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專利名稱：動態(tài)機構磁性定位儀及管線測位方法
技術領域：
本發(fā)明是為一種具動態(tài)機構磁性定位儀及管線測位方法，特別是關于一種用以量測地下金屬管線三維空間定位、交叉管線定位及管線深度計算等的具動態(tài)機構磁性定位儀及管線測位方法。
背景技術：
目前在地下管線錯縱復雜，加上管理資源需求高、自然或非自然地貌變更及竣工圖制作不確實，使得各單位皆不易由現(xiàn)存的資料確認管線的位置，致常有挖損地下管線的事件發(fā)生，且資料管理相當困難。
當?shù)叵鹿こ淌┕r，會以地下管線資料做為相關施工的參考，以會勘施工地點有那些管線，但目前的管線資料并無確切地理座標的標定，均必須賴以實際試挖為準，且實際確切位置及埋設深度則亦需試挖才可確定，不僅浪費社會成本，更延誤施工時間，亦無法確保工程的施工風險。
目前世界先進國家皆有所謂國土資訊系統(tǒng)，可說是國土E化(電子化)的模型，也是資訊時代政府所必備的資訊工具，但目前在地下管線量測的精確性與地理資訊的結合尚未開發(fā)完成，而相關單位對于地下管線資料的建置仍處于尚待整合階段，這主要是因為地下管線探測儀器皆是由國外所進口，且售價頗高，例如簡型電磁波管路探測儀(Locator)售價約50萬元臺幣，而透地雷達(GPR)售價更達約200萬元臺幣，且操作的便易性和實際量測的位置精度皆有待強化，在管線三維空間定位、交叉管線定位及管線深度計算等功能，更明顯不足。
為此，本案發(fā)明人即為解決上述現(xiàn)有地下管線探測儀器所具有的不便與缺點，乃特潛心研究并配合學理的運用，提出一種動態(tài)機構磁性定位儀的管線測位方法，可提高金屬管線測位準確度，且輕巧、成本低、偵測方便是為一設計合理的發(fā)明。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種動態(tài)機構磁性定位儀，用以偵測地下金屬管線的三維空間定位、交叉管線定位及管線深度，且可提高金屬管線測位準確度，具有輕巧、成本低及偵測方便的功效。
為達成上述目的，本發(fā)明的一種動態(tài)機構磁性定位儀，是偵測至少一地下金屬管線的三維空間定位、交叉管線定位及管線深度，其特征在于，該定位儀包括一連動機構，是連動一第一感測元件，使其可水平移動或旋轉；一第二感測元件，是水平設于該第一感測元件旁；一第三感測元件，是垂直設定該第二感測元件上；及一操控模組，是連接該些感測元件，用以接收該些感測元件所偵測該地下金屬管線的磁信號，并控制該連動機構水平移動或旋轉該第一感測元件的量測位置，以獲得復數(shù)磁信號，經(jīng)計算后獲得該地下金屬管線的管位及管深資訊。
其中該些感測元件，是為繞有線圈的磁性鐵心。
其中該些感測元件，還包括一模擬數(shù)字轉換單元，是連接于該線圈，用以將該線圈所感測的磁信號轉換為數(shù)字信號；及一取樣單元，是連接于該模擬數(shù)字轉換單元及該操控模組，用以將該模擬數(shù)字轉換單元所轉換的數(shù)字信號傳送至該操控模組。
其中該操控模組是包括一顯示單元，用以顯示該管位及管深資訊；一鍵盤單元，用以輸入或調整該連動機構的動態(tài)命令值；一記錄單元，用以記錄該些感測元件的磁信號最大值；及一處理器，是連接該些感測元件、該顯示單元、該鍵盤單元及該記錄單元，用以計算該地下金屬管線的管位及管深資訊。
其中該處理器是由下列公式計算該地下金屬管線的管位及管深資訊Co(Flx)∝f(x1,x2)d2;]]>其中，Co鐵心處磁通值函數(shù)；Flx磁通計算的函數(shù)值集合；f通用磁通值函數(shù)；d管深；X1管處磁通計算的函數(shù)值集合；及X2鐵心處磁通計算的函數(shù)值集合。
