DE3600446A1 - Location of extended conductors running in or under dielectric layer - has electrode movable in relation to conductor in coupling position and capacitive coupling measuring unit - Google Patents
Location of extended conductors running in or under dielectric layer - has electrode movable in relation to conductor in coupling position and capacitive coupling measuring unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Lokalisierung langgestreckter, im wesentlichen parallel zu einer Schichtoberfläche in oder unter einer dielektrischen Schicht verlaufender Leiter. In der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen ist unter einer dielektrischen Schicht eine Materialschicht zu verstehen, welche in solchem Maße dielektrische Eigenschaften besitzt, daß mittels geeigneter Meßschaltungen eine Kapazität zwischen dem unter der Schicht befindlichen Leiter oder dem in die Schicht eingebetteten Leiter und einer auf die Schichtoberfläche aufgesetzten Elektrode meßbar ist. Schichten der hier betrachteten Art können demgemäß aus Isolierwerkstoff bestehen oder die Gestalt von Schichten aus Verputz, Mauerwerk, Holz, Gestein, Erdreich oder dergleichen haben.The invention relates to devices for localizing elongated, essentially parallel to a layer surface conductor running in or under a dielectric layer. In the present description and in the claims a material layer under a dielectric layer understand which dielectric properties to such an extent has a capacitance by means of suitable measuring circuits between the conductor under the layer or the conductor embedded in the layer and one on the layer surface attached electrode is measurable. Layers of considered here can accordingly be made of insulating material consist of or the form of layers of plaster, masonry, Have wood, stone, soil or the like.
Neben einer Vielzahl induktiv arbeitender Ortungsgeräte sind auch, beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 19 48 422, kapazitiv arbeitende Ortungsgeräte zur Lokalisierung langgestreckter, elektrisch leitender Gegenstände bekannt. Entsprechende bekannte Einrichtungen besitzen eine relativ zu dem betreffenden Leiter in Kopplungsstellung bewegbare Elektrodenanordnung und Meßeinrichtungen zur Bestimmung der kapazitiven Ankopplung der Elektrodenanordnung an den Leiter entsprechend dessen Lage relativ zu der Elektrodenanordnung. Die Elektrodenanordnung hat bei den bekannten Geräten die Gestalt einer Abtastelektrode, welche zur Bestimmung des Verlaufes des langgestreckten Leiters innerhalb oder unter der eine freie Schichtoberfläche darbietenden Schicht vielfach auf die Schichtoberfläche aufgesetzt und in Abtastbewegungen über die Schichtoberfläche hinweggeführt werden muß. Dieser Ortungsvorgang ist zeitraubend und bedingt vielfach Fehler, insbesondere dann, wenn auf der Schichtoberfläche Punkte, die ein positives Abtastergebnis lieferten, nicht markiert werden können.In addition to a variety of inductive tracking devices also, for example from the German Ausleschrift 19 48 422, capacitive locating devices for locating elongated, electrically conductive objects known. Appropriate known devices have a relative to that relevant conductor in the coupling position movable electrode assembly and measuring devices for determining the capacitive Coupling of the electrode arrangement to the conductor accordingly its position relative to the electrode arrangement. The electrode arrangement has the shape of a known devices Scanning electrode, which is used to determine the course of the elongated Conductor inside or under a free layer surface performing layer often on the layer surface put on and in scanning movements over the layer surface must be led away. This locating process is time-consuming and often causes errors, especially if if there are dots on the layer surface that give a positive scan result delivered, can not be marked.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß in einfacher Weise rechtzeitig mit einer Ortung eines eingebetteten oder überdeckten langgestreckten Leiters auch dessen Verlauf bestimmt werden kann. Entsprechend einer Weiterbildung soll auch die Einbettungstiefe im wesentlichen mit dem selben Abtast- oder Ortungsvorgang bestimmt werden können.The invention is intended to achieve the object of designing a device according to the preamble of claim 1 in such a way that its course can also be determined in a simple manner in a timely manner by locating an embedded or covered elongated conductor. According to a further development, the embedment depth should also be able to be determined essentially using the same scanning or locating process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.
