[發(fā)明專(zhuān)利]具有場(chǎng)補(bǔ)償?shù)拇艌?chǎng)傳感器的傳感器裝置、尤其是金屬傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180052000.0
• 申請(qǐng)日: 2011-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103154775A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.克拉普夫;T.齊博爾德;A.阿爾布雷希特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/11
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/11
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求15的前序部分所述的用于對(duì)被封閉在介質(zhì)中的對(duì)象、尤其是金屬對(duì)象測(cè)定位置的傳感器裝置和方法。此外，本發(fā)明描述了工具設(shè)備、尤其是測(cè)量設(shè)備，例如可手持的定位設(shè)備，其帶有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求15的方法的這種傳感器裝置。

背景技術(shù)

為了探測(cè)封閉在介質(zhì)例如墻、天花板或者地面中的對(duì)象例如電線路、水管、管道、金屬架子，較長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)使用定位設(shè)備。在此，尤其是使用電感性設(shè)備、也即產(chǎn)生由在介質(zhì)中封閉的金屬物體干擾的磁場(chǎng)的設(shè)備。

這種系統(tǒng)由DE?10?2004?011?285?A1已知。

在用于找出在墻或者地面中的金屬對(duì)象例如鋼筋、管道或線纜的金屬傳感器領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)是基于線圈的金屬傳感器。這存在于不同的實(shí)施中：（i）場(chǎng)補(bǔ)償?shù)兀╥i）差動(dòng)地，（iii）場(chǎng)補(bǔ)償?shù)睾筒顒?dòng)地。

本發(fā)明的任務(wù)是在微型化、集成以及效率方面改善用于找出在墻和地面中的金屬對(duì)象的金屬傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的核心是用于找出在墻和地面中的金屬對(duì)象的金屬傳感器，該金屬傳感器聯(lián)合了場(chǎng)補(bǔ)償?shù)摹⒉顒?dòng)的、基于線圈的傳感器的優(yōu)點(diǎn)并且利用了特定的磁場(chǎng)傳感器、尤其是價(jià)格合適的霍爾傳感器、但是還有基于AMR/GMR的磁力計(jì)以及SQUIDS的附加優(yōu)點(diǎn)。（AMR-傳感器：各向異性磁阻傳感器；GMR-傳感器：巨磁阻傳感器；SQUID：超導(dǎo)量子干涉設(shè)備）。

這些上述的磁場(chǎng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是緊湊的結(jié)構(gòu)大小、高敏感性、尤其是對(duì)于局部磁場(chǎng)變化而不是對(duì)通過(guò)較大區(qū)域的磁通量的變化的敏感性。由此，得到金屬傳感器的直接優(yōu)點(diǎn)：緊湊的大小，因?yàn)檫@些傳感器本身是小的并且例如小的（印制）線圈就足夠產(chǎn)生足夠大的場(chǎng)（由于大的敏感性），多個(gè)單傳感器的集成，由此得到有利的特性，例如位置/深度估計(jì)可能性直至待探測(cè)對(duì)象的形象化的（bildhaft）分辨率。

為此本發(fā)明建議一種由發(fā)送線圈和磁場(chǎng)傳感器組成的系統(tǒng)。本發(fā)明的用于對(duì)封閉在介質(zhì)中的對(duì)象測(cè)定位置、尤其用于探測(cè)金屬物體的傳感器裝置具有帶有至少兩個(gè)線圈和磁場(chǎng)傳感器的布置，其中線圈和磁傳感器的相互布置和/或線圈匝數(shù)量和/或線圈的繞線方向和/或線圈電流被選擇為使得在磁場(chǎng)傳感器的地點(diǎn)處由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)近似消失。

在由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)（＝“初級(jí)場(chǎng)”）的范圍中的對(duì)象產(chǎn)生“次級(jí)場(chǎng)”。該次級(jí)場(chǎng)于是可以按照本發(fā)明借助磁場(chǎng)傳感器來(lái)測(cè)量。在該布置中可達(dá)到的對(duì)在磁場(chǎng)傳感器的地點(diǎn)處的初級(jí)場(chǎng)的補(bǔ)償對(duì)于用于探測(cè)金屬的/可磁化的對(duì)象）的磁場(chǎng)傳感器的使用是非常有利的，因?yàn)閷?huì)給來(lái)自其工作區(qū)域的磁場(chǎng)傳感器帶來(lái)過(guò)高的磁場(chǎng)。但是高磁場(chǎng)在測(cè)量時(shí)是必要的，以便在對(duì)象的地點(diǎn)處產(chǎn)生足夠高的磁場(chǎng)，使得由此得到的次級(jí)場(chǎng)在傳感器的地點(diǎn)處仍足夠高。本發(fā)明的裝置以有利的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)初級(jí)場(chǎng)最小化或者甚至使其消失，其中但是待探測(cè)的對(duì)象的由初級(jí)場(chǎng)感應(yīng)的次級(jí)場(chǎng)足夠大，以便利用磁場(chǎng)傳感器被探測(cè)到。

初級(jí)場(chǎng)的補(bǔ)償?shù)牧硗獾膬?yōu)點(diǎn)是，由對(duì)象引起的信號(hào)（產(chǎn)生自次級(jí)場(chǎng)的信號(hào)）與基本信號(hào)（產(chǎn)生自初級(jí)場(chǎng)的信號(hào)）的比例被改善多個(gè)數(shù)量級(jí)。

由發(fā)送線圈和磁場(chǎng)傳感器組成的所描述的系統(tǒng)在此可以利用按照推挽調(diào)節(jié)器原理的操控有利地被實(shí)現(xiàn)。在此情況下，推挽調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)是在大的場(chǎng)區(qū)域上的高動(dòng)態(tài)性以及通過(guò)有利地使用同步解調(diào)器的高信噪比（Signal-Rausch-Abstand）。

在使用印制線圈的情況下，次級(jí)場(chǎng)是非常小的（典型地幾個(gè)10nT）。因此，對(duì)于這種實(shí)施方式，尤其高度靈敏的AMR/GMR磁傳感器適用，而霍爾傳感器在這種情況下不太適用。

使用周期性的激勵(lì)場(chǎng)是有利的，因?yàn)榻邮招盘?hào)的由對(duì)象引起的部分由于其頻率而于是可以非常好地從干擾和噪聲中分離（例如利用同步解調(diào)器）。

本發(fā)明的傳感器裝置的其它的優(yōu)點(diǎn)從從屬權(quán)利要求、后面的實(shí)施例以及附圖和所屬的描述中得到。

附圖說(shuō)明

在附圖中示出了本發(fā)明傳感器裝置的實(shí)施例，其中該實(shí)施例在后面的描述中應(yīng)當(dāng)更詳細(xì)地被闡述。附圖的圖示、其描述以及權(quán)利要求以組合的方式包括很多特征。技術(shù)人員也將單獨(dú)地考慮這些特征并且聯(lián)合成其它或者另外的有意義的組合。

圖1以強(qiáng)烈示意化的圖示示出本發(fā)明傳感器裝置的典型布置，

圖2a、2b以圖形圖示示出傳感器裝置的兩個(gè)線圈的所計(jì)算的磁場(chǎng)，

圖3a、3b在兩個(gè)正交方向上示出了本發(fā)明傳感器裝置的線圈的所計(jì)算的磁場(chǎng)，

圖4a、4b以總覽圖（2a）以及以細(xì)節(jié)圖（2b）示出了傳感器裝置的兩個(gè)線圈的初級(jí)磁場(chǎng)的所計(jì)算的z分量以及由對(duì)象產(chǎn)生的次級(jí)磁場(chǎng)，