Title:
Ortungsgerät mit einer Wechselspannungsortungsvorrichtung
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Erfindung geht aus von einem Ortungsgerät mit einer Wechselspannungsortungsvorrichtung (12), die ein erstes Empfangsmittel (14) aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein erstes Koppelsignal (16) von einem Ortungsobjekt (18) zu empfangen, und zumindest ein zweites Empfangsmittel (20) aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein zweites Koppelsignal (22) von dem Ortungsobjekt (18) zu empfangen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Wechselspannungsortungsvorrichtung (12) eine Differenzverstärkerschaltung (24) mit einer Konstantstromquelle (42) aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Differenz des ersten Koppelsignals (16) und des zweiten Koppelsignals (22) zu verstärken.



Inventors:
Albrecht, Andrej (70567, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102013216198A
Publication Date:
02/19/2015
Filing Date:
08/15/2013
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Claims:
1. Ortungsgerät mit einer Wechselspannungsortungsvorrichtung (12), die ein erstes Empfangsmittel (14) aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein erstes Koppelsignal (16) von einem Ortungsobjekt (18) zu empfangen, und zumindest ein zweites Empfangsmittel (20) aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein zweites Koppelsignal (22) von dem Ortungsobjekt (18) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsortungsvorrichtung (12) eine Differenzverstärkerschaltung (24) mit einer Konstantstromquelle (42) aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Differenz des ersten Koppelsignals (16) und des zweiten Koppelsignals (22) zu verstärken.

2. Ortungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzverstärkerschaltung (24) zumindest zwei Reihenschaltungen (26, 28) aus jeweils zumindest einem Widerstand (30, 32) und einem Verstärkermittel (34, 36) aufweist.

3. Ortungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkermittel (34, 36) jeweils eines der Koppelsignale (16, 22) verstärken.

4. Ortungsgerät zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelsignale (16, 22) über jeweils einen Filterwiderstand (38, 40) an den Verstärkermitteln (34, 36) anliegen.

5. Ortungsgerät zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkermittel (34, 36) als Transistoren ausgebildet sind.

6. Ortungsgerät zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle (42) in zumindest einem Betriebszustand die Reihenschaltungen (26, 28) speist.

7. Ortungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzverstärkerschaltung (24) ein Differenzsignal (44) relativ zu einer Gerätemasse (46) ausgibt.

8. Ortungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzverstärkerschaltung (24) ein Verstärkermittel (48) aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein Differenzsignal (44) der Differenzverstärkerschaltung (24) zu verstärken.

9. Wechselspannungsortungsvorrichtung eines Ortungsgeräts (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Stand der Technik

