WO2012084329A2

WO2012084329A2 - Leitungssucher

Info

Publication number: WO2012084329A2
Application number: PCT/EP2011/069539
Authority: WO
Inventors: Markus Hahl; Andrej Albrecht
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-06-28
Also published as: US20130342218A1; EP2656114A2; DE102010063546A1; WO2012084329A3; CN103261918B; CN103261918A; US9372217B2; RU2013133694A

Abstract

Eine Messvorrichtung zur Erfassung eines wechselspannungsführenden Leiters umfasst eine Spannungsquelle zur Erzeugung zweier phasenverschobener alternierender Spannungen, zwei komplexe Widerstände mit ersten Anschlüssen, die mit den alternierenden Spannungen verbunden sind, und zweiten Anschlüssen, die miteinander verbunden sind und an denen eine Differenzspannung anliegt sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der alternierenden Spannungen derart, dass ein zu den alternierenden Spannungen taktsynchroner Anteil der Differenzspannung betragsmäßig minimiert ist. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet ist, den Leiter zu erfassen, wenn das Verhältnis der alternierenden Spannungen nicht zu einem Verhältnis der komplexen Widerstände in Abwesenheit des Leiters korrespondiert. Dabei ist der zweite komplexe Widerstand mittels einer Steuerspannung veränderbar und es ist eine Sonde zur Bereitstellung der Steuerspannung in Abhängigkeit eines vom Leiter induzierten elektromagnetischen Wechselfeldes vorgesehen.

Description

Beschreibung

Titel

Leitungssucher Die Erfindung betrifft einen Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Messverfahren nach Anspruch 10 zur Erfassung eines wechselspannungsführenden Leiters.

Stand der Technik

Es sind Leitungssuchgeräte bekannt, mit denen etwa eine in einer Wand verborgene elektrische Versorgungsleitung aufgespürt werden kann. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn eine Bohrung in die Wand eingebracht werden soll, ohne dabei die Versorgungsleitung zu beschädigen. Mit dem Leitungs- suchgerät wird üblicherweise mittels einer Elektrode ein elektromagnetisches

Wechselfeld bestimmt, welches im Bereich der Versorgungsleitung besteht.

Messergebnisse, die mit solchen Leitungssuchgeräten erzielt werden können, sind jedoch häufig ungenau und nicht immer reproduzierbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Messvorrichtung und ein verbessertes

Messverfahren anzugeben, um einen wechselspannungsführenden Leiter zu erfassen.

Die Erfindung löst die Aufgaben mittels einer Messvorrichtung mit den Merkma- len von Anspruch 1 und mittels eines Messverfahrens mit den Merkmalen von

Anspruch 10.

Offenbarung der Erfindung Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Erfassung eines wechselspannungsführenden Leiters umfasst eine Gegentakt-Messbrücke mit zwei komple- xen Widerständen. Einer der komplexen Wderstände ist mittels einer Steuerspannung veränderbar, die von einer Sonde in Abhängigkeit eines vom Leiter induzierten elektromagnetischen Wechselfeldes bereitgestellt ist. Dadurch können die bekannten Vorteile einer Gegentakt-Messbrücke zur Bestimmung eines elektromagnetischen Wechselfeldes verwendet werden, so dass der wechselspannungsführende Leiter genau bestimmt bzw. lokalisiert werden kann. Die Sonde kann eines von einer Elektrode zur Aufnahme eines elektrischen Anteils des elektromagnetischen Feldes des Leiters oder einem Magnetfeldsensor zur Aufnahme eines magnetischen Anteils des elektromagnetischen Feldes umfassen. Der elektrische Anteil ist leichter beeinflussbar, so dass beispielsweise eine nasse Wand, in der der Leiter verlegt ist, die Lokalisierung des Leiters er- schweren kann. Der magnetische Anteil ist allgemein weniger leicht beeinflussbar, dafür kann er sehr gering und damit schlecht nachweisbar sein, falls ein durch den Leiter fließender Strom klein ist.

