具有至少一個定位裝置的手持式工具裝置製造方法
2023-10-09 14:16:49
具有至少一個定位裝置的手持式工具裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種手持式工具裝置，其具有計算單元(12a；12b)和至少一個定位裝置(14a；14b)，該定位裝置被設置用於至少接收定位信號。建議將計算單元(12a；12b)設置用於通過確定該定位信號的圓偏振的部分來求得定位物體(16a)的至少一個位置信息。
【專利說明】具有至少一個定位裝置的手持式工具裝置
現有技術
[0001]已經有人提出具有計算單元和至少一個定位裝置的手持式工具裝置，所述定位裝置被設置用於至少接收定位信號。
[0002]本發明的公開
本發明涉及一種具有計算單元和至少一個定位裝置的手持式工具裝置，所述定位裝置被設置用於至少接收定位信號。
[0003]建議，計算單元被設置用於通過確定定位信號的圓偏振的部分求得定位物體的至少一個位置信息。「計算單元」應該尤其理解為一種具有信息輸入、信息處理和信號輸出的單元。信息輸入最好包括至少一個模擬數字轉換器，其在運行期間數位化定位信號的部分。計算單元有利地具有至少一個處理器、存儲器、輸入和輸出機構、其它的部件、運行程序和/或至少一個計算例行程序。計算單元的所述部件最好布置在一個公共的電路板上和/或有利地布置在一個公共的殼體中。定位裝置有利地至少確定是否有定位物體位於定位裝置的定位區域中。特別有利地，定位裝置確定在定位裝置和定位物體之間的至少一個距離。「定位裝置」應該尤其理解為一種裝置，該裝置在運行期間發射定位信號和接收由定位物體反射的定位信號的部分。此外，「定位信號」應該理解為尤其是一種信號，定位裝置發射該信號用於定位定位物體。定位信號最好具有大於500MHz的帶寬，有利地大於1GHz，特別有利地大於2GHz的帶寬。備選地，定位裝置可以發射窄帶的定位信號，由此可以實現結構上特別簡單的設計方案。術語「接收」應該尤其理解為，定位裝置將由定位物體反射的定位信號的一部分能量從通過絕緣體和/或真空傳播的電磁波轉換成在電導體中引導的波。此外，「設置」應該理解為尤其是專門地編程、設計和/或裝備(配備)。「定位信號的圓偏振的部分」應該尤其理解為定位信號的能量的至少一部分，它的一個電場矢量的大小(數值)至少在某個頻率下是恆定的。該場矢量在該頻率下最好在360度的周期內迴轉。特別有利地，在發射期間定位信號的圓偏振部分比定位信號的線性偏振部分大3dB。「確定定位信號的圓偏振的部分」尤其應該理解為以下三種確定中的每一種以及專業人員認為有意義的這些確定的組合。第一，計算單元在運行期間量化定位信號的圓偏振的部分，定位裝置由定位信號的兩個線性偏振地接收的、尤其是相互正交的部分組合該定位信號。第二，計算單元量化定位信號的由定位裝置的定位天線直接地圓偏振地接收的部分。第三，有利地，計算單元量化定位信號的兩個線性偏振地接收的、尤其是相互正交的部分和由此計算出定位信號的圓偏振地接收的部分。「位置信息」尤其應該理解為一種信息，該信息描述在定位過程中定位物體的至少一個部分相對於定位裝置的至少一種布置。位置信息最好描述定位物體的距離、定位物體的方位、定位物體的形狀和/或定位物體被相對於定位裝置布置所處的方向。「定位物體」應該尤其理解為在一個工件中、例如在牆壁中，隱蔽地設置的部件，該部件在至少一個電磁特性上與工件相區別，例如電線、水管、支撐體和/或鋼筋。術語「求得」尤其應該理解為，計算單元由定位信號的圓偏振的部分的至少一個特性參數計算出定位物體的至少一個位置信息。通過按照本發明的手持式工具裝置的設計方案，定位信號在工件表面上和工件的另外的大面積的層上的反射能夠被有利地抑制。由此可以實現對定位物體的特別可靠和精確的定位。
