對隱蔽特徵進行定位的裝置及定位的方法與流程
2023-09-15 06:45:05 1
本發明涉及檢測領域,尤其涉及一種介質內隱蔽特徵的定位的裝置和方法。
背景技術:
目前,房屋在建造過程中必須在牆壁和地板下面放置諸如梁,柱,託梁和其他支撐物件之類的遮蔽特徵,另外在牆面和地板之下也往往布設著各類的電線和金屬件等。在鋪設好地板和牆面後,因各類裝修的需要,通常需要切割或鑽入支撐表面,或者需要在表面中設置開口,但同時必須避免傷及下面的支撐物件、電線和管道等。在這些情況下,施工者往往希望在開工之前能準確知道支撐物件在牆面或地板後面的位置,以避免切割或鑽入它們。在另外一些情況下,施工者也可能往往希望將重物錨定在隱蔽的支撐元件上,以保證錨地的牢固性,在這類情況中,施工者則通常期望在與下面的支撐元件對齊的表面上安裝緊固件。然而,一旦牆面和地板等表面裝修就位,各類支撐元件、電線和管道的位置就不能通過肉眼等來檢測到。
現在施工人員在施工時除了通過敲擊表面等通過聲音靠經驗來粗略判斷後面是否有支撐物,也會應用一些專業的隱蔽特徵檢測裝置,其中最常用的是通過電容式位移傳感器來檢測不透明的介質表面背後的模糊特徵。這些檢測器檢測到被測介質表面上的電容的變化,來判斷介質後面的隱蔽特徵的存在。傳統的隱蔽特徵檢測器通常具有平坦的檢測底面,但許多建築表面,例如牆壁和地板,在偶然觀察時可能看起來平坦。然而,它們通常具有至少輕微的曲率。另外,許多待測介質表面也會存在各種凹凸物,會影響檢測器與被測介質表面的距離。當常規的平面檢測器放置在彎曲表面上或經過凹凸物時,空氣間隙會不規則的存在於傳感器板和待檢測介質表面之間。檢測器在檢測介質表面獲得的特徵數據會根據是否存在氣隙而不同,因此氣隙的不一致,使得更加難以確定隱藏特徵的準確位置。如果表面具有太大的曲率,則可能難以或不可能檢測到隱藏特徵。空氣間隙的問題影響常規電容性感測檢測器,並且在那些具有更大傳感器板或更大的檢測平面的較大檢測器中會更加顯著。美國專利(公告號us8593163b)公開了一種能跟被測表面貼合的隱蔽特徵探測器,通過採用柔性連接的傳感器板和柔性底面,使得探測器底面和內部多個傳感器能適合於彎曲或不規則被測介質表面以降低測量誤差。但是此類探測器需要將探測器內部的傳感器板、支撐傳感器的柔性基板做成柔性連接,且殼體底板需採用柔性材質以貼合被測介質表面,導致該傳感器內部連接結構複雜,柔性連接可靠性低。同時柔性底面為貼合曲面的被測介質又需向探測器施加一定壓力,導致探測器在被測介質表面滑動摩擦力加大,影響探測器滑動的舒適性。
技術實現要素:
本發明針對現有技術中定位裝置無法適應被檢測介質的彎曲表面或表面凹凸物的幹擾從而導致測量精度收到影響的問題,提供了一種隱蔽特徵定位的裝置和定位的方法,其具體技術方案如下:
一種對隱蔽特徵進行定位的裝置,包括:用於探測多個區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號的探測模塊;被配置為分析所述多個特徵信號組合值以檢測隱蔽特徵的耦合到探測模塊的控制器;能夠在第一狀態和第二狀態間切換的耦合到所述控制器的一個或多個指示器;其中所述控制器被配置為當一個或多個指示器的標示位置位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到第一狀態,否則切換為第二狀態,使得處於所述第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。
優選的,所述探測模塊同時探測兩個區域並生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的兩個特徵信號;所述控制器被配置為分析所述兩個特徵信號差值以檢測隱蔽特徵。
優選的,所述探測的多個區域在定位裝置軸向相鄰。
優選的,所述定位裝置還包括耦合到所述控制器的位移傳感器,所述位移傳感器用於檢測所述定位裝置的位移數據;
優選的,所述指示器為多個,所述控制器被配置為當一個或多個第一組指示器的標示位置位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到第一狀態,否則切換為第二狀態,並根據位移數據更新第二組指示器狀態,使得處於所述第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。
優選的,所述控制器被配置為檢測位移數據,當位移數據大於或等於設定值時更新第二組指示器狀態。
優選的,當第一組指示器切換狀態後產生的位移與所述第一組指示器標示位置和第二組指示器標示位置的軸向距離基本相等時將所述第二組指示器狀態更新為所述第一組指示器切換的狀態,所述軸向距離為在定位裝置縱軸上的投影間距。
優選的,所述多個指示器沿定位裝置軸向前後布置,所述首部和尾部指示器中至少一個為第一組指示器。
優選的,所述多個指示器的軸向距離基本相等。
優選的,所述定位裝置還包括耦合到所述控制器的位移傳感器,所述位移傳感器用於檢測所述定位裝置的位移數據;所述指示器為多個,所述控制器被配置為,當檢測到隱蔽特徵起點後產生的位移等於或大於指示器設定距離時,將所述指示器切換為第一狀態,當檢測到隱蔽特徵終點後產生的位移等於或大於所述指示器設定距離時,將所述指示器切換為第二狀態。
優選的,所述指示器設定距離為當所述控制器檢測到隱蔽特徵起點時所述指示器標示位置與所述隱蔽特徵起點的軸向距離,所述軸向距離為在定位裝置縱軸上的投影間距。
