专利名称：比例计量的ac电线跟踪器的制作方法
比例计量的AC电线跟踪器关联申请的交叉引用本申请根据35 U. S. C. § 119(e)要求2008年3月6日提交的题为“RATI0METRIC AC WIRE TRACER(比例计量的AC电线跟踪器)”的美国临时专利的优先权(案号ZIR006PV)。
背景技术：
1.发明领域本发明涉及用于跟踪电线并寻找隐藏电子元件的电测试设备。2.
背景技术：
电气工程经常需要识别墙壁或其它障碍物后面的电路元件或跟踪墙壁或其它障 碍物后面的电路。例如，电工可能希望识别是否存在任何电气布线或寻找附连于特定墙上 插座的电气布线以进行维修。通过识别隐藏的电气布线，电技师能在使布线暴露并执行维 修前断开电路。例如，电工可能希望跟踪沿墙壁的隐藏电线以确定适宜地点来添加另一插座。用于定位和识别电气电路的一些装置使用发射器和接收器。发射器在所讨论电 路上诱生电流信号。接收器检测所诱生的信号。对于使用发射器-接收器对的电路探测 器的进一步描述，参见Miller等人在2005年8月23日提交的题为“Electrical circuit tracing and identifying apparatus and method(电路跟踪和识别装置以及方法)”的美 国专利6，933，712，该专利的内容通过援引包含于此。其它用于定位和识别电路和加电AC布线的检测装置仅使用手持接收器并依赖于 电容或接收的电场的变化。这类装置依赖于环境。这些因素包括用来构筑墙壁的材料的类 型和尺寸以及传感器和布线之间的距离。这些传感器通过确定一门限而工作，该门限定义 目标存在和目标不存在之间的界限。该门限是可变的并且易受墙壁的结构、厚度变化以及 温度和湿度的微小变化的影响。甚至用于工作人员鞋子的材料的介电特性以及工作人员如 何握持装置也对业已确定的门限产生影响。如果工作人员在工作中移动至不同的地板材料 或墙壁结构不同，确定的门限值将变得无效并且传感器可能无法按照意图工作。总地来说，环境导致需要仔细校正的不可预测性和不确定性。对具有足够灵敏度 并有工作在各种环境下的灵活性的传感器来说，必须针对该特定环境校正传感器。如果传 感器未被正确地校正，则传感器可能不那么灵敏(例如如果门限过高)或给出假的肯定读 数(例如如果门限过低)。上述传统传感器需要辅助发射器或门限校正步骤。因此，需要减少或消除导致不 准确的传感器指示的环境变量，由此为手持检测装置的工作人员提供搜寻隐藏电线而不依 赖辅助发射器或减少对最初门限校正步骤的强调的能力。概述本发明的一些实施例提供一种用于感测电线的手持装置，该装置包括多个传感 器电极；多个放大器，每个放大器具有耦合于多个传感器电极中单独的一个电极的输入端 口，并具有输出端口 ；组合器，该组合器具有耦合于多个放大器的输出端口中的第一个输出 端口的第一输入端口，以及耦合于多个放大器的输出端口中的第二个输出端口的第二输入端口，以及输出端口 ；比较器，该比较器具有耦合于组合器的输出端口的第一输入，耦合于 多个放大器的输出端口中的第三个输出端口的第二输入，以及输出端口 ；指示器，该指示器 响应比较器输出端口处的信号。
本发明的一些实施例提供手持装置以感测电线，该装置包括包含至少三个传感 器电极的多个传感器电极；多个放大器，每个放大器具有耦合于多个传感器电极中单独一 个电极的输入端口，并进一步具有输出端口 ；模_数转换器，该模_数转换器具有多个输入 端口，每个端口耦合于多个放大器的输出端口中相应的一个，并具有输出端口 ；处理器，该 处理器耦合以从模-数转换器接收数据并执行指令；以及耦合于处理器的存储器，其中该 存储器包含指令以使处理器组合来自多个传感器电极中的各对传感器电极的数据，并将各 基准信号数据与来自各对传感器电极的每个组合数据进行比较。本发明的一些实施例提供感测电线的方法，该方法包括感测来自多个传感器电 极的输入信号；放大每个感测到的信号；组合第一对经放大信号以产生第一组合信号；将 基准信号与第一组合信号比较以产生第一比较结果；组合第二对经放大信号以产生第二组 合信号；将基准信号与第二组合信号比较以产生第二比较结果；基于第一比较结果和第二 比较结果判断电线的存在；以及指示电线的存在。本发明的这些和其它方面、特征和优势将从下文描述的实施例中变得明显。附图简述仅作为示例通过参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1示出隐藏在例如墙壁20后面的电线10、以及传感器30的侧视图。图2A示出电线10、墙壁20和传感器30的前视图。图2B示出在电线10和传感器30之间的各个距离上沿墙壁20的感测测量值。图3A-3D示出根据本发明的相对于电线10和三电极传感器装置100的装置布置。图4示出根据本发明的在图3A-3D的电线10和装置100之间的各个距离上沿墙 壁20的感测测量值。图5A和5B示出根据本发明的相对于电线10和三电极传感器装置100的装置布
