ES2306737T3 - Sistema de deteccion e identificacion de objetos opticamente invisibles dotados de codificacion. - Google Patents

Abstract

Sistema de detección y de identificación de objetos ópticamente invisibles, dotados de un código, en el que cada objeto (2) está dotado de elementos de código que adoptan forma de una sucesión de elementos conductores eléctricamente (3, 4, 5) de reducido espesor, detectables por vía electromagnética, formando cada uno de ellos una superficie de dimensiones predeterminadas y dispuestos en un soporte protector eléctricamente aislante o sobre el mismo, estando separados estos elementos entre sí por intervalos que tienen igualmente un valor predeterminado, comprendiendo un detector electromagnético (8) que presenta, como mínimo, una bobina de emisión (10), caracterizado porque el detector electromagnético presenta como mínimo dos bobinas de recepción (13) separadas entre sí, estando dispuestas las bobinas de emisión y de recepción para facilitar el detector, como mínimo, dos señales distintas representativas del código soportado por un objeto y de su medio ambiente, previéndose medios para tratar estas señales con la finalidad de reconstruir las señales de identidad o "firma" del código único y localizar e identificar de esta manera el objeto codificado.

Description

Sistema de detección e identificación de objetos ópticamente invisibles dotados de codificación.

La presente invención tiene por objeto un sistema de detección y de identificación de objetos ópticamente invisibles dotados de codificación.

Este sistema se aplica en especial, pero no exclusivamente, a la identificación y seguimiento de canalizaciones enterradas u otras redes introducidas en el suelo o en obras de ingeniería civil.

La dificultad de obtener información sobre la presencia, el trazado y la naturaleza de las canalizaciones o de líneas enterradas se basa en que, la mayor parte de las veces, no hay signos visibles en el exterior y los planos existentes se muestran frecuentemente poco precisos, incompletos o incluso en algunos casos erróneos.

Es importante, para ganar tiempo y reducir costes, poder detectar la presencia de dichas canalizaciones y líneas y localizarlas con precisión sin necesidad de abrir el suelo ni destruir obras, en algunos casos obras posteriores. De manera general, los procedimientos utilizados deben ser simples en su utilización por personal de obras con formación relativamente baja. Además, los aparatos para la puesta en práctica de estos procedimientos de detección deben ser robustos y fiables y su coste debe ser el inferior a la inversión que requeriría la puesta al día por el seguimiento de las canalizaciones o de sus enrejados de aviso para asegurar su presencia.

Se pueden utilizar diferentes procedimientos para llevar a cabo la detección de canalizaciones enterradas. Un primer procedimiento consiste en "visualizar" una canalización enterrada metálica o no, con la ayuda de un radar de subsuelo. No obstante, el coste y complejidad de los sistemas utilizados hacen que estos dispositivos no estén adaptados para los problemas prácticos que se presentan.

La detección por medios electromagnéticos es el método más utilizado. Esta detección electromagnética se puede efectuar por detectores de metales de tipo clásico, basándose los detectores electromagnéticos en la detección de una señal y detectores asociados a marcadores.

Los detectores de metales clásicos detectan de manera no diferenciada todos los elementos metálicos embebidos en el suelo sin hacer discriminación entre las piezas que se desean detectar y las piezas "parásitas".

Si la canalización está revestida por un dispositivo de codificación que comporta elementos eléctricamente conductores tales como placas o hilos, dispuestos con unas separaciones determinadas y amontonados sobre un soporte aislante, un detector puede detectar esos elementos, pero la lectura del código puede verse perturbada por elementos parásitos contenidos en el suelo, o incluso por la presencia próxima de varios objetos que presentan elementos de codificación.

Otra solución consiste en utilizar detectores electromagnéticos que se basan en la detección de una señal. Esta solución requiere la inyección de una señal eléctrica en una canalización o en un cable enterrado, o en un elemento metálico asociado y según el trazado de una canalización. Una solución de ese tipo presenta el inconveniente de tener que acceder parcialmente a la canalización o al elemento metálico asociado para inyectar la señal eléctrica con intermedio de cajas instaladas a distancias regulares sobre la línea para que sirvan de puntos de acceso.

En ciertos casos, es posible utilizar un detector de señal pasivo, que se basa en la detección de una señal existente. Este es el caso de los cables sometidos a tensión de las líneas de las redes de distribución de electricidad y de la red telefónica, en las que habitualmente se encuentra presente una señal. La tierra es asimismo asiento de numerosas corrientes de retorno que tienden a concentrarse en las canalizaciones metálicas. No obstante, la detección de un cable bajo tensión no cargado no es posible puesto que solamente la circulación de una corriente genera un campo magnético.

