JPH08502129A - サーキットトレーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 開または閉回路のいずれかであって、埋設可能なワイヤのような導体の位置を検出するためのサーキットトレーサである。該トレーサは上記導体に接続されたトランスミッタ、手持ちのプローブおよび該プローブに結合されたレシーバを含む。このプローブは三つの異なったセンサを備え、該三つのセンサとは、一つは開放端を有する導体のターミナルを位置決めまたは束ねられたケーブルまたはワイヤ中のワイヤを識別するための電界センサ（６２）、もう一つは地面より上にある開放端を有するの導体の方向と位置を検出するための差動電界センサ（６４、６６）、さらにもう一つは地下にある開放端を有する導体を含み、電流を通ずる導体の方向と位置を決定するための誘導センサ（６８）である。スイッチは上記センサーの一つからレシーバユニットへの出力を選択的に提供する。該レシーバユニットは上記プローブの狙いを付ける方向を基準にしてすべての信号の大きさを検出する。このプローブを後ろおよび前に揺らし、受信シグナルを観察することにより、導体の方向と位置を検出可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 サーキットトレーサ 本発明の背景 １．技術分野 本発明は概ね電子検出装置に関するものであり、特に、場合によって一部が地 上に一部が地下にある開放端を有する導体または閉鎖回路を形成する導体をトレ ースし位置を検出するための装置に関する。 ２．先行技術分野 当該技術は、絶縁した、電流を通す導体のようなケーブルの方向と位置の探索 技術と装置を豊富に用いるものである。このような技術の大部分は、コイルまた は透磁率の高いコアを備えるコイルのような一以上の誘導センサを利用し、導体 内の交流により生じた電磁シグナルを拾い上げるものである。これらに関しては 、米国特許４、１１９、９０８号、４、１３４、０６１号、４、２２０、９１３ 号、４、２９５、０９５号、４、３８７、３４０号、４、４２７、９４２号、４ 、４３８、３８９号、４、３９０、８３６号、４、５２０、３１７号、４、５４ ２、３４４号、４、６３９、６７４号、４、６６５、３６９号、４、６７２、３ ２１号、４、７６７、２３７号、４、８４３、３２４号および５、０９３、６２ ２号に記載されている。導体の方へのおよその方向は、向きによって、ピークま たはヌルシグナルがインダクタにより検知されるとき示され、接線方向に対して はピークシグナルを、放線方向にはヌルシグナルを発生する。同様の技術は、Ｓ ＣＯＴＣＨＴＲＡＫ ＴＫ ３Ｂ／６Ｂのような、ミネソタ・マイニング・マニ ュファクチャリング社（本発明の出願人である３Ｍ）により販売されている多く の装置に利用されている。他の測定技術はまたある種の環境下でも利用可能であ る。たとえば、米国特許４、５４２、３３４号においては、二つの電極が海底ケ ーブルを埋設する装置を進めるために利用される。上記電極はケーブルの各々の 側に置かれ、容量的に（capacitively）シグナルをケーブルにカップルリングさ せ、これは検知されて左／右の指針を提供するのに利用される。交流の検出は、 米国特許 ４、９４２、３６５号に開示されるような、あるシグナル処理法によりさらに強 化可能である。 電流を通す導体のトレーシングはこのようにして容易に達成されるが、破損し ている、すなわち開放端を有する導体の場合にはそうはいかない。このような導 体においては、閉鎖電気回路がないので、電流が少しも導体に流れず（少なくと も導体が周囲の媒体に対して無視できる程度の容量性のカップリングをするとき には）、典型的な電流検知インジケータはこのような導体の位置探索の試みに比 較的役立たないものである。また、米国特許４、５４２、３３４号に開示されて いる誘導技術は、ケーブルのおよその位置が判っていると仮定し、受信カプラー がケーブルの近くに置かれ、ケーブルはソース電極の間かもしくは極めて近くに 配置されると仮定しているので、この技術の利用も適したものではない。ケーブ ルが電極のすぐ近くに配置されないとき、電極からのケーブルにカップルするシ グナルが大変弱く、左／右のシグナルを提供するようにはうまく処理できない。 これらの問題を部分的に克服する装置が米国特許４、６８６、４５４号に記載 されている。その装置は、誘導性センサと容量性センサの両方を用い、容量性セ ンサは、電界検知の「ガードされた」電極を用いるので、やや方向性はあるが、 示差的ではない。ガードされた電極は単に一つであり、検知部材がもう一つの金 属製のプレートによりある方向でシールドされ、電極ポテンシャルと同様のポテ ンシャルで励起され「周囲を縁取る」磁束(fringing flux)を無くする。フィー ドバック配置が検知部材から金属製プレートヘ増幅された出力シグナルを提供す るのに用いられるので、上記金属製プレートは、被駆動シールド(driven shield )として作用する。しかし、この装置は、容量性センサからのシグナルを、信頼 できる導体の位置の検出のため、誘導センサ(inductive sensor)からのシグナル に付け加えなければならないという要求にも答えなければならない。この制限は 、まず第一に、単一の容量性センサは最大の受信シグナルによって詳細な方向を 正確に決定することができないことに起因し、かくして、誘導センサからのシグ ナルはさらに方向性を与えるのに必要とされる。