In einer Ausführungsform ist der andere komplexe Widerstand ebenfalls verän- derbar und es ist eine Einrichtung zur Veränderung des anderen komplexen Widerstands gegenläufig zur Veränderung des einen komplexen Widerstands vorgesehen. Diese Einrichtung kann beispielsweise einen invertierenden Verstärker umfassen, der eine von der Sonde bereitgestellte Steuerspannung in invertierter Form zur Steuerung des anderen komplexen Widerstands bereitstellt. Dadurch kann eine Dynamik der Messvorrichtung vergrößert werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerspannung für den anderen komplexen Widerstand durch eine weitere Sonde im Bereich des wechselspannungsführenden Leiters bereitgestellt sein. Dadurch ist eine differentielle Messung des elektromagnetischen Wechselfeldes möglich, wodurch gemeinsame Störsignale unterdrückt und eine Bestimmung des Leiters verbessert sein können.

Der wechselspannungsführende Leiter kann Teil eines Wechselspannungsversorgungsnetzes sein und es können einer oder mehrere Frequenzfilter vorgesehen sein, um ein Frequenzspektrum der Steuerspannung auf einem vorbestimm- ten Frequenzbereich zu begrenzen, der eine Betriebsfrequenz des Wechselspannungsversorgungsnetzes umfasst.

Vorzugsweise umfasst wenigstens einer der steuerbaren komplexen Wderstän- de eines von einer Kapazitätsdiode, einem bipolaren Transistor, einem Feldeffekttransistor und einem MOSFET.

Es kann ein mit der Leitung verbindbares Lastelement zur Erzeugung eines vorbestimmten Stroms durch die Leitung vorgesehen sein. Dadurch kann ein Min- deststrom in der Leitung sicher gestellt werden, so dass die Bestimmung mittels eines Magnetfeldsensors erleichtert sein kann.

Das Lastelement kann dazu eingerichtet sein, den vorbestimmten Strom in einer vorbestimmten Weise zu variieren, beispielsweise mit einer vorbestimmten Fre- quenz oder in einem anderen bekannten Verlauf, und die Messvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, zur Bereitstellung der Steuerspannungen für die komplexen Wderstände nur einen Anteil einer von der jeweiligen Sonde bereitgestellten Spannung zu verwenden, der in der vorbestimmten Weise variiert. Dadurch kann das elektromagnetische Feld der Leitung von elektromagnetischen Feldern ande- rer Leitungen unterschieden werden, so dass die Lokalisierung der Leitung weiter verbessert sein kann.

Erfindungsgemäß kann der wechselspannungsführende Leiter mittels eines Verfahrens bestimmt werden, das insbesondere in Form eines Computerprogramm- produkts auf einer Verarbeitungseinrichtung ablaufen oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein kann.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung;

Figur 2 eine Variation eines Teils der Messvorrichtung von Figur 1 ; Figur 3 eine Anordnung von Elektroden an der Messvorrichtung der Figuren

1 oder 2; Figur 4 eine Anordnung von Elektroden an der Messvorrichtung einer der Figuren 1 bis 3;

Figur 5 ein Beaufschlagungsmodul; und

Figur 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens darstellt.

Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung 100. Die Messvorrichtung 100 ist Teil eines Leitungssuchgeräts 105 zum Erfassen eines wechselspannungsführenden Leiters, beispielsweise eine 110V/60Hz- oder eine 230V/50Hz- Leitung oder auch eine Niedervoltleitung von beispielsweise 12V/50-60Hz.

