CN100365438C - 用于检测埋入的磁性物体的检测器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于检测埋入物体的检测器，该检测器通过检测附加于该埋入物体上的强磁性标记产生的磁场能够精确地测量埋入物体的位置，该检测器包括：具有第一至第四检测传感器的检测部分和用于对来自检测传感器的信号进行平行处理的处理器，所述传感器顺序地沿直线排列在相对于埋入物体取向的探头中，这些传感器从探头的远端相互间隔开；和主处理器，用于根据检测部分的信号判定埋入物体是强磁性材料还是弱磁性材料。该主处理器比较位于探头不同位置上的第一传感器至第四传感器的检测结果以判定埋入物体是强磁性材料还是弱磁性材料。

Description

用于检测埋入的磁性物体的检测器

技术领域

本发明涉及一种通过检测磁性标记产生的磁场来精确地检测埋入物***置的检测器，其中所述的磁性标记由强永磁体制成并附加在埋入物体上，更具体而言，涉及用于检测埋入的强磁性物体的检测器，该检测器拥有多个传感器以有效地判定该埋入的磁性物体是强磁性材料还是弱磁性材料。

背景技术

城市化的快速发展使得水、气、电气以及电信线路的设备安装正在迅速增加以提供如电气、电信、和给排水的基础设施。出于市容美观和保护设施的目的，上述线路通常被埋入地下。但是不仅关于埋入地下的线路位置信息不够充分，而且工人不能够以可视方式检测埋入物体的位置和状况，从而不利于对埋入物体的维护和修缮。此外，在向地下埋入新的物体或者构筑新的建筑物时，需要准确地检测埋入物体的位置而过渡耗费时间和费用。如果实施建筑工程却无法准确检测埋入的物体，那么在进行建筑施工时会损伤或者损坏该埋入的物体和伤及建筑工人。

为了检测埋入物体的位置，常规的做法是向地下辐射电波、超声波或超高频波来检测从埋入物体或者介质反射的波振动。但是，因为上述方法利用分析波振动来检测埋入物体，所以需要利用昂贵的设备进行诸如傅立叶变换、误差修正以及函数分析试验等复杂的算法来检测埋入设备的位置。

另外一种常规的方法是在埋入物体的上部安放有磁性线圈，地面的探头通过感应磁力来检测从磁线圈产生电流的磁场。但是如果磁线圈不能精确地安装在埋入物体的上部，那么在进行挖掘和掩埋工作的同时就不能轻而易举地检测到埋入物体的位置。在一个极端例子中，磁性线圈还会丢失。

与此同时，为了解决这些技术问题，韩国专利登记号为：430385的专利公开了“利用磁性标记检测埋入的磁性物体的位置的检测器以安排布置所述的埋入物体(Detector for detecting a location ofa buried magnetic object using a magnetic marker for managinga buried object)”在此引入其内容。

在上述专利中采用了两个传感器，以利用每一个传感器测量值之差来判定被埋入地下的磁性材料的位置。

但是在检测器采用两个传感器的的情况下，很难判定强磁性材料的磁性标记和弱磁性材料的普通金属材料。也就是说，因为当两个传感器测量值之差为正时，检测器应当将埋入的物体判定为强磁性材料，即使在弱磁性材料被埋入地下的情况下，该检测器也会将被埋入的物体识别为强磁性材料。

发明内容

相应地，本发明解决了上述现有技术中存在的技术问题。本发明的一个目的是提供一种用于检测埋入物体的检测器，该检测器拥有多个传感器，所述传感器能够准确地检测位于地下的强磁性材料的磁性标记，并与弱磁性材料的普通金属区分开。

该检测器包括：具有第一至第四检测传感器的探头、分别与所述第一至第四检测传感器相连的多个信号处理器、以及主处理器；所述第一至第四检测传感器顺序地沿直线排列在相对于埋入物体取向的所述探头中，这些传感器从探头的远端相互间隔开；所述第一至第四检测传感器检测附加于所述埋入物体上的强磁性标记产生的磁场，这些检测传感器的检测信号被分别传送给各自的信号处理器以对信号进行平行处理，该经过平行处理的信号通过一个输入接口被馈送给所述主处理器，其中该主处理器比较位于探头不同位置上的第一传感器至第四传感器的检测结果以判定埋入物体是强磁性材料还是弱磁性材料。

本发明的另一个目的是提供一种用于检测埋入物体的检测器，该检测器拥有多个传感器，其能够通过个人数字助理(PDA)屏幕检测埋入的物体而无需现场作图。因为通过该检测器的信息数据被传送给具有全球定位***(GPS)功能的移动设备，例如PDA，由其进行同时处理。