さもなければ、容量性センサの シグナルだけに依存すると信頼性は導体の位置の検出を容易に誤ることになるで あ ろう。さらに、二つのシグナルの組み合わせは、しばしば紛らわしい出力結果を 生ずる。それゆえ、指向性センサの利点を差動センサと結びつける開放端を有す る導体を検出する手段を提供することにより、前述の制限を克服する装置を工夫 することは望ましく有益なことである。この装置はさらに磁気センサを備え、種 々の理由により電界センサが導体からシールドされるとき導体をトレースするこ とができるようにすべきである。 発明の要約 本発明は、改良サーキットトレーサを提供するものであり、（ｉ）導体に電 圧を印加するために交流電圧のテストシグナルを応用するトランスミッタ、（ii ）電圧印加された導体を囲む時間変化する電場ポテンシャルを検出する、または 、十分な電流が導体内に確立されたとき電磁界を検出するプローブ（探査機）、 および（iii）プローブからのシグナルを処理し、導体の位置を示す相対的なシ グナルの強さを視覚または音による少なくとも一方の指示を提供するためのプロ ーブからのシグナルを処理するレシーバとを含むものである。 プローブは、電界センサ、差動電界センサおよび誘導センサの３つのセンサを 含み、プローブハンドル上のスイッチにより択一的に選択されるのが好ましい。 電界センサは、ガードされた電極の形をしているのが好ましく、第一に導体の凡 その方向と位置を見つけるのに用いられる。差動センサは、二つの概ね対面して 向き合う電極の形をしており、その後導体の位置でより高い解像度を提供するの に利用される。電界センサは導体が地上にあるときに概ね用いられ、この場合は 、変化する電界が容易に検出される。もし導体のトレーシングが地下の経路にな るなら、プローブは誘導コイルの形をしている誘導センサにスイッチで切り替え 可能である。地面と導体の間の容量カップリング(capacitive coupling)は、ト レースされている導体の部分が地下にあるときには、導体が地上にあるときより もより大きい。それゆえ、導体が開放端を有するときでさえ、この効果は小さい が十分な電流が導体に流れ、この電流は高感度の誘導センサにより検出される。 ガードされた電極が新規の構成において提供され、背面の金属シールドがプリ ンテッドサーキットボードの一つの表面上で提供され、反対面上に検出部を備え 、 それと同じ面上に検出部を囲むリングシールドを備える。このシールドは、その シールドに各検出部の出力を供給するためのフィードバックサーキットを提供す ることにより駆動される。全ての３つのセンサはプローブハウジングのヘッドの 中にひとまとめにされるのが便利であり、このヘッドはサーキットグランドに電 気的に結合される電気的にシールドされたボックスを形成する。誘導コイルはプ ローブヘッドの中央に位置し、検出部と電界センサの背面シールドおよびシール ドされたボックスは複数のスロットを備え、その中で、入ってくる磁束に対して 法線方向の伝導領域を最小にし、渦電流を減らし、磁束がプローブヘッド内に入 りコイルにより検出されることができるようにする。高ゲイン、低ノイズの増幅 器がセンサで得られたシグナル対ノイズを好ましい比率に保持するのに用いられ る。プローブのハンドル部に水準器も備えられ、これはプローブの主要延長部に 対して角度がつけられ、オペレータが三角測量法で導体の深さを決定できるよう にするものである。 図面の簡単な説明 本発明の新規な特徴と範囲は添付の請求の範囲に規定される。しかし、本発明 自身は添付の図面を参照してよりよく理解されるであろう。 図１は本発明のサーキットトレーシングシステムのトランスミッタユニットの 斜視図である。 図２は本発明のサーキットトレーシングシステムのレシーバユニットの斜視図 である。 図３は本発明のサーキットトレーシングシステムのプローブユニットの斜視図 である。 図４はセンサ配列を含むプローブ電子機器の斜視図である。 図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、プローブ電子機器の電界および差動センサ で用いられる新規なガードされたの電極の、前面、側面、背面の立面図である。 図６はトランスミッタ電子機器のブロック図である。 図７はプローブ電子機器のブロック図である。 図８はプローブユニットにより用いられるガードされた電極の被駆動シールド を示す概略図である。 図９はレーシーバ電子機器のブロック図である。 好ましい実施例 図に示されるように、特に図１−３に示されるように、本発明のサーキットト レーシングシステムが描かれており、これは概ね、トランスミッタユニット１０ （図１）、レシーバユニット１２（図２）およびプローブユニット１４（図３） からなる。サーキットトレーシングシステムは、閉鎖回路にある導体にも同じよ うに役立つけれども、特に不明の位置で破断した電気導体（ワイヤー）、即ち開 回路の位置の探索に適しており、導体が地上にあるいは地下のどちらにあっても 機能する。トランスミッタユニット１０（図６とともに以下に詳述する）は適切 なコネクタ１８を備えるケーブル１６により導体に適用されるテストシグナルを 提供する。トランスミッタユニット１０はまた第２ケーブル２０を備え、接地電 位(ground reference)を提供する。