Ein Taktgenerator 110 hat zwei Ausgänge, an denen er phasenverschobene, vorzugsweise um 180° phasenverschobene, periodische Wechselsignale bereitstellt. Die Wechselsignale können insbesondere Rechteck-, Dreieck- oder Sinussignale umfassen. Die Ausgänge des Taktgenerators 110 sind mit einem ersten steuerbaren Verstärker 1 15 bzw. einem zweiten steuerbaren Verstärker 120 verbunden. Jeder der steuerbaren Verstärker 1 15, 120 verfügt über einen Steuereingang, über den er ein Signal entgegennimmt, welches einen Verstärkungsfaktor des steuerbaren Verstärkers 1 15, 120 steuert. Ein Ausgang des ersten steuerbaren Verstärkers 115 ist mit einem ersten komplexen Wderstand 125 und ein Ausgang des zweiten steuerbaren Verstärkers 120 mit einem zweiten komplexen Widerstand 130 verbunden. Jeder komplexe Wderstand 125, 130 kann in bekannter Weise beispielsweise ein RC- oder LC-Glied umfassen. Verbleibende Enden der komplexen Wderstände 125 und 130 sind über zwei Widerstände 135a, 135b miteinander verbunden. In einer Ausführungsform entfallen die Widerstände 135a und 135b und die verbleibenden Enden der komplexen Wderstände 125, 130 sind direkt miteinander verbunden. An den miteinander verbundenen Enden der Wderstände 135a, 135b liegt eine Differenzspannung an. Von den miteinander verbundenen Widerständen 135a, 135b verläuft eine Verbindung zu einem Eingangsverstärker 140. Der Eingangsverstärker 140 ist mit einem konstanten Verstärkungsfaktor dargestellt; in anderen Ausführungsformen kann jedoch ein Verstärkungsfaktor des Eingangsverstärkers 140 auch steuerbar sein. Dadurch kann beispielsweise eine räumliche Auflösung und/oder Empfindlichkeit der Messvorrichtung 100 beeinflussbar und beispielsweise in Abhängigkeit einer Messgröße der Messvorrichtung 100 steuerbar sein.

Der Ausgang des Eingangsverstärkers 140 ist mit einem Synchrondemodulator 145 verbunden. Der Synchrondemodulator 145 ist ferner mit dem Taktgenerator 1 10 verbunden und empfängt von diesem ein Taktsignal, welches auf die Phasenlage der an den Ausgängen des Taktgenerators 1 10 bereitgestellten Signale hinweist. In einer einfachen Ausführungsform, bei der die vom Taktgenerator 110 bereitgestellten Signale symmetrische Rechtecksignale sind, kann eines der Ausgangssignale als Taktsignal verwendet werden. Der Synchrondemodulator 145 schaltet im Wesentlichen auf der Basis des vom Taktgenerator 1 10 bereitgestellten Taktsignals das vom Eingangsverstärker 140 empfangene Messsignal alternierend an seinen oberen bzw. unteren Ausgang durch. Die beiden Ausgänge des Synchrondemodulators 145 sind mit einem Integrator

(integrierenden Komparator) 150 verbunden, der hier exemplarisch in Form eines mit zwei Widerständen und zwei Kondensatoren beschalteter Operationsverstärker aufgebaut ist. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich, beispielsweise als aktiver Tiefpass. Auch eine digitale Ausführung des integrierenden Komparators 150 ist denkbar, bei der das Signal am Ausgang des Synchrondemodulators zu einem/mehreren Zeitpunkt(en) innerhalb einer Halbwelle analog zu digital gewandelt wird und dann mit dem entsprechenden Wert aus der nächsten Halbwelle verglichen wird. Die Differenz wird integriert und z.B. wieder in ein analoges Signal überführt und zur Steuerung der Verstärker 115, 120 verwendet. Während der Synchrondemodulator 145 das vom Eingangsverstärker 140 empfangene Messsignal am unteren seiner Ausgänge bereitstellt, integriert der Integrator 150 dieses Signal über die Zeit und stellt das Resultat an seinem Ausgang bereit. Während der Synchrondemodulator 145 das vom Eingangsverstärker 140 empfangene Messsignal an seinem oberen Ausgang bereitstellt, wird dieses vom Integrator 150 invertiert über die Zeit integriert und das Resultat am

Ausgang des Integrators 150 bereitgestellt. Die Spannung am Ausgang des In- tegrators 150 ist das Integral der Differenz der tiefpassgefilterten Ausgänge des Synchrondemodulators 145.

Über die zwischen den Widerständen 135a, 135b abgreifbare Differenzspannung ist ein Impedanzunterschied zwischen den komplexen Widerständen 125 und

