智能电磁传感器阵列的制造方法与工艺

智能电磁传感器阵列对相关申请的交叉引用该申请要求美国临时专利申请61/561,781的优先权，该临时申请于2011年11月18日提交，该临时申请的公开作为整体在此被引入以做参考。

技术实现要素：
感应线圈传感器的阵列被用来从多个位置对被要追踪的电线所产生的磁场的强度进行监测。该磁场强度数据被用来决定该电线的位置和方向。在一个实施方式中，该传感器阵列被包含在一个测试仪器中。该测试仪器的屏幕提供图形用户接口，该接口显示了该电线的方向，而且指示了该电线相对于该仪器的位置。附图说明用于检测电线的位置和方向的系统和方法的例子在附图中被说明。这些例子和附图是说明性的，而非限制性的。图1A和1B说明了两个情形，其中感应线圈传感器被放置邻近于被激发的电线。图2A-2E示出了能够被用于电磁传感器阵列的感应线圈传感器的示例配置。图3A-3D示出了四线圈传感器阵列可能遇到的示例的直电线的配置。图4A-4C示出了四线圈传感器阵列可能遇到的示例的弯曲电线的配置。图5A-5B示出了八线圈传感器阵列可能遇到的示例的直电线的配置。图6示出了信号接收机的框图，该信号由激发电线在线圈中所感生。图7A-7C示出了测试仪器的透视和示例的屏幕，该屏幕示出了被激发的电线相对于测试仪器中的传感器阵列的位置和方向。图8示出了一个框图，该框图示出了用于决定电线的位置和方向的测试仪器的一个例子。图9示出了一个流程图，该流程图示出了决定电线的位置和方向的示例过程。具体实施方式本发明的各种不同的方面和例子现在将会被描述。下列描述为这些例子的完全的理解和可实现的说明提供了特定的细节。然而，本领域的技术人员将会了解被发明可能省去很多这些细节而被是实现。此外，一些众所周知的结构或功能可能没有被详细地示出或者描述，这是为了避免不必要地使有关描述变得模糊。下列的描述为完全理解和可实现地描述本技术的各种实施方式提供了特定的细节。本领域的技术人员将会了解，该技术可以在缺少这些细节中的很多的情况下被实现。在一些例子中，众所周知的结构和功能并没有被详细地显示或描述，以避免不必要地对本技术的实施方式的描述造成模糊。在下面的描述中被使用的用语应该以最宽广的、合理的方式被解释，即使它是与本技术的特定实施方式的详细描述一起被使用。虽然特定的术语可能在下面被强调，但是，任何旨在以受限的方式被解释的术语都将在具体实施方式中被显明地且特别地定义。依照法拉第的感生法则，线路中被感生的电动势等于该流过该线路的通量的变化率。这一法则能被用来决定电线的位置和方向，其中该电线承载了不同的调制信号。图1A和1B示出了两个情形，其中感应线圈传感器被放置临近于被激发的电线。在两个附图中，电线101由具有一个陪伴磁场103的调制信号102而激发。在图1A中，感应线圈传感器110被放置邻近于由被电线产生的磁场。线圈传感器110对电线101被垂直地方向，以致于被产生的磁场103沿着线圈110的轴经过线圈110的中心。当一个时变的磁场103经过线圈110时，与磁场103成比例的电流在线圈110的电线中被产生。因此，线圈有效地传感了该被激发的电线。在图1B中，感应线圈传感器120被置于由电线101产生的磁场103的附近。然而，线圈传感器120对电线101是平行的方向，以使被产生的磁场103不通过线圈120的中心。结果，对于这个配置，没有电流在线圈120的电线中被产生。如果线圈被以相对于电线的一个角度而方向，电流将在线圈的电线中被产生，但是小于当线圈与电线垂直时所产生的量。传统的电线追踪器使用单个线圈传感器，来传感被激发的电线的出现而且向用户提供被传感的磁场的信号强度。当带有线圈的电线追踪器被置于更靠近电线时，信号强度增加。