技术领域
[0001] 本
发明涉及线路检测，具体涉及一种墙内电线的可视化检测方法。
背景技术
[0002] 随着我国社会经济的快速发展和城镇化的提高，房地产市场尤其是二手房市场欣欣向荣。绝大多数买到二手房的人都会选择重新装修，但是由于已装修房的电线隐藏在墙内，外面很难看到电线的
位置和走向，所以装修人员在重新装修时难以对其做出精确判断，从而对施工造成困难，甚至引发事故，造成财产损失。其次，当发生
电路故障时，由于不知道墙内电线的位置，电路维修人员在检修时不得大面积损坏墙体。如果能在施工前进行探测，探清墙面内的电线的布置和走向，则能有效地防止相关事故的发生。
[0003] 市场上已经有一些简单的墙内电线探测装置，装置的设计原理主要有以下两种思路：一种是利用电线是金属材料这一特质，用金属探测的方法探测墙内电线；还有一种是利用
电磁感应的方法检测电线产生的
磁场，根据磁场强度判断电线的有无。对于第一种方案来说，由于墙体一般是
钢筋
混凝土结构，墙内的
钢筋以及墙附近的金属物质都会对其造成严重干扰，检测准确度非常差。对于第二种方案来说，由于有些电线埋得比较深、在流过的
电流比较小的时候电线周围磁场非常微弱，导致检测
精度不高。另外，市场上现有的基于两类原理设计的墙内电线检测装置都不能显示出墙内电线的准确走向，导致应用价值有很大的局限性。
发明内容
[0004] 本发明针对墙内电线的检测，设计了一种检测墙内电线并且将检测结果可视化的方法。
[0005] 在主体
支架上加装了电感、处理器、显示屏等。其中，电感呈“口”字型分布，这样是为了能够检测出如图1～4所示的四种电路模式。选频放大电路安装在检测装置上部，用以对
信号进行处理，显示屏和处理器安装在下部三分之一处，用来实现走线情况的显示。
[0006] 本发明提出了一种墙内电线走线模式的划分方法，并由此设计了
传感器的布局，采用一种新的检测方法，达到精确检测墙内电线走向的目的，并最终将检测结果显示在LCD屏幕上。该方法首先将墙内电线的走线方式划分成四种模式，然后用快速傅里叶变换对放大、滤波后的传感器信号进行处理，并把有效信息送入系统主控处理器中实现数据融合，将墙内电线的走线情况显示到屏幕上。方法包括如下步骤：
[0007] 1.用电感检测交变电流产生的磁场
[0008] 当墙内电线通入任意
频率变化的电流的时候，
导线周围会产生不断变化的磁场，而且磁场大小和方向会随着电流的变化而变化。由于墙内电线通过的是50HZ的交变电流，所以产生的磁场也是随着电流按照50HZ的频率呈现正弦变化，当把墙内电线检测装置放入该电线附近时，通过电感的磁通量就会发生变化，相应地，就会有感应电动势产生，且这个感应电动势信号
波形的频率为50HZ。本发明根据
水电安装标准，对墙内电线的走线情况进行了模式划分，并相应地设计了传感器的排布情况：
[0009] 1.1墙内电线的走线模式
[0010] 根据水电安装的规范，在布线时，墙内的电线遵循“横平竖直”的原则，在拐
角处要采用90度弯头。墙里电线都是从地板下面或者
天花板处过来的，到墙边后沿着墙延伸，垂直开槽至插座所在位置。无论是哪个地方，电线的走线方式总是以水平、竖直、拐角的形式存在。本发明把墙内电线的走线方式划分成如图1～4所示四种模式。以中点处为基准，分别检测上下左右四个方向有无电线。若同时检测到模式1和模式3，则说明此处的电线走线为横线，若同时检测到模式2和模式4，则说明此处的电线走线为竖线。若同时检测到模式1和模式2、模式1和模式4、模式2和模式3、模式3和模式4，则表示是此处电线呈90度直角，且分别对应四种不同的折线方式。
[0011] 1.2传感器的排布
[0012] 如图5所示，电感呈“口”字型分布，且平行的两电感之间相距16cm。这样是为了能够检测出如图1～4所示的四种电路模式，并且最大程度地避免电感之间的互感现象。磁场的方向则取决于电流的方向，由右手定则可得通电导线的电流方向就是以导线为中心的一组同心圆。当电感与直导线垂直时，通过线圈的磁通量最大，相应地，磁通量的变化率就越大，所以感应电动势更大。由于墙内电线的走线方式为“横平竖直”，故在使用时只需要握住