置的第二取向。图6示出根据本发明的在图5A和5B的电线10和装置100之间的各个距离上沿 墙壁20的感测测量值。图7示出根据本发明的在五电极装置100中的多个传感器的布置。图8A-8D示出根据本发明的图7中的装置100相对于电线10的相对布置。图9示出根据本发明的在图8A-8D所示的电线10和装置100之间的各个距离上 沿墙壁20的感测测量值。图10A-10D示出根据本发明的图7中的装置100相对于电线10的相对布置。图11示出根据本发明的在图10A-10D所示的电线10和装置100之间的各个距离 上沿墙壁20的感测测量值。图12A-12C示出根据本发明的虚拟传感器的布置和使用。图13是根据本发明的图7中的装置100的电路的示意图。图14A示出根据本发明的虚拟传感器以及图7中的装置100相对于电线10的相
对布置。
图14B示出根据本发明的在图14A所示的电线10和装置100之间的各个距离上 沿墙壁20的感测测量值。图15A示出根据本发明的虚拟传感器以及图7中的装置100相对于电线10的相
对布置。图15B示出根据本发明的在图15A所示的电线10和装置100之间的各个距离上 沿墙壁20的感测测量值。图16是根据本发明的图7中的装置100的电路的示意图。图17示出根据本发明的图7中的装置100的软件 流程。图18A和18B示出根据本发明的另一实施例。图19A-19D示出根据本发明的又一替代实施例。发明详细说明在下面的说明中，参照示出本发明若干实施例的附图。要理解也可利用其它实施 例并作出机械、组成、结构、电气和操作上的改变，而不背离本公开的精神和范围。下面的详 细描述不认为是限定意义。此外，下面的详细说明的一些部分是按照程序、步骤、逻辑框图、 处理来表示的，并且对于数据位的操作的其它符号表示可实现在电路或计算机存储器上。 程序、计算机执行的步骤、逻辑块、进程等在这里被认为是导致要求结果的前后一致的步骤 或指令序列。这些步骤是利用物理量的物理操作。这些量可采用能被存储、转移、组合、比 较或以其它方式在电子电路或计算机系统中工作的电、磁或无线电信号的形式。这些信号 有时被称为位、值、元、码元、字符、项、数字等。每个步骤可通过硬件、软件、固件或其组合来 完成。在硬件实现中，例如处理单元可实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处 理器(DSP)、数字信号处理器件(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、 处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文所述功能的其它装置单元 和/或其组合。在本说明书中，对“一个例子”、“一个特征”、“例子”或“特征”的引用表示与该特 征和/或例子关联描述的具体特征、结构或特征包含在所要求保护的主题的至少一个特征 和/或实例中。因此，本说明书中各处出现的词语“在一个例子中”、“一例子”、“在一个特征 中”或“特征”不一定全部指同一特征和/或实例。此外，可在一个或多个实例和/或特征 中组合具体的特征、结构或特征。本文所述的“指令”涉及给出一个或多个逻辑操作的表达。例如，指令可以是“机 器可读的”，它可由对一个或多个数据对象执行一项或多项操作的机器解释。然而，这仅仅 是指令的一个实例并且所要求保护的主题不局限于这个方面。在另一方面，本文所指的指 令可关联于编码的命令，它们由具有含已编码命令的命令集的处理电路执行。该指令可以 处理电路所理解的机器语言的形式编码。另外，这些仅仅是指令例子并且所要求保护的主 题不局限于这个方面。除非具体另有说明，如从下面讨论更为明显的那样，整篇说明书篇幅中利用的术 语，例如“处理”、“运算”、“计算”、“选择”、“形成”、“启用”、“定位”、“终止”、“识别”、“发起”、 “检测”、“获得”、“主存”、“维持”、“代表”、“估计”、“接收”、“发射”、“判断”和/或类似物指
可由例如计算机或类似电子计算设备的计算平台执行的动作和/或进程，所述计算平台在 计算平台的处理器、存储器、寄存器和/或其它信息存储、传输、接收和/或显示设备中操纵和/或转换表示为物理电子量和/或磁量和/或其它物理量的数据。这些动作和/或进程 可在例如存储在存储介质中的机器可读指令的控制下由计算平台执行。这些机器可读指令 可包括例如存储在作为计算平台一部分的存储介质中的软件或固件(例如包括作为处理 电路的一部分或处于该处理电路的外部)。此外，除非专门另有声明，本文结合流程图或以 其它方式描述的进程可通过该计算平台完整或部分地执行和/或控制本发明的实施例在减少误读发生的同时提供识别加电的交流电(AC)布线的能 力。