然而，因为只有一个线圈传感器被用，所以传统的电线追踪器不能够提供关于电线的方向或位置的任何信息。结果，当尝试定位电线时，用户本质上进行盲目的搜寻。而且，时常有电磁噪声出现，该噪声能进一步对传统电线追踪器的用户造成混乱。如在此所公开的，当线圈传感器的阵列被用来检测由电线产生的磁场时，就有可能不仅定位电线，而且决定了电线的方向。图2A-2E示出了感应线圈传感器的配置，该配置能够被用在电磁传感器阵列中。图2A示出了传感器阵列的一个实施方式，其中使用了四个线圈。每个线圈位于虚拟正方形(以虚线显示)的边的中点，而且该些线圈被方向以使每线圈的轴与它所在的正方形边相垂直。图2B示出了传感器阵列的一个实施方式，其中使用了八个线圈。该些线圈被相等地间隔着围绕一个圆周，而且该些线圈被方向以致于每个线圈的轴与该圆周的周切线相平行。图2C示出了传感器阵列的一个实施方式，其中使用三个线圈。该些线圈被置于正三角形的角上，而且每个线圈与三角形的中心和线圈所在的三角形角之间的虚拟线相垂直。图2D示出了传感器阵列的一个实施方式，其中使用六个线圈。这些线圈中的五个线圈被相等地间隔着围绕在一个弧，而且第六个线圈位于该弧的中心。图2E示出了传感器阵列的一个实施方式，其中使用七个线圈。这些线圈中的六个线圈被相等地间隔着围绕一个圆周，而且第七个线圈位于该圆周的中心。在图2A-2E中所示的配置是传感器阵列的非限制性的例子，该阵列能够被用于传感电线的磁场，以决定电线的位置和方向。经实验地而决定在图2A被显示的四个线圈的传感器阵列可良好地工作以传感该阵列所在平面上完全360度中的磁场的存在。此外，即使被传感的磁场的强度相当高，四个线圈的传感器阵列也可很好地对电线的磁场进行检测。图6示出了示例的电流接收机的框图，该电流由被激发的电线在线圈中所感生。在一个实施方式中，接收机被包括在一个测试仪器中，该仪器能被用来定位被激发的电线。一个发射机610产生不同的调制信号602而且将它注入电线601。对于不可能与电线直接相连的应用，电钳被使用。该电钳使发射机能够将它的信号引入要检测的电线上。当发射机被插入电钳，而且电钳位于该电线的周围时，发射机信号被引入到任何可能已经存在于电线上的信号之上，例如60赫兹或50赫兹的电线频率。当夹在导电电线的周围时，电钳类似于0.5伏特电池一样作用。在一个完全闭合的电路中，该电压将会在已存在的线路频率之上引起大约80mA电流。该信号被调制在一预定频率，可选择地被调制于预定的格式，而且在该电线上承载下去。例如，该信号能被调制为处于6K赫兹的突发格式。在一个实施方式中，6K赫兹的被调制信号的第一个62.5ms突发之后发生第二个62.5ms突发。这个格式在发送信号中每0.5秒被重复。如果线圈足够地接近电线601并且被方向以传感磁场603，那么被调制的信号602产生磁场603，该磁场在线圈620中感生出电流。在线圈620所感生的电流被通过带通滤波器630，该滤波器被配置为仅通过在被发射机发送的信号的频率附近的频率。通过仅通过在被调制信号的频率附近的频率，从其他电线中出现的其他磁场在该线圈中感生的电流被消除。如果具有格式的信号被用在该电线中，那么滤波器630被适当地被选择以允许具有格式的信号被传输。被过滤的信号被送到一个放大器640，以在被处理器650处理之前增强该信号。由放大器640提供的放大的量能自动地被处理器650所调整，例如通过自动增益控制(AGC)电路，以确保该信号在操作范围的中央附近，以使该信号既不饱和也不太弱。在一个实施方式中，用户也被提供给对含有传感器线圈的测试仪器的控制，以便用户能手动地调整对每个线圈的信号的增益。在这种情况下，用户的调整将会优先于该仪器提供的自动增益设定。只有一个线圈在图6被显示。