130 erfassbar. Sind die Impedanzen der komplexen Wderstände 125, 130 gleich groß, so sind auch die an den Ausgängen des Synchrondemodulators 145 bereitgestellten Signale im Mittel über die Zeit gleich groß und am Ausgang des Integrators 150 wird ein Signal bereitgestellt, das gegen Null (Masse) geht. Unter- scheiden sich jedoch die Impedanzen der Wderstände 125, 130, so sind die an den Ausgängen des Synchrondemodulators 145 bereitgestellten Signale im Mittel nicht mehr gleich, und am Ausgang des Integrators 150 wird ein positives oder negatives Signal bereitgestellt. Das vom Integrator 150 bereitgestellte Signal wird über einen Anschluss 155 zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Zusätzlich kann ein Mikrocomputer 165 mit den Steuereingängen der steuerbaren Verstärker 115, 120 verbunden sein. Der Mikrocomputer 165 führt einen Vergleich des bereitgestellten Signals mit einem Schwellenwert durch und gibt an einem Ausgang 170 ein Signal aus, welches auf das metallische Objekt hinweist. Das Signal kann in optischer und/oder akustischer Weise einem Benutzer des Leitungssuchgeräts 105 dargeboten werden.

Der Mikrocomputer 165 kann darüber hinaus eine weitere Verarbeitung der von den Steuereingängen der steuerbaren Verstärker 115, 120 abgegriffenen Signale durchführen und in deren Abhängigkeit Parameter der Messvorrichtung 100 steuern. Beispielsweise kann eine Frequenz oder Signalform der alternierenden Spannungen an den Ausgängen des Taktgenerators 1 10 variiert werden oder eine Empfindlichkeit des Empfangsverstärkers 140 geändert werden. In einer weiteren Ausführungsform sind weitere der gezeigten Elemente der Messvorrichtung 100 durch den Mikrocomputer 165 implementiert, etwa der Taktgenerator 110, der Synchrondemodulator 145 oder der Integrator 150.

Das gleiche Signal des Integrators 150 wird auch zur Steuerung der Verstärkungsfaktoren der steuerbaren Verstärker 1 15 und 120 verwendet, wobei der zweite steuerbare Verstärker 120 unmittelbar mit dem Ausgang des Integrators 150 verbunden ist und der erste steuerbare Verstärker 115 mittels eines Inverters 160 mit dem Ausgang des Integrators 150 verbunden ist. Der Inverter 160 bewirkt eine Umkehrung des ihm bereitgestellten Signals derart, dass in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Integrators 150 der Verstärkungsfaktor des ersten steuerbaren Verstärkers 1 15 in dem Maß zunimmt wie der Verstärkungsfaktor des zweiten steuerbaren Verstärkers 120 abnimmt bzw. umgekehrt. Es ist auch denkbar, dass nur der Verstärkungsfaktor eines der beiden steuerbaren Verstärker 1 15, 120 gesteuert wird, während der Verstärkungsfaktor des zweiten steuerbaren Verstärkers 1 15, 120 auf einem festen Wert gehalten wird.

Der bis hier beschriebene Teil der Messvorrichtung 100 ist eine Gegentakt- Messbrücke, mittels derer eine differentielle Bestimmung von Impedanzen der beiden komplexen Widerstände 125 und 130 durchführbar ist. Am Ausgang 170 wird ein Signal ausgegeben, wenn sich die Impedanzen der komplexen Wder- stände 125 und 130 voneinander um mehr als ein vorbestimmtes Maß unterscheiden. Durch die differentielle Messung der Impedanzen der komplexen Widerstände 125, 130 ist bei der vorliegenden Messvorrichtung ein Störeinfluss, der beide komplexe Wderstände gleichermaßen betrifft, etwa ein Temperatur- oder Alterungseinfluss, durch entsprechende Änderungen in beiden komplexen Widerständen 125, 130 kompensiert.

Um die beschriebene Gegentakt-Messbrücke zur Bestimmung eines wechselstromführenden Leiters verwenden zu können, umfasst die Messvorrichtung 100 einen im Folgenden genauer beschriebenen weiteren Schaltungsteil zur Beeinflussung des zweiten komplexen Wderstands 130 in Abhängigkeit eines elektromagnetischen Wechselfelds, so dass eine Bestimmung des wechselstromführenden Leiters möglich ist.