本发明的一些实施例使用一族感测电极，其中的一个用作基准电极由此消除共模感测 误差。对于具有基准电极的共模感测和多电极AC感测装置的进一步说明参见1998年6月 30日授权的由Tavernetti发明的题为“Threeelectrode AC detection (三电极AC检测)” 的美国专利5，773，971，其内容通过援引包含于此。图1示出隐藏在例如墙壁20的材料后的电线10以及用来感测该电线的手持装置 30的侧视图。电线10当加电时产生围绕该电线的电�。玫绯⊥腹诓⒈蛔爸�30感测。 装置30包括感测电极40、放大器50、门限检测器60和显示器80。在电极40接收的电场对 感测电极40周围的介电材料很敏感。感测电极40可简单地为金属垫或也可包含有源电路。 由感测电极40上感应出的电场产生的信号从电极40传至放大器50，放大器50产生供门限 检测器60比较的电信号。门限检测器60将放大的信号与预定基准信号70比较。如果放 大的信号大于基准信号，则可作出装置30下面存在电线的判断。显示装置80可用来指示 工作人员已检测到电线。磁滞可用来减小当放大的信号大约等于门限值时的闪烁效应。图2A示出图1的电线10、墙壁20和手持装置30的前视图。随着装置(沿X轴) 从左向右移动，经放大的信号的强度逐渐变化，如图2B的不按比例图中所示那样。图2B示 出在电线10和手持装置30之间的各个距离上沿墙壁20的感测测量值72。感测测量值72 可表示经放大信号的最大电压，该信号典型为与经过电线10的交流(AC)频率对应的循环 信号。尽管传感器电极40感测出代表正弦信号的一系列振幅，但为了简明起见，假设所感 测到的信号72是跨循环的检测信号的最大值，并将非最大值的正弦信号丢弃。感测测量值72的最大值点71代表沿墙壁20表面的一个点(或线)，在该处装置 30和传感器电极40最靠近电线10。感测测量值72随着电线10和装置30之间的距离增 加而逐渐减小。比较器60将预定门限70与感测测量值72比较。当感测测量值72大于预 定门限70时，比较器60输出指示装置30在电线10之上的判断信号。当感测测量值72小 于预定门限70时(例如在离中心位置“0” 3个单位的位置“A”处)，比较器60输出指示装 置30不在任何电线之上的判断信号。判断信号可由显示器80使用以通知工作人员电线10 存在。图3A-3D示出根据本发明的相对于电线10和三电极传感器装置100的装置布置。 传感器装置100包括多个传感器电极。图示装置100包括左“L”电极、中央“C”电极和右 “R”电极。在图3A所示的第一位置“A”，装置100与电线10离开一定的距离。在图3B所 示的第二位置“B”，右“R”电极位于电线10上方。在图3C所示的第三位置“C”，中央“C” 电极位于电线10上方。在图3D所示的第四位置“D”，左“L”电极位于电线10上方。图4示出根据本发明的在图3A-3D的电线10和装置100之间的各个距离上沿墙 壁20的感测测量值。在图4中，图2B的曲线72在73、74和75处重复；对装置100中的每 个传感器电极都重复一次。在位置“A”，右“R”传感器电极如预料的那样在三个感测测量值中具有最大的最大振幅。当比较这些振幅以寻找较大的振幅时，信号的符号可忽略而仅 比较振幅。当传感器电极“R”在电线上方居中时，感测测量值73处于其最大值。同样，当 传感器电极“C”和“L”在电线上方居中时，感测测量值74、75分别处于其最大值。通过比 较来自中央“C”电极的感测测量值74与来自另外两个电极的测量值，可作出装置100在电 线10上方居中的判断。例如，当感测测量值74大于感测测量值73和75两者时，装置100 可指示其在电线10上方居中。或者，当感测测量值74大于高于感测测量值73、75的预定 门限时，装置100可指示其在电线10上方居中。作为另一种选择，当感测测量值74的缩放 形式(例如放大10%的版本)大于感测测量值73、75两者时，装置100可指示其在电线10 上方居中。图5A和5B示出根据本发明的相对于电线10和三电极传感器装置100的装置布 置的第二取向。装置100和电线10之间的相对取向转过90°。上方的电极被称为上“U” 电极，中间的电极被称为中央“C”电极，而下方的电极被称为下“D”电极。在图5A所示的 第一位置“A”，装置100与电线10具有一侧向距离。在图5B中，装置100直接位于电线10 上方。图6示出根据本发明的在图5A和5B的电线10和装置100之间的各个距离上沿 墙壁20的感测测量值。当传感器电极(U、C、D)与电线10成一直线时，这些传感器电极各 自提供如同一曲线76所示的相同感测测量值。由于三个传感器电极产生相同的信号，可能 不使用通过比较传感器结果识别电线10中心的方法(前面结合图4描述过)。替代地，必 须利用使用门限的方法(前面结合图2B描述过)。