Im einzelnen ist eine Vielzahl von Elektroden zur Bildung einer flächigen Elektrodenanordnung an der Stirnfläche eines Trägers vorgesehen und in einem Abfrageprogramm werden nacheinander Signale entsprechend der kapazitiven Ankopplung der einzelnen Elektroden an den zu lokalisierenden Leiter von den Elektroden abgeleitet. Der die Elektrodenanordnung aufweisende Träger ist insbesondere auf der von der Elektrodenanordnung abgewandten Seite mit Marken oder Anzeigemitteln, etwa in Gestalt einer Anordnung von Flüssigkristallanzeigern oder von Leuchtdioden, versehen, welche die Zuordnung der jeweils stärksten abgefragten Signale zu bestimmten der Elektroden gestatten, derart, daß eine dem Leiterverlauf entsprechende Verbindungslinie dieser bestimmten Elektroden verfolgbar ist.Specifically, a variety of electrodes are used to form one flat electrode arrangement on the end face of a carrier provided and in a query program are successively Signals corresponding to the capacitive coupling of the individual Electrodes on the conductor to be located from the electrodes derived. The carrier having the electrode arrangement is especially on the one facing away from the electrode arrangement Page with brands or advertising media, for example in the form of a Arrangement of liquid crystal displays or light emitting diodes, provided, which the assignment of the strongest queried Allow signals to certain of the electrodes such that a this connecting line corresponding to the course of the conductor Electrodes is traceable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die von den einzelnen Elektroden ableitbaren Signale in einer Rechenschaltung auswertbar, wobei der Signalwert der abgefragten Maximalsignale, - im allgemeinen treten mindestens zwei solche Maximalsignale bei einem Abfragezyklus auf -, mit dem Signalwert des abgefragten Minimalsignales verglichen wird und mit der vorzugsweise in dem Speicher bereitgehaltenen Größe des Abstandes der den Minimalwert liefernden Elektrode von der Verbindungslinie zwischen den die Maximalsignale liefernden Elektroden in Beziehung gesetzt wird. Auf diese Weise kann die Einbettungstiefe des Leiters in die überdeckende Schicht ermittelt werden.According to a preferred embodiment, those of the individual electrode-derived signals in a computing circuit evaluable, the signal value of the queried Maximum signals - generally at least two such signals occur Maximum signals in a polling cycle on -, with the signal value of the queried minimum signal is compared and with the size of the Distance of the electrode providing the minimum value from the Connection line between those delivering the maximum signals Electrodes is related. In this way, the Embedding depth of the conductor in the covering layer determined will.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:Exemplary embodiments are described below with reference to the drawing explains in more detail. They represent:
Fig. 1 eine schematische, teilweise perspektivisch und teilweise als Blockschaltbild gezeichnete Ansicht einer Meßeinrichtung zur Lokalisierung eines eingebetteten, langgestreckten Leiters, Fig. 1 is a schematic, partly perspective and partly drawn as a block diagram view of a measuring device for locating an embedded elongate conductor,
Fig. 2a eine Seitenansicht eines Teiles einer Einrichtung zur Lokalisierung eines eingebetteten langgestreckten Leiters auf einer Einbettungsschicht, welche im Schnitt dargestellt ist, FIG. 2a is a side view of a part of a device for locating an embedded elongate conductor on a buried layer, which is shown in section,
Fig. 2b eine Aufsicht auf die Einrichtung gemäß Fig. 2a und Fig. 2b is a plan view of the device according to Fig. 2a and
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer praktischen Ausführungsform einer Einrichtung der in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen Art. Fig. 3 is a perspective view of a practical embodiment of a device of the type shown schematically in Fig. 1.