Der zweite komplexe Widerstand 130 ist mittels einer Steuerspannung veränderbar. Beispielsweise kann der veränderbare zweite komplexe Wderstand 130 ei- ne Kapazitätsdiode, einen bipolaren Transistor, einen Feldeffekttransistor (FET) oder einen MOSFET zur spannungsgesteuerten Veränderung seiner Impedanz umfassen. Die Steuerspannung des zweiten komplexen Wderstands 130 wird durch eine Sonde 175 bereitgestellt, die sich im Bereich eines wechselspannungsführenden Leiters 180 befindet. Der Leiter 180 ist Teil eines Wechselspan- nungsversorgungsnetzes, das im Hochvoltbereich beispielsweise mit 110, 230 oder 380V betrieben ist oder im Niedervoltbereich beispielsweise mit ca. 6V, 12V oder 24V. Ein elektromagnetisches Feld, das im Bereich des wechselspannungsführenden Leiters 180 besteht, wirkt auf die Sonde 175, so dass sich an der Sonde 175 durch eine vorzugsweise hochohmige Messung ein Wechselspannungssignal abgreifen lässt. Die Sonde 175 kann in einer ersten Ausführungs- form eine Elektrode 177 zur Aufnahme eines elektrischen Feldes oder in einer zweiten Ausführungsform eine Magnetfeldsonde 179, beispielsweise auf der Basis eines Hallsensors oder einer Variante eines GMR-Sensors, umfassen.

Das Wechselspannungssignal wird optional mittels eines Bandpasses 185 auf einen vorbestimmten Frequenzbereich beschränkt und ebenfalls optional mittels eines Verstärkers 190 verstärkt, bevor es als Steuerspannung an den veränderbaren zweiten komplexen Wderstand 130 angelegt wird. Der Bandpass 185 kann auch einen Anteil der von der Sonde 175 bereitgestellten Spannung unterdrücken, der in einer Weise variiert, die nicht einer vorbestimmten Weise ent- spricht. Diese Weise kann etwa eine sinus- oder rechteckförmige Variation mit einem vorbestimmten Tastverhältnis bzw. einer vorbestimmten Frequenz umfassen. Wie unten mit Bezug auf Figur 5 näher erläutert wird, kann diese Unterdrückung in Kombination mit der gezielten Erzeugung einer Variation des elektromagnetischen Feldes im Bereich des Leiters 180 in der vorbestimmten Weise kombiniert werden, um eine Zuordnung einer Komponente eines durch die Sonde 175 bestimmten elektromagnetischen Feldes zu der Leitung 180 zu erleichtern. In weiteren Ausführungsformen kann die Unterdrückungsfunktionalität auch außerhalb des Bandpasses 185 beispielsweise durch den Verstärker 190 erbracht werden.

Der Verstärker 190 und der Bandpass 185 können in ihren Positionen auch vertauscht sein. Ferner kann ein in Figur 1 nicht dargestellter Gleichrichter in der Signalkette zwischen der Sonde 175 und dem ersten komplexen Wderstand 125 vorgesehen sein. Optional ist ein invertierender Verstärker 195 vorgesehen, um den zweiten komplexen Wderstand 130 gegenläufig zum ersten komplexen Widerstand 125 zu verändern. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann der zweite komplexe Widerstand 130 auch mittels eines Stellelements verändert werden, so dass beispielsweise ein Benutzer den zweiten komplexen Widerstand 130 verändern kann. Der Bandpass 185 kann als Kombination aus einem Hochpass und einem Tief- pass realisiert sein; in einer alternativen Ausführungsform kann an Stelle des Bandpasses 185 auch nur ein Hochpass oder nur ein Tiefpass vorgesehen sein. Grenzfrequenzen der entsprechenden Pässe sind in einer Ausführungsform der- art gewählt, dass bevorzugt ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz weitergeleitet wird, die einer Betriebsfrequenz des Wechselspannungsversorgungsnetzes entspricht, von dem der Leiter 180 ein Teil ist. Die Betriebsfrequenz kann beispielsweise 50Hz oder 60Hz betragen, wie es etwa in Wechselspannungsversorgungsnetzen in Europa bzw. Nordamerika üblich ist. In einer Ausfüh- rungsform liegt eine untere Grenzfrequenz des Bandpasses 185 knapp unterhalb von 50 Hz und eine obere Grenzfrequenz knapp oberhalb von 60 Hz, um beide Betriebsfrequenzen zu erfassen, abweichende Betriebsfrequenzen hingegen zu unterdrücken.