然而，来自传感器阵列的每个线圈的电流都在被放大和在被处理器650处理之前被一个带通滤波器所过滤。处理器650接收来自传感器阵列的每个线圈的所有信号，并使用那些信号来决定被传感的电线的位置和方向，如在下面完整地说明。图3A-3D示出了四个线圈的传感器阵列可能遇到的电线配置。在图3A中，传感器阵列包括被标记为S1、S2、S3和S4的四个线圈传感器。该传感器阵列被置于直电线305之上，该电线直接在线圈S1和S2的下面以垂直的方向放置。如上所讨论，不同的调制信号被送至电线305，并且该处理器接收到来自线圈的被过滤的信号。在传感电线在未知区域内的位置之前，测试仪器中的接收机的增益应该被初始化。在初始化过程中，用户将调制信号注入进入电线，并将仪器放置在被激发的电线附近，例如，与电线相距数寸。图7A示出了位于测试仪器的背面上的传感器阵列710。位于传感器阵列的角落的四个圆周711,712,713,714指示了线圈所处的位置。因此，用户将仪器的背面放置于邻近电线。需要注意，每个线圈应该被独立地被初始化，而且在为各个线圈进行初始化的过程中，线圈方向应该垂直于电线。因此，为图3A所示的传感器阵列的四个线圈的初始化过程将引入：相对于在为线圈S1和S2的接收机进行初始化时测试仪器的位置，在为线圈S3和S4的接收机进行初始化时将该测试仪器旋转90度。一旦测试仪器被正确地定向以用于与待初始化的特定线圈所对应的接收机，仪器中的处理器就会自动地尝试：将接收机中为各线圈的增益设定为大致处于该接收机的敏感范围的中央。在一个实施方式中，在每线圈的相对的读数能被提供给用户以允许用户初始化接收机。例如，对于线圈的在接收机的饱和水平附近的最大读数能被分配″高的″或者″H″指示符，接收机的中间范围附近的读数能被分配“中″或者″M″指示符，以及为零的读数(也就是，没有测量到磁场)，或者记录了非常弱的信号的读数能被分配一个″低″或″L″指示符。在另外的一个实施方式中，用户可能被提供特定数量的LED，例如10个LED指示器，发光的LED的数量相应于被线圈检测的磁场的强度。LED的数量能被分类以便，例如，6-10个发光的LED读数对应于高的传感场指示，2-5个发光的LED读数对应于中的传感场指示，以及0-1发光的LED读数对应于低或者无传感场指示。本领域技术人员将会理解，其他方法可被用来分类在线圈处被传感的磁场读数，并且处理器将会使用这些信息确定电线的位置和方向。更进一步，在一个实施方式中，测试仪器可能甚至不提供个别的线圈的读数给用户，以将混乱减到最少。仪器的屏幕能只是提供相对于仪器的被传感的电线的图解的指示。一旦接收机被初始化，测试仪器能在电线的精确位置是未知的区域传感被激发的电线。用户只是将测试仪器的背面置于被认为是电线所位于的地方附近。回到在图3A中显示的配置，四线圈传感器的信号读数会被处理器解释对线圈S3和S4是高的和对线圈S1和S2是低的(非常接近零)。线圈S3和S4的读数是高的，因为线圈的方向是垂直于电线305，因此完全传感由被激发的电线中的电流而产生的磁场，而线圈S1和S2的方向垂直于线圈S3和S4的方向，因而几乎无法传感由电线305中的电流产生的磁场。注意高读数的线圈，线圈S3和S4，相对于传感器阵列将与电线相关的位置夹在中间。在测试仪器的屏幕上，传感器阵列被示出以直线702为中心(作为圆圈701)表示电线相对于阵列是垂直的，如图7A所示的示例的屏幕705。对于在图3B中显示的配置，传感器阵列并不以电线306为中心，而是相对于在图3A被显示的结构，电线偏移至阵列的右侧。对于相对于垂直的电线处于该位置的阵列，线圈S4的信号读数将会很高，而线圈S1、S2和S3的读数将会低。