[0004]在另一個設計方案中建議，定位裝置具有定位天線，它被設置用於，至少接收定位信號的兩個正交的偏振方向，由此藉助於有利地設計的定位天線可以確定定位信號的圓偏振部分和定位物體的其它的信息。「定位天線」應該尤其理解為一種天線，它在至少一個運行狀態下發射和尤其是接收用於定位定位物體的信號。定位天線尤其具有小於60度，有利地小於45度，特別有利地小於30度的3dB張角(開度角)。定位天線在定位信號的頻率範圍的至少一部分中有利地具有大於3dBi，特別有利地大於6dBi，的放大。定位天線優選被設置用於發射寬帶的定位信號。「寬帶的」尤其應該理解為，一個發射的、反射的和接收的定位信號的幅值在某個頻率範圍中，該頻率範圍包括頻率範圍的中心頻率的至少25%，有利地至少50%，具有與定位信號的最大幅值之間小於-1OdB的偏差。中心頻率優選位於500MHz和12GHz之間，特別優選在I和6GHz之間。「正交的偏振方向」應該尤其理解為相互獨立的偏振方向，並且尤其是一個左旋和一個右旋的圓偏振方向或兩個具有相互垂直定向的電矢量的線性偏振方向。短語「接收兩個正交的偏振方向」應該尤其理解為，定位天線被設置用於接收定位信號的兩個正交偏振的部分並且輸出到分開的饋電點處。定位天線在至少兩個偏振方向上最好具有少於10dB，有利地少於6dB，特別有利地少於3dB差值的天線增益。定位天線在兩個正交的偏振方向上最好各具有一個靈敏度的最大值。「饋電點」應該尤其理解為定位天線的一個點，在此處用於發射的定位信號被饋入定位天線中並且在接收後由定位天線發出。
[0005]此外建議，計算單元被設置用於，由定位信號的至少兩個接收的線性偏振方向確定出定位信號的圓偏振的部分，由此可以在結構上簡單地確定寬帶定位信號的圓偏振部分。短語「確定定位信號的圓偏振的部分」尤其應該理解為，計算單元將定位信號的兩個接收的線性偏振方向相互分開地量化並且由定位信號的量化的偏振方向計算出定位信號的圓偏振的部分。
[0006]此外建議，計算單元被設置用於，由反射的定位信號的至少一個共偏振參數和至少一個交叉偏振參數確定出定位信號的圓偏振的部分，由此可以以有利地很少的計算功率(計算力)確定圓偏振的部分。「共偏振參數」尤其應該理解為一種散射參數，它描述至少一個在定位物體上的不改變偏振方向的反射。計算單元優選確定共偏振參數，其中它將以一個偏振方向發射的定位信號和該定位信號的以相同的偏振方向接收的反射進行比較。「交叉偏振參數」應該尤其理解為一種散射參數，它描述定位信號的偏振方向的至少一個由定位物體引起的改變。計算單元優選通過以第一偏振方向發射的定位信號和該定位信號的接收的反射的比較來確定交叉偏振參數，該反射具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向。「散射參數」應該尤其理解為一種對定位信號在定位物體上的反射的描述，該描述至少包括有關定位信號的反射的部分的幅值和相位角的信息。散射參數最好描述發射的定位信號和定位信號的反射的部分之間的差異，並且尤其是作為複數的值。計算單元尤其這樣地確定散射參數，其中它將發射的定位信號和定位信號的接收的部分以複數方式進行比較。
[0007]此外建議，定位裝置為了接收每個尤其是線性的偏振方向而具有至少一個饋電點，由此可以實現結構上簡單的信號引導。定位天線最好被設置用於在基本上各不受另一個偏振方向影響下接收兩個正交的偏振方向。「基本上不受影響」尤其應該理解為，其中一個偏振方向到另一個偏振方向中的過耦合為少於-10dB，有利地少於_20dB，特別少於-30dB。定位裝置最好具有四個饋電點，其中，優選定位天線在饋電期間從兩個尤其是相對置地設置的饋電點發射出具有相同的偏振方向的定位信號。
