阅读说明：本技术 用于在挖掘期间检测地下电力电缆的存在的电磁频率(emf)检测安全铲 (Electromagnetic frequency (EMF) detection safety shovel for detecting the presence of underground power cables during excavation ) 是由 布伦顿·戴维 于 2018-11-06 设计创作，主要内容包括：一种EMF检测安全铲,具有：电磁场(EMF)检测电路,可操作地联接到其铲片,用于测量EMF随时间的变化(AC场),可以在挖掘作业期间被观测员使用以检测地下电源电缆。安全铲可以被进一步配置用于对不同类型的地下电力电缆分类,其中,EMF检测器电路可以被配置用于当铲片的边缘位于其一定距离内时区分低电压和高电压地下电力电缆,EMF检测器可以被调节以调节用于不同导管直径的距离。EMF检测器电路还可以采用带通滤波来区分单相电源和三相电源。这样,本安全铲可以提供对存在地下电源电缆及其类型的指示。(An EMF-sensing safety shovel, having: an electromagnetic field (EMF) detection circuit, operatively coupled to its blade, for measuring the change in EMF over time (AC field), may be used by observers during excavation operations to detect underground power cables. The safety shovel may be further configured to classify different types of underground power cables, wherein the EMF detector circuit may be configured to distinguish between low voltage and high voltage underground power cables when the edge of the shovel blade is within a certain distance thereof, and the EMF detector may be adjusted to adjust the distance for different conduit diameters. The EMF detector circuit can also employ band pass filtering to distinguish between single phase and three phase power. In this way, the present safety shovel can provide an indication of the presence of the underground power cable and its type.)

用于在挖掘期间检测地下电力电缆的存在的电磁频率(EMF) 检测安全铲

技术领域

本发明整体涉及一种用于在挖掘期间检测地下电力电缆的存在的电磁频率(EMF)检测安全铲。

背景技术

在挖掘期间，尤其是在使用机械挖掘机时，未被检测到的地下电力电缆可能是危险的。减轻此类危险的常规措施包括配备观测员，如果机械挖掘机操作者在挖掘期间感觉到障碍物，则观测员来检查凹坑。观测员可以通过观测员用的绝缘铲检查凹坑，以调查障碍的原因。

2014年4月29日授权的US 8708382 B2(里戈韦托·埃尔南德斯，RIGOBERTOHERNANDEZ)[以下简称D1]公开了一种电子装置，该电子装置可以电连接到铲子的柄杆，以检测电磁场随时间的变化(AC场)，并因此检测存在地下交流电力电缆。

然而，能够准确地对不同类型的地下电力电缆进行分类将是有利的。

将理解，如果在本文中引用了任何现有技术信息，则这种引用并不看作在澳大利亚或任何其他国家中承认该信息形成本领域公知常识的一部分。

发明内容

本文提供了一种EMF检测安全铲，其包括手柄和位于手柄的工作端的铲片，在挖掘作业期间，观测员可以使用该安全铲以检测地下电源电缆。

本安全铲包括电磁场(EMF)检测电路，该检测电路被配置用于测量EMF随时间的变化(AC场)。该电路包括天线，该天线由铲片形成或导电地或非导电地附接到铲片以拾取EMF信号。EMF检测器电路可操作地联接到天线，该天线使用指示器提供对地下电力电缆的EMF的检测的指示。

在优选实施例中，本安全铲还被配置用于对不同类型的地下电力电缆进行分类。在实施例中，EMF检测器电路被配置用于区分低电压和高电压电力电缆。例如，EMF检测器电路可以被配置用于区分供电电压小于大约1000V的低电压电力电缆和供电电压大于1000V的高电压电力电缆。

在这方面，EMF检测器电路可以包括运算放大器，该运算放大器可操作地联接到天线并输出指示由天线拾取的EMF的强度的电压或电流信号。此外，安全铲可以包括电平传感器，该电平传感器被配置为根据阈值来区分低电压和高电压。电平传感器可以与指示器进行接口连接以诸如通过在检测低电压电力电缆期间输出第一低电压指示和用于高电压电力电缆的第二高电压指示来指示电压电平的类型。例如，指示器可以包括可见光，该可见光在检测低电压电力电缆期间可以发出橙色脉冲，而在检测高电压电力电缆期间可以发出红色脉冲。