为了克服该限制，多电极传感器可包括 跨表面散布而不是散布在一条直线上的电极，如下文所述那样。图7示出根据本发明的在五电极装置100中的多个传感器的布置。手持装置100 包括五个传感器电极如图所示，第一个位于右上方“UR”，第二个位于右下方“LR”，第三个 位于中央“C”，第四个位于左下方“LL”而第五个位于左上方“UL”。中央电极“C”可如下文 进一步说明的那样用作基准电极。包括基准电极的每个电极具有相同面积，以使感测到的 信号被均等地放大并相对比较。环绕电极(UR，LR，LL & UL)限定一平面并提供与基准中央 电极相比较的信号。图8A-8D示出根据本发明的图7中的装置100相对于电线10的相对布置。在图 8A所示的第一位置“A”，装置100与电线10隔开一定距离。在图8B所示的第二位置“B”， 装置100的UR和LR电极在电线10上方居中。在图8C所示的第三位置“C”，装置100的 UR和LR电极和中央电极C跨在电线10上。在图8D所示的第四位置“D”，装置10的中央 电极“C”跨在电线10上。图9示出根据本发明的在图8A-8D所示的电线10和装置100之间的各个距离上 沿墙壁20的感测测量值。在电线相对于装置100的垂直取向下，电极UR和LR产生如曲线 73所示的传感器测量值，电极C产生如曲线74所示的传感器测量值，而电极UL和LL产生 如曲线75所示的传感器测量值。如参照图4所述那样，通过检查相对测量信号可确定电线 10的中心。例如，当来自电极C的传感器测量值大于或大于其它传感器测量值之上的门限 时，可认为装置100位于电线10上方。与前面描述的具有三个共线传感器电极的三电极配置不同，当电线10位于中央 电极附近时，如图所示的五电极配置导致中央电极大于至少两个其它电极。换句话说，通过跨平面地添加电极，可通过比较中央电极周围的电极的选定集或子集来识别电线10的中 心。在图9中，第一曲线73代表来自UR和LR电极的传感器测量值，第二曲线74代表来自 中央C电极的传感器测量值，而第三曲线75代表来自UL和LL电极的传感器测量值图10A-10D示出根据本发明的图7中的装置100相对于电线10的相对布置。装 置100和电线10之间的相对角度例如转过45°以给出所得的传感器测量值。在图IOA中， 在第一位置“A”，电线10远离所有的传感器电极。在图IOB中，在第二位置“B”，电线10在 传感器电极UR上方居中。在图IOC中，在第三位置“C”，电线10在传感器电极UL、C、LR以 及传感器电极UR上方居中。在图IOD的第四位置“D”，电线10在传感器电极UL、C和LR上 方居中。图11示出根据本发明的在图10A-10D所示的电线10和装置100之间的各个距离 上沿墙壁20的感测测量值。所得的曲线73、74和75示出来自中央电极C的测量值如果不 大于所有其它传感器测量值也将至少一样大。在这种情形下，曲线73示出来自电极UR的 传感器测量值，曲线74示出来自电极C、UL和UR的传感器测量值，而曲线75示出来自电极 LL的传感器测量值。当电线10位于中央电极C附近或者其上方时，传感器测量值大于至少 两个其它的传感器信号(即LL和UR)。图12A-12C示出根据本发明的虚拟传感器的布置和使用。图7的五电极配置被补 充如图12A所示的四个虚拟电极(VR、VD、VL和VU)。右虚拟电极“VR”通过组合来自UR和 LR(右面的两个电极)的测量信号而形成并在概念上直接位于UR和LR之间。同样，下虚拟 电极“VD”通过组合来自LR和LL(下面的两个电极)的测量信号而形成。左虚拟电极“VL” 通过组合来自LL和UL(左边的两个电极)的测量信号而形成。上虚拟电极“VU”通过组合 来自UL和UR(上面的两个电极)的测量信号而形成。组合可通过简单求和或例如求平均的比例求和来形成。例如，如果将求平均用于 组合，并且如果UR和LR分别提供8和12伏的值，VR将会是10伏(8和12的平均值)。如 果在组合时使用求和，则UR = 8和LR = 12的值将得出VR = 20。在这种情形下，关联于中 央电极C的放大器(例如下面图13A中的120c)可具有两倍于与其它放大器(例如下面图 13A中的120a)关联的增益值的增益。电线可视为具有X轴分量和Y轴分量。例如，45°角的电线(例如图IOC中的位 置C)可视为具有沿Y轴的垂直分量以及沿X轴的水平分量。每个分量构成由对角电线10 提供的总信号的一部分。如此，沿X轴的电极可用来确定相对于X轴的梯度或方向。例如， 从中央电极沿X轴(直接向右或向左)定位的虚拟电极可用来确定电线10的X轴分布的 相对距离或方向。同样，从中央电极垂直偏移的虚拟电极可用来确定相对于Y轴的梯度或 方向。在图12B中，虚拟电极VR被计算作为UR和LR的平均并从概念上位于UR和LR之 间。VR的位置使其就位于中央电极C沿X轴的右侧。可相对于C和VR确定电线10的垂 直分量的位置。