[0008]此外建議，定位裝置被設置用於激勵一個單獨的饋電點，由此可以特別精確地定位。定位信號尤其可以以不同的發射方向進行發射。短語「激勵一個單獨的饋電點」應該尤其理解為，定位裝置的信號發生器在一種運行狀態下將定位信號經由其中一個饋電點發送到定位裝置的定位天線上。備選地或附加地，信號發生器可以經由兩個饋電點對稱地或非對稱地激勵定位天線。
[0009]在本發明的一個有利的設計方案中建議，定位天線設計成LCR天線，由此可以實現特別小的結構尺寸和在大的帶寬上的有利的發射特性。此外，「LCR天線(Large-Current-Radiator-Antenne (大電流福射器天線))」應該理解為尤其是一種天線，它具有發射元件，在運行中大的電流流動通過該發射元件。LCR天線的輻射體面最好具有小於20歐姆，有利地小於10歐姆，特別有利地小於5歐姆，的波阻。定位信號的磁部分在定位天線的近場中優選至少是定位信號的電部分的兩倍。定位天線最好是關於一個對稱平面對稱地定向，其中，該對稱平面垂直於發射元件地定向。定位天線有利地至少部分地由尤其是耐腐蝕的金屬板、尤其是由彎曲的金屬板，形成，例如由不鏽鋼和/或鍍鋅板和/或鍍金板等等構造成的金屬板。備選地可以設想將定位天線設計成塑料體，其中，表面和/或部分區域，尤其是用於引導信號的表面和/或部分區域，至少部分地被金屬化，其中，在設計和/或計算定位天線時應該考慮塑料體的比介電常數。備選地，定位天線可以設計成貼片天線和/或類似偶極的天線。
[0010]在另一個設計方案中建議，定位裝置被設置用於輸出定位信號的圓偏振的部分，由此可以實現定位 信號的簡單的量化。定位裝置有利地具有高頻電路，它從定位信號的兩個線性偏振部分確定出定位信號的圓偏振的部分。計算單元最好量化由定位裝置確定的定位信號的圓偏振的部分。
[0011]此外建議，定位裝置具有定位天線，該定位天線被設置用於直接地接收定位信號的圓偏振的部分，由此可以使用結構上特別簡單的高頻電子裝置。定位天線在接收圓偏振的信號上最好具有最高的靈敏度，例如一種螺旋定向天線，一種螺旋天線和/或一種另外的、專業人員認為有意義的圓形天線。
[0012]本發明此外涉及一種具有按照本發明的手持式工具裝置的手持式定位儀。「手持式定位儀」應該尤其理解為一種儀器，它被設置用於，由使用者通過手沿著工件上引導，來識別在工件中隱蔽地設置的構件，例如電線、水管和/或木樑和有利地求得位置、尤其是與儀器之間的距離。手持式定位儀最好具有儀器殼體，其為了操作被設計成可以由使用者抓持。
[0013]此外，本發明涉及一種具有按照本發明的手持式工具裝置的手持式工具，由此可以特別簡單地在加工過程之前檢查定位物體上的工件。「手持式工具」尤其應該理解為一種專業人員認為有意義的工具，但是有利地應該理解為是鑽機、鑽錘、衝擊錘、鋸子、刨子、起子、鑿機(銑刀)、研磨機、角磨機、園藝工具和/或多功能工具。手持式工具最好具有儀器殼體，其為了操作被設計成可以由使用者抓持。
[0014]附圖
其它的優點從下面的【專利附圖】
【附圖說明】中得到。在附圖中示出了本發明的兩個實施例。附圖、說明書和權利要求書包含大量特徵的組合。專業人員也可以按照目的單獨地考慮這些特徵並且概括成有意義的其它的組合。
[0015]圖1以透視圖顯示了一個工件和一個具有按照本發明的手持式工具裝置的手持式定位儀，
圖2以示意圖顯示了圖1的手持式工具裝置的定位裝置和計算單元，
圖3以透視圖顯示了圖2的定位裝置的定位天線和 圖4以示意圖顯示了圖1的手持式工具裝置的一個備選實施例。
[0016]實施例的說明