假定EMF强度随距离而降低，则检测器电路可以被配置为当铲片的头端在距地下电力电缆一定距离内时，检测器电路能够基本准确地区分低电压电力电缆和高电压电力电缆。

这样，在使用中，观测员可以收到检测器电路检测到EMF的指示，并在进行检查性挖掘以部分露出地下电力电缆导管后，将铲片的头端保持为邻近于电力电缆，以接收有关地下电力电缆是低电压还是高电压电力电缆的基本准确的确定。

参照图3，电力电缆可以在不同类型的供电导管内成网状，例如直径范围可以大约为50～125mm。

这样，EMF检测器电路可以配置为当铲片的头端保持抵靠这些典型类型的导管时，将低电压或高电压电力电缆进行准确分类，并且在这方面，可以被配置为在小于大约150mm的距离区分低电压和高电压，以可与直径通常为125mm的较大尺寸的分配导管一起使用。

在实施例中，铲片的远侧边缘可以包括诸如直径大约为50mm的半圆形切口，电力电缆可以位于该半圆形切口内，以便在相对于EMF检测器电路设定距离和位置处对电力电缆的类型进行准确分类。这样，EMF检测器电路可以检测EMF信号的存在，其中，一旦电力电缆导管位于切口内，则安全铲能够准确地对内部的电力电缆类型进行分类，诸如通过区分低电压电力电缆和高电压电力电缆。

在实施例中，可以在使用中调节电平传感器电压阈值以控制对低电压和高电压的区分。以这种方式，使用者可以调节安全铲，以针对已知或典型的导管直径或特定的电压阈值来控制对低电压和高电压的区分。替代地，使用者可以使用已知的电力电缆和/或导管来定期地校准安全铲。

根据另一实施例，本安全铲可以鉴别单相和三相电源。在一个实施例中，安全铲包括带通滤波器，该带通滤波器具有在单相供电频率(诸如大约50或60Hz)下的带通窗口和在三相供电频率下的第二带通窗口，三相供电频率大约是单相供电频率的三倍，以便能够检测三相电力电缆中每个的单相频率之和。

这样，在一个实施例中，利用电平传感器和带通滤波器，本安全铲能够根据电压电平和相位类型对地下电力电缆进行分类，并相应地控制指示器以提供指示。

在实施例中，安全铲可以包括低成本的模拟电路。然而，在其他实施例中，本安全铲可以包括微控制器，该微控制器执行包括用于配置、信号分析和指示的控制模块。

根据一个方面，提供了一种EMF检测安全铲，包括手柄和位于手柄的工作端的铲片，EMF检测电路包括：天线，由铲片形成或附接到铲片；EMF检测器电路，可操作地联接到天线；以及指示器，可操作地联接到EMF检测器电路，其中，在使用中，该指示器提供对检测地下电力电缆的EMF的指示，并且其中，EMF检测器电路包括电平传感器，该电平传感器被配置用于区分地下电力电缆的低电压和高电压，并且其中，电平传感器可操作地联接至指示器，以相应地提供低电压和高电压指示。

电平传感器可以被配置为区分小于大约1000V的低电压与大于大约1000V的高电压。

EMF检测器电路可以被配置用于当铲片的边缘可以在地下电力电缆使用的特定距离内时区分低电压和高电压。

该距离可以小于大约150mm。

电平传感器的电压区分阈值可以是可配置的。

铲片的边缘可以包括用于将电力电缆部分地接纳在其中的切口，以在相对于EMF检测器电路的设定距离和位置处区分低电压和高电压。

手柄可以是电绝缘的。

手柄可以包括玻璃纤维。

EMF检测器电路可以包括输入运算放大器，该输入运算放大器可操作地联接到天线，并且被配置用于输出指示由天线拾取的EMF的强度的信号。

EMF检测器电路可以包括至少一个带通滤波器。

所述至少一个带通滤波器可以包括在单相供电频率下的带通窗口和在三相供电频率下的第二带通窗口，三相供电频率大约是单相供电频率的三倍，其中，在使用中，带通滤波器可以可操作地联接到指示器，以相应地提供单相指示和三相指示。