手柄，保持上下两个传感器与墙上下边线平行，手稍稍用
力让传感器贴紧墙面。当电感1处数值大于
阈值时，显示屏显示模式2；当电感2处数值大于阈值时，显示屏显示模式4；当电感3处数值大于阈值时，显示屏显示模式1；当电感4处数值大于阈值时，显示屏显示模式3。
[0013] 2.对电感两端的感应电动势进行选频和放大
[0014] 电感采集到的
电压波形幅值非常微弱，且信号随距离衰减得特别快。这种微弱的波形无法被
单片机使用，所以需要对其进行放大处理。又因为空气中的
电磁干扰比较强烈，放大后的信号包括多种频率，而由交变磁场产生的感应电动势信号波形的频率为50HZ，为了滤除电磁干扰的影响，还需要对信号进行选频。具体的操作步骤如下：
[0015] 2.1由
运算放大器组成的运算放大电路对微弱的感应电动势信号进行放大，放大到单片机可以接受的范围，即最大值为3.3V。
[0016] 2.2由LC振荡电路组成的选频电路对信号进行选频，选择出频率为50HZ处的信号，传送给单片机供单片机进行处理。
[0017] 3.当墙内电线埋得较深或者通过电流比较小时，经放大后的感应电动势信号时域特征非常不明显，而信号的
频域特征却比较明显。此时需要一种方法从频域分析信号，提取信号的特征值，进行后续的处理。本发明首先对信号进行ADC采集，用快速
傅立叶变换算法分析信号的
频谱特性并计算频率为50HZ的信号的幅值，将幅值与阈值进行比较，从而判断出此处是否有电线以及电线走向。具体的实施步骤如下：
[0018] 3.1 ADC开始初始化，然后四个通道逐次对放大后的感应电动势信号进行
采样。令每一次ADC转换后的数值作为信号
实部，同时让信号的
虚部为0，将所有数值储存在数组中。
[0019] 3.2采样完成后，通过FFT算法，计算信号中频率为50HZ的信号分量的幅值，并与阈值相比较。当计算结果大于阈值时，程序会延时10毫秒，继续进行采样和计算，如果仍然大于阈值，则确定此处有电线。
[0020] 3.3程序控制显示屏将结果显示出来，通过四种模式的任意组合，清晰地显示出当前墙内电路的走线信息。当电感1处数值大于阈值时，显示屏显示模式2；当电感2处数值大于阈值时，显示屏显示模式4；当电感3处数值大于阈值时，显示屏显示模式1；当电感4处数值大于阈值时，显示屏显示模式3。
[0021] 本发明的优点和效果：1.不仅能检测出墙内电线的有无，还能确定其走线方式。2.检测精度高，对埋得深、通过电流小的电线有更好的检测作用。
附图说明
[0022] 图1为本发明划分的墙内电线的走线模式1图。
[0023] 图2为本发明划分的墙内电线的走线模式2图。
[0024] 图3为本发明划分的墙内电线的走线模式3图。
[0025] 图4为本发明划分的墙内电线的走线模式4图。
[0026] 图5为本发明中传感器的排布方式示意图。
[0027] 图6为本发明传感器和其他部分的安装示意图。
具体实施方式
[0028] 在主体支架上加装了电感、处理器、显示屏等。如图1～4所示，根据水电安装的规范，本发明把墙内电线的走线方式划分成四种模式。图5所示，电感呈“口”字型分布，这样是为了能够检测出如图1～4所示的四种电路模式。如图6所示，3选频放大电路安装在检测装置上部，用以对信号进行处理，处理后的信息送到4处理器进行信息融合，驱动5显示屏显示当前检测范围内电线的走向。
[0029] 本发明提出了一种墙内电线走线模式的划分方法，并由此设计了传感器的布局，采用一种新的检测方法，达到精确检测墙内电线的目的，并最终将检测结果显示在LCD屏幕上。该方法首先将请内电线的走线方式划分成四种模式，然后用快速傅里叶变换对放大、滤波后的传感器信号进行处理，并把有效信息送入系统主控PLC中实现数据融合，将墙内电线的走线情况显示到屏幕上方法包括如下步骤：
[0030] 1.用电感检测交变电流产生的磁场
[0031] 当墙内电线通入任意频率变化的电流的时候，导线周围会产生不断变化的磁场，而且磁场大小和方向会随着电流的变化而变化。由于墙内电线通过的是50HZ的交变电流，所以产生的磁场也是随着电流按照50HZ的频率呈现正弦变化，当把墙内电线检测装置放入该电线附近时，通过电感的磁通量就会发生变化，相应地，就会有感应电动势产生，且这个感应电动势信号波形的频率为50HZ。本发明根据水电安装标准，对墙内电线的走线情况进行了模式划分，并相应地设计了传感器的排布情况：