これらのケーブルとコネクタはテストされる サーキットの性質により種々の物理的実施例に利用できる。たとえば、もしトレ ースされるべきワイヤが従来公知の電源取り出し口に結合されれば、ケーブル１ ６と２０は互換性のある標準プラグを備える単一のコードに結合可能である。ト ランスミッタユニット１０はまたオン／オフスイッチ２２を備え、ゲイン制御ス イッチ２４をも備え、さらに電力（オン／オフ）状況またはバッテリ制御状況を 示すスピーカまたはサウンダ２６を備えてよい。トランスミッタユニット１０の 構成部品８０は全てハウジング２８中に含まれる。 レシーバユニット１２は同様にオン／オフスイッチ３０、ゲイン制御ノブ３２ および受けたシグナルの振幅を表すための読み取りダイアルまたはメーター３４ を含む。スピーカ３６も備えられ、オペレータが受けたシグナルの相対的な強さ を聞くことができ、また、もう一つのスイッチ３８が圧縮対数目盛りから拡張対 数目盛りにレシーバユニット１２の出力を変えるために設けられる。コネクタポ ート４０はプローブユニット１４からのケーブル４２を受ける。レシーバユニッ ト１２の構成部品はハウジング４４中に含まれ、これには肩紐４４が取り付けら れている。 プローブユニット１４はハンドル部又はグリップ部５０を備えるハウジング４ ８、アームまたは延長部５２および先端部または末端部５４からなる。ハウジン グ２８、４４および４８はすべて耐水性であるのが理想的であり、耐久性のよい 材料、好ましくは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリル−ブタジ エン−スチレン（ＡＢＳ）またはポリスチレン（ＰＳ）のようなポリマーでつく られる。ハウジング４８の全体の長さは、約６６ｃｍであるのが好ましい。ハン ドル５０はオペレータがプローブユニット１４を握ることができるよう適切なサ イズおよび形である。ハンドル５０に近接して、水準器５６（気泡を含む液体が 満たされた管）およびスイッチ５８がある。水準器５６により、以下にさらに説 明するように、三角測量法を利用して埋まっているケーブルの深さを決定するこ とができる。スイッチ５８は、以下に説明するように、オペレータに導体の位置 を探索しトレースする三個のセンサのうちの一つを選ぶことができる。 プローブヘッド５４は図４に示される新規なセンサーの配置を備える。三個の センサーがプリンテッドサーキットボード（ＰＣＢ）上に設けられており、これ らは、ヘッド５４の先端に配置される第１のガードされた電極６２を含む単極の (single-ended)電界センサ、互いに略平行でヘッド５４の側部に位置する第２お よび第３のガードされた電極６４と６６とを含む差動電界センサ、および軸が電 極６２の面に垂直なアーム５２と一列に並ぶ電極６４と６６の間に位置する誘導 コイル６８を含む誘導センサである。コイル６８は初期の透磁性が高く残磁性の 低いコアで構成され、可能な限りの最良のシグナル対ノイズ比を生ずるために高 いＱを有する。前置増幅器７０は電極６２、６４、６６およびコイル６８の各々 に対して提供される。前置増幅器７０からの導線７２はアナログスイッチに結合 される。アナログスイッチは、アーム５２の長い部分をわたるワイヤにより制御 され、スイッチ５８の入力接触部に結合される。以下に説明されるように、アナ ログスイッチは差動増幅器に接続され、これはハンドル５０を出るケーブル４２ 中のワイヤに順番に接続される。 ガードされた電極６２、６４および６６は図５Ａ−５Ｂに示されている。各電 極は電気的に絶縁された基板７４を備え、該基板はプリンテッドサーキットボー ドと同様の材料即ちエポキシ樹脂複合材料で形成されるのが好ましい。電極の背 面７６は基板７４に結合された金属製のシールド７８を備え、背面のシールド７ ８は複数のスロット８０（約０．２５ｍｍの巾であるのが好ましい）が設けられ ている。電極の前面８２は、複数の同様なスロットを有する金属製の検知部材８ ４を備え、これらのスロットはスロット８０と平行であるのが好ましく、また、 不連続部を有するリングシールドを形成し検知部材８４を取り囲む一対の金属製 ボーダまたはストリップ８６を備える。検知部材８４とストリップ８６はまた基 板７４の表面に直接に結合される。検知部材８４とリングシールド８６と背面シ ールド７８との好ましい材料は銅である。背面シールド７８は銅メッキされた二 つの穴８８を備え、この穴を通過して基板７４は電気電導の導線にストリップ８ ６を提供し、また、絶縁ボーダを有するもう一つの銅メッキされた穴９０を備え 、これは基板７４を通過し検知部材８４に接触を提供する。結果としてできあが るガードされた電極は高度な方向性（即ち検出部８４の表面に概ね垂直な方向に ）を有する。電圧を印加された導体を取り囲む検知された等電位電界面のポテン シャルの大きさが導体からの距離と共に減少するので、この特徴は指向性がある と言われる。差動電界ポテンシャルセンサは二つの等電位面のポテンシャルの差 を測定できるのみである。もし二つのセンサの検知部材が両方とも一つの等電位 面にあるように一列に配置されたら、検出される差異はゼロである。もしセンサ が一つの検知部材から他の検出部への線が横切る等電位面に垂直であるように一 列に配列されたら、検出される差異は最大になる。かくして、差動センサを等電 位面にあるいかなる軸を中心として回転させても、検出される差異は、二つのセ ンサの間のラインが上記等電位面にある（または該面に接している）ときはゼロ で、該ラインが上記面に垂直なときに最大になるように変化する。