Befindet sich die Sonde 175 im Bereich des wechselspannungsführenden Leiters 180, so wird die oben beschriebene Gegentakt-Messbrücke der Elemente 115 bis 170 gestört, indem die Impedanzen der komplexen Widerstände 125, 130 in ein Verhältnis gebracht werden, welches sich von einem Verhältnis unterscheidet, das in Abwesenheit des wechselspannungsführenden Leiters 180 bestand. Aus dieser Veränderung, die an dem am Ausgang 170 anliegenden Signal ablesbar ist, kann auf den Leiter 180 geschlossen werden.

Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Teils der Messvorrichtung 100 von Figur 1. Dargestellt ist der Abschnitt, der in Figur 1 links von den Verstärkern 1 15, 120 und 140 liegt. Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind hier die Widerstände 135a und 135b durch einen gemeinsamen Wderstand 135 ersetzt. Außerdem ist neben dem zweiten komplexen Widerstand 130 auch der erste komplexe Widerstand 125 steuerbar, und zwar mittels einer weiteren Steuerspannung, die mit Hilfe einer weiteren Sonde 205 im Bereich des wechselspannungsführenden Leiters 180 bereitgestellt wird. Dabei hat die weitere Sonde 205 den gleichen Typ wie die Sonde 175, umfasst also eine weitere Elektrode 207, falls die Sonde 175 eine Elektrode 177 ist, und eine weitere Magnetfeldsonde 209, falls die Sonde 175 eine Magnetfeldsonde 179 ist. Allgemein wird die weitere Steuerspannung in der gleichen Weise wie die oben beschriebene Steuerspannung aufbereitet. We oben mit Bezug auf Figur 1 erläutert ist, kann auch die weitere Steuerspannung mittels eines Bandpasses 185 und eines Verstärkers 190 aufbereitet sowie mittels eines nicht dargestellten Gleichrichters in eine Gleichspannung umgewandelt werden.

Die Sonden 175 und 205 liegen nebeneinander. Wird das Leitungssuchgerät 105 in horizontaler Richtung verfahren, so dass zunächst die Sonde 175 und später die weitere Sonde 205 näher als die jeweils andere Sonde 175, 205 am wechselspannungsführenden Leiter 180 liegt, so erfährt die Differenz der am Mikrocomputer 165 anliegenden Spannungen bezüglich eines zuvor gewählten Referenzpotentials einen Vorzeichenwechsel in dem Moment, in dem die Sonden 175, 205 gleich nah am Leiter 180 liegen. Das Referenzpotential kann beispielsweise

Masse (0 Volt) oder die Hälfte der Betriebsspannung der Messvorrichtung 100 betragen. Dieser Vorzeichenwechsel kann detektiert und mittels einer geeigneten Anzeigeeinrichtung einem Benutzer des Leitungssuchgeräts 105 angezeigt werden. Die genaue Position des Leiters 180 kann dadurch mit hoher Genauigkeit bezüglich der beiden Sonden 175, 205 bestimmbar sein.

Durch die in der Ausführungsform von Figur 2 realisierte differentielle Messung mittels der Sonden 175, 205 fallen Störeinflüsse, die beide Sonden 175, 205 gleichermaßen betreffen, im Bestimmungsergebnis weg. Ein solcher Störeinfluss kann beispielsweise durch Elemente des Leitungssuchgeräts 105 oder den Benutzer selbst gebildet sein, der ein umgebendes elektromagnetisches Wechselfeld aufnimmt und im Bereich der Messvorrichtung 100 abgibt.

Figur 3 zeigt eine Sonde 175 in Form von Elektroden 177, 207 an der Messvor- richtung 100 der Figur 2. Die Elektroden 177, 207 sind bezüglich der Leitung 180 übereinander angeordnet. Unterhalb der weiteren Elektrode 207, auf einer der Leitung 180 angewandten Seite der Elektroden 177, 207, befindet sich ein elektrisches Störelement 305, das beispielsweise den Benutzer der Messvorrichtung 100 umfassen kann. Zwischen den Elektroden 177 und 207 ist eine Abschirm- elektrode 310 angeordnet, die eine größere Fläche aufweist als die beiden gleich großen Elektroden 177 und 207. Die Abschirmelektrode 310 liegt an einem Bezugspotential, welches bezüglich der Wechselspannungen, die an den Elektroden 177 und 207 anliegen, Masse darstellt.