優選的,所述探測模塊包括電容探測模塊,所述電容探測模塊包括:至少兩個相鄰布置的傳感器板,每個傳感器板具有基於以下各項而變化的電容:(a)傳感器板與一個或多個周圍物體的接近度,(b)周圍物體的介電常數;耦合到所述傳感器板的檢測電路,所述檢測電路被配置為測量所述各傳感器板的電容;所述控制器被配置為分析檢測電路的電容值以檢測隱蔽特徵。
優選的,所述探測模塊包括金屬探測模塊,所述金屬探測模塊生成基於與具有金屬物質的隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號。
優選的,所述探測模塊包括交流電探測模塊,所述交流電探測模塊生成基於與具有交流電的隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號。
優選的,所述探測模塊還包括:生成基於與具有金屬物質的隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號的金屬探測模塊,生成基於與具有交流電的隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號的交流電探測模塊;所述定位裝置還包括模式選擇模塊,用於設置控制器以選取分析電容探測模塊、金屬探測模塊、交流電探測模塊中的一個或多個生成的特徵信號以檢測隱蔽特徵。
本發明還提供了一種對隱蔽特徵進行定位的方法,所述方法採用具有根據多個探測區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號的定位裝置,其特徵在於:測量多個相鄰區域中感測的特徵信號,所述區域圍繞探測模塊的區域;基於所測量的多個區域特徵信號的組合值來判斷所述多個相鄰測量區域內隱蔽特徵的位置,將與所述多個相鄰測量區域和隱蔽特徵層疊的位置相對應的一個或多個指示器從第二狀態切換到第一狀態;其中第一狀態的指示器標識隱蔽特徵之間的位置。
優選的,所述方法還包括分析定位裝置在被測介質表面產生的位移,當所述位移大於或等於設定值時更新與探測模塊區域不相對應的指示器狀態,所述指示器更新狀態為所述定位裝置移動方向前一特定指示器狀態。
優選的,所述方法還包括分析定位裝置在被測介質表面產生的位移,並根據所述位移確定隱蔽特徵與所述定位裝置的相對位置,將與所述定位裝置所在區域與隱蔽特徵層疊的位置相對應的一個或多個指示器從第二狀態切換到第一狀態。
本發明取得如下的有益效果:
通過同時檢測多個檢測區域,對獲得的特徵信號取他們的差值或其他組合值進行判斷,可有效解決定位裝置在待測介質表面移動過程中因碰到用力不均或者介質比較軟時導致儀器與介質表面的上下距離發生變化而使得傳感器的探測值發生變化,進而影響探測準確度的問題。另外由於定位裝置在抬離或靠近介質表面時,其相近檢測區域產生的特徵信號有同樣的變化值,取他們的差值或組合值可有效消除這些誤差變化值,使得定位裝置能辨別其遠離和靠近介質表面的過程,克服了一些現有的定位裝置只有在放置於介質表面才能開啟正常工作的問題。另外通過位移傳感器和多指示器的加入,可以很直觀的顯示隱蔽特徵的寬度和位置。同時所述定位裝置在檢測到隱蔽特徵後可以靜止在固定位置進行檢查,而不需要像現有定位裝置那樣通過在介質表面來回移動來確定隱蔽裝置的寬度,且該定位裝置能夠同時定位一個以上的模糊特徵的位置和寬度,從而讓用戶能更好的觀察和標記特徵的位置。而通過採用不同探測模塊的共同工作,可提升定位裝置對各類隱蔽特徵的探測識別能力,通過模式選擇方式可在探測過程中隨時選用不同的探測模塊及其組合進行探測,根據不同探測模塊對隱蔽介質的反饋即可精確確定介質下面的隱蔽特徵的類型,方便後續施工。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例,對於本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明一實施例公開的定位裝置的系統原理圖;
圖2為本發明一實施例公開的定位裝置的結構示意圖;
圖3為本發明一實施例公開的定位裝置的使用狀態示意圖;
圖4為本發明一實施例公開的數據處理示意圖;
圖5為本發明另一實施例公開的定位裝置的系統原理圖;
圖6為本發明另一實施例公開的定位裝置的底面示意圖;
圖7為圖6中a處的局部放大圖;
圖8為本發明另一實施例公開的定位裝置的使用狀態示意圖;
圖9為本發明另一實施例公開的定位裝置的使用狀態示意圖;
圖10為本發明另一實施例公開的定位裝置的系統原理圖;
圖11為本發明另一實施例公開的定位裝置的系統原理圖;
圖12為本發明一實施例公開的定位方法的流程圖;
圖13為本發明另一實施例公開的定位方法的流程圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬於本發明保護的範圍。需要說明的是,本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
實施例一:
本發明實施例一提供了一種測量物體表面下的隱蔽特徵位置的裝置,其包括,探測模塊,所述探測模塊用於探測多個區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號;耦合到所述探測模塊的控制器,所述控制器被配置為分析所述多個特徵信號的組合值以檢測隱蔽特徵;耦合到所述控制器的一個或多個指示器,所述指示器能夠在第一狀態和第二狀態間切換;所述控制器被配置為當一個或多個指示器的標示位置位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到第一狀態,否則切換為第二狀態,使得處於所述第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。