例如，当C和VR相等且高于最小门限时，垂直分量直接在C和VR之间。同 样，图12C示出虚拟电极VU，它被计算作为UL和UR的平均值并从概念上位于UL和UR之 间。UV的位置使其就位于中央电极C沿Y轴的上方。可相对于C和VU确定电线10的水平 分量的位置。例如，当C和VU相等且高于最小值门限时，水平分量直接位于C和VU之间。图13是根据本发明的图7中的装置100的电路的示意图。第一传感器电极IlOa(UR)将原始传感器信号提供给第一放大器120a。第一放大器放大该信号以生成第一经放大的传感器信号。第二电极IlOb(LR)将原始传感器信号提供给第二放大器120b。第 二放大器放大该信号以产生第二经放大的传感器信号。第一和第二经放大的信号被用作组 合器152的输入值。组合器152可对输入值求和。或者，组合器可对输入值求平均。所得 到的组合信号可视为来自虚拟电极(VR)的信号。第三传感器电极IlOc(C)将原始传感器 信号提供给第三放大器120c。第一放大器放大该信号以产生第三经放大的传感器信号。该 第三经放大的传感器信号被用作基准信号，它作为第一输入提供给比较器154。经组合的信 号(VR)作为比较器154的第二输入信号。比较器提供判断作为输出信号。例如，当基准信 号大于VR信号时，判断可以是电线10位于虚拟电极VR的左侧。图13A的电路可重复以形 成附加的虚拟电极，由此给予硬件在电线10上变窄所需的电路。可在工厂校正期间设定放大器120的增益以减小传感器电极周围紧邻的介电材 料的差异效果。通过补偿电极周围介电特性的差异，可更为可靠地比较来自每个传感器电 极的测量。在图13B中，五个传感器电极IlOa-IlOe分别形成UR、LR、C、LL和UL。每个传感 器电极与相应的放大器120a-120e配对。每个放大器具有耦合于传感器电极的单独一个电 极的输入端口以及输出端口。传感器电极信号对通过组合器152a-152d组合。组合器152a 组合信号UR和LR。组合器152b组合信号LR和LL。组合器152c组合信号LL和UL。组合 器152d组合信号UL和UR0如图所示，来自放大器120c的输出信号是基准信号并且不与另 一传感器电极信号组合。比较器154具有连接于每个组合器152a_152d的输出端口以及从放大器120c接 收基准信号的输入端口。比较器154可由单个比较器、比较器与附加普通逻辑元或诸如微 控制器的处理器中的指令的配置提供。来自比较器154的输出信号提供判断信号，该判断 信号可由后继处理、显示或一些其它指示器使用。在一些实施例中，当基准信号大于全部组合信号时，比较器154提供判断信号以 指示电线10存在。在其它实施例中，当基准信号大于至少两个组合的信号时，比较器154 提供判断信号以指示电线10存在。比较器可内建有磁滞以使判断信号在瞬变状态下不波 动。图14A示出根据本发明的虚拟传感器以及图7中的装置100相对于电线10的相 对布置。装置100相对于电线10呈45°角地设置。在第一位置A，电线在传感器电极UR 下方。在第二位置B，电线10在虚拟电极VU和VR下方。在第三位置C，电线10在传感器 电极LR、C和UL下方。图14B示出根据本发明的在图14A所示的电线10和装置100之间的各个距离上 沿墙壁20的感测测量值。曲线74代表来自中央电极的测量信号。曲线78代表分别由传 感器电极信号组合UR和LR以及UL和UR形成的虚拟信号VR和VU。曲线79代表分别由传 感器电极信号组合LL和UL以及LR和LL形成的虚拟信号VL和VD。根据传感器电极的尺 寸和面积以及传感器电极的相对布置，虚拟曲线可具有一个最大值(如图所示的单峰)或 具有两个最大值(双峰)。为简明起见，虚拟曲线被表示为单峰并用虚线表示。当装置100处于位置A时，曲线78是最大的。当装置100处于位置B时，曲线78 处于最大值。当装置100处于位置C时，曲线74处于最大值。注意每个虚拟曲线(如虚线所示)具有小于曲线74最大值的最大值，它代表来自中央电极的基准信号。当基准信号大 于全部虚拟信号时，比较器154可设定判断指示器。或者，可缩放基准信号(或等同地缩放 虚拟信号)以使缩放的基准信号大于虚拟信号的范围更大或更小以拓宽或收窄认为电线 10存在的窗口。图15A示出根据本发明的虚拟传感器以及图7中装置100相对于电线10的相对 布置。装置100相对于电线10成90°角定位。在第一位置A，电线位于传感器电极UR和 LR下方以及虚拟电极VR下方。在第二位置B，电线10位于中央电极C和传感器电极UR、 LR之间。在第三位置C，电线10位于传感器电极C下方以及虚拟电极VD和VU下方。 图15B示出根据本发明的在图15A所示的电线10和装置100之间的各个距离上 沿墙壁20的感测测量值。曲线74代表来自中央电极的测量信号。曲线78代表虚拟信号 VR0曲线79A代表虚拟信号VL。