為達上述目的，本發(fā)明一種動態(tài)機構磁性定位儀的管線測位方法，是用以偵測至少一地下金屬管線的三維空間定位、交叉管線定位及管線深度，其特征在于，該方法包括備置一可水平移動或旋轉的第一感測元件；水平于該第一感測元件，備設一第二感測元件；垂直于該第二感測元件，備設一第三感測元件；偵測該第一與第二感測元件的磁信號相等時，即定位該第下金屬管線；及水平移動該第一感測元件，以偵測并計算得該地下金屬管線的管深資訊。
其中水平移動該第一感測元件的步驟，是以下列公式計算以求得該地下金屬管線的管深資訊Co(Flx)∝f(x1,x2)d2;]]>其中，Co鐵心處磁通值函數(shù)；Flx磁通計算的函數(shù)值集合；f通用磁通值函數(shù)；d管深；X1管處磁通計算的函數(shù)值集合；及X2鐵心處磁通計算的函數(shù)值集合。
其中水平移動該第一感測元件的步驟中，當該第三感測元件的磁信號為零，且該第一感測元件的磁信號等于該第二感測元件的磁信號最大值的70％時，則表示該第一感測元件的位移距離的兩位即為管線深度。
其中偵測該第三感測元件的步驟中，當該第三感測元件的磁信號不為零時，表示附件仍有另一地下金屬管線，則水平移動或旋轉該第一感測元件，以偵測該磁信號的最大值即為該另一地下金屬管線的位置。


為了使審查員能更進一步了解本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術、手段及功效，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特效與特點，當可由此得一深入且具體的了解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制，其中圖1是為本發(fā)明磁性定位儀的架構示意圖；圖2是為本發(fā)明磁性定位儀的系統(tǒng)架構示意圖；圖3是為本發(fā)明驗證2D管線的測試示意圖；圖4是為本發(fā)明利用公式(1)的相關位置示意圖；圖5即為本發(fā)明的驗證三維管線測試示意圖；及圖6即為本發(fā)明驗證交叉管線的測試示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的構想起始于繞有線圈(coil)的磁性鐵心(core)，不論是以被動的環(huán)境磁信號或是主動外接的電信號，都會依據(jù)磁學定理(Faraday’s law，and Lenz’s law)，或是磁場的時通率的感應輸出信號，獲得地下金屬管線的相關資訊，而用以定位地下管線。
請參閱圖1所示，是顯示本發(fā)明磁性定位儀的架構示意圖，本發(fā)明主要利用一連動機構10連動一第一感測元件11，使其可水乎移動或旋轉，并在該第一感測元件11旁水平固設一第二感測元件12，又于該第二感測元件12的上方垂直固設一第三感測元件13，該第一、第二及第三感測元件皆為繞有線圈的磁性鐵心(Core)，并由該連動機構10移動或旋轉該第一感測元件11的量測位置和相對關系，即可獲得復數(shù)磁信號的組合解，再由下列公式(1)即可解出地下全屬管線1定位及深度，以提升量測的精度。
Co(Flx)∝f(x1,x2)d2---(1)]]>其中，Co鐵心處磁通值函數(shù)；Flx磁通計算的函數(shù)值集合；f通用磁通值函數(shù)；d管深；X1管處磁通計算的函數(shù)值集合；及X2鐵心處磁通計算的函數(shù)值集合；請參閱圖2所示，是為本發(fā)明磁性定位儀的系統(tǒng)架構示意圖，本發(fā)明的該些感測元件中還包括一模擬數(shù)字轉換單元21及一取樣單元22，該模擬數(shù)字轉換單元21是連接于該線圈，用以將該線圈所感測的磁信號轉換為數(shù)字信號，而該取樣單元22是連接于該模擬數(shù)字轉換單元21及一橾控模組30，用以將該模擬數(shù)字轉換單元所轉換的數(shù)字信號傳送至該操控模組30。