如附圖1所示,在本實施例中,探測模塊包括多塊傳感器板411和檢測電路412,每個傳感器板411具有基於以下各項而變化的電容:(a)傳感器板與一個或多個周圍物體的接近度,(b)周圍物體的介電常數;耦合到所述傳感器板411的檢測電路412,所述檢測電路412被配置為測量所述傳感器板411的電容;所述控制器11被配置為分析檢測電路412的電容值以檢測隱蔽特徵。
為便於理解,先簡述下如何使用電容傳感器板411來檢測物體表面後面的模糊特徵:電容是物體保持或存儲物體的能力的電測量。能量存儲裝置的常見形式是平行板電容器,其電容由下式計算:c=er*eo*a/d,其中a是平行板的重疊面積,d是板之間的距離,並且er是相對靜態介電常數或板之間的材料的介電常數。eo是常數。空氣的介電常數er為1,而大多數固體非導電材料具有大於1的介電常數。在其最基本的形式中,電容傳感器部分是單板電容傳感器。這些單板電容傳感器使用它們周圍的環境作為第二板即可以被假定為無限遠的電介質。單板也可與其它金屬板或裝置機殼形成電容器。當電容傳感器板被放置在牆體上,且該牆體位置後面沒有隱蔽的支撐件時,檢測器測量牆體和其後面的空氣的電容。當放置在牆體後面隱藏有支撐件等隱蔽物的位置時,檢測器測量具有比空氣高的介電常數的壁和支撐件的電容。因此,通過檢測器記錄電容的變化數據,然後可以用於觸發指示系統。
優選的,本實施例中所述定位裝置的電容傳感器採用2個傳感器板411,其中在該實施例中傳感器板411為電路板上的銅片,另外也可採用獨立的導電片,所述導電片可以由金屬片組成,可以是銅片,鋁片,鐵片,或者合金片等等,只要能實現下述功能即可,即電容傳感器板具有基於以下各項而變化的電容:(a)傳感器板與一個或多個周圍物體的接近度,(b)周圍物體的介電常數。
優選的,在本實施例中所述指示器15為沿定位裝置軸線成一列設置在定位裝置外殼上的3個led指示燈,所述的led指示燈能夠按控制器11的控制信號在點亮和關閉兩狀態間切換。本實施例中的led指示燈位置即為指示器標示位置,在實際情況中,部分指示燈可能只是用於提醒殼體某一其它位置下方存在隱蔽特徵,其對應的標示位置可能通過其它殼體標示等進行標明,當該指示燈點亮時及指示其對應的標示位置下方可能存在隱蔽特徵。另外,指示器也可選用一體的液晶顯示屏來標示,但的液晶顯示屏也是由各點陣組合進行顯示,因此也可以等同看成是多個指示器組成,實現原理類似。需要說明的是本實施例中設置的led指示燈數量只是為了後續論述的簡便而簡單示例,也可多列並行沿定位裝置軸向布置,所述軸向為定位裝置長度的對稱軸即附圖2中的縱軸b。以提高定位裝置的對隱蔽特徵位置的顯示精度和測量範圍。
所述控制器11被配置為分析所述多個特徵信號的組合值以檢測隱蔽特徵,且當指示器的一個或多個位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到點亮狀態,否則切換為關閉狀態,使得處於所述點亮狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。優選的,在本實施例中所述控制器11被配置為分析所述2個感器板411的電容值差值,根據所述電容值差值來控制所述3個led指示燈的狀態切換。如附圖3所示,定位裝置的傳感器板c1和c2為2比較接近的傳感器,因此當定位裝置底面與被測介質表面的距離變化時,2個傳感器因為距離變化而引起的變化量也基本一致,所以可以通過,2個傳感器的電容值相減進行消除,而不影響被測物體的信號,如附圖4所示,通過c1-c2的電容差進行判斷。
如附圖3所示,將定位裝置從位置①移動到位置④時,傳感器板c1的電容值c1變化量超前,傳感器板c2的電容值c2變化量會滯後。當定位裝置1到達位置①時,如附圖4所示,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)開始增大但增加值沒有超過閥值a,所有的指示燈a1-a3都是滅的,
從位置①移動到位置②時,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)的增加值超過閥值a,控制器11控制指示燈a1點亮。
從位置②移動到位置③時,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)的增加值達到最大值b並開始減少,控制器11控制指示燈a2點亮。
從位置③移動到位置④時,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)開始降低,當減少值接近最大值b時,控制器11控制指示燈a3點亮。
從位置④移動到位置⑤時,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)的繼續降低,當減少值大於最大值b時,控制器11控制指示燈a1關閉。
從位置⑤移動到位置⑥時,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)仍繼續降低,當減少值達到最大值d時,控制器11控制指示燈a2關閉。
從位置⑥移動到位置⑦時,傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)開始增長,當電容差值(c1-c2)增長量接近b時,控制器11控制指示燈a3關閉。