言い換えると 、検知される電界ポテンシャルの振幅は検知部材８４の法線に関する角度の配置 に依存する。差動センサのこのような指向性の電極の新規な利用はプローブユニ ット１４の空間的な解析を大いに改良することが示され、たとえば誘導センサを 用いて同時に検知することは必要なくなる。 センサ配列（即ちＰＣＢおよびその上の構成物により定義されたスペース）は プローブヘッド５４内の金属製の箱状のスクリーン９１により部分的にシールド され、電極６２、６４および６６の位置に対応して上記スクリーンは削除部が設 けられる。スクリーン９１はまた渦電流を防ぐために横方向のギャップを備えて 提供され、サーキットグランドに接続される。背面シールド７８と検知部材８４ 内のスロットは導体内の電流により生じる磁界線がコイル６８の方へヘッド５４ を貫くようにさせ、この目的のためにスロットは電界センサ（電極６２）のみの 中に設けられる必要があるが、簡単に製造するために、同じスロットのデザイン が電極６２、６４、６６の三つの全てに対して利用される。ガードされた電極の 配置とスクリーン９１を利用すると、電界等電圧に直角に正確に配列するのが容 易であることおよび接地から得られる最大のカップリングにより、位置探索の過 程で高解像度を生ずる。 当業者は、たとえ電極がガードされていなくても解像度は落ちるけれども差動 センサはそれでも機能するであろうと認識できよう。また、電極６４および６６ が互いに完全に平行である必要はない。たとえば、たとえこれらの二つの電極が 同じ平面であったとしても差動センサはそれでも理論的には差動シグナル出すこ とができるであろう。言い換えれば、電極６４と６６が異なった等電位面を検知 できるように最小限度に離れた二つの位置に配置されることだけが必要である。 図６−９を参照しつつ、サーキットトレーシングシステムにおける種々の電気 サーキットを以下に説明する。トランスミッタユニット１０の電子機器のブロッ ク図は図６に示される。クリスタルオシレータ（水晶発振器）９２とデバイダ９ ４はトランスミッタの振動源を備える。テストシグナルの振動は広く変化する場 合があるが、しかし、開示される実施例に於いてはトランスミッタ振動数は１ｋ Ｈｚから３００ｋＨｚの範囲であり、約４−３２ｋＨｚの範囲であるのが好まし く、約１６ｋＨｚであるのが最も好ましい。後者の振動数は他のＥＭエミッショ ン装置で滅多に使われず、また、電界モードが利用されるとき導体および電極か らのシグナル輻射の間のカップリングの必要性および地下にある時に導体の電流 負荷の必要性とが競合するのを均衡させる。外部電力源が替わりに利用され得る けれども、バッテリ９６はユニット１０に電力を提供するのに用いることが可能 である。バッテリと構成部品の間の電気的結合は明瞭に示すために省略されてい るが、トランスミッタユニット１０の種々の構成部品はバッテリ９６により電力 供給されることが理解される。同様に、バッテリ９６から提供される全ての電力 はオン／オフスイッチ２２により制御される。 デバイダ９４はバッテリ状況チェッキンクサーキット９８に対して接続され、 可聴音を提供する。もしサーキット９８が低いバッテリ電力を検出したら、サウ ンダ２６は活性化される。オシレータ９２の出力はまた、フライバック制御サー キット１０２の方にも向けられ、これはサーキット上の負荷に関わらず指定され た最大電力出力を維持するために電圧変換を提供し、ゲイン制御スイッチ２４に より制御される。フライバック制御サーキット１０２はフライバックサプライ１ ０６中に含まれるフライバック変成器中に蓄積されたエネルギーを制限するため の電気回路を含む。フライバック制御サーキット１０２の出力は、バッテリーエ ネルギーを出力電力増幅器１０８のための電圧に変換するフライバックサプライ １０６の方に向けられ、フライバックサプライ１０６からの電力は制御スイッチ ２４により選択された量を超えない。制御されたシグナルは増幅器１０８に送ら れ、それからケーブル１６および２０に接続される出力ネットワーク１１０に送 られる。出力ネットワーク１１０は抵抗負荷、誘導負荷および容量性負荷の幅広 い範囲に効果的にカップルする誘導性および容量性共振回路を含み、一方出力シ グナルの高調波含有量を減ずる。トランスミッタ出力はそれによって１ｍΩから １ＭΩまたはそれ以上のインピーダンスに対して機能することができる。テスト シグナルの増幅は人の安全とバッテリの経済性のために５０ボルト以上でないの が好ましい。 プローブユニット１４の電子機器のブロック図は図７に示される。上記のよう に、電極６２−６６およびコイル６８の各々は前置増幅器７０の内の一つに結合 され、好ましい実施例に於いては、接合電界効果トランジスタ（ジャンクション エフェクトトランジスタ）（ＪＦＥＴ）緩衝増幅器である。前置増幅器７０の出 力はアナログスイッチ１１２に接続され、これは機械的スイッチ５８により制御 され電界センサ、差動センサ、または誘導センサのうちの一つにのみ基づく単一 の出力を選択的に提供する。明細書の他の部分を参照して、当業者は差動センサ および誘導センサは同時に利用可能であると認識できるが、しかし、差動センサ と誘導センサを結びつけて利用することに実際的な利点や相乗効果が無く、実際 、スイッチ５８とアナログスイッチ１１２を一緒に利用すると、一方のセンサに 対する接続が他方のセンサとの接続がなされる前に断たれるようにすることがで きる。