Wie oben mit Bezug auf Figur 2 beschrieben ist, wird das Leitungssuchgerät 105 mit den Elektroden 177, 207 und 310 in horizontaler Richtung am Leiter 180 vor- bei bewegt. Dabei ergibt sich der ebenfalls oben beschriebene Spannungsverlauf der Differenz der am Mikrocomputer 165 anliegenden Spannungen. Ein elektrischer Einfluss des Störelements 305 bleibt dabei auf die weitere Elektrode 207 beschränkt, so dass zwischen dem Einfluss des Störelements 307 und dem des Leiters 180 differenziert werden kann.

Figur 4 zeigt eine weitere Anordnung von Elektroden 177, 207 an der Messvorrichtung 100 der Figuren 2 oder 3. Im Unterschied zu der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform entfällt hier die Abschirmelektrode 310.

Figur 5 zeigt ein Beaufschlagungsmodul 505, das ein als variabler Widerstand gebildetes Lastmodul 510 umfasst, welches mit einem Treiber 515 verbunden ist, der mittels eines Mikrocontrollers 520 gesteuert wird. Das Lastmodul 510 ist mit zwei elektrischen Leitungsadern 525a und 525b des Leiters 180 verbunden und bildet für eine im Leiter 180 vorhandene Netzspannung eine elektrische Last, so dass in den Leitungsadern 180a und 180b ein elektrischer Strom I fließt. Dadurch wird im Bereich des Leiters 180 ein Magnetfeld B angeregt bzw. verstärkt, das in der Sonde 175, welche als Spule dargestellt ist, aufgenommen wird. Das Magnetfeld B ist vom Strom I durch die Leitungsadern 525a und 525b, und damit von der Größe des elektrischen Widerstands des Lastmoduls 510, abhängig.

Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600. In einem ersten Schritt 605 werden zwei phasenverschobene alternierende Spannungen an ersten Anschlüssen der komplexen Wderstände 125 und 130 mittels des Taktgenerators 1 10 und der steuerbaren Verstärker 1 15, 120 erzeugt.

In einem nachfolgenden Schritt 610 werden die alternierenden Spannungen derart gesteuert, dass ein zu den alternierenden Spannungen taktsynchroner Wechselspannungsanteil der Differenzspannung, die an den miteinander verbundenen zweiten Anschlüssen der komplexen Wderstände 125 und 130 anliegt, betragsmäßig minimiert ist. Durch diesen Vorgang wird die Gegentakt-Messbrücke aus Figur 1 , die Elemente 110 bis 170 umfasst, ausbalanciert.

In einem weiteren Schritt 615, der auch nebenläufig zu den Schritten 605 und 610 ablaufen kann, wird mittels der Elektrode 175 eine Steuerspannung in Abhängigkeit eines vom Leiter 180 induzierten elektromagnetischen Wechselfelds bereitgestellt. Diese Steuerspannung wird in einem Schritt 620 dazu verwendet, den zweiten komplexen Widerstand 130 zu verändern.

In einem nachfolgenden Schritt 625 wird der Leiter 180 erfasst, wenn die Gegen- takt-Messbrücke anders als zuvor balanciert werden muss. Anders ausgedrückt wird der Leiter 180 erfasst, wenn das Verhältnis der alternierenden Spannungen der steuerbaren Verstärker 115 und 120 nicht zu einem Verhältnis von Impedanzen der komplexen Widerstände 125 und 130 in Abwesenheit des wechselspannungsführenden Leiters 180 korrespondiert.

Die Neubalancierung bzw. die Änderung des Verhältnisses der Impedanzen wird hervorgerufen durch die Steuerspannung, die darauf hinweist, dass sich die Elektrode 175 im Bereich eines elektromagnetischen Wechselfeldes des wechselspannungsführenden Leiters 180 befindet.

