用于地下线路定位的天线的制作方法

相关申请

本申请涉及并要求2015年1月30日提交的题为“antennaconfigurationforundergroundlinelocation”的美国专利临时申请62/110,384的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及地下线路的检测，具体地涉及用于地下线路定位的天线配置。

背景技术：

地下管道和缆线定位器(通常称为线路定位器)已存在多年，并在许多已授权的专利和其他出版物中有描述。线路定位器系统通常包括移动接收器和发射器。发射器通过直接电连接或通过感应来耦合到目标导体，以在目标导体上提供电流信号。接收器检测并处理因为电流信号在目标导体处产生的电磁场而得到的信号，所述电流信号可以是由发射器提供给目标导体的连续波正弦信号。

发射器通常在物理上与接收器分离，典型的间隔距离为几米，或者在某些情况下，高达许多公里。发射器将电流信号耦合到目标导体，该电流信号的频率可以从几hz到几khz，并由用户从可选择的一组频率中选择。施加到目标导体的电流信号的频率可被称为有效定位频率。然后，目标导体响应于电流信号而产生在有效定位频率处的电磁场。

例如，通过使用多个不同的频率可以改善定位结果。因此，需要优化灵敏度的天线。

技术实现要素：

根据一些实施例，介绍了一种天线。在一些实施例中，所述天线包括沿着芯布置的多个线圈阵列；以及开关，其耦合到所述多个线圈阵列中的每一个，所述开关响应于一个或多个灵敏度控制信号以多个配置中的一个配置连接所述多个线圈阵列。

以下将关于下列附图进一步详细地描述这些和其它实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的一些实施例的线路定位器系统的操作。

图2示出了在线路定位器系统中的接收器的高级框图。

图3示出了根据一些实施例的天线。

图4还示出了根据一些实施例的天线配置。

图5a和5b示出了天线的实施例。

通过阅读以下详细描述可以更好地理解附图。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了描述本发明的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员显然的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例意在说明而不是限制性的。本领域技术人员可以实现本公开的范围和精神内的其它元件，尽管这里没有具体描述。

说明本发明方案和实施例的描述和附图不应被理解为进行限制——由权利要求限定所保护的发明。在不脱离本描述和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在一些情况下，为了不使本发明变得模糊，没有详细地示出或描述已知的结构和技术。

此外，附图不是按比例绘制的。组件的相对尺寸仅用于说明目的，并不反映在本发明的任何实际实施例中可能出现的实际尺寸。两个或更多个图中的类似数字表示相同或相似的元件。参考一个实施例详细描述的元件及其相关联的方面可以在实际可行的情况下被包括在未具体示出或描述它们的其它实施例中。例如，如果一个元件是参考一个实施例详细描述的，而没有参考第二实施例进行描述，然而该元件可被声明为被包含在第二实施例中。

此外，本发明的实施例参考电气原理图来说明。本领域技术人员将认识到，这些电气原理图表示通过物理电路的实现、通过执行存储在存储器中的算法的处理器的实现、或通过电路和执行算法的处理器的组合的实现。

图1示出了根据本发明的一些实施例的线路定位系统100。如图1所示，线路定位系统100包括发射器102和接收器104。发射器102电耦合到埋在地108里的导体106。导体106可以例如是导电管道或导线，并且通常被认为是长导电结构。发射器102沿着导体106提供电信号，于是导体106沿其长度发射电磁信号。电磁信号被接收器104上的一个或多个天线接收。接收器104在地108表面上通过，以便定位地下的导体106的位置。根据信号强度可以确定导体106的深度和位置。

图2示出了示例接收器104的框图。接收器104包括一个或多个天线210。可以存在以任意方式布置的任意数量的天线210。在一些实施例中，天线210可以以正交方式布置，以测量从导体106产生的磁场的3d分量。例如，天线210中的三个天线可以彼此正交定位。可以使用多个天线210的其他配置。例如，垂直布置的天线可被用于找到磁场(其将在垂直天线中出现为空)的水平分量，或垂直方向间隔放置的水平定向天线可被用于估计导体106的深度。

如图2进一步所示，来自天线210的信号被接收在低噪声放大器208中，并由模拟处理206进行处理。模拟处理206可以包括滤波器或用于处理来自天线210的信号的其它电子设备，并且还包括用于向处理器204提供数字信号输出的模数转换器。处理器204进一步处理来自天线210的数据，以通过用户接口202向用户提供信息。此外，用户接口202可以包括用于调整模拟处理中的或在处理器204中运行的程序中的参数的用户输入，所述参数影响对接收到的数据的处理。