In Figur bezeichnet 1 eine Mauerwerksschicht, in welche eine isolierte elektrische Leitung 2, etwa ein isolierter Kupferdraht, eingebettet ist. Auf die Oberfläche 3 der Mauerwerksschicht ist ein kreisscheibenförmiger Träger 4 aus Isolierstoff aufsetzbar, in dessen an der Schichtoberfläche 3 anliegenden Oberfläche eine Anzahl von Elektroden 5 in Gestalt kleiner Leiterscheiben eingebettet ist. Die Elektroden 5 bilden eine kreisförmige Elektrodenanordnung, deren einzelne Elektroden über Zuleitungen 6 mit einer Auswertschaltung 7 verbunden sind.In Figure 1 , 1 denotes a masonry layer in which an insulated electrical line 2 , for example an insulated copper wire, is embedded. A circular disk-shaped carrier 4 made of insulating material can be placed on the surface 3 of the masonry layer, in the surface of which lies against the layer surface 3 a number of electrodes 5 in the form of small conductor disks are embedded. The electrodes 5 form a circular electrode arrangement, the individual electrodes of which are connected to an evaluation circuit 7 via leads 6 .
Soll die Einrichtung auf eingebettete Leiter ansprechen, welche an einer Wechselspannung anliegen, so ist die Auswertschaltung so ausgebildet, daß sie die einzelnen Spannungen mißt, welche kapazitiv von dem Leiter 2 über den von der Materialschicht 1 erfüllten Zwischenraum in die einzelnen Elektroden 5 eingekoppelt wird. Soll hingegen die Einrichtung auf nicht an einer Spannung liegende Leiter ansprechen, so werden die einzelnen Elektroden 5 durch die Auswertschaltung 7 mit einer Wechselspannung, insbesondere einer höher frequenten Wechselspannung, beaufschlagt und die Auswertschaltung 7 bestimmt dann den kapazitiven Ladestrom über die Zuleitungen 6 zur Ladung der einzelnen Kapazitätssysteme, welche von je einer der Elektroden 5 und dem Leiter 2 gebildet werden. Diesbezügliche Einzelheiten sind jedoch dem Fachmann auf diesem Gebiete bekannt. Es genügt hier die Feststellung, daß die Auswertschaltung 7 eine Meßschaltung 8 enthält, welche im Betrieb Meßsignale darbietet, welche jeweils den einzelnen wirksamen Kapazitäten zwischen je einer der Elektroden 5 und dem Leiter 2 entsprechen.If the device is to respond to embedded conductors which are connected to an alternating voltage, the evaluation circuit is designed such that it measures the individual voltages which are capacitively coupled into the individual electrodes 5 by the conductor 2 via the space filled by the material layer 1 . If, on the other hand, the device is to respond to conductors not connected to a voltage, the individual electrodes 5 are acted upon by the evaluation circuit 7 with an AC voltage, in particular a higher-frequency AC voltage, and the evaluation circuit 7 then determines the capacitive charging current via the supply lines 6 for charging the individual capacitance systems, which are each formed by one of the electrodes 5 and the conductor 2 . However, details in this regard are known to those skilled in the art. Suffice it to say here that the evaluation circuit 7 contains a measuring circuit 8 which, in operation, presents measurement signals which each correspond to the individual effective capacitances between each of the electrodes 5 and the conductor 2 .
Diese Meßsignale werden mittels einer entsprechend einem Abfrageprogramm steuerbaren Multiplexschaltung 9 der Reihe nach abgefragt, wobei im vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel das Abfrageprogramm eine Abfrage der Meßsignale längs der kreisförmigen Elektrodenanordnung etwa im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn fortschreitend vorsieht. These measurement signals are interrogated one after the other by means of a multiplex circuit 9 which can be controlled in accordance with an interrogation program, wherein in the exemplary embodiment considered here the interrogation program progressively provides for interrogation of the measurement signals along the circular electrode arrangement approximately clockwise or counterclockwise.