圖1顯示了手持式定位儀30a，其具有手持式工具裝置10a、顯示單元32a、輸入單元34a和儀器殼體36a。使用者在儀器殼體36a處操作時將手持式定位儀30a在工件38a上引導。手持式工具裝置IOa此時通過儀器殼體36a的背離顯示單元32a的一側將定位信號發射到工件38a中。工件38a在此處是一個壁的一部分。在定位過程期間，在工件38a裡面隱蔽地設置的定位物體16a，在此處是一個鋼筋，反射一部分定位信號。手持式工具裝置IOa接收一部分定位信號和由此確定關於定位物體16a的至少一個信息。在該實施例中，手持式工具裝置IOa確定，是否定位物體16a在主發射方向40a上設置在定位天線20a之前並且確定定位物體16a被設置的深度。
[0017]在圖2中詳細示出的手持式工具裝置IOa包括計算單元12a和定位裝置14a。定位裝置14a具有定位天線20a、第一天線轉換開關42a、第二天線轉換開關42a、信號發生器44a、天線連接器(天線變換裝置)45a和模擬數字轉換器46a。信號發生器44a產生定位信號。定位信號具有8GHz的帶寬和5GHz的中心頻率。計算單元12a控制定位信號的產生。備選地或附加地，信號發生器可以將定位信號尤其是經由天線轉換開關傳遞到計算單元，計算單元將該未發射的定位信號量化。定位天線20a具有四個饋電點(供給點)22a，24a，26a，28a。天線連接器45a布置在信號發生器44a和其中一個天線轉換開關42a之間。它設計成定向耦合器。它將來自信號發生器44a的定位信號傳導到天線轉換開關42a。此外它將來自天線轉換開關42a的定位信號的一個反射(返回)部分在模擬數字轉換器46a的方向上傳導。天線轉換開關42a將該定位信號傳導到定位天線20a的單獨的饋電點22a，24a，26a，28a。計算單元12a控制天線轉換開關42a，43a。因此定位裝置14a被設置用於激勵單獨的饋電點22a，24a，26a，28a。天線轉換開關42a將定位信號依次地傳導到全部的饋電點22a，24a，26a，28a。所示的是，天線轉換開關42a將定位信號傳導到第一饋電點22a。未詳細示出的是定位裝置14的濾波器，放大器，混頻器和調製器。備選地，定位裝置可以具有兩個接收器，尤其是帶有兩個模擬數字轉換器的接收器。在此，接收器接收被反射到饋電的饋電點的定位信號並且接收器接收被反射到未饋電的饋電點的定位信號。由此可以取消第二天線轉換開關43。
[0018]圖3顯示了手持式工具裝置IOa的定位天線20a。定位天線20a設計成LCR天線。定位天線20a包括四個饋電點22a，24a，26a，28a，一個輻射體面48a，一個接地面50a和四個適配器52a。定位天線20a在運行期間相互分開地發射和接收定位信號的兩個正交的偏振方向。為此，定位天線20a的四個饋電點22a，24a，26a，28a被單獨地激勵並且被接收的一部分定位信號被從定位天線20a輸出到四個饋電點22a，24a，26a，28a。接地面50a在主發射方向40a的方向上反射由輻射體面48a在其方向上發射的定位信號的部分。[0019]輻射體面48a在運行期間在主發射方向40a上發射和接收定位信號。它是方形形狀的。饋電點22a，24a，26a，28a經由適配器52a激勵輻射體面48a以反射出定位信號。在此，適配器52a將饋電點22a，24a，26a，28a的波阻(特性阻抗)，在此處為50歐姆，變換成輻射體面48a的波阻，它在此處小於10歐姆。適配器52a梯形地從饋電點22a，24a，26a，28a延伸到輻射體面48a。輻射體面48a和適配器52a由一個一體地構造成的傳導面形成。
[0020] 在此，適配器52a從輻射體面48a在饋電點22a，24a，26a，28a的方向上逐漸地錐形變窄。饋電點22a，24a，26a，28a布置在一個由接地面50a形成的(展開的)平面中。接地面50a在饋電點22a，24a，26a，28a處與輻射體面48a平行地延伸。定位天線20a的另一種設計方案可以從文獻DE102008041651A1中獲取。