アナログスイッチ１１２は番号４０５３Ｂとして普通知られていて、多く の会社、たとえば、ラジオコーポレーションオブアメリカ（ＲＣＡ）などにより 販売されているものが好ましい。アナログスイッチ１１２からの出力は差動増幅 器１１３に提供され、これはケーブル４２を介してレシーバユニット１２にシグ ナルを送る。プローブユニット１４の種々の構成部品に対する電力はケーブル４ ２中のワイヤをによりレシーバユニット１２中のバッテリを経由し供給される。 図８にさらに示されるように、電極６２、６４、６６の各々は「被駆動」シー ルドまたはガードを有する。各電極からの出力電圧は地面に対する電極の有効容 量を減ずることにより最大にされる。本発明に於いては、このことにより、被駆 動シールドを形成する検知部材での電圧に等しい電圧でリングおよび背面シール ドへ電圧を印加することになる。非反転増幅器(non-inverting amplifier)１１ ４の出力はストリップ８６と背面シールド７８に接続され、リングシールドまた は基板７４により形成された狭いギャップのどちらかにより占められる領域を通 過して検知部材８４の地面に対するカップリングを防止する。ＦＥＴ増幅器７０ 中への有害な放電を避けるために、コンデンサ１１５および１１７は１０−１０ 、０００ピコファラッドの範囲の静電容量を有するのが好ましい。 電圧印加された導体の近くに伝導性の対象物を何か導入することは、等電圧電 界表面の形に影響を与える。かくして電界を測定するときには外乱を可能な限り 最小に抑えるのが望ましい。検知電極のポテンシャルに対してガードのポテンシ ャルを一列に配置し、それが存在する等電位電界面のポテンシャルに近くなるの で、上記ガードされた被駆動電極はこのような外乱が入るのを最小にする。上記 ガードされた被駆動電極は、また電極の入力インピーダンスを、それが駆動され なかった場合よりも高くさせ、等電圧面の外乱を少なくすることになる。このた めに、 ガードされた被駆動電極はガードされた非被駆動電極よりも優れ、増幅の前に最 大の可能なシグナルを生じ、プローブヘッド５４中の電気回路からのいかなる電 圧の検知をもなくする。高ゲイン、低ノイズの増幅器７０は、ガードされた電極 上の被駆動シールドに沿って、低電圧または遠く離れた導体のトレーシングにお いて単極のセンサおよび差動センサの感度を大いに増す。 レシーバユニット１２の電子機器のブロック図が図９に示される。再び、バッ テリ接続は図９をわかりやすくするため省略してあるが、バッテリ状況チェッキ ングサーキットを含み、図６のトランスミッタユニットに対して示されるのと同 様の方法で、バッテリがレシーバユニット１２に対して供給され、また、レシー バユニット１２のバッテリはスイッチ３０により制御される、ということが理解 される。もう一つのオシレータ１１６とデバイダ１１８は、トランスミッタユニ ット１０と同じ振動数に同調し、レシーバ１２に対する振動源を提供する。デバ イダ１１８の出力は以下に記載の検出サーキットおよびフェーズロックループ(p hase-lock-loop) （ＰＬＬ）振動シンセサイザ１２０に向けられる。プローブユ ニット１４からのシグナルは、第１の可変減衰器１２２、低域１２４および第２ の可変減衰器１２６を通過する。両方の減衰器はゲイン制御ノブ３２により統制 され、受けたシグナルの増幅を、シグナルを観察するのに十分だが、受けたシグ ナルが大変強いときに残部の電気回路に過電圧がかからないような範囲に保持す る。減衰器１２６の出力は、ミキサースイッチ１３２を駆動するスイッチドライ バ１３０に向けられ、その入力はＰＬＬ１２０から向けられる。ミキサスイッチ １３２と中間振動（ＩＦ）シグナルのその結果の出力は、ＩＦ増幅器をともに含 むもう一つの低域フィルタ１３４と帯域パスフィルタ１３６とを通過する。 帯域フィルタ１３６からの調節されたシグナルは、多くの異なった方法で処理 されトランスミッタユニット１０からのテストシグナルの方向を提供することが できる。好ましい実施例に於いて、レシーバユニット１２は米国特許４、９４２ 、３６５号においてもっと詳しく記載されているように擬似同期検出ルーチンを 実行し、これはセンサからのシグナルの大きさを決定する。帯域フィルタ１３６ からの正弦波シグナルは二つの同期検出器１４０と１４２を駆動するもう一つの ス イッチドライバ１３８に対する入力として用いられる。同期検出器の各々はイン バータとアナログスイッチとを含み、アナログスイッチは二つの入力を持ち、ひ とつはスイッチドライバ１３８からの修正されないシグナルであり、他方はその シグナルの逆転された形である。検出器１４０において、アナログスイッチはデ バイダ１１８からの基準シグナル（レファレンスシグナル）に応答し、検出器１ ４２においてはアナログスイッチは９０°の移相（フェーズシフト）でデバイダ １１８からの基準シグナルに応答する。検出器１４０と１４２からの二つのシグ ナルは、それぞれベッセル低域フィルタ１４４および１４６を通過し、それから 擬似同期またはチョッパーアナログのスイッチ１４８と結合され、これはまた、 デバイダ１１８からの基準シグナルにも応答する。擬似同期シグナルはＲＭＳ検 出器１５０に向けられ、これは増幅器１５２へのシグナルレベルを通過する。