Der Ausgang der Multiplexschaltung 9 ist an einen Verstärker 10 mit steuerbarem Verstärkungsgewinn angeschlossen, dessen Ausgang wiederum mit einem Maximalwertdetektor 11, etwa in Gestalt eines Komparators, verbunden ist. Über eine Steuerleitung 12 steuert der Maximalwertdetektor 11 den Verstärker 10 in solcher Weise, daß die während eines Abfragezyklus der Multiplexschaltung 9 gewonnenen Signalwerte jeweils mit einem Maßstabsfaktor solcher Größe multipliziert werden, daß die schließlich am Ausgang 13 des Maximalwertdetektors auftretenden maximalen Signalwerte des Abfragezyklus einen bestimmten Schwellenwert nicht übersteigen. Die aus den Bauteilen 10 und 11 gebildete Schaltung kann also als Normierungsschaltung bezeichnet werden.The output of the multiplex circuit 9 is connected to an amplifier 10 with a controllable gain, the output of which is in turn connected to a maximum value detector 11 , for example in the form of a comparator. Via a control line 12 , the maximum value detector 11 controls the amplifier 10 in such a way that the signal values obtained during a polling cycle of the multiplex circuit 9 are each multiplied by a scale factor of such a magnitude that the maximum signal values of the polling cycle finally occurring at the output 13 of the maximum value detector have a certain threshold value do not exceed. The circuit formed from components 10 and 11 can therefore be referred to as a normalization circuit.
Der Ausgang 13 des Maximalwertdetektors 11 ist an eine Anzeigeeinrichtung 14 gelegt, deren Anzeigeelemente jeweils den einzelnen Elektroden 5 zugeordnet sind. Geben somit Anzeigeelemente, welche einander über die kreisförmige Elektrodenanordnung hinweg gegenüberliegenden Elektroden zugeordnet sind, eine Anzeige, so bedeutet dies, daß der zu lokalisierende Leiter 2 unterhalb der Verbindungslinie dieser maximale Signalwerte liefernden Elektroden verläuft.The output 13 of the maximum value detector 11 is connected to a display device 14 , the display elements of which are each assigned to the individual electrodes 5 . If display elements, which are assigned to electrodes located opposite one another across the circular electrode arrangement, thus give a display, this means that the conductor 2 to be located runs below the connecting line of these electrodes providing maximum signal values.
Wird bei einem Abfragezyklus nur ein einziger maximaler Signalwert gewonnen, so wird nur ein einziges Anzeigeelement der Anzeigeeinrichtung 14 erregt. Eine solche Anzeige hat die Bedeutung, daß entweder der zu lokalisierende Leiter unterhalb einer Tangente an die kreisförmige Elektrodenanordnung am Orte der Elektrode verläuft, die dem erregten Anzeigeelement zugeordnet ist, oder daß der zu lokalisierende Leiter in bestimmtem Abstand seitlich neben dem Bereich unterhalb der kreisförmigen Elektrodenanordnung in der Schicht eingebettet ist. Die gesamte Einrichtung ist dann seitlich in der Richtung, in welcher die Elektrode entsprechend dem erregten Anzeigeelement gelegen ist, soweit zu verrücken, bis schließlich zwei Anzeigeelemente entsprechend zwei maximalen Signalwerten jeweils eine Anzeige geben. If only a single maximum signal value is obtained in a query cycle, only a single display element of the display device 14 is excited. Such a display has the meaning that either the conductor to be located runs below a tangent to the circular electrode arrangement at the location of the electrode which is assigned to the excited display element, or that the conductor to be localized at a certain distance laterally next to the area below the circular electrode arrangement is embedded in the layer. The entire device is then to be moved laterally in the direction in which the electrode is located in accordance with the excited display element until finally two display elements corresponding to two maximum signal values each give a display.