曲线79B代表虚拟信号VU和VD。当装置100处于位置A时，曲线78大于任何一个其它曲线。当装置100处于位置 B时，曲线78处于其最大值但曲线74被示为具有较大值。当装置100处于位置C时，曲线 74处于最大值。比较器154可如上所述地设定判断指示器(例如当基准信号C大于全部虚 拟信号时)。图16是根据本发明的图7中的装置100的电路的示意图。装置100具有分别由 UR、LR、C、LL和UL构成的五个传感器电极llOa-llOe。每个传感器电极与相应的放大器 120a-120e配对。每个放大器具有耦合于单独一个传感器电极的输入端口以及耦合于处理 器150的输出端口。处理器具有连接于放大器120a-120e的每个输出的模-数转换器。处 理器包括将经放大的传感器电极信号数字化并组合多对信号以形成虚拟信号、将虚拟信号 与基准信号比较并将判断信号提供给指示器装置140的指令，该指示器装置140提供电线 10存在的听觉和/或视觉指示。图17示出根据本发明的图7中的装置100的软件流程。在步骤200，处理器150 初始化硬件和软件。例如，处理器150执行指令以设置模数转换器以供接下来的数据捕获。在步骤210，处理器150对传感器电极信号采样。采样可以循环方式进行或在一时 间段内进行。处理器可继续对模拟信号采样以形成数字数据。处理器150可分析数字数据 以寻找局部最大值(一个或多个循环中的最大值点)，该局部最大值可由组合器使用。在步骤220，通过对相邻的传感器电极对求平均而实现组合功能。S卩，组合来自UR 和LR的测量值以形成VR，组合来自LR和LL的测量值以形成VD，组合来自LR和UL的测量 值以形成VL，以及组合来自UL和UR的测量值以形成VU。假设放大器全部提供同一放大比， 则组合的信号代表各信号的平均值。在步骤230，将来自中央传感器电极的基准值与虚拟信号VR、VD、VL和VU比较以 确定基准信号是否大于虚拟信号。比较过程可能要求基准信号大于来自每个虚拟信号的某 一正(或负)门限。比较过程可包括迟滞过程以最小化不想要的波动。所得出的判断可能 只是该装置在电线10上方居中的指示。所得出的判断也可能是电线10方向的指示。如果 没有发现变化(例如装置之前没有处在电线10上方并且仍然尚未处于电线10上方)，则过 程返回以在步骤210采集下一个传感器采样。在步骤240，可向装置100的工作人员指示来自步骤230的判断的任意变化或更 新。指示器可以是声音指示器，例如蜂鸣器或扬声器。另外，指示器可以是虚拟指示器，例如LED、串联的LED和/或显示器。一旦指示器已更新，过程返回到在步骤210采集下一传 感器采样而重复。
图18A示出根据本发明的另一实施例。所示的四电极配置包括四个传感器电极 上电极(U)、右下电极(LR)、左下电极(LL)以及中央电极(C)。另外示出三个虚拟电极虚 拟右电极(VR)、虚拟下电极(VD)和虚拟左电极(VL)。如上所述，虚拟电极是通过组合两个 相邻电极而形成的。VR是U和LR的组合，VD是LR和LL的组合，而VL是LL和U的组合。 平衡虚拟电极和基准电极以使其振幅相等。例如，组合可以是求平均并且不调整中央测量。 或者，组合可以是求和并将中央测量放大2倍。图18B示出根据本发明的沿图15A的电线10 (未示出)和装置100之间各个距离 上的壁20的感测测量值。第一曲线(C)代表来自中央电极的基准测量值。曲线VR代表虚 拟信号VR。曲线VL代表虚拟信号VL。曲线VD代表虚拟信号VU和VD。当装置100在电线 10上方时，第一曲线(C)大于虚拟曲线。当C = max(C，CR，⑶，CL)并且C高于最小值门限 时，接收虚拟测量和基准测量的比较器可指示电线10存在。最小值门限可用来指示装置敏 感或在电线10的范围内。可使用虚拟传感器确定方向。例如，通过虚拟传感器相对于基准电极(C)的结果 可得出位置加权平均值。在图18A的情形下，可计算出VR、VD和VL的位置平均值。电线10 的方向可以是位置平均值相对于基准电极(C)的位置的方向。或者，可从传感器电极测量 本身(即在组合前)确定方向。例如，可通过哪个传感器电极给出最大测量值来指示方向。图19A-19D示出根据本发明的又一替代实施例。装置100包括三个传感器电极 上电极(U)、右下电极(LR)和左下电极(LL)。各对传感器电极可如上所述地组合以形成虚 拟电极U和LR形成虚拟右电极(VR) ；LR和LL形成虚拟下侧或下电极(VD)；而LL和U形 成虚拟左电极(VL)。在所示实施例中，不存在专门的基准电极。当彼此面向的一对传感器 电极已被组合以形成虚拟电极时，一传感器电极充当基准电极。如下文中更详细描述的那 样，每个电极轮流充当基准电极。图19B示出将来自虚拟传感器VL的计算数据与来自传感器电极LR的测量数据作 比较的操作的第一阶段。