在测试仪器的一个屏幕上，箭头720被显示指向代表电线的垂直的线721，指出电线是直并且垂直，以及用户应该将测试仪器向右移动，以使测试仪器以电线的位置为中心，如图7B所示的示例的屏幕。对于图3C显示的配置，被激发的电线是相对于传感器阵列成一角度放置的直的电线。对于相对于成角度的电线放置的阵列的这一位置，所有线圈的信号读数将会在中间的范围中。对于图3D所显示的配置，被激发的电线是相对于传感器阵列成一角度放置的直的电线，而且阵列的中心相对于电线被向下移动。对于相对于成角度的电线放置的阵列的这一位置，线圈S2和S4的信号读数将会高，而线圈S1和S3的读数将会低。在测试仪器的屏幕上，箭头725被显示指向朝向代表电线的成角度的直线726对角线向上，指示用户应该将测试仪器向上并向右移动，以使测试仪器以电线的位置为中心，如图7C所示在示例的屏幕。对于图4A显示的配置，被激发的电线是被向右弯曲的电线，弯曲是以传感器阵列为中心。对于相对于弯曲的电线的阵列的这一位置，线圈S1和S4的信号读数将会在中间范围，而线圈S2和S3的读数将会低。对于图4B所显示的配置，被激发的电线是向右弯曲的电线，但是位于相对于传感器阵列的中心比图4A所示的配置高的位置。对于相对于弯曲的电线的阵列的这一位置，线圈S2，S3和S4的信号读数高，而线圈S1的读数将会低。对于图4C显示的配置，被激发的电线是向右弯曲的电线，但是位于相对于传感器阵列的中心较低的位置。对于相对于弯曲的电线的阵列的这一位置，线圈S1的信号读数高，而线圈S2，S3和S4的读数将会低。因为四线圈传感器阵列是对称的，容易从垂直的电线的读数决定相对于传感器阵列水平方向的电线的读数。同样地，容易从以上给出的成角度的直的电线的读数决定与其成相反方向角度的直的电线的读数，以及从以上给出的向右弯曲的电线的读数决定读数为向左弯曲的电线的读数。与相对于传感器阵列的不同的电线结构相对应的线圈读数可存储在测试仪器的存储器中，以及测试仪器中的处理器能使用该信息从由用户采集的读数确定电线相对于传感器阵列的位置和方向。如果存在退化(degenerate)的情形，其中从线圈传感器储存的读数指示多于一个可能的电线位置和方向，测试仪器可请求用户移动仪器，也许以一个特定的方向，采集另一组线圈读数。使用两组或两组以上的线圈读数和/或知道用户移动仪器的方向能清楚地决定电线的位置和方向。使用这数据，测试仪器能图示地在屏幕上为用户显示数据，如在图7A-7C的示例的屏幕所示。图7A示出了在测试仪器的用户接口上的示例的输入和指示符。测试仪器输入包括用于输入选择的按钮760，以及用于导航的按钮759a，759b、759c和759d。钮758作为选择非接触电压检测模式。钮749a和749b分别地增加和减少由测试仪器发出的量(volume)。能使用测试仪器的触摸屏705选择输入。输入757允许用户在触摸屏上选择主页。输入761是敏感水平选择器；输入762是被产生并且沿电线传输的将被追踪的信号的频率选择器；输入763是传感器选择器；以及输入764选择帮助菜单。在测试仪器上的指示器包括断路器检测LED750。指示器753显示敏感水平，例如从1到10。指示器754显示被测试仪器使用的信号的频率，例如6千赫兹。在一个实施方式中，被测试仪器产生的不同的频率能被选择。指示器755表示正在被使用中的传感器的类型。能被测试仪器用的示例的传感器包括，但不限于，智能电磁传感器(对应于屏幕上的传感器#1的指示)断路器传感器(标记为传感器#2)，或非接触电压传感器(标记为传感器#3)。智能电磁传感器被与在此被描述的传感器阵列一起使用。指示器756提供信号强度。屏幕705具有在顶端附近的显示条。