单相供电频率可以大约为50Hz或60Hz中的至少一个，并且其中，三相供电频率可以大约为150Hz或180Hz中的一个。

指示器可以包括光输出。

指示器可以包括声音输出。

EMF检测安全铲还可以包括与EMF检测器电路和指示器进行接口连接的数字控制器。

模数转换器与EMF检测电路和数字控制器进行接口连接。

EMF检测安全铲还可以包括可操作地连接到数字控制器的存储器装置。

存储器装置可以包括用于在使用中控制控制器的操作的多个计算机程序代码指令模块。

计算机程序代码指令模块包括检测器模块。

检测器模块可以被配置用于分析EMF波形以区分单相和三相供电。

检测器模块可以被配置用于分析EMF波形以区分低电压和高电压。

计算机程序代码指令模块可以包括被配置用于控制指示器的信号装置模块。

信号装置模块可以被配置用于控制指示器以指示待机操作模式。

信号装置模块可以被配置用于控制指示器以指示对EMF的检测。

信号装置模块可以被配置用于控制指示器以指示对低电压或高电压EMF的检测。

信号装置模块可以被配置用于控制指示器以指示对单相或三相电压EMF的检测。

EMF检测安全铲还可以包括用户界面，该用户界面可操作地连接到控制器并且被配置用于配置至少一个操作设置。

用户界面可以位于手柄内。

还公开了本发明的其他方面。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参照附图描述本发明的优选实施例，但是存在可能落入本发明的范围内的任何其他形式，在附图中：

图1示出了根据实施例的EMF检测安全铲的功能电路示意图；

图2示出了根据实施例的EMF检测安全铲的示例性构造；和

图3示出了EMF检测安全铲在挖掘的沟槽内用于检测各种类型的地下电力电缆的示例性应用。

具体实施方式

图1示出了根据实施例的电磁场(EMF)检测安全铲100的功能示意图。图2中提供了铲子100的示例性构造。

安全铲100包括在其端部的铲片121处终止的长形手柄118。这样，可以以与常规铲子基本相同的方式利用安全铲100。然而，并且如本文所提供的，安全铲100包括用于检测EMF以检测地下AC电力电缆的EMF检测电路。在实施例中，铲子可以替代地或附加地能够测量电磁通量密度(DC场)，以检测DC电源电缆。

图3示出了安全铲100在挖掘坑122内用于检测各种类型的电导管的示例性应用。例如，示出了低电压AC分配导管123，直径通常为大约125mm，并且包括多个三相AC电力电缆。进一步示出了位于直径大约为50mm的导管124中的低电压AC引线。更进一步地，示出了直径大约为90mm的高电压AC分配导管125。

在优选实施例中，EMF检测电路能够对距铲片121的边缘一定距离内(诸如距铲片的边缘大约155mm之内)的电力电缆进行检测和/或分类以能够与图3中所示的导管123中通常较大尺寸分布一起使用。

手柄118优选地是电绝缘的，并且例如可以由玻璃纤维或由具有足够弹性并电绝缘的其他材料制成。

安全铲100包括用于拾取EMF的天线101。在实施例中，铲片121可以是金属的，并且铲片121本身形成天线101。替代地，在实施例中，诸如导线环等的天线可以粘附到铲片121的外表面或内部。

EMF检测器电路103可操作地联接到天线101。在图1所示的实施例中，EMF检测器电路103可以包括输入运算放大器104，以用于将由天线101接收到的EMF信号转换和放大为电压输出信号。

带通滤波器105(或两个单独的带通滤波器)可以用于频率鉴别，以通常识别电单相电源频率(诸如50或60Hz)或其三相电源倍数(诸如150Hz或180Hz)。在实施例中，带通滤波器150的输出或每个单独的带通滤波器的输出可以用于检测单相频率或三相频率下的EMF，从而能够相应地控制指示器以指示电源的类型。