[0032] 1.1墙内电线的走线模式
[0033] 根据水电安装的规范，在布线时，墙内的电线遵循“横平竖直”的原则，在拐角处要采用90度弯头。墙里电线都是从地板下面或者
天花板处过来的，到墙边后沿着墙延伸，垂直开槽至插座所在位置。无论是哪个地方，电线的走线方式总是以水平、竖直、拐角的形式存在。本发明把墙内电线的走线方式划分成如图1～4所示四种模式。以中点处为基准，分别检测上下左右四个方向有无电线。若同时检测到模式1和模式3，则说明此处的电线走线为横线，若同时检测到模式2和模式4，则说明此处的电线走线为竖线。若同时检测到模式1和模式2、模式1和模式4、模式2和模式3、模式3和模式4，则表示是此处电线呈90度直角，且分别对应四不同的折线方式。
[0034] 1.2传感器的排布
[0035] 如图5所示，电感呈“口”字型分布，且平行的两电感之间相距16cm。这样是为了能够检测出如图1～4所示的四种电路模式，并且最大程度地避免电感之间的互感现象。磁场的方向则取决于电流的方向，由右手定则可得通电导线的电流方向就是以导线为中心的一组同心圆。当电感与直导线垂直时，通过线圈的磁通量最大，相应地，磁通量的变化率就越大，所以感应电动势更大。由于墙内电线的走线方式为“横平竖直”，故在使用时只需要握住手柄，保持上下两个传感器与墙上下边线平行，手稍稍用力让传感器贴紧墙面。当电感1处数值大于阈值时，显示屏显示模式2；当电感2处数值大于阈值时，显示屏显示模式4；当电感3处数值大于阈值时，显示屏显示模式1；当电感4处数值大于阈值时，显示屏显示模式3。
[0036] 2.对电感两端的感应电动势进行选频和放大
[0037] 电感采集到的电压波形幅值非常微弱，且信号随距离衰减得特别快。这种微弱的波形无法被单片机使用，所以需要对其进行放大处理。又因为空气中的电磁干扰比较强烈，放大后的信号包括多种频率，而由交变磁场产生的感应电动势信号波形的频率为50HZ，为了滤除电磁干扰的影响，还需要对信号进行选频。具体的操作步骤如下：
[0038] 2.1由
运算放大器组成的运算放大电路对微弱的感应电动势信号进行放大，放大到单片机可以接受的范围，即最大值为3.3V。
[0039] 2.2由LC振荡电路组成的选频电路对信号进行选频，选择出频率为50HZ处的信号，传送给单片机供单片机进行处理。
[0040] 3.当墙内电线埋得较深或者通过电流比较小时，经放大后的感应电动势信号时域特征非常不明显，而信号的频域特征却比较明显。此时需要一种方法从频域分析信号，提取信号的特征值，进行后续的处理。本发明首先对信号进行ADC采集，用
快速傅立叶变换算法分析信号的频谱特性并计算频率为50HZ的信号的幅值，将幅值与阈值进行比较，从而判断出此处是否有电线以及电线走向。具体的实施步骤如下：
[0041] 3.1 ADC开始初始化，然后四个通道逐次对放大后的感应电动势信号进行采样。令每一次ADC转换后的数值作为信号实部，同时让信号的虚部为0，将所有数值储存在数组中。
[0042] 3.2采样完成后，通过FFT算法，计算信号中频率为50HZ的信号分量的幅值，并与阈值相比较。当计算结果大于阈值时，程序会延时10毫秒，继续进行采样和计算，如果仍然大于阈值，则确定此处有电线。
[0043] 3.3程序控制显示屏将结果显示出来，通过四种模式的任意组合，清晰地显示出当前墙内电路的走线信息。当电感1处数值大于阈值时，显示屏显示模式2；当电感2处数值大于阈值时，显示屏显示模式4；当电感3处数值大于阈值时，显示屏显示模式1；当电感4处数值大于阈值时，显示屏显示模式3。
[0044] 以上显示描述了本发明的基本原理和主要技术特征。本发明不受上述
实施例的限制，在不脱离本发明原理和范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进也属于本
专利的权利。