[0021]定位天線20a接收一部分被定位物體16a反射的定位信號，並且是相互分開地接收兩個正交的線性的偏振方向。饋電點22a，24a，26a，28a將定位信號的該被接收的部分傳導到天線轉換開關42a。其中的兩個饋電點22a，24a傳導定位信號的具有第一線性偏振方向的、被接收的部分。其中的兩個饋電點26a, 28a傳導定位信號的具有與第一偏振方向正交的第二線性偏振方向的、被接收的部分。在該實施例中，第一偏振方向垂直地定向並且第二偏振方向水平地定向。天線轉換開關42a分別將由未被饋電的饋電點24a，26a，28a之一發出的定位信號的部分傳導到模擬數字轉換器46a。所示出的是，天線轉換開關42a將定位信號的該部分從第二饋電點24a傳導到模擬數字轉換器46a。模擬數字轉換器46a依次量化來自該三個饋電點24a，26a，28a的定位信號部分。
[0022]計算單元12a具有定位例行程序，它在定位期間求得定位物體16a的位置信息。定位例行程序從定位信號的兩個量化的部分中確定定位信號的圓偏振的(圓極化的)部分。為此，計算單元12a確定該反射的兩個複數的共偏振(極化)參數svv，Shh,和兩個複數的交叉偏振(極化)參數Shv, SvhO第一共偏振參數Svv描述，以第一偏振方向發射的定位信號的哪個部分被以第一偏振方向反射。第二共偏振參數Shh描述，以第二偏振方向發射的定位信號的哪個部分被以第二偏振方向反射。第一交叉偏振參數Shv描述，以第二偏振方向發射的定位信號的哪個部分被以第一偏振方向反射。第二交叉偏振參數Svh描述，以第一偏振方向發射的定位信號的哪個部分被以第二偏振方向反射。散射參數svv, Shh, Shv, Svh各包括在不同的頻率下有關定位信號的被反射的部分的幅值和相位角的信息。為了確定定位物體16a的共偏振參數Svv, Shh,和交叉偏振參數shv, Svh,在計算單元12a中儲存的定位天線20a的散射參數中，從定位信號的被量化的部分中減去尤其一個串擾(Obersprechen)。共偏振參數svv,Shh，和交叉偏振參數shv，Svh最好描述在發射的定位信號和定位信號的被反射的部分之間的差另1J。
[0023]定位例行程序按照公式確定定位信號Scdrc的圓偏振的部分:
Scirc(Svv S他)+ j (S^lv SvJ1) ο
[0024]因此，計算單元12a被設置用於由定位信號的共偏振參數和交叉偏振參數確定出定位信號的圓偏振的部分。定位天線20a直到定位物體16a並且返回到定位天線20a的信號持續時間(信號傳播時間)在頻率範圍中導致一種與該定位信號的頻率成比例的相位移(相位差)。計算單元12在不同的頻率情況下由定位信號Scdre的圓偏振的部分確定相位移並且由相位移計算定位物體16a和定位天線20a之間的距離。
[0025]在圖4中顯示了本發明的另一個實施例。下面的說明和附圖基本上局限於這些實施例之間的差別，其中，關於相同名稱的部件，尤其是涉及具有相同的附圖標記的部件，原則上也可以參見圖1的另外的實施例的附圖和/或說明。為了區別這些實施例，字母a被加在圖1至3中的實施例的附圖標記之後。在圖4的實施例中用字母b替換字母a。
[0026]圖2顯示了具有計算單元12b和定位裝置14b的手持式工具裝置10b。定位裝置14b在運行期間發射和接收圓偏振的定位信號。計算單元12b通過確定定位信號的圓偏振的部分求得定位物體的位置信息。計算單元12b確定由定位物體反射的定位信號的部分的一個複數值並且由此確定出定位物體和定位天線20b之間的距離。