Esta detección es, no obstante, aleatoria en razón de la posibilidad de cargas variables o nulas en el caso de una red de distribución de electricidad, en razón de la utilización muy extendida de pares de cables dotados de torsión, de manera que los campos dotados de "ida" y de "retorno" tienden a compensarse.

Existen detectores asociados a marcadores semiactivos o resonantes, ver por ejemplo el documento US-A-5 045 368. Los marcadores presentan una bobina pasiva comprendida dentro de una envolvente protectora de un material aislante y asociada a una cierta frecuencia. El detector comprende un generador electromagnético que efectúa la pulsación de una gama de frecuencias y excita las bobinas. El inconveniente de este sistema consiste en el hecho de que, si se trata de seguir una canalización, es necesario enterrar los marcadores a intervalos regulares y de manera suficientemente próxima para no perder la canalización, lo que comporta un coste de instalación elevado. Además, no se facilita indicación alguna de dirección. Finalmente, si bien es posible detectar una canalización, la identificación de ésta es mucho más compleja.

El objetivo de la invención consiste en dar a conocer un sistema de detección y de identificación de objetos ópticamente invisibles, dotados de una codificación, que sea autónomo, es decir, sin requerir puntos de acceso al objeto a detectar, que permite una identificación cierta del objeto con una discriminación muy afina y que sea insensible al ambiente exterior, es decir, que permita superar elementos parásitos resultado de la presencia de objetos metálicos o bien de la naturaleza conductora de ciertos suelos.

A estos efectos, en el sistema de detección y de identificación de objetos ópticamente invisibles dotados de una codificación a que se refiere la invención, cada objeto está dotado de elementos de codificación que se presentan en forma de una serie de elementos conductores eléctricamente de poco espesor, detectables por vía electromagnética, formando cada uno de ellos una superficie de dimensiones no determinadas y dispuestas en un soporte protector eléctricamente aislante o encima del mismo, cuyos elementos son separados unos de otros por intervalos igualmente de valor predeterminado, comprendiendo un detector electromagnético que comporta como mínimo una bobina de emisión y como mínimo dos bobinas de recepción separadas entre sí, encontrándose dos bobinas de emisión y de recepción dispuestas para facilitar al detector como mínimo dos señales representativas del código soportado por el objeto y su medio ambiente, disponiéndose medios para tratar esas señales con la finalidad de reconstruir las señales de identidad o firma del código único y localizar e identificar de esta manera el objeto codificado.

La codificación de un objeto res referenciada varias veces gracias a las diferentes señales representativas del mismo. A partir de las diferentes señales, se reconstruyen las señales de identidad o "firma" del código por un tratamiento matemático, utilizando componentes de señales que son resultado de la presencia de objetos metálicos o de la naturaleza más o menos conductora del suelo.

Según una característica de la invención, el detector comprende un dispositivo de cálculo que recibe las diferentes señales y reconstruyendo el código exacto del objeto por métodos matemáticos basados, por ejemplo, en el análisis en componentes independientes o sus derivados como métodos de separación de las fuentes.

Además, el detector presenta un captador que permite medir su desplazamiento relativo y provocar las operaciones de tratamiento de las señales con respecto a distancias de desplazamiento predeterminadas. Estos procedimientos de medición de desplazamiento pueden ser de diferentes naturalezas (codificador incremental, medición óptica, enlace por radio, GPS, etc.). Una realización particular consiste en conectar una rueda solidaria del detector a un codificador incremental que mide de manera precisa su desplazamiento.

Esta característica permite utilizar la velocidad de desplazamiento del detector con respecto al objeto a detectar e identificar el valor de desplazamiento del detector, dado que se toma en consideración esta característica exclusiva, para realizar dos tratamientos sucesivos.

Según una posibilidad, el paso regulable de desplazamiento del detector entre dos operaciones de tratamiento es del orden de 4 mm.

Se debe indicar que el objeto a detectar y a identificar puede ser un objeto de forma alargada, tal como un conducto, sobre el que se han dispuesto los elementos de codificación de manera lineal, unos con respecto a los otros, o puede ser un objeto con una forma más puntual sobre el que los elementos de codificación están dispuestos de manera concéntrica.

Los elementos de codificación pueden estar integrados en los sujetos a detectar y a identificar por diferentes procedimientos tales como: encolado, anillado, doble o triple extrusión, pintura, pulverización, inyección, fusión, etc. Cuando se trata de tubos, los elementos de codificación pueden estar integrados en el tubo durante la fabricación del mismo, pero pueden igualmente ser añadidos a posteriori, es decir, después de la fabricación, por adición de una envolvente o de una "piel" en la que se integran los códigos.