此外，检测器电路103可以包括用于检测所接收的EMF的强度的电平传感器106，以区分高电压电力电缆和低电压电力电缆。

例如，低电压(LV)电力电缆可以是介于50V AC和1000V AC之间的电缆，而高电压可以超过1000V AC。

图1所示的实施例采用数字控制器111，但是应当注意，安全铲100的电路可以利用模拟电路来实现。在此实施例中，数字控制器111可以采用低功率微控制器装置的形式。

模数转换器107可以与EMF检测器电路103和控制器111进行接口连接。

安全铲100还包括指示器，该指示器提供对地下电力电缆EMF的检测的指示。

在图1所示的实施例中，指示器可以包括灯109和/或声音输出110。这样，当检测到EMF时，灯109可以照亮和/或声音输出110产生声音。在实施例中，电振动装置可以提供触觉输出。

在优选实施例中，安全铲100包括用于指示冗余的灯109和声音输出110两者，并且在图2所示的实施例中，灯109可以可见地位于手柄118的顶部。

存储器装置112可以可操作地连接到控制器111。存储器装置112被配置用于存储包括计算机程序代码指令和相关数据的数字数据。这样，在使用中，控制器111从存储器装置112获取这些计算机程序代码指令和相关数据以进行解释和执行。

如图1所示，计算机程序代码指令已被显示为已在逻辑上划分为各种计算机程序代码指令模块。具体地，如图所示，存储器112可以包括检测器模块114，以用于检测和/或分析从EMF检测器电路103接收的EMF信号。此外，计算机程序代码指令模块113可以包括被配置用于控制指示器的信号模块。

存储器装置112可以进一步包括各种设置115。如图2所示，手柄118可以包括可打开的隔室120，该隔室暴露出用户界面108，该用户界面可以包括小键盘和/或数字显示器，该数字显示器可以由用户使用以查看各种数据、设置各种操作设置等。

在实施例中，控制器111可以控制灯109以提供操作指示，使得用户能够确定安全铲100的操作状态。具体地，例如，控制器110可以控制灯109每15秒以绿色信号发出两个脉冲。

在使用中，当天线101检测到EMF信号时，控制器111可以控制灯109和声音输出110以提供其指示。

如上所述，带通滤波器105可以使50和/或60Hz频率通过，以允许安全铲100识别单相干线电源电压。与利用带通滤波器105相反，可以由检测器模块114执行频率识别。

如上所述，在安全铲100被配置用于区分低电压和高电压的实施例中，指示器可以相应地输出不同的输出。例如，当检测到低电压电力电缆时，灯109可以发出橙色脉冲，但是对于高电压电力低电压电力电缆发出红色脉冲。

在其他实施例中，安全铲100被配置用于通过分析由天线101检测到的波形(包括其频率)来区分单相供电和三相供电。检测器模块114可以进行这种分析。

在使用中，用户可以诸如根据不同的检测场景(包括低电压和高电压检测、单相和三相检测等)通过配置灯109和声音输出110的各种指示器输出利用用户界面108来控制安全铲100的操作。例如，用户可以配置用户界面108以配置低电压/高电压阈值(诸如1000V或其他)。

在实施例中，EMF检测器电路被配置为检测：连接到负载的带电地下低电压AC电力电缆，该负载在低电压AC电力电缆中产生电流流动；未连接到负载的带电地下低电压AC电缆，其中该电缆不携带电流，但如果其带电导体与观测员或一些其他工人或挖掘机及其操作者接触，则仍是危险的；带电地下高电压AC电缆，经由变压器和低电压AC电力电缆将电流供应到多个低电压压负载。在这方面，可以使用可操作地联接到天线的电平传感器区分低电压和高电压AC电缆。此外，可以使用诸如霍尔效应或罗氏(Rogowski)线圈换能器的接近电流传感器来检测电流流动。

出于解释的目的，前面的描述使用特定术语来提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，实践本发明并不需要特定细节。因此，出于说明和描述的目的，呈现了本发明的特定实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式；显然，鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例以最佳地解释本发明的原理及其实际应用，因此它们使本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有各种修改的适合于预期特定用途的各种实施例。以下权利要求及其等同物旨在限定本发明的范围。