増 幅器１５２の出力は、スイッチ３８の設定に依存して圧縮対数目盛りまたは拡張 対数目盛りに基づく場合がある。出力はメータ３４とスピーカ３６の両方に向け られる。 操作 本発明のサーキットトレーシングシステムの操作の最初にすることは、トラン スミッタユニット１０のシグナルケーブル２０を導体の接近可能な部分に取り付 け、グランドケーブル１８を所定の地面に取り付けることである。当業者は、シ グナルを直接に（伝導的に）用いるのが不可能であるか好ましくないならば、シ グナルは電気誘導で適用されてよいことが判るであろう。オン／オフスイッチ２ ２は点けられ、もしバッテリチェックが受け入れられるなら、ゲイン制御スイッ チ２４は特定の条件、即ち、短い範囲のトレーシングには「低域」の、長い範囲 にには「高域」の条件に従って調節される。トランスミッタから電圧を印加する とケーブルが帯電、放電を繰り返すので、電極６２、６４および６６により検出 可能な経時変化の電場ポテンシャルを発生する。さらに、もし導体が閉鎖回路の 一部なら、交番電流が得られて、これは誘導センサにより検出可能な電磁場を生 ずるであろう。プローブユニット１４のケーブル４２はレシーバユニット１２の コネクタ４０内にプラグされ、オン／オフスイッチ３０が点けられる。再び、バ ッ テリチェックアウトが申し分ないと仮定して、ゲイン制御ノブ３２は条件に合わ せて調整される。もし導体のおよその位置が判っているなら、スイッチ３８は拡 張対数目盛の設定まで動かされ、これはケーブルの位置で最も鋭いヌルと最良の 解像度をあたえるが、もしプローブがトランスミッタからかなり離れた位置で用 いられケーブルの位置と深さが確かでないなら、オペレータはスイッチ３８を圧 縮対数目盛に設定して、導体の方向のおおまかな感触を得ることから始めること になろう。 オペレータは、プローブユニット１４のスイッチ５８を誘導センサに対応する 設定の、または単極のセンサに対応する設定のどちらかにしてトレーシングを開 始したい場合もある。単極のセンサの利用により、システムは適正に作動してい るということをユーザは確認できる。このことはプローブユニット１４をトラン スミッタのリード線１６に接近して移動させ指し示すことにより達成される。も しシグナルが直ちに検知されなければ、装置は誤動作の可能性をチェックされる べきである。もしシグナルが検出されたら、オペレータは導体が位置しているお よその領域にプローブ１４を移動させるであろう。上記単極のセンサはその後導 体のおよその方向と位置を見つけるのに利用される。スイッチ５８はそれから、 具体的条件により、差動センサまたは誘導センサのどちらかに設定される。 上記のことにもかかわらず、もし導体が閉鎖ループを形成するかもしくは直ち に地面下に延びるなら、誘導センサはそのかわりに最初に用いられる可能性があ る。たとえコンデンサが開いており地面よりも上にあったとしても、もしトレー シングの出発位置が比較的トランスミッタに近いなら、誘導センサがトレースで きるように導体は短い距離の間十分な電流を通すことができ、もしそうなら、こ の探知の形式は、単極の電場検知よりももっと正確なものであろう。スイッチ５ ８はその後電磁シグナルが弱まったとき差動センサの設定へと移動されてよい。 単極の電界センサ（電極６２）は通常束ねられたワイヤのケーブルの中で一つの ワイヤを見いだす、または開放端を有する導体の端を正確に示すために利用され る。 どのセンサが利用されるかに関わらず、導体を横切ってプローブを振る（即ち 左、右、左に）間に導体の経路に従って位置の探索は進行する。プローブ１４の アームの延長部５２は概ね導体に対して直角方向に保たれるべきである。たとえ ば、もし導体が壁の中で垂直に延びるならば、延長部５２は水平であるべきであ るが、もし導体が地下で水平に配設されていると、延長部５２は地面にまっすぐ に垂直に向けられるべきである。振る間、プローブが導体にまっすぐに向けられ たとき、メータ３４とスピーカ３６の少なくとも一方が配置の指示を示す（すな わち、単極の電界センサからのピークシグナル、または差動電界もしくは誘導セ ンサからのヌルシグナル）。 もしトレースされるべき導体の部分が地下にあるなら、地面の周囲の伝導性マ スのため導体に極めて近接した領域に電界が限定される可能性があり、電界セン サによる探知が困難にまたは不可能になる場合がある。しかし、このような場合 には、接地導体の高い容量により開放端を有する導体においてさえも少量の電流 が流れ、それによって確立される電磁界はコイル６８により（適切な方向に向け られた時）検知可能である。電界センサが地面下の導体に対してうまく働く場合 がある。もし導体が浅く埋められたりまたは弱い電気伝導性のある土壌内にある とき、上記技術は実行でき、さらにたとえ他の導体の近傍にあるときでさえ所望 の導体の経路を区別するのに助けとなることができる。このような場合、トレー シングシグナルは、他の導体において同様に流れる場合があり、これらの他の導 体と所望の導体の間で磁力検知は容易には区別できないが、一方、所望の導体は 差動電界センサで適切に区別されることができる。また、埋まったオープン導体 のターミナルは誘導センサを利用して決定され得るが、もし環境が電界センサの 利用に望ましい条件下なら、ターミナルの位置を探索することは単極のセンサで もっと正確に決定可能である。 もし導体が地下にあるなら、オペレータはまたその深さも知りたい場合がある 。