为了实现这些目的，设置了检测埋入物体的检测器，其能够通过检测附加在该埋入物体上的强磁性标记所产生的磁场来准确地测量该埋入物体的位置，其包括一个检测部分，该检测部分拥有第一至第四检测传感器，它们按顺序沿直线排列在一个相对于埋入物体取向探头中，这些传感器从探头的远端相互间隔开排列；和用于平行处理各传感器的检测信号的信号处理器；主处理器，用于根据检测部分的信号判定埋入的物体是强磁性材料还是弱磁性材料，其中主处理器比较来自位于探头不同位置的第一至第四传感器的检测结果来判定埋入的物体是强磁性材料还是弱磁性材料，并且当第一和第二传感器的测量值之差(A)小于第二和第三传感器的测量值之差(B)时(A＜B)，该主处理器判定埋入物体为强磁性材料。

在本发明的一个示例性的实施方案中，当A＜B并且第四传感器的测量值小于第三传感器的测量值时，主处理器判定埋入物体是强磁性材料。

根据本发明，所述检测器还包括用于判定所述探头是否处于垂直位置(即该检测器的垂直位置)的倾斜计。

此外，根据本发明，所述主处理器包括用于显示主处理器输出的液晶显示器(LCD player)和用于输出主处理器输出数据的声音输出装置；并且还包括GPS接收机，用于通过GPS接收当前位置以将当前位置输入到主处理器中，和一个外部***连接器，用于以有线或者无线方式从外部GIS***连接GIS信息输入。

因此主处理器可以通过输入从检测部分输出的数字数据来施加声音信号。此外，主处理器可以记录和存储从GPS接收机接收的位置、询问来自外部GIS***的测量区的埋入物体的信息、计算数字数据以数值或者图形格式输出或者比较所接收的位置和关于埋入物体的信息、以及将关于对应于接收位置的埋入物体的信息输出给液晶显示器。

附图说明

本发明的上述以及其它的目的、特征和优点通过以下结合附图的描述将更为清楚地展现在读者面前。在所述的附图中：

图1示出了检测被埋入地下物体的方法；

图2是关于根据本发明的用于检测埋入物体的检测器的结构的方框图；

图3示出了根据本发明的一个实施侧的磁通门传感器的结构。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的优选实施例进行说明。在说明书的下文及附图中，相同的附图标记用来标注相同的部件，省略了对相同部件的或相似部件的重复描述。

图1示出了检测埋入地下物体的方法。

采用具有一定磁力的永磁体(铁氧体)通过防水、防潮、镀镍、氨基甲酸酯表面涂覆等工艺制成磁性标记1。当在地下铺设包括水管、市政供气管道、电气以及电信线路等物体18时，将磁性标记1附加在物体18上。通常情况下将磁性标记1的N极朝上放置，但是无论如何也可以将S极朝上放置。

与此同时，磁通门传感器12a、12b、12c和12d，即4个磁场检测传感器，按顺序从其远端11a相对于地取向地被布置于包含埋入物体检测器10的探头11中。磁通门传感器12a、12b、12c和12d测量磁场。在上述过程中，每一个磁通门传感器12是一个矢量传感器，测量对应于每一个测量轴的平均磁场分量。上述的所测磁场分量数据在检测器10的主处理器20中进行处理，通过安置在其中的扬声器13施加声音信号，通过液晶显示器14以数值或者图形方式显示数据，或者将所述数据发送给与接口相连的计算机，即拥有GPS功能的PDA装置30。

此外，检测器10包含用于测量探头11的垂直状态的倾斜计。一般情况下，为了检测磁性标记1，检测器10在探头11处于垂直位置的状态下检测埋入的物体，通过倾斜计15判定探头11是否处于垂直位置。

图2是根据本发明的检测埋入物体的检测器的方框图。

4个磁通门传感器12以直线方式被安放在探头11中。即：探头11的远端11a以垂直位置与地接触。第一传感器12a位于地面，第二传感器12b位于距离地面10-20cm的高度，第三传感器12c位于距离地面40-50cm的高度，第四传感器12d位于距离地面50-60cm的高度。每一个磁通门传感器12测量处于其位置上的磁性标记1产生的磁场，所测的磁场数据被输入给对应每一个传感器12的信号处理器16以对每一个传感器12的信号进行快速的并行处理。虽然这种处理器16被公开于结合在本发明中的韩国专利登记号：430385的专利中，但是作为用于集成处理两个传感器频率的数字倾斜计，本发明的独立处理相应传感器频率的处理器16单独地被安装在每一个传感器12与上述韩国专利中的数字倾斜计不同。

处理器16输出的数字数据经输入接口21被发送给主处理器20以便以数值或者图形方式输出。该主处理器20接收对应于磁场强度的数字信号来计算在磁场标记1处产生的磁场强度。计算的值以数值或者图形格式通过驱动液晶显示器14的输出接口22在液晶显示器14上被显示。