Es ist bereits eine Ortungsgerät mit einer Wechselspannungsortungsvorrichtung, die ein erstes Empfangsmittel aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein erstes Koppelsignal von einem Ortungsobjekt zu empfangen, und zumindest ein zweites Empfangsmittel aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein zweites Koppelsignal von dem Ortungsobjekt zu empfangen, vorgeschlagen worden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Wechselspannungsortungsvorrichtung, die eine Differenzverstärkerschaltung mit einer Konstantstromquelle aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Differenz des ersten Koppelsignals und des zweiten Koppelsignals zu verstärken. Unter einer „Wechselspannungsortungsvorrichtung“ soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die zu einer Ermittlung einer Positionsinformation eines in einem Werkstück verdeckt angeordneten Ortungsobjekts, an dem eine Wechselspannung anliegt, vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Wechselspannungsortungsvorrichtung dazu geeignet, eine in einer Wand angeordnete Stromleitung zu orten, an der eine Netzspannung, vorzugsweise zwischen 100 Volt und 240 Volt, anliegt. Insbesondere soll unter einem „Empfangsmittel“ ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, eine Leistung induktiv und/oder kapazitiv von dem Ortungsobjekt zu empfangen. Vorzugsweise ist das Empfangsmittel als eine, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Antenne ausgebildet. Vorzugsweise weist die Wechselspannungsortungsvorrichtung genau zwei Empfangsmittel auf. Alternativ könnte die Wechselspannungsortungsvorrichtung zumindest drei oder insbesondere zumindest vier Empfangsmittel aufweisen. Vorzugsweise weist das Ortungsgerät weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Sendemittel und/oder Empfangsmittel zur induktiven, kapazitiven und/oder hochfrequenten Ortung von spannungsführenden und/oder spannungsfreien Ortungsobjekten auf. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einem „Koppelsignal“ soll insbesondere ein Signal verstanden werden, das durch eine induktive und/oder vorteilhaft kapazitive Kopplung von dem verdeckt angeordneten Ortungsobjekt durch das Werkstück auf das Ortungsgerät übertragen wird. Unter einem „Ortungsobjekt“ soll insbesondere ein in und/oder hinter dem Werkstück verdeckt angeordnetes, mit dem Ortungsgerät ortbares Objekt verstanden werden. Vorzugsweise ist das Ortungsobjekt als eine Wechselstromleitung ausgebildet. Insbesondere soll unter einer „Wechselstromleitung“ ein elektrischer Leiter verstanden werden, an dem eine Wechselspannung, insbesondere eine Netzspannung, anliegt. Unter dem Begriff „empfangen“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Empfangsmittel die drahtlos übertragenen Koppelsignale in drahtgebunden übertragene Koppelsignale wandeln. Insbesondere soll unter einer „Differenzverstärkerschaltung“ eine Schaltung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen Unterschied zwischen einem Wert des ersten Koppelsignals und einem Wert des zweiten Koppelsignals auszugeben. Vorzugsweise gibt die Differenzverstärkerschaltung ein Differenzsignal aus, das von der Differenz des ersten Koppelsignals und des zweiten Koppelsignals abhängig ist. Vorzugsweise weist das Ortungsgerät genau eine Differenzverstärkerschaltung auf. Alternativ könnte das Ortungsgerät zumindest zwei Differenzverstärkerschaltungen aufweisen, deren Empfangsmittel vorteilhaft in unterschiedlichen Richtungen voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise ist die Differenzverstärkerschaltung zumindest im Wesentlichen, besonders bevorzugt vollständig, dazu vorgesehen, die Koppelsignale analog zu verarbeiten. Insbesondere weist die Wechselspannungsortungsvorrichtung einen Analog-Digital-Wandler auf, der dazu vorgesehen ist, das Differenzsignal der Differenzverstärkerschaltung zu digitalisieren. Unter einer „Differenz“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Unterschied zwischen einer Spannung des ersten Koppelsignals und des zweiten Koppelsignals verstanden werden. Vorzugsweise weist die Wechselspannungsortungsvorrichtung ein Filtermittel auf, das dazu vorgesehen ist, Differenzen durch unterschiedliche Phasenlagen der Koppelsignale zu unterdrücken. Alternativ oder zusätzlich könnte die Wechselspannungsortungsvorrichtung dazu vorgesehen sein, eine Phasenlage der Differenz auszuwerten. Insbesondere soll unter einer „Konstantstromquelle“ ein elektrisches Mittel oder eine elektrische Schaltung verstanden werden, das/die dazu vorgesehen ist, von einer anliegenden Spannung in einem Spannungsbereich zumindest im Wesentlichen unabhängig einen gleichen Strom zu leiten. Vorzugsweise weist die Konstantstromquelle zumindest ein aktives Bauteil auf. Alternativ könnte die Konstantstromquelle als ein hochohmiger Widerstand, beispielsweise größer als 100 kΩ, ausgebildet sein. Insbesondere soll unter dem Begriff „verstärken“ verstanden werden, dass die Differenzverstärkerschaltung ein Differenzsignal ausgibt, das einen größeren Wert, insbesondere größere Spannungsänderungen, aufweist als eine tatsächliche Differenz der Koppelsignale beträgt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ortungsgeräts kann konstruktiv einfach eine Abhängigkeit einer Ortung von einer Kopplung des Ortungsgeräts zu einer Umgebung, insbesondere über einen Bediener, vorteilhaft reduziert werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Gleichtaktunterdrückung des Koppelsignals erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Differenzverstärkerschaltung zumindest zwei Reihenschaltungen aus jeweils zumindest einem Widerstand und einem Verstärkermittel aufweist, wodurch eine besonders preiswerte und platzsparende Ausgestaltung möglich ist. Unter einer „Reihenschaltung“ soll insbesondere eine Schaltung verstanden werden, bei der ein selber Strom durch zumindest einen Teil wenigstens zweier Bauteile fließt. Insbesondere fließt ein gleicher Strom durch zumindest einen Anschluss des Verstärkermittels und durch den Widerstand. Insbesondere soll unter einem „Widerstand“ ein Mittel verstanden werden, das einen vorgesehenen ohmschen Widerstand aufweist. Vorzugsweise ist der Widerstand als ein diskretes Bauelement, besonders vorteilhaft als ein SMD-Widerstand, ausgebildet. Unter einem „Verstärkermittel“ soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, ein verstärktes Signal zu erzeugen, das von einem Eingangssignal des Verstärkermittels, hier dem Koppelsignal, abhängig ist und eine größere Leistung als das Eingangssignal aufweist. Das Verstärkermittel ist als ein, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Mittel ausgebildet, vorteilhaft jedoch als ein Operationsverstärker, als eine Röhre und/oder besonders vorteilhaft als ein Transistor, beispielsweise ein bipolarer Transistor oder ein Feldeffekttransistor. Alternativ könnten die Verstärkermittel als integrierte Bauteile ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Verstärkermittel der Reihenschaltungen der Differenzverstärkerschaltung thermisch gekoppelt, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet oder besonders wärmeleitend verbunden. Alternativ könnte die Differenzverstärkerschaltung mehr als zwei Reihenschaltungen, vorteilhaft insbesondere zumindest vier Reihenschaltungen, aufweisen. Vorzugsweise sind die den Reihenschaltungen jeweils zugeordneten Empfangsmittel jeweils von einander beabstandet, und zwar vorteilhaft in unterschiedliche Richtungen. Beispielsweise könnte die Ortungsvorrichtung vier Empfangsmittel aufweisen, die an Ecken eines Rechtecks angeordnet sind.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Verstärkermittel jeweils eines der Koppelsignale verstärken, wodurch eine besonders einfache Auswertung der Koppelsignale möglich ist. Insbesondere verstärkt das erste Verstärkermittel das erste Koppelsignal und das zweite Verstärkermittel das zweite Koppelsignal.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Koppelsignale über jeweils insbesondere zumindest einen Filterwiderstand an den Verstärkermitteln anliegen, wodurch Störungen der Koppelsignale vorteilhaft minimiert werden können. Unter einem „Filterwiderstand“ soll insbesondere ein Widerstand verstanden werden, der dazu vorgesehen ist, hochfrequente Störungen zu reduzieren. Vorzugsweise bildet der Filterwiderstand zusammen mit einer Eingangskapazität des Verstärkermittels und/oder einem zusätzlichen Kondensator einen Tiefpassfilter. Vorzugsweise weist der Tiefpassfilter eine 3-dB-Grenzfrequenz kleiner als 10 kHz, besonders bevorzugt kleiner als 1 kHz, auf.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Verstärkermittel als Transistoren ausgebildet sind, wodurch besonders geringe Fertigungskosten erreicht werden können. Unter einem „Transistor“ soll ein, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Transistor, vorteilhaft jedoch ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein JFET oder ein MOSFET oder besonders vorteilhaft ein bipolarer Transistor, verstanden werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Differenzverstärkerschaltung eine Konstantstromquelle aufweist, die in zumindest einem Betriebszustand die Reihenschaltungen speist, wodurch konstruktiv einfach eine Abhängigkeit einer Ortung von einer Kopplung des Ortungsgeräts zu einer Umgebung, insbesondere über einen Bediener, besonders vorteilhaft reduziert werden kann. Insbesondere soll unter „speisen“ verstanden werden, dass ein durch die Konstantstromquelle fließender Strom durch eine der Reihenschaltungen fließt. Insbesondere fließen Ströme durch die beiden Reihenschaltungen voneinander abhängig.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Differenzverstärkerschaltung ein Differenzsignal relativ zu einer Gerätemasse ausgibt, wodurch das Differenzsignal konstruktiv einfach erfasst werden kann. Insbesondere soll unter einer „Gerätemasse“ eine Referenzspannung der Differenzverstärkerschaltung verstanden werden. Insbesondere bildet die Gerätemasse eine Masse einer Recheneinheit des Ortungsgeräts und/oder eines Messmittels der Differenzverstärkerschaltung. Unter einem „Messmittel“ soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, einen Wert einer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Eigenschaft des Koppelsignals zu ermitteln, vorteilhaft jedoch einen Wert einer Phasenlage, einer Amplitude und/oder besonders vorteilhaft eines Amplitudenverlaufs. Vorzugsweise ist das Messmittel als ein Analog-Digital-Wandler ausgebildet. Unter „ausgeben“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Differenzverstärkerschaltung ein von dem Messmittel erfassbares Signal erzeugt und dieses an das Messmittel weitergeleitet wird.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Differenzverstärkerschaltung ein Verstärkermittel aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein Differenzsignal der Differenzverstärkerschaltung zu verstärken, wodurch das Differenzsignal konstruktiv einfach besonders genau erfasst werden kann.