如图2进一步所示，处理器204可以是专用于分析和显示从模拟处理206接收的数据的专用电路。在一些实施例中，处理器204可以包括微处理器214，该微处理器214耦合到存储器212和接口216。存储器212可以是保存用于微处理器214的数据和编程指令的易失性或非易失性存储器系统的任意组合。接口216可以是允许处理器204与诸如模拟处理206和用户接口202之类的设备以及可以耦合到处理器204的其他数据输入和输出设备进行通信的任何接口。

用户接口202可以是用于向用户提供数据和从用户接收数据的任何显示器或输入设备。如图2所示，用户接口202可以包括显示器222、音频输出220和输入设备218。输入设备218可以包括键盘、指示设备、触摸屏或其他设备，以允许用户向处理器204输入数据。

图3示出了天线210的实施例。如图3所示，天线210包括沿着芯304定位的一个或多个线圈阵列302-1至302-n。芯304可以是例如磁芯，或者芯304可以表示空气芯。线圈阵列302-1至302-n中的每一个可以形成任何数量的匝数。在一些示例中，例如，线圈阵列302-1至302-n可以具有300匝。

在一些常规系统中，天线可以形成为缠绕在芯周围的大量的匝。可以沿着匝形成抽头，使得系统可以选取将在天线中使用的相应匝数。天线的灵敏度可以通过使用大量的匝中的或多或少的匝进行调整。然而，这些布置导致大量的匝中的一部分没有被连接(即，末端的那些匝被留下不连接)。由于来自未连接的匝的干扰，这种系统实际上可能降低了线圈的灵敏度。

然而，在图3所示的实施例中，来自线圈阵列302-1至302-n中的每一个的引线被输入到开关306。天线配置不会导致线圈阵列中未连接的数量的匝。开关306响应于灵敏度控制信号输入而连接来自线圈阵列302-1至302-n中的每一个的引线。例如，灵敏度控制信号可以根据用户接口202中的输入来导出，可以由处理器204自动指示，或者可以通过分开的机械输入来设置。灵敏度控制信号可以是由开关306接收的指示开关布置的单个电信号或多个单独信号。天线阵列302-1至302-n可以以任何方式连接，例如串联或并联，其导致所有天线阵列302-1至302-n中的所有线圈都被包括在电路中。然后，开关306提供由天线阵列302-1至302-n的连接得到的组合天线输出。

作为示例，如果n为3，并且天线阵列302-1至302-n中的每一个均包括300匝，则当开关306串联连接天线阵列302-1至302-n时，得到900匝的天线。当并联连接时，得到300匝的天线。如果两个并联连接，并且该对与第三个串联，则得到600匝的天线阵列。天线的频率灵敏度取决于天线中的匝数。

图4示出了可以响应于灵敏度控制信号对三个天线302-1至302-3并联或并联的开关306的示例，其中该灵敏度控制信号为0或1。如图4所示，开关402和404控制线圈302-1、302-2和302-3是并联连接还是串联连接。如图4所示，开关402和404是双极双掷(dpdt)开关。在开关402和404的所示位置，线圈302-1至302-3并联耦合。在与所示取向相反的取向上，线圈302-1至302-3串联耦合。开关402和404由输入到开关306的灵敏度控制信号控制。

图5a和5b示出了线圈阵列302-1至302-n的备选布置。在一些实施例中，可以使用组合了图5a和5b所示的实施例的方面的线圈布置。如图3所示，由线圈阵列302-1至302-n形成的线圈布置在开关306中切换，以提供对特定频率信号的最佳灵敏度。因此，可以通过以串联连接和并联连接的组合切换线圈302-1至302-n来形成对当前有效频率特别敏感的整体天线，在定位会话期间感测多个频率。

如图5a所示，线圈302-1至302-n是沿着芯304分开布置的。如图5r所示，线圈302-1至302-n是交叠的，使得来自线圈阵列302-1至302-n中的每一个的各个匝彼此相邻。可以形成另一个实施例，其中如图5b所示布置的线圈组可以如图5a所示沿着芯304是分开的。例如，诸如线圈302-1至302-n之类的第一线圈组可以如图5b所示交叠，诸如线圈302-(n+1)至302-j之类的第二线圈组可以如图5b所示交叠，并且第一线圈组和第二线圈组可以如图5a所示分开。

在前面的说明书中，已经参考附图描述了各种实施例。然而，明显的是，可以对其进行各种修改和改变，并且可以实现附加的实施例，而不脱离如下面权利要求中所阐述的本发明的更广泛的范围。因此，说明书和附图应当被看做说明性的而不是限制意义的。