)準(zhǔn)的比例控制(具有滯后現(xiàn)象)，即具有零積分和 微分反饋增益。根據(jù)操作模式使用控制算法。
通過(guò)控制PSU25的自生噪聲，探測(cè)器受益于改進(jìn)的SNR。因此提 高了探測(cè)器1的靈敏度和選擇性。
圖3A和圖3B表示探測(cè)器1的更詳細(xì)的框圖，示出了在探測(cè)器1 中實(shí)施的"預(yù)防"模式系統(tǒng)。如上所述，可使用三種專用的操作模式， 即一種有源模式和兩種無(wú)源模式。當(dāng)使用現(xiàn)有的探測(cè)器檢測(cè)埋地導(dǎo)體
的區(qū)域時(shí)，需要掃描該區(qū)域三次，每次探測(cè)器處于不同的模式中。
本發(fā)明的探測(cè)器1將專用的有源和無(wú)源操作模式結(jié)合為單一模式， 已知為預(yù)防模式，以單次掃描探測(cè)埋地導(dǎo)體，從而節(jié)省時(shí)間。如果必 要的話，后期可以使用 一種或多種專用模式來(lái)確定埋地導(dǎo)體的準(zhǔn)確位 置。同時(shí)運(yùn)行三種模式，共享該對(duì)天線3、 5和共同的探測(cè)指示器21 和揚(yáng)聲器22。通常將探測(cè)靈敏度30設(shè)為最大，但也可以設(shè)于較低級(jí)。
CODEC 11的時(shí)鐘為73.242 KHZ。 DSP 16處理由天線3、 5產(chǎn)生 的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)，同時(shí)離析與三種模式選擇模塊41、 43、 45中的三種操作 模式相應(yīng)的三個(gè)頻帶中每一頻帶的信號(hào)。
現(xiàn)有的探測(cè)器中，主要由于處理和電力的限制及其外差結(jié)構(gòu)，DSP 一次僅能處理一種模式。但是，根據(jù)本實(shí)施方式，由于因系統(tǒng)中的其 他效益而閑置的容量，例如探測(cè)器1作為零差接收器的能力，使DSP16 能夠同時(shí)處理各個(gè)信號(hào)。
與不同操作模式相應(yīng)的DSP 16的信號(hào)被輸出傳輸至自動(dòng)增益控制 器47 (AGC),諸如以US 6777923公開(kāi)的無(wú)線電有限公司的申請(qǐng)中描述 的AGC,引用在此以做參考。將AGC47的各輸出轉(zhuǎn)化為比較器49中
的探測(cè)信號(hào)。探測(cè)信號(hào)被結(jié)合且被用于提供音頻輸出給揚(yáng)聲器22和/ 或給指示器21,例如在LCD上提供視覺(jué)信號(hào)。
探測(cè)器1不斷地計(jì)算埋地導(dǎo)體的估計(jì)深度。如果計(jì)算出的埋地導(dǎo) 體的深度小于預(yù)設(shè)閾值，例如30cm，則觸發(fā)音頻和/或視覺(jué)警報(bào)以向操 作員警告淺埋的導(dǎo)體。當(dāng)挖掘一 區(qū)域時(shí)這種淺埋導(dǎo)體特別受關(guān)注因?yàn)?有增加擊中淺埋導(dǎo)體的風(fēng)險(xiǎn)。
為了優(yōu)化探測(cè)器的用戶界面，當(dāng)計(jì)算導(dǎo)體的深度時(shí)，DSP16同時(shí) 在三種頻帶中處理信號(hào)以確定為用戶呈現(xiàn)信息的方式。以1Hz帶寬來(lái) 計(jì)算導(dǎo)體的深度；在10Hz帶寬中處理可視顯示器以使顯示器的閃爍處 于可被接受的水平；以35Hz處理音頻警報(bào)，以確保脈沖音調(diào)清晰可聽(tīng)得見(jiàn)。
深度闊警報(bào)功能在操作的電力模式和有源模式中起作用。其也在 預(yù)防模式中起作用，但僅對(duì)在電力和有源模式中使用的頻帶操作。如 下所示，通過(guò)比較兩天線3、 5接收到的信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算埋地電纜的深度。
底部天線信號(hào)Eb(w)和頂部天線信號(hào)Et(w)作為探測(cè)器與導(dǎo)體的水 平偏移量w的函數(shù)，表示為<formula>formula see original document page 14</formula>
其中A是磁性常數(shù)；x是天線之間的距離；而a是載流導(dǎo)體上方的