これは周知の三角測量操作において水準器５６を利用することにより容易に決 定可能である。一旦、導体の方位角の位置と方向が判ったら、ピンフラグのよう なマーカーを地面の上に置くことができる。オペレータはそれから水準器の泡が 二つのラインの間にあるように、つまり、ハンドル５０が水平な勾配にあるよう に しつつ、上記マーカーから離れて導体経路に直角の方向に移動する。オペレータ が導体から離れて動くにつれ、メータ３４は落ち始め、最小シグナルの位置でヌ ルまたは三角測量の基準点を確立する。この基準点からマーカーへの距離を測定 し、ハンドル５０と延長部５２の間の相対的な角度を知ることにより、オペレー タは導体の深さを計算できる。しかし、この手順を簡単にするため、ハンドル５ ０は延長部５２に関して４５゜の角度Ａで延びるのが好ましい。この方法で、導 体、マーカー、および基準点により形成された三角形は二等辺であり、それ故、 コンデンサの深さは基準点からマーカーまでの距離におよそ等しい。かくして、 この距離を測ること以外には計算は必要でない。 本発明は具体的な実施例を用いて上記したが、この記載は制限を加える意図で はない。開示された実施例の種々の変形例は、本発明の別の実施例と同様に、本 発明の記載により当業者には明らかであろう。それゆえ、添付の請求の範囲に規 定されるように本発明の基本的な考えや範囲から逸脱しないでこのような変形が 可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ (72)発明者 ホーニング、サンドラ・ジェイ アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427（番地の表示なし) (72)発明者 ワット、ジェラルド・エイ アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427（番地の表示なし) (72)発明者 レイセム、ダニエル・イー アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427（番地の表示なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の金属製検知部材と、 上記第１の検知部材に近接した第１の金属製シールドと、 上記第１の検知部材と第１のシールドとを支持する第１手段とからなる第１ のガードされた電極と、 第２の金属製検知部材と、 上記第２の検知部材に近接した第２の金属製シールドと、 上記第２の検知部材と第２のシールドとを支持する第２手段とからなる第２ のガードされた電極と、 上記第１と第２のガードされた電極を支持する第３手段とからなり、上記第１ および第２のガードされた電極は上記第３の支持手段に付設され、それによって 上記第１の検知部材が上記第２電極の反対側の上記第１シールドの側にあり、上 記第２検知部材が上記第１電極の反対側の上記第２シールドの側にあるように構 成される電子プローブ用の差動センサ。 ２．上記第１のガードされた電極が、上記第１の支持手段により支持される上記 第１の検知部材を少なくとも部分的に取り囲む第１の金属製リングをさらに含み 、 上記第２のガードされた電極が、上記第２の支持手段により支持される上記第 ２の検知部材を少なくとも部分的に取り囲む第２の金属製リングをさらに含む請 求項１に記載の装置。 ３．上記第１の検知部材から上記第１の金属製シールドへの出力シグナルを提供 する第１の電圧印加手段と、 上記第２の検知部材から上記第２の金属製シールドへの出力シグナルを提供す る第２の電圧を印加する手段とをさらに備える請求項１記載の装置。 ４．電気的に電圧を印加された対象物の方への方向を決定する装置であり、 第１及び第２の側部を有するボード部材と、 上記第１面で電圧印加された対象物により生じた電界ポテンシャルに基づく第 １のシグナルを発生するために、上記第１の側部に近接し上記第１面を有する上 記ボード部材に付設された第１電極手段と、 上記第２面で電圧印加された対象物により生じた電界ポテンシャルに基づく第 ２シグナルを発生するために、上記第２側部に近接し第２面を有する上記ボード 部材に付設された第２電極手段と、 上記第１および第２シグナルを受け、上記第１及び第２シグナルの差異に基づ くシグナル値を計算するための処理手段とを備える装置。 ５．ガードされ、 第１金属製検知部材と、 上記第１検知部材に近接する第１金属製シールドと、 上記第１検知部材と第１シールドとを支持するための第１手段とを含む上 記第１電極手段と、 ガードされ、 第２金属製検知部材と、 上記第２検知部材に近接する第２金属製シールドと、 上記第２検知部材と第２シールドとを支持するための第２手段とを含む上 記第２電極手段とを備える請求項４記載の装置。 ６．第１の側部と第２の側部とを有する略平板状の電気的に絶縁した基板と、 上記基板の第１側部に結合された金属製の第１層と、 上記金属製の第１層の反対側の上記基板の第２側部に結合された金属製の第２ 層と、 上記金属製の第２層を少なくとも部分的に取り囲むがそれと間隔をおいて上記 基板の第２の側部に結合される金属製のボーダとからなる指向性電極。 ７．上記金属製の第１層が第１領域を規定し、 上記金属製の第２層が上記第１領域よりも小さい第２領域を規定する請求項６ 記載の電極。 ８．