而倾斜计15利用其传感器测量检测器10的倾斜度并将该倾斜度数据发送给主处理器20。主处理器20接收对应于检测器10倾斜度的数字信号来计算检测器10的倾斜度。所计算的值以用户可识别的方式，即数值、图形或者其它方式表达，通过输出接口22被传送给液晶显示器14，由此使用户能够辨认出检测器10的垂直位置。

此外，主处理器20可以与GPS接收机以及外部***连接器24相连接。GPS接收机23可以通过GPS接收检测器10的当前位置。所接收的当前位置信息由主处理器20进行处理并记录在主处理器20中。外部***连接器24通过有线或者无线***与外部计算机，如具有GIS***的PDA30连接以询问处于当前测量区中的埋入物体的信息。与此同时，PDA30还可以包括GPS接收机23的功能。

主处理器20参照传感器12的数字输出接收来自GPS接收机23的当前位置信息。当其确认埋入了磁性标记1，并通过外部***连接器24向外部GIS***30询问对应于当前位置的埋入物体的信息以接收和参考所述的信息。主处理器20比较和搜寻关于埋入物体的信息及其位置以确认埋入物体的信息并通过输出接口22以用户可识别的格式(例如字符或者图形)将该信息输出给液晶显示器14。

此外，主处理器20可以通过GPS接收机23接收关于当前位置的信息或者关于用户搜寻的埋入物体的信息，如埋入标记1的种类及其埋入深度，并通过液晶显示器14以字符或者图形格式输出该信息。

另外，从主处理器20输出的数字数据作为幅度输入(如0-2.5V的模拟声音信号)通过扬声器13经由输出接口26输出，以将数字数据作为对应于该数字数据强度的声音输出。

图3示出了根据本发明的一个实施例的磁通门传感器12的结构。

如图3所示，磁通门传感器12包括被驱动线圈121周期性饱和的磁芯122，和测量驱动线圈121中磁场的探测线圈120。驱动线圈121缠绕在磁芯122上，而探测线圈120在整个驱动线圈121的范围内缠绕在该驱动线圈121上。

通常情况下，探测线圈120无法检测出驱动线圈作为螺线管产生的磁场，但是当施加了额外的外加磁场时，由驱动线圈121的磁滞产生纯磁场被探测线圈120检测。由于上述的独特结构，对外部磁场的灵敏度与探测线圈120的方向相关联。

本实施例中作为磁场检测器使用的磁通门传感器12是市售的传感器FGM-3，其测量范围是±50μT(±0.5G)。分辨率约为10nT(0.1mG)。因此，磁通门传感器12可以灵敏地检测非常小的磁场变化。但是，由于检测器10使用4个布置于不同位置的磁通门传感器12来检测独立测量的磁场之间的差，所以传感器的线性度并不十分重要。磁通门传感器12的输出是可以方便使用的5伏方波，根据磁通门传感器12所处位置的磁场强度不同，该方波的频率范围大约在50kHz-120kHz(周期T＝8.5-25微秒)。

表1给出了根据本发明的采用具有多个相互间隔放置的传感器的检测器的探头对以预定深度埋入地下的磁性标记测量的磁场数据，以kHz为单位表示。

表1

传感器1	传感器2	传感器3	(A：传感器1-传感器2)＜(B：传感器2-传感器3)
				44.36	44.10	43.43	0.26＜0.67
44.74	47.33	45.66	0.41＜1.67
				43.33	42.10	40.25	1.23＜1.85
49.09	47.46	45.13	1.63＜2.33

参照表1，检测器10从安置在最邻近强磁性标记1的第一传感器12a获得了最大的频率，从安置在次邻近磁性标记1的第二传感器12b获得了中间的频率，而从安置在距离磁性标记1最远的第三传感器12c获得了最小的频率。

分析上述的测量数据，第一传感器-第二传感器的测量值(A)小于第二传感器-第三传感器的测量值(B)，即：A＜B。

例如，因为第一传感器测量频率为44.36kHz，第二传感器测量频率为44.10kHz，第三传感器测量频率为43.43kHz，所以A是0.26kHz，B是0.67kHz，从而A＜B。因此，当A＜B，本发明的检测器10确认埋入的物体为强磁性材料。

与此同时，第四传感器12d邻近第三传感器12c，被安置于距离第一传感器12a最远处以获得检测器10的可靠性。当第四传感器12d的频率小于第三传感器12c的频率时，检测器10识别出埋入的物体为强磁性材料。