Die Anzeigeeinrichtung 14 kann außerdem eine Rechenschaltung enthalten, welche aus den einzelnen, von den Elektroden 5 abnehmbaren Signalen die Einbettungstiefe des Leiters 2 in der Materialschicht 1 berechnet und anzeigt. Aus Fig. 2a ist ersichtlich, daß das der Kapazität C 1 entsprechende Signal, welches von der einen oder anderen der beiden unmittelbar über dem eingebetteten Leiter liegenden Elektroden abnehmbar ist, zum Kehrwert der Einbettungstiefe D 1 proportional ist. Das Minimalsignal hingegen, welches von der vom eingebetteten Leiter 2 am weitesten entfernten Elektrode ableitbar ist und der Kapazität C 2 entspricht, ist zum Kehrwert des Diagonalabstandes D 2 dieser am weitesten vom Leiter 2 entfernten Elektrode vom Leiter 2 proportional. Der in der Ebene der Schichtoberfläche 3 gemessene Abstand D 3 zwischen der das schwächste Signal liefernden Elektrode und der Verbindungslinie zwischen den beiden das stärkste Signal liefernden Elektrode ist bekannt. Nach kurzer Rechnung (Pythagoras) erhält man für die Einbettungstiefe D 1 folgenden Ausdruck The display device 14 can also contain a computing circuit which calculates and displays the embedment depth of the conductor 2 in the material layer 1 from the individual signals which can be removed from the electrodes 5 . From Fig. 2a it can be seen that the signal corresponding to the capacitance C 1 , which can be removed from one or the other of the two electrodes located directly above the embedded conductor, is proportional to the reciprocal of the embedment depth D 1 . The minimum signal, on the other hand, which can be derived from the electrode most distant from the embedded conductor 2 and corresponds to the capacitance C 2 , is proportional to the reciprocal of the diagonal distance D 2 of this electrode most distant from the conductor 2 from the conductor 2 . The measured in the plane of the surface layer 3 a distance D 3 between the the weakest signal supplying electrode and the connecting line between the two, the strongest signal supplying electrode is known. After a short calculation (Pythagoras), the following expression is obtained for the embedding depth D 1
Die erforderlichen Rechenschritte können durch einen Rechner durchgeführt werden, welcher die jeweils einzusetzenden Werte von D 3 in einem Speicher bereithält, insbesondere dann, wenn eine sehr große Anzahl von Elektroden 5 vorhanden ist. Das Rechenergebnis kann unmittelbar numerisch angezeigt werden. Dies ist in Fig. 3 bei 15 angedeutet.The necessary calculation steps can be carried out by a computer which holds the values of D 3 to be used in each case in a memory, in particular when a very large number of electrodes 5 are present. The calculation result can be displayed numerically immediately. This is indicated at 15 in FIG. 3.
Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform, bei der der Träger 4 mit der eingebetteten Elektrodenanordnung aus den Elektroden 5 in ein Gehäuse 16 eingebaut ist, welches mit einem Griff 17 versehen ist, um das gesamte Gerät auf eine zu prüfende Schichtoberfläche aufsetzen zu können. FIG. 3 shows a practical embodiment in which the carrier 4 with the embedded electrode arrangement from the electrodes 5 is installed in a housing 16 which is provided with a handle 17 in order to be able to place the entire device on a layer surface to be tested.
Das Gehäuse 16 enthält außer dem Träger auch die gesamte Auswertschaltung 7 und die erforderlichen Energiequellen in Gestalt von Batterien, welche über mit Deckeln 18 verschlossene Öffnungen in Kammern der Einrichtung eingesetzt werden können.In addition to the carrier, the housing 16 also contains the entire evaluation circuit 7 and the necessary energy sources in the form of batteries, which can be used in chambers of the device via openings 18 which are closed by covers 18 .
Die Anzeigeeinrichtung 14 liegt innerhalb des Gehäuses 16 über dem Träger 4, so daß die Anzeigeelemente 19 in Gestalt von kleinen Glühlampen, Leuchtdioden oder Flüssigkristallanzeigern jeweils im wesentlichen unmittelbar vertikal fluchtend über den zugehörigen Elektroden 5 gelegen sind und über eine Gehäuseöffnung sichtbar sind.The display device 14 lies within the housing 16 above the carrier 4 , so that the display elements 19 in the form of small incandescent lamps, light-emitting diodes or liquid crystal indicators are each essentially directly vertically aligned above the associated electrodes 5 and are visible via a housing opening.