在屏幕705的顶端附近的条中的指示器752显示被激发的线正在被测试仪器所检测。在图7A显示的数值示出了测试仪器的接收机被建立以检测承载了调制的6千赫兹信号的被激发的线。敏感度被设置为1，以及使用的传感器是1号传感器(智能电磁传感器阵列)。此外，测试仪器直接位于被检测的垂直的电线之上，而且信号强度几乎在最高的水平。图5A-5B示出了八线圈的传感器阵列可能遇到的示例的直线电线结构。对于图5A中示出的结构，其中，传感器阵列以垂直的激发电线为中心，线圈读数如下：线圈S1和S2高，其余线圈的读数低。对于图5B所示的配置，其中垂直被激发的电线位于朝向传感器阵列的右边，线圈读数如下：线圈S1、S2、S6和S8在中间的范围中，以及其余线圈的读数低。对于八线圈所显示的配置没有四线圈的配置那么多，但是本领域技术人员将会理解相似的配置的读数能在八线圈的配置被采集，并被处理器使用以决定电线相对于传感器阵列的位置和方向，以及随后在测试仪器屏幕上为用户显示该信息。相似的过程能被其他传感器线圈配置所使用以决定与特定的电线相对于传感器阵列位置和方向相对应的线圈读数，而且处理器能使用该信息以决定通电电线(livewire)的位置和方向，以对用户显示。图8描述了用于决定电线的位置和方向的示例的测试仪器的框图。测试仪器能包括处理器802、一个或者多个存储器804，多个接收机806、一个发射机808输入/输出装置810，和电力供应装置812。发射机808产生调制信号，用于沿着电线传输以被检测。多个接收机806被配置在传感器阵列中以检测在多个位置中被电线中的调制信号所激发的磁场。每个接收机可包括传感器，带通滤波器，和放大器。处理器802被用来运行测试仪器应用，包括从被接收机806检测的磁场强度的读数决定电线的位置和方向。在一个实施方式中，存储器804存储与电线相对于传感器的不同位置和方向的相对应的多个接收机的场强强度读数。处理器802可比较储存的读数和测量的读数以决定要被检测的电线的位置和方向。存储器804可包括，但是不限于，随机存取存储器、只读储存器、以及易失存储器和非易失存储器的任何组合。输入/输出装置810可包括，但不限于，触发开始以及停止测试仪器或者启动其他测试仪器的功能，视觉显示、扬声器、和通过有线或无线通信运行的通信装置。特别地，处理器802可在输出装置810上显示电线相对于接收机的传感器的位置和方向。电力供应812可包括，但不限于，电池。图9示出了说明决定电线的位置和方向的示例的过程的流程图。在块902，系统把调制的信号沿着将被检测的电线传输。信号被调制，从而由电线中的信号所激发的磁场能与由传感器阵列所感应的有在电线中的其他信号或其他来源所引起的磁场相区别。在块904，系统同时使用具有多个传感器的传感器阵列在多个位置传感磁场强度。传感器应该合理地接近要被检测的电线，以确保由电线中的信号所激发的磁场能被检测到。然后在块905，系统过滤来自传感器阵列的场强度读数，仅通过由在块902中沿着电线传输的调制信号所激发的磁场的读数的部分。然后在块910，系统比较在传感器阵列中的传感器的读数和储存的读数。储存的读数提供在多个传感器的与电线的多个不同的位置和方向相对应的磁场强度读数。在决定块915，系统决定，传感器的读数是否对应于储存的读数，以提供电线相对于传感器的位置和方向的明确的判决。如果读数是不明确(块915-否)，在块920系统请求用户将传感器阵列从当前位置移开。过程然后返回至块905在新的传感器阵列位置的多个位置传感磁场强度。在块910，系统再次比较在传感器阵列的新位置的传感器的读数和储存的读数，并且使用在先前的位置中的传感器的读数决定电线的位置和方向。如果在块925，读数是明确的(块915-是)，系统为用户显示电线相对于传感器阵列的位置和方向。