垂直距離。載流導(dǎo)體的深度表示為:
深度閾警報(bào)函數(shù)表示為
1如果
其它
其中R是深度閾常數(shù)，取決于期望深度，超過(guò)該期望深度觸發(fā)警
報(bào)'
如果&4(— = 1,觸發(fā)音頻和/或視覺(jué)警報(bào)。然后通過(guò)改變探測(cè)器1的 靈敏度來(lái)準(zhǔn)確定位埋地導(dǎo)體的位置，可以獲得更準(zhǔn)確的深度測(cè)量，如 上所述。
該方法包括將深度閾警報(bào)函數(shù)的潛在的交錯(cuò)引入到定位描述中， 深度闊警報(bào)函數(shù)由導(dǎo)體的深度"和水平偏移量w以及探測(cè)器1的靈敏 度支配。
當(dāng)將探測(cè)器l位于載流導(dǎo)體的正上方時(shí)，天線3、 5中感應(yīng)的信號(hào) 之間的差異最大。隨著探測(cè)器1遠(yuǎn)離導(dǎo)體，該差值起初減小然后又上 升至第二峰值。該情形是探測(cè)器在垂直于導(dǎo)體的任一方向上移動(dòng)。因 此，當(dāng)探測(cè)器1在載流導(dǎo)體的正上方時(shí)，天線3、 5中感應(yīng)的信號(hào)之間 的差值有個(gè)主峰，而當(dāng)探測(cè)器1與導(dǎo)體水平放置時(shí)，有兩個(gè)較小的峰 值。
當(dāng)探測(cè)器1估算深度閾警報(bào)函數(shù)時(shí)，當(dāng)探測(cè)器1在導(dǎo)體的正上方
時(shí)和當(dāng)探測(cè)器移動(dòng)到探測(cè)器1的任一側(cè)時(shí)，可以觸發(fā)深度警報(bào)，與導(dǎo) 體水平放置時(shí)的較小峰值相一致。通過(guò)移動(dòng)探測(cè)器1穿過(guò)觸發(fā)深度閾 警報(bào)的三個(gè)位置的每個(gè)，其中中間位置對(duì)應(yīng)于導(dǎo)體的正上方，有經(jīng)驗(yàn) 的用戶可以區(qū)分開(kāi)主中峰和兩個(gè)較小的側(cè)峰。
常規(guī)地，無(wú)線電模式使用差頻振蕩器(BFO)將探測(cè)帶寬的中心
定于目標(biāo)VLF頻譜上。各個(gè)國(guó)家發(fā)射的VLF傳輸?shù)木唧w頻率不同。常 規(guī)的方法需要根據(jù)地理位置將BFO調(diào)諧到具體的頻率。
通過(guò)將經(jīng)過(guò)多個(gè)BFO處理的信號(hào)的輸出結(jié)合起來(lái)，本實(shí)施方式獲 得"通用的"無(wú)線電模式。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于探測(cè)器1在大多數(shù)國(guó)家中 可以應(yīng)用，且在這些國(guó)家中不需要本地配置，因此節(jié)約成本及部署時(shí) 間。實(shí)現(xiàn)BFO的結(jié)合且不丟失性能。
無(wú)線電選擇模塊的輸入源是來(lái)自VLF發(fā)射站的在16 KHz至39 KHz頻帶中的能量。參照?qǐng)D4，模塊41將來(lái)自多個(gè)BF0 53的信號(hào)55 添加到普通算法中，因此包含所有頻譜且不丟失所涉及的信噪比的性 能。除了具有多個(gè)BFO外，該算法與所有先前的算法非常相似。BFO 53在共模結(jié)合57處相加，其輸出與從CODEC 11輸出的信號(hào)59相乘。 低通濾波器61判定全部的帶寬探測(cè)，其典型地為10 KHz，并且還除 去調(diào)制所固有的三角和項(xiàng)。
如果使用兩個(gè)BFO 53,它們的頻率在17536 Hz至20992 Hz和 20992 Hz至24448 Hz的范圍內(nèi)選擇。優(yōu)選地它們的頻率在18400 Hz 至20128 Hz和21856 Hz至23584 Hz的范圍內(nèi)選擇。本實(shí)施方式中 兩個(gè)BFO 53的頻率選擇這些范圍的中間值，即19264 Hz和22720 Hz。另 一優(yōu)選頻率范圍是24700 Hz左右，可以選擇另外的BFO頻率
以改進(jìn)本地覆蓋。通過(guò)將多個(gè)BF0 53運(yùn)行于這些精心挑選的頻率，探 測(cè)器可以以無(wú)線電模式在多數(shù)國(guó)家中進(jìn)行探測(cè)。