上述過程中控制器是通過根據傳感器板c1、c2的電容差值(c1-c2)的在移動過程中的增加、減少值作為參照節點對各指示燈進行進行控制。當然也可根據電容差值(c1-c2)的的在移動過程中的具體值作為參照節點進行控制,另外電容差值(c1-c2)也可在沒有隱蔽特徵的介質表面進行滑動時進行校準。閾值a、b、c和d可以通過將所述定位裝置放置於隱蔽特徵位置已知或可見的介質表面時通過測試定位裝置與隱蔽特徵相對位置變化時所述電容差值的變化來進行選取。
在一些實施例中,所述定位裝置中的指示燈只為一個時也可按上述類似的原理進行控制,在此不再重複論述。在另一些實施例中,所述定位裝置中採用了相鄰的3個傳感器板,可通過對3個傳感器板的電容值進行加減加權或其他算法來獲得它們的組合值,再對此組合值採用類似上述控制方式進行工作,採用其他數量傳感器板也可類似進行,在此不再論述。
通過此類採用多個比較接近的傳感器同時檢測多個相鄰的檢測區域,對獲得的特徵信號取他們的差值或其他組合值進行判斷,可有效解決定位裝置在待測介質表面移動過程中因碰到用力不均或者介質比較軟時導致儀器與介質表面的上下距離發生變化而使得傳感器的探測值發生變化而影響探測準確度的問題。另外由於定位裝置在抬離或靠近介質表面時,其各傳感器的產生的特徵信號有同樣的變化值,取他們的差值或組合值可有效消除這些誤差變化值,使得定位裝置能辨別其遠離和靠近介質表面的過程而不發生工作,也克服了一些現有的定位裝置只有在放置於介質表面才能開啟正常工作的問題。
實施例二:
本發明實施例公開了一種測量物體表面下的隱蔽特徵位置的裝置,其包括,探測模塊,所述探測模塊用於探測多個區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號;耦合到所述探測模塊的控制器,所述控制器被配置為分析所述多個特徵信號的組合值以檢測隱蔽特徵;耦合到所述控制器的多個指示器,所述指示器能夠在第一狀態和第二狀態間切換;所述控制器被配置為當指示器的一個或多個位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到第一狀態,否則切換為第二狀態,使得處於所述第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。
如圖5所示,在本實施例中,探測模塊包括多塊傳感器板411和檢測電路412,每個傳感器板411具有基於以下各項而變化的電容:(a)傳感器板與一個或多個周圍物體的接近度,(b)周圍物體的介電常數;耦合到所述傳感器板411的檢測電路412,所述檢測電路412被配置為測量所述傳感器板411的電容;所述控制器11被配置為分析檢測電路412的測量的各電容值的組合值以檢測隱蔽特徵。
本實施例中所述定位裝置的電容傳感器採用2個傳感器板411,所述指示器15為沿定位裝置軸線成一列設置在定位裝置外殼上的6個led指示燈,各指示燈間間距為s,所述的led指示燈能夠按控制器的控制信號在點亮和關閉兩狀態間切換。需要說明的是本實施例中設置的led指示燈數量只是為了後續論述的簡便而簡單示例,在實際中可根據具體需要大幅增加led指示燈的數量,也可多列並行沿定位裝置軸向布置,所述軸向為定位裝置長度方向。以提高定位裝置的對隱蔽特徵的寬度和位置的顯示精度和測量範圍。
所述控制器11和用於檢測所述定位裝置的位移數據的位移傳感器電連接14;如附圖6、7所示,本實施例中位移傳感器選用了安裝有編碼器的滾輪,所述滾輪安裝於定位裝置外殼底部,滾輪的部分露出殼底面與待測物體表面接觸,當定位裝置在物體表面移動時,帶動滾輪旋轉進而帶動編碼器旋轉並輸出旋轉角度信號到控制器,控制器根據旋轉角度信號和滾輪表面周長即可計算出滾動距離即定位裝置的位移距離。滾輪的數量和安裝位置可根據需要設置,只要能實現相關功能即可。本實施例中採用三個滾輪呈三點布局於定位裝置底面,使得定位裝置在沿牆體等介質表面移動時順暢穩定,能很好的貼合介質表面移動。所述的編碼器可選擇安裝於其中一個滾輪上,也可在其中的兩個或三個上都安裝有編碼器,通過將各編碼器輸出的位移數據進行比較來剔除個別編碼器產生的位移數據誤差,提供測量精度,也可通過其他現有處理算法來處理三個編碼器的位移數據以提供位移測量精度。本實施例通過採用安裝有編碼器的滾輪作為位移傳感器,將現有的定位裝置在物體表面移動的滑動摩擦轉變為滾動摩擦,也改善了定位裝置在待測物表面的移動舒適度,同時通過滾輪與被測介質表面的點接觸,可方便繞開那些依附在介質表面凸起的雜物,良好的避免了現有的那些底面與被測介質全部接觸的定位裝置在滑動過程中因被測物表面的凹凸不平導致定位裝置底部被抬升,或者因定位裝置尺寸的加大使得其底部平面無法很好的貼合或適應被測介質表面的曲率,進而導致底部一些部位與被測物間的空氣間隙的尺寸增大且不均勻而影響傳感器板產生的電容值,進而影響探測精度的問題。
在另一實施例中,該位移傳感器也可採用光學軌跡傳感器。所述光學軌跡傳感器安裝於定位裝置底部,通過底部的開孔將光學軌跡傳感器的測量光發射到被測介質表面,通過光學軌跡傳感器內部的數位訊號處理器對反射光圖像的技術得出位移數據並發送給控制器11。所述光學軌跡傳感器可採用現有的光學滑鼠感應器套件,例如安捷倫公司的adns-2610的光學滑鼠感應器等。
在本實施例中,所述定位裝置將led指示燈隊列首部的指示燈a1-a3設置為第一組指示燈,其餘指示燈a4-a6為第二組指示燈,所述傳感器板c1設置於指示燈a1下方,傳感器板c2設置於指示燈a3下方,指示燈a2位於c1和c2的中間上方,所述c1、c2安裝於定位裝置外殼內。所述控制器被配置為當第一組led指示燈的一個或多個位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個led指示燈切換到點亮狀態,否則切換為關閉狀態,並根據位移數據更新第二組led指示燈狀態,使得處於所述點亮狀態的指示器能精確的標識所述隱蔽特徵的位置和寬度。以上通過第指示燈a1-a6的點亮狀態就可以很直觀的探測到隱蔽特徵的寬度,並能顯示隱蔽特徵在被測介質表面下的位置。同時所述定位裝置在檢測到隱蔽特徵後可以靜止在固定位置進行檢查,而不需要像現有定位裝置那樣通過在介質表面來回移動來確定隱蔽裝置的寬度,且該定位裝置能夠同時定位一個以上的模糊特徵的位置和寬度,從而讓用戶能更好的觀察和標記特徵的位置。
其具體工作原理如下,如附圖8所述,其中,作為第一組指示燈的a1-a3的控制方式與上述實施一中的相同,在此就不再重複介紹,下面描述下第二組指示燈a4-a6的工作過程。
當位移傳感器檢測到定位裝置1在被測介質表面的發生的位移數據大於指示燈間距的n整數倍時,其中n≥1,將第二組各指示燈a4-a6狀態更新為沿所述定位裝置移動方向前一指示器的狀態,在該實施例中各指示燈間距相同。
如附圖8所示,定位裝置1從位置①繼續移動到位置②時,當位移傳感器14檢測到所述定位裝置移動一個距離s時,所述距離s為2個指示燈之間的距離,控制器11讀取此時指示燈a3-a5的狀態,並將其分別作為指示燈a4-a6的更新狀態,將更新狀態控制信號分別發送給指示燈a4-a6進行狀態切換。即使得各指示燈的狀態(點亮或者熄滅)向後傳遞一位,也就是指示燈a6替代指示燈a5的狀態,指示燈a5替代指示燈a4的狀態,指示燈a4替代指示燈a3的狀態,因此在此位置②中指示燈a4被點亮。
定位裝置1從位置②繼續移動到接近位置③時,位移傳感器14檢測到所述定位裝置已經移動了2個距離s時,控制器11再次讀取此時指示燈a3-a5的狀態,並將其分別作為指示燈a4-a6的更新狀態,將更新狀態控制信號分別發送給指示燈a4-a6進行狀態切換,因此在此位置②中第二組指示燈中的a4、a5被點亮。後續定位裝置每移動距離s,即重複這對第二組指示燈的狀態更新動作。
如果反方向移動,也是如此,當定位裝置移動距離s後,所述第二組指示燈更新移動發現的前一指示燈狀態,或者可從控制器11中的存儲器中調取上一更新周期的各指示燈狀態進行恢復,即返回上一更新前狀態。
在一優選實施例中,所述定位方法還包括下述步驟:
當傳感器板電容值降低且位移傳感器未監測到位移量時,向所有指示器輸出切換為第二狀態的控制信號。
探測器11檢測到傳感器板電容值降低但其卻未從位移傳感器14處定位裝置1同時產生位移的位移數據,此時可認定為定位裝置1已開始脫離被測介質表面,控制器11向所有指示器15輸出切換為第二狀態的控制信號,在本實施例中即熄滅指示燈a1-a6。
此步驟可以提醒定位裝置使用者所述定位裝置已經離開的介質表面,可很好的避免因定位裝置產生未被使用者察覺的脫離被測界面表面而使得探測模塊產生有誤差的特徵信號,進而影響對隱蔽特徵的探測精度和準確度,使得指示器15顯示了錯誤的隱蔽特徵位置和誤差。
在另一實施例中,指示燈間的軸向距離可以不相同。控制器被配置為當第一組指示器切換狀態後產生的位移與所述第一組指示器標示位置和第二組指示器標示位置的軸向距離基本相等時將所述第二組指示器狀態更新為所述第一組指示器切換的狀態,所述軸向距離為在定位裝置縱軸上的投影間距。具體的,由控制器的內部存儲器存儲著第二組各指示燈標示位置與第一組指示燈中一指示燈標示位置的距離並指示器相應的狀態。為論述方便,下面設定指示燈位置即為其標示位置。例如a1-a3為第一組指示燈,a4-a6為第二組指示燈。其中a1與a4的軸向距離為x,a1與a5的軸向距離為2.5x,a1與a6的軸向距離為4.5x。當第一組指示燈a1由熄滅切換到亮起狀態時,開始記錄定位裝置的位移量並記錄此時的燈a1對應的狀態,當在被測介質表面的位移量等於x時,此時對指示燈a4進行狀態更新,即將指示燈a4狀態切換為原指示燈a1的狀態;當位移量等於2.5x時,將指示燈a5狀態切換為記錄中的a1的狀態。當位移量等於4.5x時,將指示燈a6狀態切換為記錄中的a1的狀態。當然上述位移量切換條件也可以是基本等於相關距離時,即稍大於或小於都行,此時只是或提前或延遲一點相關指示燈的切換時間,會產生稍許誤差。當然,在上述過程中,如果一段位移後a1狀態被切換為熄滅狀態,同樣記錄此時定位裝置開始的位移量並記錄此時的燈a1對應的狀態,對第二組指示燈a4-a6同時進行類似的狀態更新操作。
以上通過第指示燈a1-a6的點亮狀態就可以很直觀的探測到隱蔽特徵3的寬度,並能顯示隱蔽特徵在被測介質表面下的位置。同時所述定位裝置在檢測到隱蔽特徵後可以靜止在固定位置進行檢查,而不需要像現有定位裝置那樣通過在介質表面來回移動來確定隱蔽裝置的寬度,且該定位裝置能夠同時定位一個以上的模糊特徵的位置和寬度,從而讓用戶能更好的觀察和標記特徵的位置。
優選的,本實施例還包括電源模塊,所述電源模塊用於為定位裝置的系統開啟關閉和提供電源以保證定位裝置的正常運行。
在一優選實施例中,所述檢測電路13可以採用adi公司的ad7147實現。控制器11可採用來自cypresssemiconductor的控制器cy8c21534。另外定位裝置還包括顯示電路,所述顯示電路將信號從控制器11傳輸到指示器15,顯示電路可以使用來自fairchildsemiconductor的mm74f1c164移位寄存器來執行。該顯示電路將信號從控制器11傳輸到指示器15,指示器15可以包括沿著上殼體的背面以兩個平行的行排列的led,所述指示器15還包括功率控制器,所述功率控制器採用來自onsemi的mc33375集成電路。
實施例三:
本實施例提供了另一種測量物體表面下的隱蔽特徵進行定位的裝置,其包括,探測模塊,所述探測模塊用於探測多個區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號;耦合到所述探測模塊的控制器,所述控制器被配置為分析所述多個特徵信號的組合值以檢測隱蔽特徵;耦合到所述控制器的多個指示器,所述指示器能夠在第一狀態和第二狀態間切換;還包括耦合到所述控制器的位移傳感器,所述位移傳感器用於檢測所述定位裝置的位移數據;所述控制器被配置為,當檢測到隱蔽特徵起點後產生的位移等於或大於指示器設定距離時,將所述指示器切換為第一狀態,當檢測到隱蔽特徵終點後產生的位移等於或大於所述指示器設定距離時,將所述指示器切換為第二狀態。
優選的,與實施例二類似,本實施例探測模塊也包括傳感器板411和檢測電路412。相同的,控制器根據所述探測模塊生成的基於與隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號來發現被測介質下方的隱蔽特徵的方式與上述實施例一中的原理相似,在此也不做詳細論述了。
所述控制器11的內部存儲器中存儲有所述定位裝置在移動時,隱蔽特徵在所述定位裝置的下能探測模塊被識別的初始位置到各指示器標示位置的軸向距離,所述軸向距離為在定位裝置縱軸上的投影間距。即當所述控制器檢測到隱蔽特徵起點時,所述指示器標示位置與所述隱蔽特徵起點的軸向距離。
所述定位裝置在被測介質表面移動時,當檢測到隱蔽特徵起點後,控制器開始記錄定位裝置的位移量一,當控制器發現位移量一等於或大於某一指示器在控制器內部存儲器中儲存的對應設定距離時,將所述指示器切換為第一狀態。定位裝置同時繼續向前移動,當檢測到隱蔽特徵終點後,控制器另再行開始記錄定位裝置的此時開始的位移量二,當控制器發現位移量二等於或大於某一指示器在控制器內部存儲器中儲存的對應設定距離時,將所述指示器切換為第二狀態。處於所述第一狀態的指示器及標識所述隱蔽特徵的位置。所述定位裝置通過多個指示器的狀態顯示,可以在檢測到隱蔽特徵後可以靜止在固定位置進行檢查,而不需要像現有定位裝置那樣通過在介質表面來回移動來確定隱蔽裝置的起點和終點,進而確定其寬度,且該定位裝置能夠同時定位一個以上的模糊特徵的位置和寬度,從而讓用戶能更好的觀察和標記特徵的位置。同時該實施例的定位裝置對指示器位置的布置更加靈活,不需要像實施例一中那樣需與探測模塊形成對應,且探測精度好。
優選的,所述指示器設定距離為當所述控制器檢測到隱蔽特徵起點時,所述指示器標示位置與所述隱蔽特徵起點的軸向距離,所述軸向距離為在定位裝置縱軸上的投影間距。所述設定距離的設定使得定位裝置的各指示器的能在到達隱蔽特徵邊緣第一時間切換狀態,使得定位裝置的定位精度獲得良好保證。
優選的,所述傳感器板411設置於靠近所述定位裝置前端和/或後端部位置,使得定位裝置的容納更大的探測距離,能對更寬的隱蔽特徵進行探測和寬度標識。
實施例四:
本實施例為在實施例二和三基礎上進行的改變,故兩實施例中相同或相似部分就不在重複論述,下面僅對不相同部分進行詳細描述。
如附圖9所示,本實施例所述的定位裝置包含的指示器為沿定位裝置軸線成一列設置在定位裝置外殼上的10個led指示燈,各指示燈間間距為s,所述指示燈分別與控制器電連接,所述控制器能分別控制各指示燈的點亮與關閉。本實施例公開的定位裝置將位於指示燈隊列前部的指示燈a1-a3,a6-a8設置為第一組指示燈,其餘指示燈a4、a5、a8、a9為第二組指示燈,所述傳感器板411設置於指示燈a1、a2下方的定位裝置外殼內。其餘結構與實施例一基本相似。所述傳感器板c1設置於指示燈a1下方,傳感器板c2設置於指示燈a3下方,指示燈a2位於c1和c2的中間上方;所述傳感器板c3設置於指示燈a6下方,傳感器板c4設置於指示燈a8下方,指示燈a7位於c3和c4的中間上方。所述c1、c2安裝於定位裝置外殼內。
本實施例中位移傳感器14選用了安裝有磁柱的滾輪和霍爾傳感器組成,所述霍爾傳感器能根據磁柱位置的相對變化輸出信號,所述滾輪安裝於定位裝置外殼底部,滾輪的部分露出殼底面與待測物體表面接觸,當定位裝置在物體表面移動時,帶動滾輪旋轉進而帶動磁柱隨滾輪旋轉,霍爾傳感器即可根據磁柱位置輸出旋轉角度信號到控制器,控制器根據旋轉角度信號和滾輪表面周長即可計算出定位裝置的位移距離。在一些實施例中,霍爾傳感器可採用採用非接觸式的三維霍爾傳感器mlx90363,輸出信號精確。將現有的定位裝置在物體表面移動的滑動摩擦轉變為滾動摩擦,也改善了定位裝置在待測物表面的移動舒適度。
如圖9所示,所述控制器11被配置為當第一組指示器的一個或多個位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示燈切換到點亮狀態,否則切換為關閉狀態,並根據位移數據更新第二組指示燈狀態,使得處於所述第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。具體的本實施例的傳感器板411探測隱蔽特徵的方式和控制器11控制第一、二組指示燈的方式與實施例二中的基本相同,在此就不再重複介紹。
本實施例中通過採用多塊傳感器板411的分散布置,以及對應的第一、二組指示燈15的交叉布置,可以提高定位裝置在狹窄的空間內的探測範圍,與實施例一中所述的定位裝置相比,在無法完成其自身長度一倍以上的位移的狹窄空間中,本實施例所述的定位裝置將有更大的隱蔽特徵探測範圍,更適合在狹小或四周有障礙物限制移動的環境中進行使用。同理,採用的傳感器板越多,對可移動空間的要求越低。
實施例五:
如附圖10所示,本實施例公開的定位裝置包括了金屬探測模塊42、位移傳感器14、指示器15和控制器11,所述金屬探測模塊42生成基於與含有金屬物質的隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號;耦合到所述金屬探測模塊411的控制器11,所述控制器被配置為分析特徵信號以檢測隱蔽特徵。所述金屬探測模塊42包括金屬傳感器421、振蕩器422、直流電壓轉換器423和d/a模塊424,所述控制器11向d/a模塊發送控制信號,調節d/a模塊的向振蕩器422輸出的電壓,使得振蕩器422處於合適的狀態,也就是使振蕩器起振,即直流電壓轉換器423輸出的電壓大約是電源電壓的1/3到1/2之間的時候,所述狀態校準選取可在無金屬存在的時候,調節數模轉換裝置,使直流電壓轉換裝置輸出的電壓大約是電源電壓的1/3到1/2之間的時候,記錄下數模轉換裝置的值來實現。當線圈靠近金屬物體時,由於電磁感應現象,會在金屬導體中產生渦電流,使振蕩迴路中的能量損耗增大,從而使振蕩減弱甚至停振。直流電壓轉換器423對這種變化進行檢測,輸出不同的電壓值,即將震蕩器的震蕩強弱轉換為電壓輸出。控制器11通過檢測直流電壓轉換器423輸出的電壓變化,從而判斷是否有金屬物體存在。即隱蔽特徵中的所含金屬物體越大,與探測器線圈距離越近,振蕩減小越多,輸出電壓減小。
在本實施例中,所述金屬傳感器421可採用分布於電路板上的線圈來實現,所述振蕩器422採用反饋型lc振蕩器,其振蕩頻率約200khz,其震蕩強弱同可以通過數模轉換裝置進行調節,震蕩強弱直接影響探測金屬的靈敏度。也就說通過調節數模轉換裝置的輸出電壓可以調價探測金屬的靈敏度。所述d/a模塊424可以通過控制器11控制,可以是由數模轉換晶片組成,也可以通過pwm實現。在本實施例中,所述金屬探測模塊可採用兩個金屬傳感器421,以及與之對應的兩個振蕩器422,直流電壓轉換器423可輸出對應於兩個振蕩器422的電壓值,控制器可通過根據所述兩個電壓值的差值來判斷隱蔽特徵的位置。當然也可採用更多個金屬傳感器421,根據產生的多個電壓值的組合值來判斷隱蔽特徵的位置。
所述控制器11被配置為當第一組指示器15的一個或多個位於含有金屬材質的隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到點亮狀態,否則切換為關閉狀態,並根據位移數據更新第二組指示器狀態,使得處於所述第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。或者也可採用實施例三中的定位方式,即控制器被配置為當檢測到隱蔽特徵起點後產生的位移等於或大於指示器設定距離時,將所述指示器切換為第一狀態,當檢測到隱蔽特徵終點後產生的位移等於或大於所述指示器設定距離時,將所述指示器切換為第二狀態。具體的本實施例的金屬傳感器421在定位裝置中的布置方式和前述各實施例中的電容傳感器板的布置方式相同。金屬探測模塊411探測含金屬材質的隱蔽特徵的方式和控制器11控制第一、二組指示燈的方式採用實施例二或三中的方式,在此就不再重複介紹。
在另一特定實施例中,定位裝置的探測模塊411可採用交流電傳感器,可生成根據含有交流電的隱蔽特徵的位置不同而變化的特徵信號,所述交流電傳感器為現有技術了,在此就不再具體描述。
以上的各類實施例公開的定位裝置採用的探測模塊中,無論是金屬傳感器,還是電容傳感器,還是交流電測量傳感器都是將反饋回來或者被測物體發出的信號轉化為控制器的探測到的信號,比如電壓的高低,交流信號的幅值或者相位,或者數字數據等等,關於判斷被測物體的存在,判斷方法和前幾實施例中採用電容傳感器的定位裝置類似,只是將電容的大小改成其他信號的大小,比如電壓等等。上述實施例原理都是通過探測模塊生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號,判斷被測物體的起點和終點,位移傳感器記錄被測物體位移信息,同時記錄被測物體的位置信息,通過指示器指示隱蔽特徵的寬度和位置信息。
實施例六:
本實施例另外公開了一種定位裝置,包括,探測模塊,所述探測模塊探測多個區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號;耦合到所述探測模塊的控制器,所述控制器被配置為分析所述多個特徵信號的組合值以檢測隱蔽特徵;耦合到所述控制器的多個指示器,所述指示器能夠在第一狀態和第二狀態間切換;耦合到所述控制器的位移傳感器,所述位移傳感器用於檢測所述定位裝置的位移數據;所述控制器被配置為根據位移數據確定隱蔽特徵在所述定位裝置下方的位置,且將所述指示器中的一個或多個切換為第一狀態,使得處於第一狀態的指示器標識所述隱蔽特徵的位置。
如圖11所示,在本實施例中,探測模塊包括電容探測模塊、金屬探測模塊42和交流電探測模塊43,所述電容探測模塊包括檢測電路412和傳感器板411,其具體連接方式與實施例一中相似,所述金屬探測模塊42包括直流電壓轉換器、振蕩器、金屬傳感器和d/a模塊,其具體連接方式以及位移傳感器等其他模塊的工作方式與前述的各實施例基本相似,在此也不再論述。
所述的電容探測模塊的傳感器板、金屬探測模塊42的金屬傳感器和交流電探測模塊43的傳感部件,可沿定位裝置軸向並行布置與指示器15中的第一組傳感器區域下面,每個探測模塊都能在工作狀態下單獨運行,生成基於與其對應探測類型的隱蔽特徵位置不同而變化的特徵信號,使得控制器11能夠通過分析特徵信號以檢測隱蔽特徵並在當第一組指示器的一個或多個位於隱蔽特徵的上方時將所述一個或多個指示器切換到第一狀態。在本實施例中,控制器11可配置各探測模塊之間可以按照時間順序依次轉換,即分時工作,優選的控制器11可依靠內部計時器通過用20ms的時間讀取電容探測模塊的電容值數據,下一10ms讀取金屬探測模塊42的金屬測量值數據,再下一10ms讀取交流電探測模塊43的交流電測量數據,依次循環,可對各類型隱蔽特徵進行探測,實現探測類型範圍的最大化,解決了現有技術各種不同探測隱蔽特徵類型的定位裝置都是單獨的設備需分開使用的問題。
在另一優選實施例中,上述定位裝置還包括模式選擇模塊17,所述模式選擇模塊17與控制器11相連,用於根據使用者的選擇對定位裝置使用的探測模塊進行選擇,控制器11可根據模式選擇模塊輸入的選擇信號選擇電容探測模塊、金屬探測模塊或交流電探測模塊中的一種或幾種進行工作。即使用者可通過模式選擇模塊的按鍵選擇定位裝置的探測功能,例如可以通過一個按鍵進行分組,比如交流電探測和金屬探測做為一組,電容探測單獨做為一組,根據按鍵的狀態選擇組,每個組中的模塊按照分時工作。
本實施例通過採用不同探測模塊的共同工作,大大提升了定位裝置對各類隱蔽特徵的探測識別能力,通過模式選擇方式可在探測過程中隨時選用不同的探測模塊及其組合進行探測,根據不同探測模塊對隱蔽介質的反饋即可精確確定介質下面的隱蔽特徵的類型,方便後續施工。
實施例七:
本實施例公開了一種對隱蔽特徵進行定位的方法。所述方法採用具有根據多個探測區域生成基於與隱蔽特徵位置不同而變化的多個特徵信號的定位裝置,如附圖12所示,其具體步驟包括:
測量多個相鄰區域中感測的特徵信號,所述區域圍繞探測模塊的區域。
所述區域為定位裝置的探測模塊的探測區域。
基於所測量的多個區域特徵信號的組合值來判斷所述多個相鄰測量區域內隱蔽特徵的位置,將與所述多個相鄰測量區域和隱蔽特徵層疊的位置相對應的一個或多個指示器從第二狀態切換到第一狀態;
其中第一狀態的指示器標識隱蔽特徵之間的位置。
上述方法的具體過程可參見實施例一中的定位裝置的工作過程,再此就不再重複論述了。本方法通過同時測量多個相鄰的檢測區域,對獲得的特徵信號取他們的差值或其他組合值進行判斷,可有效解決現有檢測方法在待測介質表面移動過程中因碰到用力不均或者介質比較軟時導致儀器與介質表面的上下距離發生變化而使得傳感器的探測值發生變化而影響探測準確度的問題。另外由於定位裝置在抬離或靠近介質表面時,其各傳感器的產生的特徵信號有同樣的變化值,取他們的差值或組合值可有效消除這些誤差變化值,使得定位裝置能辨別其遠離和靠近介質表面的過程而不發生工作,也克服了一些現有的定位裝置只有在放置於介質表面才能開啟正常工作的問題。
在另一優選實施例中,如附圖13所示,該方法所用定位裝置還包括能在第一、二狀態間切換的指示器。其步驟還包括:
分析定位裝置在被測介質表面的位移量,當位移量大於設定值時更新與探測模塊區域不相對應的其餘指示器狀態,所述其餘指示器更新狀態為所述定位裝置移動方向前一指示器狀態。
其具體方法應用可參見實施例二,再此也不再重複論述了,其通過位移數據來傳遞指示器狀態以保持已被發現的隱蔽特徵位置的持續顯示。使得不需要像現有定位裝置那樣通過在介質表面來回移動來確定隱蔽裝置的寬度,從而讓用戶能更好的觀察和標記特徵的位置。
在另一優選實施例中,如附圖13所示,該方法所用定位裝置包括能在第一、二狀態間切換的指示器。其步驟還可以包括:
分析定位裝置在被測介質表面產生的位移,並根據所述位移確定隱蔽特徵與所述定位裝置的相對位置,將與所述定位裝置所在區域與隱蔽特徵層疊的位置相對應的一個或多個指示器從第二狀態切換到第一狀態。
其具體方法應用可參見實施例三,再此也不再重複論述了,其通過位移數據來識別隱蔽特徵在定位裝置下方的相對位置,進而控制與其位置對應的指示器切換到第一狀態。該方法使得不需要像現有定位裝置那樣通過在介質表面來回移動來確定隱蔽裝置的寬度,從而讓用戶能更好的觀察和標記特徵的位置。
為了描述的方便,描述以上裝置時以功能分為各種單元分別描述。當然,在實施本發明時可以把各單元的功能在同一個或多個軟體和/或硬體中實現。
本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述,各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其,對於裝置實施例而言,由於其基本相似於方法實施例,所以描述得比較簡單,相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的系統實施例僅僅是示意性的,其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的,作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元,即可以位於一個地方,或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下,即可以理解並實施。
對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下,在其它實施例中實現。因此,本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。