总结除非上下文清楚地要求，否则遍及说明书和权利要求书，“包括”、“具有”及相似的表达应被理解为包含的意义(也就是说，解释为“包括但不限于”的意思)，而不是排他或穷尽的意义。如在此所使用的，术语″连接″，″耦合″或其任何变形，表示两个或多个元件之间的直接或间接的连接或耦合；元件间的连接或耦合可以是物理的、逻辑的或二者的组合。另外，“在此”、“以上”、“以下”和具有相似含义的文字当用于本专利申请时，应指本申请整体，而非本申请任何特定的部分。如果上下文允许，以上详细说明中使用单数或复数的词语将分别包括其复数或单数。当词语″或″与两个或更多项目的列表相关时，覆盖以下所有该词语的解释：列表中的任一项目、列表中的所有项目、和列表中项目的任意组合。本发明实施例的以上详细描述并不是为了穷举或者限制本发明上述公开的精确形式。上面所描述的本发明的特定实施例是基于阐述的目的，但在本发明的范围内可以进行各种等同的修改，正如相关领域技术人员所认识的那样。例如，尽管处理或模块以给定的顺序呈现，但可选择的实施例可以执行具有不同顺序的步骤的例程，或利用具有不同顺序的模块的系统，并且一些处理或模块可以被删除、移动、增加、分割、组合和/或修改来提供可选择例或子组合。这些处理或模块中的每一个可以以各种不同的方式实现。而且，尽管处理或模块以串行的方式在所示的时间执行，作为替代这些处理或模块可以以并行的方式执行，或者在不同的时间执行。此外，本发明所记录的具体序号仅为举例；替换执行方案可部署不同值或范围。在这里所提供的本发明的教导能应用到其他系统，而不必是上面所描述的系统。上面所描述的各种实施例中的要素和动作可以被组合以提供进一步的实施例。本发明的一些替代的实施例可不仅仅包括如上所述的实施例以外的额外的要素，还包括更少的元素。上面所记录的任何专利、申请案和其他参考，包含附属申请文件中所列的参考，均属于本申请的参考。本发明所公开的方面如有必要可以被修改，以使用如上所述各参考的系统、功能和概念，提供进一步的实施例。根据上文详细的说明，可以对本发明进行这些或其他的变化。尽管上述说明描述本发明特定实施例，并且描述所考虑的最佳方式，不管上述描述在文章中多么详细，本发明都可以以多种方式实现。系统的各细节可以在其实施细节上产生相当大的变化，同时仍然包含在这里所公开的发明内。如上所述，用来描述本发明的某些特征或方面的特定的术语不应理解为该术语在本文被重新定义为限于与该术语相关的、本发明的具体特性，特征或方面。一般来说，下面权利要求所使用的术语不应该被解释为将本发明限制到说明书中所公开的具体实施方式，除非上面的详细说明部分明确的定义了这种术语。因此，本发明的实际内容不仅包含所公开的实施例，而且也包含在权利要求下实现或实施本发明的所有等同的方式。为了减少权利要求的数量，本发明的某些方面在下面以某些权利要求的形式提出，但发明人期望本发明的各个方面体现在任意数量的权利要求形式中。例如，尽管根据35U.S.C.§112，第6段，仅仅将本发明的一个方面作为装置加功能权利要求来叙述，但其他方面可同样地作为装置加功能权利要求体现，或以其他形式，例如，体现在计算机可读介质中(任何希望以35U.S.C.§112对待的权利要求将以“...装置”开头，但是在任何其他上下文中使用术语“用于”并不引起按照35U.S.C.§112的对待)。在另一个例子中，虽然当前的权利要求主要指向为在小区站点或基站的无线和通信电路提供备用或补充电池电力的系统和方法，申请人认为本发明在电池电路为系统提供备用或补充电池电力的任何环境中实现。因此，申请人在提交申请之后，保留添加附加的权利要求的权利，从而在该申请或者在继续申请中寻求这种附加权利要求形式。