图19C示出将来自虚拟传感器VR的计算数据与来自传感器电极 LL的测量数据作比较的操作的第二阶段。图19D示出将来自虚拟传感器VD的计算数据与 来自传感器电极U的测量数据作比较的操作的第三阶段。在每个阶段期间，比较数据指示感测出的电线10的方向。例如在阶段一，如果VL 大于LR，则电线10更靠近VL (或总地来说更靠近一对传感器电极LL和U)。在这种情形 下，可确定开始于LR并沿VL方向的方向矢量。在阶段二，如果VR小于LL，则电线10更靠 近LL。可确定开始于VR并沿LL方向的方向矢量。在阶段三，如果VD小于U，则电线10更 靠近U。可确定开始于VD并沿U方向的方向矢量。随着电线10靠近并经过装置100，一个或多个确定的方向矢量应改变方向。例如， 在后继的阶段一，VL可能变得小于LR。这种方向变化是电线10位于装置10附近的指示， 因此，装置100可向工作人员指示电线10在附近。另外，使用原始和/或虚拟传感器电极测量值中的最大值来指示电线10的一般方 向。此外，可计算位置加权的平均点以确定相对电线10的梯度。因此，要理解本发明可用落在所附权利要求书的精神和范围内的修改和替代来实现。说明书不旨在穷举或将本发明限制于所公开的准确形式。要理解本 发明可用修正和替 代来实现。
权利要求
一种感测电线的手持装置，所述装置包括多个传感器电极；多个放大器，所述每个放大器具有耦合于所述多个传感器电极中单独的一个电极的输入端口并具有输出端口；组合器，所述组合器具有耦合于所述多个放大器的输出端口中的第一个输出端口的第一输入端口、耦合于所述多个放大器的输出端口中的第二个输出端口的第二输入端口、以及输出端口；比较器，所述比较器具有耦合于所述组合器的输出端口的第一输入、耦合于所述多个放大器的输出端口中的第三个输出端口的第二输入、以及输出端口；指示器，所述指示器响应于所述比较器的输出端口处的信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个传感器电极包括多个电场传感器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个传感器电极包括多个电容性传感ο
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括相应的多个模_数转换器，每个所述模_数转换器具有耦合于所述多个放大器的输出 端口中的单独一个输出端口的输入端口；处理器，所述处理器具有耦合于所述模_数转换器的输入端口，其中所述处理器包括 所述组合器和所述比较器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括存储器，所述存储器包括指令以 从来自所述多个传感器电极中的第一电极的第一信号与来自所述多个传感器电极中的第二电极的第二信号的组合产生第一组合信号；以及将来自所述多个传感器电极的第三电极的第三信号与所述第一组合信号比较。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组合器包括求平均单元。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组合器包括加法器。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个放大器各自提供一相同的增益。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个传感器电极中的一个是基准电极， 并且所述基准传感器提供基准信号。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个放大器中耦合于所述基准电极的 一个放大器提供第一增益，而其余多个放大器中的每一个提供第二增益。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个传感器电极中的每一个包括独立 的电路板。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括含所述多个传感器电极的电路板。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二组合器，所述第二组合器具有耦合于所述多个放大器的输出端口中的第二输出 端口的第一输入端口 ；耦合于所述多个放大器的输出端口中的第四输出端口的第二输入端 口 ；以及输出端口 ；其中所述第二组合器的所述输出端口耦合于所述比较器的第三输入端口。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括第三组合器，所述第三组合器具有耦合于所述多个放大器的输出端口中的第四输出端口的第一输入端口 ；耦合于所述多个放大器的输出端口中的第五输出端口的第二输入端 口 ；以及输出端口 ；其中所述第三组合器的所述输出端口耦合于所述比较器的第四输入端口。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括第四组合器，所述第四组合器具有耦合于所述多个放大器的输出端口中的第五输出 端口的第一输入端口 ；耦合于所述多个放大器的输出端口中的第一输出端口的第二输入端 口 ；以及输出端口 ；其中所述第三组合器的输出端口耦合于所述比较器的第五输入端口。