Claims

Ansprüche

Messvorrichtung (100) zur Erfassung eines wechselspannungsführenden Leiters (180), wobei die Messvorrichtung (100) folgendes umfasst:

- eine Spannungsquelle (1 15, 120) zur Erzeugung zweier phasenverschobener alternierender Spannungen;

- zwei komplexe Widerstände (125, 130) mit ersten Anschlüssen, die mit den alternierenden Spannungen verbunden sind, und zweiten Anschlüssen, die miteinander verbunden sind und an denen eine Differenzspannung anliegt;

- eine Steuereinrichtung (1 10-120, 145-160) zur Steuerung der alternierenden Spannungen derart, dass ein zu den alternierenden Spannungen taktsynchroner Anteil der Differenzspannung betragsmäßig minimiert ist;

- wobei die Steuereinrichtung (1 10-120, 145-160) dazu eingerichtet ist, den Leiter (180) zu erfassen, wenn das Verhältnis der alternierenden Spannungen nicht zu einem Verhältnis der komplexen Wderstände (125, 130) in Abwesenheit des Leiters (180) korrespondiert,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der zweite komplexe Wderstand (130) mittels einer Steuerspannung veränderbar ist und

- eine Sonde (175) zur Bereitstellung der Steuerspannung in Abhängigkeit eines vom Leiter (180) induzierten elektromagnetischen Wechselfeldes vorgesehen ist.

Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (175) eines von einer Elektrode (177) und einem Magnetfeldsensor (179) umfasst.

Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste komplexe Wderstand (125) ebenfalls veränderbar ist und eine Einrichtung (195) zur Veränderung des ersten komplexen Widerstands (125) gegenläufig zur Veränderung des zweiten komplexen Wderstands (130) vorgesehen ist. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite komplexe Widerstand (130) mittels einer weiteren Steuerspannung veränderbar ist und eine weitere Sonde (205) im Bereich des wechselspannungsführenden Leiters (180) zur Bereitstellung der weiteren Steuerspannung vorgesehen ist.

Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wechselspannungsführende Leiter (180) Teil eines Wechselspannungsversorgungsnetzes ist und ein Hochpass (185) zur Unterdrückung von Anteilen der Steuerspannung unterhalb einer Grenzfrequenz vorgesehen ist, die unterhalb einer Betriebsfrequenz des Wechselspannungsversorgungsnetzes liegt.

Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wechselspannungsführende Leiter (180) Teil eines Wechselspannungsversorgungsnetzes ist und ein Tiefpass (185) zur Unterdrückung von Anteilen der Steuerspannung oberhalb einer Grenzfrequenz vorgesehen ist, die unterhalb einer Betriebsfrequenz des Wechselspannungsversorgungsnetzes liegt.

Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der steuerbaren komplexen Widerstände (125, 130) eines von einer Kapazitätsdiode, einem bipolaren Transistor, einem Feldeffekttransistor und einem MOSFET umfasst.

Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit der Leitung (180) verbindbares Lastelement (510) zur Erzeugung eines vorbestimmten Stroms (I) durch die Leitung (180).

Messvorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastelement (510) dazu eingerichtet ist, den vorbestimmten Strom in einer vorbestimmten Weise zu variieren, und dass die Messvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, zur Bereitstellung der Steuerspannungen nur einen Anteil einer von der Sonde (175) bereitgestellten Spannung zu verwenden, der in der vorbestimmten Weise variiert.

10. Verfahren (600) zum Erfassen eines wechselspannungsführenden Leiters (180), folgende Schritte umfassend:

- Erzeugen (605) zweier phasenverschobener alternierender Spannungen an ersten Anschlüssen zweier komplexer Widerstände (125, 130);

- Steuern (610) der alternierenden Spannungen derart, dass ein zu den alternierenden Spannungen taktsynchroner Wechselspannungsanteil einer Differenzspannung, die an miteinander verbundenen zweiten Anschlüssen der komplexen Widerstände (125, 130) anliegt, betragsmäßig minimiert ist;

- Bereitstellen (615) einer Steuerspannung in Abhängigkeit eines vom Leiter (180) induzierten elektromagnetischen Wechselfelds;

- Verändern (620) des zweiten komplexen Widerstands in Abhängigkeit der Steuerspannung; und

Erfassen (625) des Leiters (180), wenn das Verhältnis der alternierenden Spannungen nicht zu einem Verhältnis von Impedanzen der komplexen

Widerstände in Abwesenheit des wechselspannungsführenden Leiters (180) korrespondiert.

1 1. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens (600) von Anspruch 10, wenn es auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.