比例计量的AC电线跟踪器转让专利
申请号 : CN200980107702.7
文献号 : CN101960332A
文献日 : 2011-01-26
发明人 : C·E·赫格 , R·哈利迪
申请人 : 泽肯公司
摘要 :
权利要求 :
1.一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器。
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。
18.一种感测电线的方法,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。
说明书 :
比例计量的AC电线跟踪器
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。
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。
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。
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)。
赖辅助发射器或减少对最初门限校正步骤的强调的能力。
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。
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。
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。
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。
中组合具体的特征、结构或特征。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
“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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
在第一位置“A”,电线10远离所有的传感器电极。在图10B中,在第二位置“B”,电线10在
传感器电极UR上方居中。在图10C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10D的第四位置“D”,电线10在传感器电极UL、C和LR上
方居中。
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)。
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。
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。
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。
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。
经放大的传感器信号。第二电极110b(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110c(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。
极的测量。
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UR。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
VR。曲线79A代表虚拟信号VL。曲线79B代表虚拟信号VU和VD。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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,CD,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。
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。
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。
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。
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。
因此,装置100可向工作人员指示电线10在附近。
代来实现。