其中該操控模組30連接該些感測元件，用以接收該些感測元件所偵測該地下金屬管線1的磁信號，并控制該連接機構水平移動或旋轉該第一感測元件11的量測位置，以獲得復數(shù)磁信號，經(jīng)計算后獲得該地下金屬管線1的管位及管深資訊。
該操控模組30中是包括一顯示單元31、一鍵盤單元32、一記錄單元33及一處理器34，其中該顯示單元31是用以顯示該管位及管深資訊，而該鍵盤單元32則用以輸入或調整該連動機構的動態(tài)命令值，該記錄單元33用以記錄該些感測元件的磁信號最大值，該處理器34是連接該些感測元件、該顯示單元31、該鍵盤單元32及該記錄單元33，用以計算該地下金屬管線的管位及管深資訊。
本發(fā)明配合變換該第一感測元件的量測位置，可利用公式(1)的計算關系式，即可在多組求解下獲得管深、管位的答案，準確度亦能提升，即如圖1所示，本發(fā)明的感測元件數(shù)為三個，其配置空間關系為三角點配置。
為驗證本發(fā)明可量測地下管線三維空間定位、交叉管線定位及管線深度計算等的量測性能，使用的磁路模擬軟件為ANSOFT公司出版的MaxwellEM模擬軟件，此套軟件可以依據(jù)2D、3D結構上的磁性材料做模擬分析。
請參閱圖3所示，是為本發(fā)明驗證2D管線的測試示意圖，當該第一感測元件11與該第二感測元件12所偵測的磁信號相同時，則表示本發(fā)明的磁性定位儀定位于該地下金屬管線1的上方。
接著利用公式(1)求出該地下金屬管線1的深度，請參閱圖4是為本發(fā)明利用公式(1)的相關位置示意圖，假設當該第三感測元件13所偵測的磁信號為零，且該第二感測元件12所偵測的磁信號為最大值時，水平位移該第一感測元件11，由公式(1)計算得公式(2)及公式(3)，Co(flx)=f(x1,x2)d2=a---(2);]]>Co(flx)=f(x1,x2)·Angle(Tri)(5d/2)2≅0.7a---(3);]]>其中，a線圈于第一感測元件所測得的信號最大值；Angle特定三角函數(shù)(Sin或cos)；Tri角度值；求得當該第一感測元件11所偵測的磁信號等于該第二感測元件11所偵測磁信號最大值的70％時，則表示該第一感測元件11的位移距離的兩倍即為該地下金屬管線1的深度。如圖5即為本發(fā)明的驗證三維管線測試示意圖。
請參閱圖6所示，即為本發(fā)明驗證交叉管線的測試示意圖，假設當該第三感測元件13所偵測的磁信號不為零時，即表示附近仍有另外的地下金屬管線2，因此可水平位移該第一感測元件11，且旋轉該第一感測元件11以偵測該磁信號的最大值，即為該另外地下金屬管線2的所在位置。
由前述的驗證結果顯示，本發(fā)明的磁性定位儀利用外繞線圈(Coil)測磁鐵心(Core)隨控制命令水平位移或旋轉，以改變量測位置，來偵測得最大磁力線位置，并得記錄此值的設備，確實可適用提升于偵測地下金屬管線三維空間定位、交叉管線定位及管線深度計算等的精確性。
職定，本發(fā)明確能由上述所揭露的技術，提供一種回然不同于已知者的設計，堪能提高整體的使用價值，又其申請前未見于刊物或公開使用，誠已符合發(fā)明專利的條件，故依法提出發(fā)明專利申請。
惟，上述所揭露的附圖、說明，僅為本發(fā)明的實施例而已，凡精于此項技術者當可依據(jù)上述的說明作其他種種的改良，而這些改變仍屬于本發(fā)明的發(fā)明精神及以下所界定的專利范圍中。
權利要求
1.一種動態(tài)機構磁性定位儀，是偵測至少一地下金屬管線的三維空間定位、交叉管線定位及管線深度，其特征在于，該定位儀包括一連動機構，是連動一第一感測元件，使其可水平移動或旋轉；一第二感測元件，是水平設于該第一感測元件旁；一第三感測元件，是垂直設定該第二感測元件上；及一操控模組，是連接該些感測元件，用以接收該些感測元件所偵測該地下金屬管線的磁信號，并控制該連動機構水平移動或旋轉該第一感測元件的量測位置，以獲得復數(shù)磁信號，經(jīng)計算后獲得該地下金屬管線的管位及管深資訊。
