[發明專利]用于地下物體探測的數字定位系統和裝置

有效

• 申請號: 200680009075.X
• 申請日: 2006-02-09
• 公開（公告）號: CN101194186A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: 布奇·馬爾卡希
• 申請（專利權）人: 布奇·馬爾卡希
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章社杲;吳貴明

技術領域

本發明的領域通常涉及數字定位系統，更具體地說，涉及能夠確定諸如公用事業管線、管道線路、或探測器(sonde)的地下物體的位置、方向、和深度的地下數字定位系統。

背景技術

很多公共建筑和公共事業的操作需要根據操作者對地下煤氣管線、管道線路、和電纜線路方位和深度的了解來對土壤進行挖掘。由于被挖掘設備觸及到的話幾乎總是會損壞地下線路，所以非常重要的是要在進行挖土工作之前了解這些線路的準確位置。對于地下線路位置的了解使操作者可避免觸及和損壞這些線路。

已知幾種目前用于對地下線路進行定位的定位系統。大多數已知的定位器均涉及對磁場進行檢測的接收器，其中所述磁場是從直接潰送或引導至地下線路上的電流所產生的。

從線路發射出的很多磁場線在形狀上是基本圓柱形的且圓柱形的中心位于載流線本身。當電流沿線路流動時，由于電流在土壤中轉移或感應，會發生損耗。當沿線路長度的損耗率不是很大時，可通過使用信號強度比率來計算深度。對于在地下沿直線(straight)延伸特定深度的線路來說，磁場強度與從線路到接收器的距離成反比。通常通過在線路正上方的不同位置處讀取兩個信號強度來確定深度。

Mercer等人的美國專利6,756,784描述了能夠定位鉆探工具以及能夠為控制目的而監測工具進程的定位器/監測器。Mercer的定位器/監測器通過對天線組件的操作實現其目的，該天線組件的特征在于，具有成一束的兩個正交天線，這些天線空間上彼此靠近并且不以固定的距離分開。

Mercer描述的定位器/監測器以如下方式進行操作：(1)操作者定位(安裝在鉆探工具上的)地下發射器(transmitter)；(2)操作者在發射器位置上方的第一高度上使用接收器/定位器，并測量從發射器發射出的磁場強度；以及(3)在第二高度上使用接收器以測量從發射器發射出的磁場強度。雖然該裝置可能是精確的，但是，由于操作者必須在兩個不同高度上進行測量所以該裝置的使用是耗時的。

Brune等人的美國專利6,768,307描述了用于通量面定位的系統，其包括：鉆探工具，具有發射定位磁場的發射器，以使定位磁場向地面呈現出相對于其表面的一對定位點；以及便攜式定位器，用于測量定位磁場的強度。定位器包括一個天線束，改天線束包括三個正交布置的天線的，其中的兩個處于水平面中而一個布置在垂直平面中。當利用前述裝置時，會迫使操作者在最后確定線路的位置或深度之前一定要將定位器移動至多個位置，因此，使用這種定位器的缺點是非常耗時。

目前已知的線路定位裝置是采用兩個天線以及用來確定深度的邏輯電路。這些天線分開一固定距離。因為分開距離是已知的，所以可以通過換算(interpreting)磁場強度來計算電纜深度。

Lewis等人的美國專利5,920,194描述了一種具有間隔式天線的定位器，該定位器檢測來自地下線路的電磁信號。定位器包括處理器，該處理器分析電磁信號，并在與天線間距相對應的方向以及垂直于地下線路的方向上確定定位器與地下線路的分開情況。裝置上的顯示器顯示出定位器和物體的分開情況。

該裝置具有若干缺點。首先，因為裝置是通過測量其天線以及地下線圈的表面之間的夾角來確定裝置本身和地下線路之間的分離情況，因此定位器的定位角度變得很關鍵。Lewis等人企圖通過將傾斜傳感器(tilt?sensor)包括在裝置中來解決所述問題，這非常可能使裝置變得更加昂貴。

而且，定位器優選為地面穿透探針，該探針被驅動進入到地面中以保持測量期間的恒定角位。在地面難以被穿透的某些位置處該定位器是不實用的。該定位器的其它缺點在于，其僅能在要求操作者在兩個不同定位器位置處測量定位器與地下線路之間的分開情況并將兩個結果進行比較之后才能提供較為精確的測量。因此，Lewis的裝置的操作是耗時的，并且當定位器未被一致地定位在兩個測量位置上時會出現不必要的誤差。

現有技術的裝置的測量精度經常會受到與天線相關的電子設備的差分漂移(differential?drift)以及受到天線本身的差分響應(differential?response)的影響。為了提高敏感度，有時會使用鐵氧體(ferrite)桿來提高天線的有效捕獲區域(capture?area)。由于天線的分開，兩個天線不可能經歷相同的熱環境。這可能因為鐵氧體的特性隨溫度而發生能夠測量到的變化并且在各桿之間不一致而造成問題。