Son posibles diferentes formas de realización de la invención; puede existir una bobina de emisión que emite una sola frecuencia, siendo el número de señales tratadas igual al número de bobinas y a continuación cada bobina recibe una señal que tiene en cuenta su posición en el espacio. Es igualmente posible realizar un detector que presenta varias bobinas emisoras que emiten de forma alternativa y cuyas señales son recibidas por varias bobinas receptoras separadas entre sí.

Según una forma de ejecución ventajosa de este detector, el detector comprende una bobina de emisión que emite una señal electromagnética a una frecuencia determinada y tres bobinas de recepción dispuestas según un círculo y desplazadas en 90º unas con respecto a otras.

Cualquiera que sea el número de bobinas de emisión, éstas pueden emitir simultáneamente una señal de frecuencia fija, simultáneamente con pequeños desplazamientos, señales de frecuencias distintas. Se pueden prever cualesquiera combinaciones posibles.

Las bobinas de emisión y de recepción pueden tener diferentes formas: redondas, ovales, cuadradas, rectangulares, etc., realizadas por diferentes medios: grabado u otros, y pueden poseer diferentes estructuras: planas o enrolladas, sin que el principio de la invención quede modificado.

Según una forma específica de realización, las bobinas son bobinas de doble cara planas y grabadas presentando soportes epoxi.

Las frecuencias de emisión pueden estar comprendidas dentro de una gama muy amplia de frecuencias según la naturaleza de los materiales conductores utilizados y la diferencia deseada entre las señales percibidas por la bobina o bobinas de recepción.

En la medida en la que los elementos de codificación están realizados a base de aluminio, la frecuencia de la señal electromagnética emitida por la bobina o bobinas de emisión es del orden de 10 KHz. Las bobinas de emisión y de recepción pueden tener forma redonda o cualquier otra forma tal como oval, cuadrada, rectangular, octogonal sin que el comportamiento del captador quede modificado.

En la medida en la que el detector comprende una bobina de emisión y varias bobinas de recepción, es interesante disponer de una bobina de emisión central y disponer de forma simétrica las bobinas de recepción, lo que permite aprovechar la indicación sobre la separación entre el desplazamiento del operador, es decir el captador, con el eje definido por la canalización, es decir, por la codificación.

De todos modos, la invención se comprenderá bien con ayuda de la descripción siguiente, haciendo referencia al dibujo esquemático que se ha adjuntado que representa, a título de ejemplo no limitativo, varias formas de ejecución de este sistema:

la figura 1 es una vista en perspectiva de un tramo de canalización que pertenece al sistema según la invención;

la figura 2 es una vista de dicho tramo de canalizaciones en posición enterrada, y en curso de su detección;

la figura 3 es una vista de una curva representativa de las señales recibidas por tres bobinas de recepción en el caso de una detección según la figura 2;

la figura 4 es una vista similar a la figura 3 después del tratamiento de las señales a efectos de separar la codificación de los factores parásitos;

las figuras 5 a 7 son tres vistas esquemáticas de tres detectores.

La figura 1 representa una canalización (2), por ejemplo una canalización de material sintético, revestida en su cara externa por elementos de codificación (3, 4, 5), constituidos por bandas de material conductor, por ejemplo aluminio, cada una de ellas de dimensiones determinadas y separadas entre sí por distancias determinadas. Esta canalización está destinada a su colocación dentro de la tierra (6), tal como se ha mostrado en la figura 2, por ejemplo a una profundidad comprendida entre 20 cm y 1,20 m.

El sistema según la invención es ser destinado a permitir determinar la posición y la identificación de dicho conducto, incluso en presencia de elementos externos parásitos, tales como una caja metálica (7). A estos efectos, se utiliza un detector (8) montado por ejemplo sobre una o varias ruedas (9) y desplazable por un operario.

En el caso descrito, el detector es el representado en la figura 5 y presenta una bobina de emisión central (10), en cuyo centro está dispuesta una tarjeta electrónica (12) y alrededor de la cual están dispuestas tres bobinas de recepción (13), desplazadas en 90º unas con respecto a las otras. Se trata en ese caso de bobinas de doble cara planas y grabadas presentando soportes epoxi. La tarjeta electrónica (12) está conectada a un dispositivo de cálculo (14). A este dispositivo de cálculo está igualmente conectado a un codificador incremental que indica los momentos en los que se debe efectuar el tratamiento de las señales recibidas. La frecuencia de emisión de la bobina es del orden de 10 KHz. En la práctica, el operador desplaza el detector en el suelo por encima de la canalización (2). La bobina emite una señal electromagnética, consistiendo entre señales distintas que son recibidas por las tres bobinas (13), estando representada esas señales en la figura 3, que es un gráfico representativo en abscisas del desplazamiento de un detector y en ordenadas, de la intensidad de la señal recibida por cada detector. Es visible que el objeto metálico (7) situado en las proximidades de la canalización procede claramente de la figura 3 donde se ha identificado con el pico central. El tratamiento matemático de las tres señales, por ejemplo por un método de análisis de componentes independientes, permite reconstruir la curva (17), que corresponde a la curva (16), y que permite identificar la curva (17) que corresponde al objeto metálico cuya presencia actúa como parásito de la medición.