16.一种感测电线的手持装置，所述装置包括多个传感器电极，所述多个传感器电极包括至少三个传感器电极； 多个放大器，每个所述放大器具有耦合于所述多个传感器电极中的单独一个电极的输 入端口并进一步具有输出端口；模_数转换器，所述模_数转换器具有多个输入端口且具有输出端口，每个所述输入端 口耦合于所述多个放大器的输出端口中相应的一个；处理器，所述处理器耦合以从所述模_数转换器接收数据并执行指令；以及 耦合于所述处理器的存储器，其中所述存储器包含指令，所述指令使所述处理器组合 来自所述多个传感器电极中的各对传感器电极的数据，并将相应的基准信号数据与来自所 述各对传感器电极的每个组合数据进行比较。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少三个传感器电极包括至少四个 传感器电极。
18.—种感测电线的方法，所述方法包括 感测来自多个传感器电极的输入信号； 放大每个所感测到的信号；组合第一对经放大信号以产生第一组合信号； 将基准信号与所述第一组合信号比较以产生第一比较结果； 组合第二对经放大信号以产生第二组合信号； 将基准信号与所述第二组合信号比较以产生第二比较结果； 基于所述第一比较结果和第二比较结果判断所述电线的存在；以及 指示所述电线存在。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括 组合第三对经放大信号以产生第三组合信号；以及将基准信号与所述第三组合信号比较以产生第三比较结果； 其中所述判断动作进一步基于所述第三比较结果。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括 组合第四对经放大信号以产生第四组合信号；以及将基准信号与所述第四组合信号比较以产生第四比较结果， 其中所述判断动作进一步基于所述第四比较结果。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述组合所述第一对经放大信号的动作 包括对所述第一对经放大信号求平均。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于将所述基准信号与所述第一组合信号作比较的动作包括判断所述基准信号是否大于 所述第一组合信号；将所述基准信号与所述第二组合信号作比较的动作包括判断所述基准信号是否大于 所述第二组合信号；以及基于所述第一比较结果和所述第二比较结果判断所述电线存在的动作包括在两次比 较中判断所述基准信号较大。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，产生所述第一比较结果的所述基准信号 等于产生所述第二比较结果的所述基准信号。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，产生所述第一比较结果的所述基准信号 不同于产生所述第二比较结果的所述基准信号。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述基准信号与所述第一组合信号作 比较的动作包括判断所述基准信号是否比高于所述第一组合信号的门限更大。
26.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括指示所述电线的方向。
全文摘要
提供检测例如隐藏在例如墙壁的表面后的电线的装置和方法的实现。该装置和方法使用多个传感器信号，这些传感器信号可测量电介质中的电场或变化。将成对的信号组合并与感测出的基准信号比较。多个传感器帮助确定电线的方向或倾斜度。在将组合信号与基准信号比较前对感测信号组合和求平均有助于使电线的检测较少地依赖于传感器与电线之间的相对取向。
文档编号G01V3/08GK101960332SQ200980107702
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月4日 优先权日2008年3月6日
发明者C·E·赫格, R·哈利迪 申请人:泽肯公司
专业数控铣床产品供应商
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