Das erfindungsgemäße Ortungsgerät soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Ortungsgerät zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Ortungsgerät mit einer Wechselspannungsortungsvorrichtung und

2 eine Differenzverstärkerschaltung der Wechselspannungsortungsvorrichtung des Ortungsgeräts aus 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ortungsgerät 10, das als ein Handortungsgerät für einen Baustelleneinsatz ausgebildet ist. Das Ortungsgerät 10 weist eine Wechselspannungsortungsvorrichtung 12, ein Display 50 zur Darstellung vor Ortungsergebnissen, eine Bedienvorrichtung 52 zur Steuerung einer Ortung durch einen Bediener und eine Recheneinheit 54 zur Bestimmung der Ortungsergebnisse auf. 1 zeigt zudem eine mögliche Anordnung von zwei Empfangsmitteln 14, 20 der Wechselspannungsortungsvorrichtung 12 auf. Eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anordnung der zumindest zwei Empfangsmittel 14, 20 ist möglich.

2 zeigt eine Differenzverstärkerschaltung 24 der Wechselspannungsortungsvorrichtung 12 des Ortungsgeräts 10. Die Differenzverstärkerschaltung 24 umfasst eine erste Reihenschaltung 26, eine zweite Reihenschaltung 28, einen ersten Filterwiderstand 38, einen zweiten Filterwiderstand 40 und eine Konstantstromquelle 42. Die erste Reihenschaltung 26 umfasst einen ersten Widerstand 30 und ein erstes Verstärkermittel 34. Die zweite Reihenschaltung 28 ist symmetrisch zu der ersten Reihenschaltung 28 ausgebildet und umfasst ebenfalls einen Widerstand 32 und ein Verstärkermittel 36.

Das erste Verstärkermittel 34 ist als ein bipolarer Transistor, und zwar als ein npn-Transistor, ausgebildet. Der erste Widerstand 30 ist mit einer Versorgungsspannung 56 der Wechselspannungsortungsvorrichtung 12 und mit einem Kollektor des ersten Verstärkermittels 34 verbunden. Ein Emitter des ersten Verstärkermittels 34 ist mit der Konstantstromquelle 42 verbunden. Die Konstantstromquelle 42 ist mit einer negativen Versorgungsspannung 58 der Wechselspannungsortungsvorrichtung 12 verbunden. Alternativ könnte die Konstantstromquelle 42 mit einer Gerätemasse 46 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich könnte die Konstantstromquelle 42 zwischen dem Widerstand 30 und der Versorgungsspannung 56 angeordnet sein. Des Weiteren könnten alternativ oder zusätzlich eine Reihenfolge des Widerstands 30 und des Verstärkermittels 34 in der Reihenschaltung 26 vertauscht sein.

Die Empfangsmittel 14, 20 sind dazu vorgesehen, jeweils ein Koppelsignal 16, 22 von einem in einem Werkstück 60 verdeckt angeordneten Ortungsobjekt 18 zu empfangen. Dazu sind die Empfangsmittel 14, 20 als Antennen ausgebildet. Die Empfangsmittel 14, 20 sind voneinander beabstandet angeordnet. Somit weisen die Koppelsignale 16, 22 der Empfangsmittel 14, 20 unterschiedliche Amplituden auf, wenn die Empfangsmittel 14, 20 unterschiedlich weit von dem Ortungsobjekt 18 beabstandet angeordnet sind.

Die Koppelsignale 16, 22 liegen jeweils unmittelbar an einer Basis der Verstärkermittel 34, 36 an. Die Verstärkermittel 34, 36 verstärken somit jeweils eines der Koppelsignale 16, 22. Zwischen der Basis der Verstärkermittel 34, 36 und den Empfangsmitteln 14, 20 ist jeweils einer der Filterwiderstände 38, 40 angeordnet. Die Filterwiderstände 38, 40 und eine Basis-Emitter-Kapazität der Verstärkermittel 34, 36 bilden dabei einen Tiefpassfilter. Die Koppelsignale 16, 22 liegen somit jeweils über einen der Filterwiderstände 38, 40 an einem der Verstärkermittel 34, 36 an. Die durch die Koppelsignale verursachten Ströme sind jeweils von einem Stromverstärkungsfaktor der Verstärkermittel 34, 36 abhängig. Die verursachten Ströme ergeben addiert den Strom der Konstantstromquelle 42 und sind somit von einer Kopplung der Gerätemasse 46 an eine Umgebung unabhängig.

An Knoten 62, 64 zwischen den Widerständen 30, 32 und den Verstärkermitteln 34, 36 liegt eine Differenzspannung der Differenzverstärkerschaltung 24 an, die im Wesentlichen einer verstärkten Differenz des Koppelsignals 16 und des zweiten Koppelsignals 22 entspricht. Die Differenzverstärkerschaltung 24 weist ein drittes Verstärkermittel 48 auf, das dazu vorgesehen ist, ein Differenzsignal 44 der Differenzverstärkerschaltung 24 zu verstärken. Die Differenzverstärkerschaltung 24 gibt das Differenzsignal 44 relativ zu der Gerätemasse 46 aus. Das dritte Verstärkermittel 48 umfasst einen nicht näher dargestellten, als Differenzverstärker beschalteten Operationsverstärker. Alternativ könnte das dritte Verstärkermittel 48, einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Aufbau aufweisen.