Si la perturbación consistía, por ejemplo, en un código que corresponde a la presencia de otra canalización, el sistema permite igualmente reconstruir las señales de identificación o "firma" de este otro código. Después de la reconstrucción de las señales identificativas de los códigos, se utiliza un tratamiento que permite identificar de manera precisa los diferentes códigos y facilita entonces una respuesta fiable en cuanto a la naturaleza de las canalizaciones y a la profundidad a la que se encuentran.

La figura 6 representa un ejemplo que procede del marco de la invención del detector, en el que los mismos elementos se han indicado con las mismas referencias que en lo anterior. En este caso, el detector comprende una sola bobina de emisión (10) y una sola bobina de recepción (13). Para aprovecharse de las señales de recepción, la bobina de emisión emite sucesivamente señales electromagnéticas según frecuencias distintas.

La figura 7 representa otra forma de realización de un detector que presenta dos bobinas de emisión (10) y cinco bobinas de recepción (13).

Tal como se deduce de lo anterior, la invención presenta una gran mejora en la técnica actualmente existente para facilitar un sistema de detección y de identificación de efectos ópticamente invisibles, dotados de codificación, que es autónomo, es decir, no requiere punto de acceso al objeto, lo que permite la detección e identificación del objeto mediante una discriminación fina con respecto al medio ambiente del objeto y que es de una utilización muy simple para el operador.

Tal como es evidente, la invención no se limita a las únicas formas de ejecución de este sistema que se han descrito en lo anterior a título de ejemplo. En especial las bobinas podrían no ser redondas sino cuadradas u ovales, siendo posible que las bobinas de recepción no estén desplazadas en 90º unas con respecto a otras en el caso de un detector de tres bobinas o incluso que las bobinas de recepción podrían no ser paralelas sino perpendiculares a las bobinas de emisión, sin salir del ámbito de la invención.

Claims (8)

1. Sistema de detección y de identificación de objetos ópticamente invisibles, dotados de un código, en el que cada objeto (2) está dotado de elementos de código que adoptan forma de una sucesión de elementos conductores eléctricamente (3, 4, 5) de reducido espesor, detectables por vía electromagnética, formando cada uno de ellos una superficie de dimensiones predeterminadas y dispuestos en un soporte protector eléctricamente aislante o sobre el mismo, estando separados estos elementos entre sí por intervalos que tienen igualmente un valor predeterminado, comprendiendo un detector electromagnético (8) que presenta, como mínimo, una bobina de emisión (10), caracterizado porque el detector electromagnético presenta como mínimo dos bobinas de recepción (13) separadas entre sí, estando dispuestas las bobinas de emisión y de recepción para facilitar el detector, como mínimo, dos señales distintas representativas del código soportado por un objeto y de su medio ambiente, previéndose medios para tratar estas señales con la finalidad de reconstruir las señales de identidad o "firma" del código único y localizar e identificar de esta manera el objeto codificado.

2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el detector (8) comprende un dispositivo de cálculo que recibe las diferentes señales y que reconstruye el código exacto del objeto por métodos matemáticos basados en el análisis de componentes independientes o de sus derivados como métodos de separación de las fuentes.

3. Sistemas, según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el detector (8) está asociado a un captador que permite medir su desplazamiento relativo y que provoca una operación de tratamiento de las señales recibidas independientemente de la velocidad de desplazamiento del operador, tal como una rueda (9) asociada a un contador incremental (15), provocando una operación de tratamiento de las señales recibidas, después del desplazamiento del detector en una distancia predeterminada.

4. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado porque el paso regulable de desplazamiento del detector (8) entre dos operaciones de tratamiento es del orden de 4 mm.

5. Sistema, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los elementos conductores de codificación (3, 4, 5) sobre los objetos a detectar están integrados a éstos por uno de los procedimientos siguientes: encolado, anillado, doble o triple extrusión, pintura, pulverización, inyección, fusión.

6. Sistema, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el detector (8) comprende una bobina de emisión (10) que emite una señal electromagnética a una frecuencia determinada y tres bobinas de recepción (13) dispuestas según un círculo y desplazadas en 90º unas con respecto a otras.

7. Sistema, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las bobinas (10,13) son bobinas de doble cara, planas y grabadas comportando soportes epoxi.

8. Sistema, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la frecuencia de la señal electromagnética emitida por la bobina o bobinas de emisión es del orden de 10 KHz.