[0027]定位裝置14b具有定位天線20b，信號發生器44b，模擬數字轉換器46b，接地面50b和天線連接器54b。定位天線20b設計成螺旋天線。定位天線20b在運行期間直接地發射和接收定位信號的圓偏振的部分。在此，天線連接器54b將定位信號從信號發生器44b傳導到定位天線20b和從定位天線20b傳導到模擬數字轉換器46b。模擬數字轉換器46b量化定位信號的該反射的圓偏振的部分。定位裝置14b將定位信號的圓偏振的部分輸出到計算單元12b。備選地，模擬數字轉換器和計算單元可以至少部分地一體地構成。此外，定位裝置14b具有平衡一不平衡轉換器(Baiun) 56b，它轉換定位信號對定位天線差分饋電。
【權利要求】
1.手持式工具裝置，其具有計算單元(12a；12b)和至少一個定位裝置(14a ;14b)，所述定位裝置被設置用於至少接收一定位信號，其特徵在於，所述計算單元(12a;12b)被設置用於通過確定所述定位信號的圓偏振的部分求得定位物體(16a)的至少一個位置信息。
2.根據權利要求1所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述定位裝置(14a)具有定位天線(20a)，所述定位天線被設置用於接收定位信號的至少兩個正交的偏振方向。
3.根據權利要求2所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述計算單元(12a)被設置用於由定位信號的至少兩個接收的線性偏振方向確定定位信號的圓偏振的部分。
4.根據前述權利要求中任一項所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述計算單元(12a)被設置用於由反射的定位信號的至少一個共偏振參數和至少一個交叉偏振參數確定定位信號的圓偏振的部分。
5.根據前述權利要求中任一項所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述定位裝置(14a)為了接收每個偏振方向具有至少一個饋電點(22a，24a，26a，28a)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述定位裝置(14a)被設置用於激勵單獨的饋電點(22a，24a，26a，28a)。
7.至少根據權利要求1所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述定位天線(20a)設計成LCR天線。
8.根據前述權利要求中任一項所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述定位裝置(14b)被設置用於輸出定位信號的圓偏振的部分。
9.根據權利要求8所述的手持式工具裝置，其特徵在於，所述定位裝置(14b)具有定位天線(20b)，所述定位天線被設置用於直接地接收定位信號的圓偏振的部分。
10.手持式定位儀，其具有根據前述權利要求中任一項所述的手持式工具裝置(10a;10b)。
11.手持式工具，其具有根據權利要求1至9中任一項所述的手持式工具裝置(10)。
12.利用尤其根據權利要求1至10中任一項所述的手持式工具裝置(10a；10b)的方法，所述手持式工具裝置具有定位裝置(14a ；14b)和計算單元(12a ; 12b)，所述定位裝置至少接收一定位信號，所述計算單元(12a;12b)確定所述定位信號的圓偏振的部分並且由此求得一定位物體(16a)的至少一個位置信息。
【文檔編號】G01V3/15GK103975255SQ201280061196
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月30日 優先權日:2011年12月13日
【發明者】H.斯加茨, M.波爾曼, J-M.布羅西 申請人:羅伯特·博世有限公司