DE4240921C1 - Metalldetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Metalldetektor zum Aufspüren von Metallkörpern, insbesondere Waffen, die durch einen überwachten Eingang geführt werden. Eine derartige Eingangsüberwachung ist z. B. erforderlich bei Banken, Juwelierläden, Flughäfen und anderen Räumlichkeiten, die von bewaffneten Personen nicht betreten werden dürfen.

Metalldetektoren, die am Eingang von zu überwachenden Räumlichkeiten angeordnet sind, werden üblicherweise durch zwei elektromagnetische Übertrager gebildet, und zwar einen Sende- Übertrager Tx und einen Empfangs-Übertrager Rx. Der Sende- Übertrager Tx erfüllt den überwachten Durchgang mit einem elektromagnetischen Feld. Der Empfangs-Übertrager Rx ist mit einer Schaltung ausgerüstet, die Änderungen des elektromagnetischen Felds in dem überwachten Eingang detektiert, und zwar insbesondere solche Änderungen, die dem Passieren einer Waffe zugeschrieben werden können.

Die durch das Passieren eines Metallkörpers hervorgerufenen Änderungen des elektromagnetischen Felds und damit des in dem Empfangs-Übertrager Rx induzierten Signals sind jedoch nicht gegenüber einer Variation der Höhe über dem Boden konstant, in der der Metallkörper den Eingang passiert.

Der Grund hierfür liegt in einer mangelnden Gleichförmigkeit des von dem Sende-Übertrager Tx in dem überwachten Eingang erzeugten elektromagnetischen Felds in Vertikalrichtung und in einer Ungleichförmigkeit der Empfangsempfindlichkeit des Empfangs-Übertragers Rx in derselben Richtung.

Diese Ungleichförmigkeit ist zu den Rändern der Übertrager hin stärker ausgeprägt, wohingegen im mittleren Bereich das vom Sende-Übertrager erzeugte elektromagnetische Feld und die Empfindlichkeit des Empfangs-Übertragers gleichförmiger sind.

Aus diesem Grund ruft das Passieren einer Waffe nahe dem unteren oder oberen Ende der Übertrager (die als Säulen oder Platten ausgebildet sein können oder irgendeine andere geometrische Form aufweisen können) eine wesentlich schwächere Änderung des elektromagnetischen Felds hervor, als sie von der Waffe beim Passieren durch die Mitte (bezogen auf die Vertikalrichtung) des überwachten Eingangs hervorgerufen würde. Diese schwächere Änderung des elektromagnetischen Felds trifft wegen der ungleichförmigen Empfangsempfindlichkeit des Empfangs-Übertragers auf ein gegenüber dem mittleren Bereich des Empfangs-Übertragers Rx schlechteres Detektionsvermögen. Es ist daher möglich, daß die Waffe den Eingang unbemerkt passiert.

Dieser wesentliche Nachteil könnte behoben werden, indem man den Durchgang auf den dem mittleren Teil der Übertrager Tx und Rx entsprechenden Raum beschränkt. Dies ist jedoch nicht möglich, da es bei gleicher Höhe der zu überwachenden Räumlichkeiten nötig wäre, das untere Ende der beiden Übertrager zu versenken und das obere Ende in die Decke einzufügen.

Aus diesem Grund haben die Hersteller von Metalldetektoren im Bestreben, das vom Sende-Übertrager Tx erzeugte Feld und die Empfindlichkeit des Empfangs-Übertragers Rx gleichförmig zu machen, zu der Lösung gegriffen, die Teile, die die Wicklungen der Übertrager Tx und Rx bilden, uneinheitlich anzuordnen.

So ist z. B. in DE-OS 37 37 774 ein Metalldetektor mit mehreren versetzt angeordneten Senderwicklungen beschrieben.