無(wú)線電模式選擇模塊41的信號(hào)處理的其他部分與先前的用于處理 無(wú)線電模式信號(hào)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化。包含整流器63、隨后的低通濾波器 65、下采樣級(jí)67和另一低通濾波器69。該級(jí)聯(lián)采樣和低通濾波用于抽 取從每秒采樣約73千次下至每秒采樣約610次的采樣率的帶寬，具有 接近10Hz的全部響應(yīng)帶寬，即無(wú)線模式的沖擊響應(yīng)帶寬。
對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種修改都是顯而易見(jiàn)的，且其 期望包括所有落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
l、一種用于探測(cè)來(lái)自埋地載流導(dǎo)體的超低頻磁輻射的探測(cè)器(1)的無(wú)線電模式選擇模塊(41)，所述探測(cè)器具有用于將所述磁輻射轉(zhuǎn)換為場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的磁性傳感器(3、5)和用于數(shù)字化所述場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述無(wú)線電模式選擇模塊(41)包括多個(gè)拍頻振蕩器(53)，其使所述探測(cè)器的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的探測(cè)帶寬集中在目標(biāo)超低頻頻帶上；求和裝置，用于對(duì)所述拍頻振蕩器的輸出求和；及乘法裝置，用于將所述求和裝置的輸出與所述數(shù)字化信號(hào)相乘。
2、 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線電模式選擇模塊，其中第一拍頻振蕩 器以17536Hz和20992Hz之間的頻率振蕩，第二拍頻振蕩器以20992Hz 和24448Hz之間的頻率振蕩。
3、 如權(quán)利要求2所述的無(wú)線電模式選擇模塊，其中所述第一拍頻 振蕩器以18400Hz和20128Hz之間的頻率振蕩，所述第二拍頻振蕩器 以21856Hz和23584Hz之間的頻率振蕩。
4、 如權(quán)利要求3所述的無(wú)線電模式選擇模塊，其中所述第一拍頻 振蕩器以19264Hz的頻率振蕩，所述第二拍頻振蕩器以22720Hz的頻率振蕩。
5、 如權(quán)利要求2所述的無(wú)線電模式選擇模塊，其中第三拍頻振蕩 器以24700Hz振蕩。
6、 一種用于探測(cè)埋地載流導(dǎo)體的探測(cè)器(1),包括 磁性傳感器(3、 5),用于將來(lái)自所述導(dǎo)體的磁輻射轉(zhuǎn)換為場(chǎng)強(qiáng)信 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于數(shù)字化所述場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)；及如權(quán)利要求1所述的無(wú)線電模式選擇模塊(41 )，其被設(shè)置以處理 所述探測(cè)器的所述場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)。
全文摘要
一種用于探測(cè)埋地載流導(dǎo)體的探測(cè)器(1)的無(wú)線電模式選擇模塊(41)，其包括多個(gè)拍頻振蕩器(53)，以使所述探測(cè)器(1)的探測(cè)帶寬集中在目標(biāo)超低頻(VLF)頻帶。選擇所述拍頻振蕩器的頻率以落入多數(shù)國(guó)家使用的VLF頻帶內(nèi)，從而在這些國(guó)家中探測(cè)器(1)能用于無(wú)線電模式，而不需要本地配置。
文檔編號(hào)G01V3/10GK101365954SQ200680030355
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者理查德·皮爾森 申請(qǐng)人:無(wú)線電探測(cè)有限公司