2.如權利要求1所述的動態(tài)機構磁性定位儀，其特征在于，其中該些感測元件，是為繞有線圈的磁性鐵心。
3.如權利要求2所述的動態(tài)機構磁性定位儀，其特征在于，其中該些感測元件，還包括一模擬數(shù)字轉換單元，是連接于該線圈，用以將該線圈所感測的磁信號轉換為數(shù)字信號；及一取樣單元，是連接于該模擬數(shù)字轉換單元及該操控模組，用以將該模擬數(shù)字轉換單元所轉換的數(shù)字信號傳送至該操控模組。
4.如權利要求1所述的動態(tài)機構磁性定位儀，其特征在于，其中該操控模組是包括一顯示單元，用以顯示該管位及管深資訊；一鍵盤單元，用以輸入或調整該連動機構的動態(tài)命令值；一記錄單元，用以記錄該些感測元件的磁信號最大值；及一處理器，是連接該些感測元件、該顯示單元、該鍵盤單元及該記錄單元，用以計算該地下金屬管線的管位及管深資訊。
5.如權利要求4所述的動態(tài)機構磁性定位儀，其特征在于，其中該處理器是由下列公式計算該地下金屬管線的管位及管深資訊Co(Flx)∝f(x1,x2)d2;]]>其中，Co鐵心處磁通值函數(shù)；Flx磁通計算的函數(shù)值集合；f通用磁通值函數(shù)；d管深；X1管處磁通計算的函數(shù)值集合；及X2鐵心處磁通計算的函數(shù)值集合。
6.一種動態(tài)機構磁性定位儀的管線測位方法，是用以偵測至少一地下金屬管線的三維空間定位、交叉管線定位及管線深度，其特征在于，該方法包括備置一可水平移動或旋轉的第一感測元件；水平于該第一感測元件，備設一第二感測元件；垂直于該第二感測元件，備設一第三感測元件；偵測該第一與第二感測元件的磁信號相等時，即定位該第下金屬管線；及水平移動該第一感測元件，以偵測并計算得該地下金屬管線的管深資訊。
7.如權利要求6所述的動態(tài)機構磁性定位儀的管線測位方法，其特征在于，其中水平移動該第一感測元件的步驟，是以下列公式計算以求得該地下金屬管線的管深資訊Co(Flx)∝f(x1,x2)d2;]]>其中，Co鐵心處磁通值函數(shù)；Flx磁通計算的函數(shù)值集合；f通用磁通值函數(shù)；d管深；X1管處磁通計算的函數(shù)值集合；及X2鐵心處磁通計算的函數(shù)值集合。
8.如權利要求6所述的動態(tài)機構磁性定位儀的管線測位方法，其特征在于，其中水平移動該第一感測元件的步驟中，當該第三感測元件的磁信號為零，且該第一感測元件的磁信號等于該第二感測元件的磁信號最大值的70％時，則表示該第一感測元件的位移距離的兩位即為管線深度。
9.如權利要求6所述的動態(tài)機構磁性定位儀的管線測位方法，其特征在于，其中偵測該第三感測元件的步驟中，當該第三感測元件的磁信號不為零時，表示附件仍有另一地下金屬管線，則水平移動或旋轉該第一感測元件，以偵測該磁信號的最大值即為該另一地下金屬管線的位置。
全文摘要
一種動態(tài)機構磁性定位儀，是包括一連動機構連動一第一感測元件，使其可水平移動或旋轉，并于該第一感測元件旁水平設一第二感測元件，又于該第二感測元件上垂直設定一第三感測元件，由一操控模組接收該感測元件所偵測的磁信號，并控制該連動機構水平移動或旋轉該第一感測元件的量測位置，以獲得復數(shù)磁信號，經(jīng)計算后獲得該地下金屬管線的管位及管深資訊。
文檔編號G01V3/08GK1963563SQ20051011768
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權日2005年11月8日
發(fā)明者陳柏燊, 黃文楠, 陳慕平 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院