也就是说，根据本发明示例性的实施例，当A＜B并且第四传感器12d的测量值小于第三传感器12c的测量值时，检测器10识别出所埋入的物体是强磁性材料。

表2给出了根据本发明的采用具有多个相互间隔放置的传感器的检测器的探头对以预定深度埋入地下的或位于地面作为弱磁性材料的普通金属的测量的磁场数据，以kHz为单位表示。

表2

传感器1	传感器2	传感器3	(A：传感器1-传感器2)＜(B：传感器2-传感器3)	条件
					55.38	46.08	43.31	9.3＞2.77	格栅
49.21	42.61	39.21	6.6＞3.4	检修孔
					189.66	67.56	42.60	122.1＞24.96	铁管

参照表2，检测器10从安置在最邻近埋入地下金属的第一传感器12a获得了最大的频率，从安置在次邻近埋入地下金属的第二传感器12b获得了中间的频率，而从安置在距离埋入地下金属最远的第三传感器12c获得了最小的频率。

分析上述的测量数据，与表1不同，第一传感器-第二传感器的测量值(A)大于第二传感器-第三传感器的测量值(B)，即：A＞B。

因此，当A＞B，根据本发明的检测器识别出埋入的物体为弱磁性材料。

虽然本发明所展示的磁性标记的N极相对于地面取向，也可以使S极相对于地面取向，由于距离探头远端的最远位置的传感器具有最大的频率，所以使表和表2的内容颠倒，相应地修改检测器10中的软件。但是这仍然属于本发明的构思，即检测器10通过比较各个传感器所测量的磁场之间的差判定埋入物体是强磁性材料还是弱磁性材料。

从上面描述可以理解，本发明的检测器检测附加于埋入物体(如给排水工程、市政供气管道、电气和电信线路)上的强磁性标记，来有效和精确地识别埋入物体的位置。从而能够方便对埋入物体进行维护，能够方便监控埋入物体的内部结构，在埋入新的物体或者进行新的建筑工程时，降低损坏先前埋入物体的几率和减少对工人的损害。

此外，由于可以容易地区分强磁性标记和弱的普通金属材料，所以能够容易识别出磁性标记，并最终精确地确认埋入物体的位置。

另外，根据本发明，利用GPS接收机和PDA终端可以精确地记录/存储当前所检测到的位置，通过安装GIS***询问测量区中埋入物体的信息来事先比较和搜寻埋入物体的位置和信息，可以方便地安装用于识别埋入物***置的埋入物体管理***以来可视地显示结果。

虽然通过引用具体的实施例对本发明进行了说明，但是本领域普通技术人员可以明白还可以对其进行各种各样的改进而并不偏离本发明的构思。本发明请求保护的范围由所附的权利要求限定。

Claims (5)

1.一种用于检测埋入物体的检测器，该检测器包括：

具有第一至第四检测传感器的探头、分别与所述第一至第四检测传感器相连的多个信号处理器、以及主处理器；

所述第一至第四检测传感器顺序地沿直线排列在相对于埋入物体取向的所述探头中，这些传感器从探头的远端相互间隔开；

所述第一至第四检测传感器检测附加于所述埋入物体上的强磁性标记产生的磁场，这些检测传感器检测的信号被传送给各自的信号处理器，这些信号处理器对所述检测传感器的检测的信号信号进行平行处理，所述经过平行处理的信号通过一个输入接口被馈送给所述主处理器，

其中该主处理器比较位于探头不同位置上的第一传感器至第四传感器的检测结果以判定埋入物体是强磁性材料还是弱磁性材料。

2.根据权利要求1的检测器，其中，当第一和第二传感器测量值之差(A)小于第二和第三传感器测量值之差(B)时(A＜B)并且第四传感器的测量值小于第三传感器的测量值时，所述主处理器识别出埋入物体是强磁性材料。

3.根据权利要求1的检测器，该检测器还包括一个判定所述探头是否处于垂直位置的倾斜计。

4.根据权利要求1的检测器，其中，在探头中：第一传感器位于地面，第二传感器位于距离地面10-20cm的高度，第三传感器位于距离地面20-50cm的高度，第四传感器位于距离地面30-60cm的高度。

5.根据权利要求1的检测器，其中，所述主处理器包括：

液晶显示器，用于显示主处理器输出的数据；

声音输出装置，用于以声音格式输出主处理器的输出数据；

GPS接收机，用于通过GPS接收当前位置以将当前位置输入到主处理器中，和

外部***连接器，用于以有线或者无线方式从外部GIS***连接GIS信息输入，

其中主处理器接收从探头输出的数字数据，记录和存储从GPS接收机接收的位置，询问来自外部GIS***的关于测量区中埋入物体的信息，计算数字数据以数值或者图形格式输出，或者比较和搜索所接收的位置和埋入物体的信息，并将关于对应于接收位置的埋入物体的信息输出给液晶显示器。

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