上記金属製の第１層が複数のスロットを有し、 上記金属製の第２層が複数のスロットを有する請求項６記載の電極。 ９．上記基板が第１及び第２の穴を備え、 上記金属製の第１層が、上記基板の上記第１の穴と一列に配列しほぼ同じサイ ズの第１の穴を備え、さらに上記基板中の上記第２の穴と一列に配列しているが それよりも大きい第２の穴を備え、上記金属製の第１層中の上記第２の穴と上記 基板中の上記第２の穴の間の絶縁ボーダを提供し、 上記金属製のボーダが上記基板中の上記第１の穴と一列に配列しほぼ同じ大き さの穴を備え、 上記金属製の第２層は上記基板中の上記第２の穴と一列に並びほぼ同じ大きさ の穴を備えるように構成される請求項６記載の電極。 １０．上記金属製の第２層から上記金属製の第１層へと出力シグナルを提供する ための電圧印加手段をさらに備える請求項６記載の電極。 １１．端部と第１および第２の側部を有するボード部材と、 上記端部に近接して上記ボード部材に付設され上記ボード部材に略垂直に延び る、電界ポテンシャルを検知するための第１の略平板状の電極手段と、 上記第１および第２の側部に近接する上記ボード部材に付設され、上記第２お よび第３の電極手段が互いに略平行で上記ボード部材に略垂直であり上記第１電 極手段に略垂直である、電界ポテンシャルを検知するための上記第２および第３ の概ね平板状の電極手段と、 上記ボード部材に付設され磁界を検知するために上記第２および第３の電極手 段の間に配置され、上記第１電極手段に略垂直な軸を有する誘導コイル手段とか らなる電磁プローブのためのセンサ配列。 １２．上記第１、第２および第３の電極手段が、概ね平板状で、第１の側部およ び第２の側部を有する電気的に絶縁性の基板と、 上記基板の上記第２の側部に結合される金属製の第１層と、 上記金属製の第１層の反対側の上記基板の上記第２側部に結合される上記金属 製の層と、 上記金属製の第２層を少なくとも部分的に囲むが間隔をあけている上記基板の 上記第２の側部に結合される金属製ボーダーとを含む請求項１１のセンサ配列。 １３．上記第２電極手段の上記第２金属層が上記第３の電極手段の反対側の上記 第２電極手段の上記第１金属層の側面上にあり、上記第３の電極手段の上記金属 製の第２層が上記第２の電極手段の反対側の上記第３の電極の上記第１金属層の 側面上にある請求項１２記載のセンサ配列。 １４．交流電圧源に接続される埋まっている導体の深さを決定するためのプロー ブであり、 ハンドル部と延長部とを備え、上記ハンドル部は上記延長部に関して既知の角 度をなし、上記延長部はヘッド部を末端とするよう構成されるハウジングと、 上記ヘッド部内に位置し導体から発するいかなる磁界をも検知する手段と、 上記ハンドル手段が概ね水平の勾配の方向を向いている時に指示を与えるため に上記ハンドル手段に備えられる水準器手段とからなるプローブ。 １５．上記ハウジングの上記拡大部と概ね一列に配列した軸を有する誘導コイル を含む請求項１４記載のプローブ。 １６．上記既知の角度が凡そ４５゜である請求項１４記載のプローブ。 １７．交流電圧源に結合される電導体の方への方向を示すための装置であり、 ハウジングと、 導体から発する電界の前面に対する角度の位置に基づくシグナルを出力する ために上記前面を有する電界センサ手段、 第１の位置で導体から発せられる電界ポテンシャルに基づく第１シグナルと 第２の位置で導体から発せられる電界ポテンシャルに基づく第２シグナルとを発 するために第１及び第２の概ね平行な面を有する差動センサ手段、 コンダクタ内のいかなる電流によってでも発生した磁界に基づくシグナルを 出力するため誘導センサ手段、の中から選択される上記ハウジング内に位置する 二つのセンサ手段と、 上記二つのセンサ手段のうちの一つからの出力を受け上記出力に基づいてシグ ナル値を計算するための処理手段と、 上記処理手段および上記二つのセンサ手段に接続され、上記処理手段に対する 上記第１のまたは上記第２のセンサ手段のいずれかへの選択的接続のために、上 記センサ手段のうちの第１の手段への接続に対応する第１の設定および上記セン サ手段のうちの第２の手段への接続に対応する第２の設定が設けられているスイ ッ チ手段とからなる装置。 １８．電導体の方への方向を指示するための装置であり、 ハウジングと、 上記ハウジング内に位置し前面を有し上記前面に対する導体の容量性電荷の角 度の位置に基づいて第１のシグナルを発生するための電界センサ手段と、 上記ハウジング内に位置し第１および第２の略平行な表面を有し第１の位置で 導体から発する電界ポテンシャルに基づく第２のシグナルと第２の位置でコンダ クタから発する電界ポテンシャルに基づく第３シグナルとを発するための差動セ ンサ手段と、 上記ハウジング内に位置し導体内の電流により発生される磁界に基づいて第４ のシグナルを発生するための誘導性センサ手段と、 上記ハウジング内に位置し、上記電場手段、差動手段及び誘導センサ手段とに 接続され、上記電場手段、差動手段および誘導センサ手段に対応する三つの設定 を有し、（ｉ）上記第１シグナル、（ii）上記第２および第３シグナルの差異に およそ等しい第５シグナル、または（iii）上記第４のシグナルのいずれかを含 む出力シグナルを選択的に出力するよう構成されるスイッチ手段と、 上記スイッチ手段からの上記出力シグナルを受けそれに基づくシグナル値を計 算するための処理手段と、 上記処理手段に結合され上記シグナル値を表示するための手段とからなる装置 。