Gemäß nicht gezeigter Ausführungsformen kann als Stelle der kreisförmigen Elektrodenanordnung auch eine Elektrodenanordnung gewählt werden, welche nach einem Raster oder auch schachbrettartig eine größere Abtastfläche des Trägers 4 bedeckt, wobei die von den Elektroden ableitbaren Signale dann etwa nach einem Zeilenraster von der Multiplexschaltung 9 abgefragt werden. Bei solchen Ausführungsformen bietet auch die Anzeigeeinrichtung 14 dem Benutzer eine Anzeigefläche mit einer Vielzahl von Anzeigeelementen dar. Die Verbindungslinie der bei einem Abtastzyklus erregten Anzeigeelemente vermag dann auch einen gekrümmten Verlauf des zu lokalisierenden Leiters im Bereich unterhalb der Einrichtung wiederzugeben. Es sei hier angemerkt, daß sich vorliegend die Definition "unterhalb" selbstverständlich auf die in der Zeichnung gezeigte Gebrauchslage bezieht, doch kann selbstverständlich die hier angegebene Einrichtung auch zur Abtastung von vertikalen Schichtoberflächen sowie von Schichtoberflächen verwendet werden, die von unten zugänglich sind.According to embodiments that are not shown, an electrode arrangement can also be selected as the location of the circular electrode arrangement, which covers a larger scanning area of the carrier 4 according to a grid or also in a checkerboard manner, the signals which can be derived from the electrodes then being queried by the multiplex circuit 9 for approximately one line grid. In such embodiments, the display device 14 also offers the user a display area with a large number of display elements. The connecting line of the display elements excited during a scanning cycle can then also reproduce a curved course of the conductor to be located in the area below the device. It should be noted here that the definition “below” naturally refers to the position of use shown in the drawing, but the device specified here can of course also be used for scanning vertical layer surfaces and layer surfaces that are accessible from below.
Aus der Darstellung nach den Fig. 2a und 2b erkennt man, daß sich die Kondensatorgeometrie abhängig vom Abstand der einzelnen Elektroden vom eingebetteten Leiter ändert. Praktisch hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Änderung der Kondensatorgeometrie auf eine zufriedenstellend präzise Ermittlung der Einbettungstiefe verhältnismäßig wenig Einfluß hat. Es kann in bestimmten Fällen jedoch zweckmäßig sein, anstelle scheibenförmiger Elektroden 5 kleine kugelförmige Elektroden in die Abtastfläche des Trägers 4 einzubetten. It can be seen from the illustration according to FIGS. 2a and 2b that the capacitor geometry changes depending on the distance of the individual electrodes from the embedded conductor. In practice, however, it has been found that this change in the capacitor geometry has relatively little influence on a satisfactorily precise determination of the embedment depth. In certain cases, however, it may be expedient to embed 5 small spherical electrodes in the scanning surface of the carrier 4 instead of disk-shaped electrodes.
Abschließend sei bemerkt, daß unter einem eingebetteten Leiter in der vorliegenden Erfindung und in den Ansprüchen auch ein in einer isolierten Leitung befindlicher leitfähiger Flüssigkeitsstrang oder die leitfähige Leitung unter Fortleitung einer isolierenden Flüssigkeit zu verstehen ist.Finally, it should be noted that under an embedded conductor in the present invention and in the claims Conductive liquid strand located in an insulated line or the conductive line with the forwarding of a insulating liquid is to be understood.
Claims (11)
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| DE19863600446 DE3600446A1 (en) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | Location of extended conductors running in or under dielectric layer - has electrode movable in relation to conductor in coupling position and capacitive coupling measuring unit |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19863600446 DE3600446A1 (en) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | Location of extended conductors running in or under dielectric layer - has electrode movable in relation to conductor in coupling position and capacitive coupling measuring unit |
Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |