專利名稱：設(shè)施資產(chǎn)檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)設(shè)施資產(chǎn)的裝置和用于檢測(cè)設(shè)施資產(chǎn)的方法。具體地但并不僅僅是，本發(fā)明涉及用于檢測(cè)埋地設(shè)施資產(chǎn)的裝置及相應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
在沒(méi)有準(zhǔn)確書(shū)面記錄的情況下，確定埋地設(shè)施資產(chǎn)的位置和身份是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在一些情況下，通過(guò)在地面進(jìn)行系統(tǒng)性鉆孔直到找到設(shè)施資產(chǎn)，來(lái)進(jìn)行位置的確定。在其他情況下，使用探地雷達(dá)(GPR)檢測(cè)被設(shè)施資產(chǎn)反射的信號(hào)來(lái)定位設(shè)施資產(chǎn)。(參照包括具有頻率在約200MHz至約IGHz范圍內(nèi)的輻射的GPR)。使用GPR定位埋地設(shè)施資產(chǎn)具有的缺點(diǎn)在于，輻射會(huì)被一定體積的地面的多種特征所反射，包括含水量、固體成分、野生動(dòng)物的存在以及(例如)通過(guò)挖掘野生動(dòng)物所形成的 空隙的變化。因此，難以可靠地識(shí)別埋地設(shè)施資產(chǎn)的位置。聲學(xué)技術(shù)也已用于識(shí)別埋地設(shè)施資產(chǎn)，但人們發(fā)現(xiàn)其與GPR技術(shù)有相似的缺點(diǎn)。還已知的是，將射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID標(biāo)簽)貼在尚未埋地的設(shè)施資產(chǎn)(例如，商店的銷售商品)上，以使得能夠使用合適的RFID標(biāo)簽讀取器來(lái)識(shí)別設(shè)施資產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō)，將RFID標(biāo)簽置于感應(yīng)RF磁場(chǎng)中，以在標(biāo)簽中有由感應(yīng)產(chǎn)生的電流流動(dòng)。利用電流的流動(dòng)來(lái)產(chǎn)生由標(biāo)簽進(jìn)行的至讀取器的RF發(fā)送。但是，感應(yīng)磁場(chǎng)大多數(shù)情況下處于近場(chǎng)，使用這種RFID標(biāo)簽系統(tǒng)來(lái)定位和識(shí)別距讀取器幾米以上的設(shè)施資產(chǎn)通常不是很容易。在埋地設(shè)施資產(chǎn)的情況下，這種問(wèn)題更嚴(yán)重，這是因?yàn)橄啾瓤諝?，土壤使感?yīng)RF電磁波衰減的程度更嚴(yán)重。近來(lái)，開(kāi)發(fā)了遠(yuǎn)場(chǎng)RFID技術(shù)。但是，RFID讀取器不能夠生成足夠大的激勵(lì)信號(hào)來(lái)檢測(cè)表面下許多具有商業(yè)利益的設(shè)施資產(chǎn)被掩埋的深度處的RFID標(biāo)簽。US3769623公開(kāi)了一種用于使特定頻帶內(nèi)的輻射通過(guò)以及將該頻帶之外的輻射反射的二向色板。該二向色板具有設(shè)于其中的狹縫，其尺寸被設(shè)計(jì)為使所選頻率的輻射通過(guò)。US5837926公開(kāi)了具有用于增強(qiáng)雷達(dá)檢測(cè)的調(diào)諧無(wú)源電磁諧振器的礦井。英國(guó)HSE (健康與安全執(zhí)行局)用于更換鐵質(zhì)煤氣總管執(zhí)行政策2006為英國(guó)煤氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商制定了用由塑性材料形成的管道更換老化鑄鐵煤氣總管的受法律約束的要求。但是，當(dāng)前用于追蹤塑料基管道的方法效率低下或者非常昂貴。這阻礙了更換和修理操作，從而造成不必要的延遲。挖掘通常會(huì)造成對(duì)第三方設(shè)施資產(chǎn)的意外損壞、傷亡和交通堵塞。另外，針對(duì)埋地設(shè)施資產(chǎn)的交通管理法案和記錄實(shí)務(wù)守則很大程度上具有記錄不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。需要加強(qiáng)埋地設(shè)施資產(chǎn)(例如，塑料管道)的可視性
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面在所附權(quán)利要求中限定。在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種諧振組件，包括第一諧振件和第二諧振件，第一諧振件和第二諧振件均被構(gòu)造為在被電磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)在各自不同的諧振頻率下諧振，其中，至少一個(gè)諧振件包括不連續(xù)回路，所述不連續(xù)回路具有連接在回路的兩自由端之間的至少一個(gè)電容元件。在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種系統(tǒng)，包括根據(jù)第一方面的諧振組件以及檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置被配置為產(chǎn)生電磁場(chǎng)，以確定發(fā)射天線和接收天線之間的電磁場(chǎng)的近場(chǎng)耦合，并至少部分根據(jù)基于耦合的第一諧振件和第二諧振件的諧振頻率識(shí)別與諧振組件關(guān)聯(lián)的埋地設(shè)施資產(chǎn)。在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種確定埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份的方法，包括從發(fā) 射天線產(chǎn)生電磁場(chǎng)，以激勵(lì)諧振組件的第一諧振件和第二諧振件，第一諧振件和第二諧振件均被構(gòu)造為在各自不同的諧振頻率下諧振，其中，至少一個(gè)諧振件包括不連續(xù)回路，所述不連續(xù)回路具有連接在回路的自由端之間的至少一個(gè)電容元件；在電磁場(chǎng)的多個(gè)頻率下確定電磁場(chǎng)與接收天線的近場(chǎng)耦合；以及至少部分根據(jù)耦合的頻率識(shí)別諧振組件。本發(fā)明的另一方面提供了一種諧振組件，包括第一諧振件和第二諧振件，所述第一諧振件和第二諧振件均被構(gòu)造為在被電磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)在各自不同的諧振頻率下諧振。應(yīng)理解的是，每個(gè)諧振件可通過(guò)有效地用作一個(gè)以上頻率的電磁輻射(例如,基頻諧波)源而對(duì)其暴露的電磁場(chǎng)做出響應(yīng)。但是，所述組件被布置為，所述組件的兩個(gè)以上諧振件各自對(duì)暴露在振蕩電磁場(chǎng)中的響應(yīng)特性在頻域中有所不同。應(yīng)理解的是，這使每個(gè)組件暴露在振蕩電磁場(chǎng)中時(shí)都具有特性符號(hào)。因此，在一些實(shí)施方式中，提供的諧振組件為不具有諸如微處理器等的有源部件的整體無(wú)源組件。另外，本發(fā)明的一些實(shí)施方式不具有在使用具有很強(qiáng)的非線性特性的二極管的情況下的電學(xué)非線性。另外，本發(fā)明的一些實(shí)施方式不包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件。另外，本發(fā)明的一些實(shí)施方式不包含關(guān)于雙向通信的頻移方法。本發(fā)明的實(shí)施方式可被配置為檢測(cè)組件的耦合，并確定所檢測(cè)到的頻率之間的差。通過(guò)測(cè)量頻率之間的差而不是測(cè)量絕對(duì)頻率，裝置可解決由于(例如)土壤條件和其他因素導(dǎo)致的頻移問(wèn)題。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了具有同時(shí)多頻電磁響應(yīng)的組件。本發(fā)明的實(shí)施方式能夠使埋地設(shè)施資產(chǎn)的位置與埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份一起被確定。本發(fā)明的實(shí)施方式能夠低使成本的諧振組件與設(shè)施資產(chǎn)一起埋入地下。通過(guò)提供各個(gè)不同諧振頻率的多個(gè)諧振件，每個(gè)設(shè)施資產(chǎn)(和/或設(shè)施資產(chǎn)的每個(gè)基準(zhǔn)位置)都可設(shè)置有在頻域中構(gòu)建的唯一識(shí)別碼。因此，所檢測(cè)到的埋地設(shè)施資產(chǎn)的類型可根據(jù)唯一碼進(jìn)行識(shí)別。例如，可通過(guò)設(shè)施資產(chǎn)的諧振件對(duì)外部電磁場(chǎng)激勵(lì)的頻率響應(yīng)，來(lái)識(shí)別埋地公用設(shè)施資產(chǎn)，例如，管道或與水、煤氣、電力、通信基礎(chǔ)設(shè)施或任何其他服務(wù)相關(guān)的任何其他管線。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可使用時(shí)域響應(yīng)來(lái)提供對(duì)地下設(shè)施資產(chǎn)深度的測(cè)量。本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)和土木工程，使得能夠檢測(cè)泄漏，檢測(cè)化學(xué)物，并監(jiān)控埋地設(shè)施資產(chǎn)的狀態(tài)，例如，設(shè)施資產(chǎn)的完整性。在存在高濕度的情況下，例如在管道發(fā)生漏水而使組件周圍的土壤浸水的情況下，被配置為對(duì)諸如相對(duì)較高頻率(例如，GHz范圍)的頻率范圍中的信號(hào)做出響應(yīng)的組件會(huì)變得難以進(jìn)行檢測(cè)。其至少部分原因在于，眾所周知，水可反射GHz范圍中的電磁輻射，由組件產(chǎn)生的反射信號(hào)被由土壤中的濕氣產(chǎn)生的反射信號(hào)模糊。因此，在一些應(yīng)用中，優(yōu)選的是，工作在不被水強(qiáng)烈反射的頻率下。 對(duì)于這些應(yīng)用，一些情況下，優(yōu)選的是相對(duì)低頻操作。因此，在這些應(yīng)用中，可使用具有被配置為在kHz范圍的頻率下諧振的諧振件的諧振組件。范圍可延伸到低MHz范圍，例如，IOMHz以下。在一些實(shí)施方式中，可提供包括2、3、4、5、6、7、8、9、10個(gè)以上諧振件的組件。
組件的每個(gè)諧振件可包括電感部和電容部。每個(gè)諧振件可包括串聯(lián)耦接的電感部和電容部。優(yōu)選地，電感部包括回路形式的電容部。優(yōu)選地，電感部包括含有多個(gè)回路的電容部。多個(gè)回路可基本同軸。電感部可包括線圈。電容部可耦接在電感部的自由端之間。多個(gè)諧振件可基本同軸。可替換地，選自兩個(gè)以及三個(gè)諧振件中的一個(gè)諧振件可基本與另一個(gè)互相正交。在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種包括根據(jù)第一方面的組件的部件。部件可包括被配置為將多個(gè)長(zhǎng)度的管道互相連接的連接件。連接件可包括孔，經(jīng)過(guò)管道的材料或物質(zhì)也經(jīng)過(guò)所述孔。至少一個(gè)諧振件的電感部可被配置為環(huán)繞連接件的孔。電感部可包括電熔加熱絲。優(yōu)選地，電熔加熱絲的自由端之間耦合有電容器。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括根據(jù)第一方面的組件的埋地設(shè)施資產(chǎn)。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種具有根據(jù)第一方面的多個(gè)組件耦接至其的支撐件，該支撐件被配置為設(shè)置在埋地設(shè)施資產(chǎn)內(nèi)。優(yōu)選地，支撐件包括被配置為繞埋地管道設(shè)施資產(chǎn)的一個(gè)或多個(gè)拐角彎曲的彈性件。支撐件可包括電纜。在本發(fā)明的另一方面中，提供了用于檢測(cè)埋地設(shè)施資產(chǎn)的裝置，包括根據(jù)另一方面的組件；用于生成電磁場(chǎng)的裝置，所述電磁場(chǎng)用于在組件的多個(gè)諧振件中的每一個(gè)的諧振頻率下激勵(lì)組件；用于檢測(cè)所述多個(gè)諧振件中的每個(gè)諧振件的近場(chǎng)耦合的裝置。裝置可被配置為生成具有被配置為被第一和第二諧振件響應(yīng)的頻率的信號(hào)。裝置可被配置為提供與所檢測(cè)到的電磁信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)的輸出。裝置可被配置為根據(jù)諧振組件做出響應(yīng)所需的時(shí)間和/或所生成信號(hào)的相位，來(lái)提供與組件在地下的深度對(duì)應(yīng)的輸出。裝置可被配置為根據(jù)每個(gè)組件做出響應(yīng)所需的時(shí)間，提供多個(gè)組件中的各個(gè)在地下的相對(duì)深度對(duì)應(yīng)的輸出。在本發(fā)明的另一方面中，提供了用于檢測(cè)埋地設(shè)施資產(chǎn)的方法，包括將諧振組件與設(shè)施資產(chǎn)一起埋入，所述諧振組件包括第一和第二諧振件，所述第一和第二諧振件均被構(gòu)造為在受到相應(yīng)頻率下振蕩的電磁場(chǎng)作用時(shí)在各自不同的諧振頻率下諧振；將埋地設(shè)施資產(chǎn)暴露在電磁場(chǎng)中；以及由此檢測(cè)組件的耦合來(lái)確定設(shè)施資產(chǎn)位置。優(yōu)選地，所述方法包括將電磁場(chǎng)導(dǎo)入地面下的各個(gè)不同位置，直到檢測(cè)到頻率與第一和第二諧振件對(duì)應(yīng)的信號(hào)，由此確定設(shè)施資產(chǎn)的位置。所述方法可進(jìn)一步包括根據(jù)將信號(hào)導(dǎo)入地下之后檢測(cè)信號(hào)所需的時(shí)間確定設(shè)施資產(chǎn)的深度。埋入諧振組件的步驟可包括提供與組件耦接的細(xì)長(zhǎng)彈性件，并將彈性件安裝在設(shè)施資產(chǎn)內(nèi)。
所述方法可包括在埋入設(shè)施資產(chǎn)之后將彈性件安裝在設(shè)施資產(chǎn)內(nèi)。所述細(xì)長(zhǎng)彈性件可包括電纜。所述設(shè)施資產(chǎn)可包括加熱絲，所述方法包括通過(guò)將電容元件連接在加熱絲的自由端之間而形成至少一個(gè)諧振件。所述方法可包括提供具有包括根據(jù)第一方面的多個(gè)諧振件的組件的部件，所述方法包括通過(guò)將電容元件連接在部件的加熱絲的自由端之間來(lái)形成至少一個(gè)諧振件。因此，應(yīng)理解的是，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，使用設(shè)有一定長(zhǎng)度的管道或連接件的導(dǎo)電回路。例如，一些連接件設(shè)置有嵌入連接件的壁中的一條或多條電線，所述電線的相對(duì)自由端被暴露以允許利用其進(jìn)行接觸(例如，電接觸)。在一些實(shí)施方式中，電容器耦接在自由端之間以形成諧振件。應(yīng)理解的是，電容器的電容值可取決于電線的電阻值。電線可設(shè)有管道、連接件或用于通過(guò)使電流流過(guò)電線來(lái)加熱部件所形成的電熔接點(diǎn)的其他部件。用于其他目的的電線也可用于形成諧振件。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施方式中，所述組件可被配置為對(duì)近場(chǎng)電磁信號(hào)(例如，電感場(chǎng)提供的信號(hào))做出響應(yīng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，提供了用于檢測(cè)埋地設(shè)施資產(chǎn)的方法，包括將諧振組件與設(shè)施資產(chǎn)一起埋入，所述諧振組件包括第一和第二諧振件，所述第一和第二諧振件均被構(gòu)造為在由相應(yīng)頻率的電磁信號(hào)激勵(lì)時(shí)在各自不同的諧振頻率下諧振；將電磁信號(hào)發(fā)射到地下，所述信號(hào)的頻率被配置為第一和第二諧振件的諧振頻率。


現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，附圖中圖I為設(shè)置在管道連接件中的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的諧振件的組件的透視圖(a)和截面圖(b)；圖2示出了諧振件的示意圖(a)和諧振件的等效電路(b)；圖3為均具有耦接至其的諧振件的組件的一對(duì)埋地管道設(shè)施資產(chǎn)(a)和檢測(cè)器檢測(cè)到的電磁信號(hào)的頻率隨著時(shí)間變化的曲線(b)的示意圖；圖4示出了三個(gè)基本同軸的諧振件的組件；圖5示出了沿著其長(zhǎng)度在分離的位置處耦接至其的諧振件的諧振組件的電纜；
圖6示出了具有包含三個(gè)諧振件的諧振組件的另一連接件，每個(gè)諧振件被定位為相互成正交角度；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的諧振件的另一組件；圖8示出了本發(fā)明的諧振組件的響應(yīng)；以及圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的諧振組件105嵌入連接器101 (圖I)中，該連接器被配置為將兩個(gè)以上長(zhǎng)度的管道互相連接。在一些實(shí)施方式中，連接器可被配置為將兩個(gè)長(zhǎng)度管道連接為，它們基本互相共線。在一些實(shí)施方式中，連接器101可被配置為將兩個(gè)長(zhǎng)度的管道連接為，它們基本互相正交。也可使用其他類型的連接器 101。每個(gè)諧振組件105包括多個(gè)諧振件110。圖2 (a)示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的諧振件110。如圖2 Ca)所示，每個(gè)諧振件110具有以導(dǎo)電材料(例如，電線、金屬條或帶)的不連續(xù)回路112形式的電感部。電容元件114耦接在回路112的自由端之間，從而形成具有電感、電容和電阻的諧振器。圖2 (b)示出了諧振件的等效電路。圖I (b)示出了穿過(guò)示出三個(gè)諧振件構(gòu)成諧振組件105的圖I (a)中的連接器101的截面。在圖I所示的實(shí)施方式中，諧振組件105集成到連接器101內(nèi)。應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的諧振組件105可集成到耦接至埋地設(shè)施資產(chǎn)的任何其他合適物體(例如，管道、閥門或標(biāo)簽)中。在圖I的實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料的回路112與連接器101基本同軸。也可使用其他配置。圖3 (a)為第一管道200和第二管道300形式的一對(duì)埋地設(shè)施資產(chǎn)的示意圖。每 個(gè)管道200、300包括通過(guò)連接器201、301耦接在一起的多個(gè)長(zhǎng)度的管道。每個(gè)連接器201、301具有如上所述圖I所示的嵌入其中的諧振件110的組件。第一管道200埋入地下距離Cl1處，第二管道埋入地下距離d2處，其中，d2大于屯。連接器201具有嵌入其中并且分別具有諧振頻率f2和f4的兩個(gè)諧振件110。連接器301也具有嵌入其中并分別具有諧振頻率fl和f3的兩個(gè)諧振件110，其中，f4>f3>f2>fl0也可使用其他相對(duì)頻率的諧振件的配置。在一些實(shí)施方式中，與一個(gè)管道相關(guān)聯(lián)的組件的諧振頻率的特定組合不同于與另一個(gè)管道相關(guān)聯(lián)的組件的諧振頻率的特定組合。當(dāng)要求確定設(shè)施資產(chǎn)的位置時(shí)，電磁信號(hào)在地面下發(fā)射，并且使用檢測(cè)器檢測(cè)地面下諧振組件的相應(yīng)耦合。圖3 (b)示出了接收器接收到的信號(hào)的頻率隨著時(shí)間變化的曲線。如圖3 (b)所示，分別與第一管道200和第二管道300相關(guān)聯(lián)的連接器201、301可通過(guò)其各自不同諧振頻率的諧振件的唯一(uni que )組合容易地區(qū)分開(kāi)。另外，連接器201、301 (并且由此為管道200、300)的相對(duì)深度可根據(jù)在地面檢測(cè)到信號(hào)所需的時(shí)間來(lái)確定。應(yīng)理解的是，一般來(lái)說(shuō)，設(shè)施資產(chǎn)在地下的位置越深，信號(hào)從諧振組件返回到地面所需的時(shí)間越長(zhǎng)。深度還可根據(jù)接收到的信號(hào)的相位來(lái)確定。因此，在一些實(shí)施方式中，組件的頻域響應(yīng)提供了關(guān)于設(shè)施資產(chǎn)類型的信息(例如，設(shè)施資產(chǎn)為水管、煤氣管還是電纜)，而時(shí)域或相位響應(yīng)提供了關(guān)于設(shè)施資產(chǎn)所處的地下深度的信息。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供了計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用，其被配置為接收與接收機(jī)檢測(cè)到的信號(hào)的頻率相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。應(yīng)用基于所接收到的數(shù)據(jù)提供與設(shè)施資產(chǎn)身份相對(duì)應(yīng)的輸出。還可使用其他配置。例如，在一些實(shí)施方式中，軟件應(yīng)用被配置為接收與接收機(jī)檢測(cè)到的信號(hào)的頻率的相對(duì)值相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)?？墒褂妙l率相對(duì)較低的電磁信號(hào)，例如，kHz和低MHz范圍，S卩，IOMHz以下的電磁信號(hào)。有利地，這些頻率的輻射更易于穿透至埋地設(shè)施資產(chǎn)。本發(fā)明的實(shí)施方式被配置為利用近場(chǎng)輻射(例如，發(fā)射機(jī)的一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射)進(jìn)行檢測(cè)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一連串諧振件的組件，組件耦接至被配置為設(shè)置在諸如管道的埋地設(shè)施資產(chǎn)內(nèi)的支撐件。在一個(gè)實(shí)施方式中，支撐件被配置為在安裝設(shè)施資產(chǎn)之后安裝在埋入地下的管道設(shè)施資產(chǎn)中。支撐件可為彈性支撐件，例如，線管、軟線、電纜或任何其他合適的支撐件。使用時(shí)，可將支撐件穿過(guò)管道拉動(dòng)，使其沿管道的至少一部分長(zhǎng)度設(shè)置，耦接至支撐件的諧振件的組件被配置為對(duì)入射到管道上的電磁信號(hào)做出響應(yīng)。應(yīng)理解的是，管道可由對(duì)于用于照射組件的頻率范圍內(nèi)的振蕩電磁場(chǎng)是基本透明的材料構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，管道由塑性材料形成。通過(guò)將諧振件安裝在管道內(nèi)，可不再需要鉆出通導(dǎo)孔(access hole)來(lái)在管道的外表面處或附近設(shè)置諧振組件?！该鳌硎緢?chǎng)可以以足夠低的衰減(如果存在)穿過(guò)管道的壁，以允許從組件穿過(guò)管道壁返回的信號(hào)的耦合。圖4示出了一連串組件302的一部分，其中多個(gè)組件305的其中之一耦接至被配置為設(shè)置在管道設(shè)施資產(chǎn)中的電纜330。圖5示出了管道安裝的構(gòu)造，其中，一連串組件302已安裝在埋地管道396內(nèi)。管道396具有被配置為允許從地面進(jìn)入埋地管道396的豎井通道(access shafts) 395。管道396由使一連串302的組件305被配置為諧振所在的頻率處的電磁輻射穿過(guò)管道396的壁的塑性材料構(gòu)成。類似地，一連串302的組件305被配置為諧振所在的頻率被配置為不同于物質(zhì)和介質(zhì)反射的以穿過(guò)管道396的電磁輻射的頻率。應(yīng)理解的是，組件305 —般設(shè)置在防潮外殼內(nèi)，以防止發(fā)生諧振件的電短路并防止發(fā)生腐蝕或其他損壞。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)組件305耦接至被配置為插入管道396的分離物體，例如，桿或其他物體。因此，本發(fā)明的一些實(shí)施方式允許埋地管道設(shè)施資產(chǎn)內(nèi)設(shè)置有諧振件的組件，以在不需要挖掘多個(gè)通導(dǎo)孔的情況下進(jìn)行位置確定和識(shí)別。圖6示出了具有三個(gè)諧振件410A、410B、410C的連接器401，所述三個(gè)諧振件410A、410B、410C設(shè)于相互正交方向，從而形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的組件405。各諧振件410A、410B、410C具有基本扁平(flat)的線圈，在線的自由端之間耦接有電容器。在一些實(shí)施方式中，線的自由端直接互相耦接，而其間無(wú)電容器?？梢钥闯?，第一線圈410A被配置為與連接器401基本同軸，形成在連接器401的外圓周表面401C的周圍。第二線圈410B和第三線圈410C以基本相隔90°的角位置耦接至連接器外圓周表面401C，線圈410B、410C被定位為與外圓周表面401C基本正切。該配置的優(yōu)點(diǎn)在于，在一些應(yīng)用中，提高了組件40 5對(duì)電磁輻射的可視性。圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的兩個(gè)諧振組件。在圖7 (a)示出了第一諧振組件700，在圖7 (b)示出了第二諧振組件750。每個(gè)諧振組件700、750均包括用于接收檢測(cè)器裝置發(fā)射的電磁信號(hào)的不連續(xù)回路710、760。每個(gè)諧振組件700、750具有兩個(gè)諧振頻率(如下文將說(shuō)明的)，其使得能夠至少部分識(shí)別與每個(gè)諧振組件關(guān)聯(lián)的埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份。參照?qǐng)D7 (a)，第一諧振組件700包括對(duì)檢測(cè)器裝置發(fā)射的電磁信號(hào)做出響應(yīng)的不連續(xù)回路710?！安贿B續(xù)”表示回路710的自由端連接至形成諧振組件700的其他電路元件。電路元件可為電抗電路元件，即，與有源電路元件，例如微處理器等相對(duì)?；芈?10可包括多個(gè)回路，即，回路可形成具有多匝導(dǎo)電材料(例如，電線)的線圈，以接收從檢測(cè)器發(fā)射的電磁信號(hào)?；芈?10為電感兀件,如圖7 (a)所不。在一些實(shí)施方式中，僅回路710直接從檢測(cè)器接收電磁信號(hào)。存在于各個(gè)組件中的其他電路元件對(duì)回路710接收到的電磁信號(hào)做出響應(yīng)。但是，基本上僅回路710用作電磁信號(hào)的接收元件。使用時(shí)，回路710電感地(即，近場(chǎng)地)耦接至檢測(cè)器裝置的發(fā)射線圈和接收線圈，以使裝置可識(shí)別組件700的兩個(gè)諧振頻率。第一諧振組件700包括第一電容器720、第二電容器721和第三電容器722和電感器715。當(dāng)從設(shè)置為回路710的電路的輸入端看時(shí)，第二電容器721與電感器715串聯(lián)，兩者均與第三電容器722并聯(lián)設(shè)置。由第二電容器721和第三電容器722和電感器715形成的電路與第一電容器720串聯(lián)。第一電容器720、第二電容器721和第三電容器722和電感器715可由表面貼裝元件形成?？梢钥闯?，不連續(xù)回路由回路710和電容元件720、722形成。第二不連續(xù)回路也可認(rèn)為是由電感器722和電容元件721、722構(gòu)成。應(yīng)理解的是，圖
7Ca)所示的電路的等效電路可由電抗元件的其他布置構(gòu)成。如上所述，在諧振組件700中，回路710對(duì)檢測(cè)器的發(fā)射線圈和接收線圈直接做出響應(yīng)，并且組件被構(gòu)造為具有與兩種正常模式對(duì)應(yīng)的兩個(gè)諧振頻率。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，回路710中感應(yīng)的電壓應(yīng)激勵(lì)這兩種模式。在一些實(shí)施方式中，回路710中的感應(yīng)電壓應(yīng)以基本相等的程度激勵(lì)這兩種模式。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)將預(yù)定電抗元件的值設(shè)為基本相等來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在圖7 (a)所示的電路中，通過(guò)設(shè)置 Cl (720)=C2 (721)和 LI (710)=L2 (715)，可實(shí)現(xiàn)這兩種模式的基本相同激勵(lì)。然后，組件700的第一諧振頻率和第二諧振頻率表示為如下
I IIfreq I 二 ——./-
IAxClr..n I ll + 2xC3/Clfm-1 = Yn\ AIxd參照?qǐng)D7 (b)，其示出了諧振組件750的第二實(shí)施方式。與第一實(shí)施方式700相同，組件750包括感應(yīng)耦接至檢測(cè)器的不連續(xù)回路760。組件還包括第一電容器770、第二電容器771和第三電容器772和電感器765。從回路760的端部可以看出，電感器765與第三電容器772并聯(lián)設(shè)置，兩者的組合與第一電容器770串聯(lián)設(shè)置。包括第一電容器770和第三電容器772和電感器765的組件與第二電容器771并聯(lián)。再次說(shuō)明，組件可被認(rèn)為是包括均由電感器和電容元件構(gòu)成的第一不連續(xù)回路和第二不連續(xù)回路。與第一實(shí)施方式相同，可通過(guò)設(shè)置Cl (770)=C2 (771)和LI (760)=L2 (765)實(shí)現(xiàn)兩種模式的基本相等程度的激勵(lì)。組件750的第一諧振頻率和第二諧振頻率表示如下freq I —-——
-2,T VAlxn freq 2 =丄 I-----
2,4/.ix(.’i(i+2xr3/n)可以看出，對(duì)于諧振組件700、750，第一諧振頻率由形成組件中的第一電感器的回路760的電感和第一電容器770確定。在第二諧振頻率被賦予與回路760的電感以及第一電容器770具有相等值的情況下，第二諧振頻率通過(guò)設(shè)定第三電容器772的值以控制C3/C1的比來(lái)確定，相應(yīng)地，如下文所示，在回路760和電感器765的電感基本相等的情況下，控制了第二諧振組件750的第一諧振頻率和第二諧振頻率的比，但可為第一諧振組件導(dǎo)出相似的關(guān)系freq I = . /——-——
I I freq Ifre,_2^(i + 2xc-/ci)例如，對(duì)于圖7 (b)所示的第二諧振組件，將第一諧振頻率設(shè)為I. 34MHz，第三和第一電容器的值可設(shè)為C3/C1=0. 9，使得第二諧振頻率為800kHz。應(yīng)理解的是，頻率方面，第
一諧振頻率高于第二諧振頻率。圖8示出了本發(fā)明實(shí)施方式的諧振電路的頻率響應(yīng)。具有單個(gè)諧振頻率的諧振組件用數(shù)字810表示。還示出了具有兩個(gè)諧振頻率的諧振組件(例如，如圖7所示)的響應(yīng)，其中,820表示第一較高諧振頻率,830表示第二較低諧振頻率。應(yīng)理解的是,所示諧振頻率僅為示意性的目的，也可確定諧振頻率的其他值。由圖8可以理解到，具有兩個(gè)諧振頻率的諧振組件的響應(yīng)幅度低于單個(gè)頻率諧振器的響應(yīng)幅度。但是，如上所述，可選擇電抗元件的值，以使得雙頻率諧振組件的響應(yīng)幅度在第一和第二諧振頻率820、830下基本相等。諧振頻率可選擇為在200kHz與3MHz之間，在一些實(shí)施方式中，在250kHz與2MHz之間，但應(yīng)理解的是，還可選擇其他頻率范圍。為了識(shí)別埋地設(shè)施資產(chǎn)，可選擇多個(gè)預(yù)定諧振頻率，并且諧振組件的第一諧振頻率和第二諧振頻率的值選自這些諧振頻率中。例如，可確定15個(gè)諧振頻率，并且圖7所示的組件的諧振頻率選自這15個(gè)頻率中，但應(yīng)理解的是，可使用其他數(shù)量的預(yù)定諧振頻率。在該示例中，可衍生出105個(gè)諧振頻率組件的組合。本發(fā)明的實(shí)施方式可設(shè)計(jì)為使其工作在多個(gè)深度(S卩，地面下深度)處。例如，組件700、750可被設(shè)計(jì)為工作在高達(dá)I. 5m深度處，其中回路710、760的直徑約為15cm。其他實(shí)施方式可設(shè)計(jì)為在2m或3m深度處使用，環(huán)路的直徑成比例地增加。存在于每個(gè)回路710、760中的線圈的直徑和數(shù)量可通過(guò)考慮組件700、750與檢測(cè)器之間和/或周圍的預(yù)計(jì)成分或材料而確定。組件700、750可設(shè)置于保護(hù)殼內(nèi)或適合于附接在埋地設(shè)施資產(chǎn)(例如管道、電纜或其他設(shè)施資產(chǎn))的材料之內(nèi)。圖9示出了與諧振組件930 (例如，圖7所示)相關(guān)的檢測(cè)器裝置900。本發(fā)明的實(shí)施方式被配置為利用檢測(cè)器900的近場(chǎng)操作來(lái)檢測(cè)埋地設(shè)施資產(chǎn)。具體地，檢測(cè)器900根據(jù)組件與裝置的接收天線或線圈的磁性耦合檢測(cè)組件930的存在以及其諧振頻率，如下文所述。 檢測(cè)器包括發(fā)射線圈910和接收線圈920。發(fā)射線圈910和接收線圈920的尺寸
可基本相等或不相等。在無(wú)組件930的情況下，發(fā)射線圈910與接收線圈920之間的磁通線的背景(互相)耦合可通過(guò)幾何手段(對(duì)線圈910、920進(jìn)行定位)或電子方式(例如，生成電子取消信號(hào))而最小化。檢測(cè)器900可被配置為掃描預(yù)定頻譜(例如,上述頻率范圍),或可被配置為順次地工作在多個(gè)預(yù)定頻率(例如，選擇組件930的諧振頻率所處的頻率中的預(yù)定頻率)。在存在組件930的情況下，即，當(dāng)檢測(cè)器900處于組件930的近場(chǎng)工作范圍內(nèi)時(shí)，由于組件930將磁通線截?cái)?或耦合)并使磁通線從發(fā)射線圈910耦合到接收線圈930，所以最小化狀態(tài)中斷。該效果的幅度取決于回路710、760的尺寸和組件930的深度，回路710、760的尺寸會(huì)影響截?cái)嗟拇磐ň€的數(shù)量，組件930的深度還會(huì)影響產(chǎn)生的耦合信號(hào)的相位。發(fā)射場(chǎng)使組件回路710、750中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，并且組件930隨之生成自身的相同頻率磁場(chǎng)。該所生成的場(chǎng)隨后使接收線圈920中感應(yīng)出其自身的電動(dòng)勢(shì)，所述接收線圈920使檢測(cè)器900檢測(cè)組件930是否存在，并識(shí)別組件930的諧振頻率，從而可識(shí)別埋地設(shè)施資產(chǎn)。線圈(包括發(fā)射線圈910、接收線圈920以及組件930的回路710、760)越大，可檢測(cè)效果越深(更多磁通耦合)。但是，裝置900的發(fā)射線圈910/接收線圈910的可使用尺寸受到實(shí)際限制。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，裝置的發(fā)射線圈910和接收線圈920具有不同尺寸。該不同尺寸提供了最優(yōu)路線，以增加組件930的磁通不平衡效果，同時(shí)減小檢測(cè)器900 (發(fā)射線圈910/接收線圈920對(duì))的總尺寸。這增加了諧振組件930 (對(duì)于指定尺寸)的可檢測(cè)深度，同時(shí)減小了增加檢測(cè)器900的總尺寸的必要性。因此，組件930的成本可降低，并且檢測(cè)器900的總尺寸是有限的。在一些實(shí)施方式中，接收線圈920大于發(fā)射線圈910。在一些實(shí)施方式中，接收線圈可基本約為發(fā)射線圈的尺寸的兩倍。在一些實(shí)施方式中，可基于諧振組件的多個(gè)諧振頻率唯一地確定埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份。例如，埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份可通過(guò)將多個(gè)諧振頻率與和埋地設(shè)施資產(chǎn)關(guān)聯(lián)的諧振頻率信息數(shù)據(jù)庫(kù)相比較而確定。但是，根據(jù)要識(shí)別的埋地設(shè)施資產(chǎn)的數(shù)量和頻率檢測(cè)的可能分辨率，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份還基于地理位置信息。例如，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，在諧振組件具有選自多個(gè)諧振頻率(在所述示例中，15個(gè)可能諧振頻率提供了 105個(gè)諧振頻率組合)中的第一和第二諧振頻率的情況下，埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份部分基于地理位置信息。地理位置信息可從接收到的無(wú)線信號(hào)(例如，GPS信號(hào))推導(dǎo)出。在本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的通篇中，詞語(yǔ)“包括(comprise)”和“包含”及其變體表示例如“包括(comprising)”以及“包括(comprises)”意指“包括，但不限干”，并不意指排除其他部分、添加物、部件、整數(shù)或步驟，并且并不排除其他部分、添加物、部件、整數(shù)或步驟。在本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的通篇中，単數(shù)包括復(fù)數(shù)，除非上下文中另有 要求。特別地，在使用不定冠詞時(shí)，該說(shuō)明書(shū)應(yīng)被理解為表示復(fù)數(shù)和単數(shù)，除非上下文另有要求。結(jié)合本發(fā)明的特定方面、實(shí)施方式或示例所描述的特征、整數(shù)、特性、化合物、化學(xué)成分或組應(yīng)理解為適用于本文所述的任何其他方面、實(shí)施方式或示例，除非與其互相矛盾。
權(quán)利要求
1.一種諧振組件(105，305，405，700，750，930)，包括第一諧振件和第二諧振件(110，410)，所述第一諧振件和所述第二諧振件均被配置為當(dāng)在被電磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)在各自不同的諧振頻率下諧振，其中，至少一個(gè)諧振件包括不連續(xù)回路(112，710，760)，所述不連續(xù)回路(112,710,760)具有連接在所述回路的自由端之間的至少一個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，包括至少一個(gè)電感元件和連接在所述回路的自由端之間的至少兩個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)，以使得所述組件被構(gòu)造為在所述回路被電磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)在第一諧振頻率和第二諧振頻率下諧振。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，選擇所述至少兩個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)的電容值及所述回路和至少一個(gè)電感元件(715,765)的電感值，以使得所述電磁場(chǎng)對(duì)所述回路的激勵(lì)以實(shí)質(zhì)上相等的程度激勵(lì)所述組件的第一諧振模式和第二諧振模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述至少一個(gè)電感元件(715，765)和連接在所述回路的自由端之間的所述至少兩個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771,772)被配置為，使得所述第二諧振頻率為所述第一諧振頻率的預(yù)定部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述至少一個(gè)電感元件(715，765)和所述至少兩個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)被配置為，使得所述組件包括第一諧振電路和第二諧振電路，所述第一諧振電路由所述回路和被配置為在所述第一諧振頻率下諧振的至少一個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)構(gòu)成，所述第二諧振電路由所述電感元件(715，765)和被配置為在所述第二諧振頻率下諧振的至少一個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述裝置僅包括用于被所述電磁場(chǎng)激勵(lì)的一個(gè)回路。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述回路包括多個(gè)導(dǎo)電材料回路。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，配置于外殼內(nèi)，所述外殼用于附接在埋地設(shè)施資產(chǎn)上。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述第一諧振頻率根據(jù)以下式子確定
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述第二諧振頻率根據(jù)以下式子確定
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750，930)，其中，所述諧振組件(105，305，405，700，750,930)用于與發(fā)射天線(910)和接收天線(920)近場(chǎng)耦合。
12.—種系統(tǒng),包括 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的諧振組件(105，305，405，700，750,930)；以及 檢測(cè)器裝置(900)，被配置為產(chǎn)生電磁場(chǎng)，以確定發(fā)射天線(910)和接收天線(920)之間的電磁場(chǎng)的近場(chǎng)耦合，并至少部分根據(jù)基于耦合的所述第一諧振件和所述第二諧振件的諧振頻率，識(shí)別與所述諧振組件(105，305，405，700，750,930)關(guān)聯(lián)的埋地設(shè)施資產(chǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器裝置(900)的所述發(fā)射天線(910)和所述接收天線(920)的尺寸一般不相等。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述接收天線比所述發(fā)射天線實(shí)質(zhì)上大得多。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其中，所述接收天線約為所述發(fā)射天線的尺寸的兩倍。
16.一種確定埋地設(shè)施資產(chǎn)的身份的方法，包括 從發(fā)射天線中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，以激勵(lì)諧振組件(105，305，405，700，750,930)的第一諧振件和第二諧振件，所述第一諧振件和所述第二諧振件均被構(gòu)造為在各自不同的諧振頻率下諧振，其中，至少一個(gè)諧振件包括不連續(xù)回路(112，710，760)，所述不連續(xù)回路具有連接在所述回路的自由端之間的至少一個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771,772)； 在電磁場(chǎng)的多個(gè)頻率下確定電磁場(chǎng)與接收天線的近場(chǎng)耦合；以及 至少部分根據(jù)所述耦合的頻率識(shí)別所述諧振組件(105，305，405，700，750，930)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括將所述第一諧振頻率和所述第二諧振頻率與和埋地設(shè)施資產(chǎn)關(guān)聯(lián)的諧振頻率信息數(shù)據(jù)庫(kù)相比較。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，進(jìn)一步包括確定關(guān)于所述埋地設(shè)施資產(chǎn)的位置的地理位置信息，并至少部分根據(jù)所述地理位置信息識(shí)別所述諧振組件(105，305，405，700,750,930)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了諧振組件(105，305，405，700，750，930)，包括第一和第二諧振件(110，410)，所述第一和第二諧振件均被構(gòu)造為在被電磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)在各自不同的諧振頻率下諧振，其中，至少一個(gè)諧振件包括不連續(xù)回路(112，710，760)，所述不連續(xù)回路具有連接在回路的自由端之間的至少一個(gè)電容元件(114，720，721，722，770，771，772)。
文檔編號(hào)F16L1/11GK102753996SQ201080063973
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者克里斯托弗·約翰·史蒂文斯, 哈維·約翰·布爾德, 戴維·約翰·愛(ài)德華茲, 郝彤 申請(qǐng)人:Isis創(chuàng)新有限公司