DE-OS 39 36 278 beschreibt einen Metalldetektor, bei dem zwischen den Sender- und Empfängerwicklungen ein elektrisch leitfähiges und/oder magnetisches Element angeordnet ist, um die Empfindlichkeit des Metalldetektors zu regulieren. Aus DE-OS 32 40 964 ist ein Metalldetektor bekannt, bei dem die Senderwicklungen kreuzweise angeordnet sind. In der US 3,758,849 ist ein Metalldetektor beschrieben, bei dem sich die Sender- und Empfängerwicklungen überlappen.

Diese Lösungen führen jedoch zu einer zwar veränderten, aber nicht gleichförmigen Füllung des überwachten Durchgangs mit dem elektromagnetischen Feld und zu einer veränderten, aber nicht gleichförmigen Empfindlichkeit des Empfangs-Übertragers Rx, ohne daß damit das Nachweis- und Diskriminierungsvermögen bekannter Detektoren wesentlich verbessert würde.

Bei einer anderen Variante wird die Ungleichförmigkeit im unteren Bereich der Übertrager durch Verwendung einer auf dem Boden angeordneten Matte ausgeglichen, in die Wicklungen eingebaut sind (siehe italienische Patentschrift 1.210.011). Mit dieser Lösung wird die Empfindlichkeit gegenüber ferromagnetischen Körpern, die nahe dem Boden passieren, erhöht. Die Detektions-Ungleichförmigkeit wird dadurch jedoch nicht beseitigt. Darüberhinaus nimmt die Matte in dem Durchgang Raum ein, wird durch die darübergehenden Personen abgenützt und beschädigt und ist im allgemeinen unansehnlich.

Aus DE-OS 37 31 329 ist ein Metalldetektor mit Sender- und Empfängerwicklungspaaren bekannt, bei dem mit Hilfe von Koeffizienten die Empfangssignale verändert werden. Dabei dienen die Koeffizienten dazu, eine Detektionsungleich­ förmigkeit zu korrigieren, die vom Abstand eines passierenden Metallkörpers zu den Empfängerwicklungen abhängt. Dieser bekannte Metalldetektor eignet sich jedoch nicht für die Korrektur einer höhenabhängigen Detektionsungleichförmigkeit, weil beim Passieren kleiner Metallkörper im mittleren Bereich der Wicklungen der Übertrager Tx und Rx Störungen registriert werden, die denen von einer nahe dem Boden oder der Decke des Durchgangs passierenden Waffe hervorgerufenen ähnlich sind. Dadurch werden häufig Fehlalarme ausgelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfangsempfindlichkeit bekannter Metalldetektoren zu verbessern. Dabei sollen die von der ungleichförmigen Verteilung des von den Senderwicklungen in dem überwachten Durchgang erzeugten elektromagnetischen Felds und von der ungleichförmigen Empfangsempfindlichkeit der Empfänger­ wicklungen (jeweils bezogen auf die Vertikalrichtung) hervorgerufenen Mängel bekannter Detektoren beseitigt und die Zahl der Fehlalarme reduziert werden. Es soll ein Metall­ detektor für Durchgänge geschaffen werden, dessen Empfindlich­ keit und Diskriminierungsvermögen nahezu konstant und unabhängig von der Höhe des nachzuweisenden Objekts über dem Boden des Durchgangs ist, gleich ob es sich bei dem Objekt um eine Waffe oder einen anderen Körper handelt, der beim Passieren das elektrische Feld ändert.

Es soll möglich sein, unabhängig von der Höhe des Passierens die von persönlichen Metallgegenständen, wie Münzen und/oder Schlüssel verursachte Störung von der von einer Waffe hervorgerufenen zu unterscheiden.

Diese Aufgabe wird durch einen Metalldetektor nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen 1 bis 8 aufgeführt.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke besteht darin, mehrere versetzt angeordnete Wicklungen zum Senden und Empfangen zu verwenden, und beim Passieren eines ferromagnetischen Körpers die durch diese versetzt angeordneten Wicklungen erzeugten Signale miteinander zu vergleichen, um ein korrigiertes Signal zu erhalten, das ein Maß für die von dem Fremdkörper im Metalldetektor hervorgerufene Störung darstellt. Anstatt das durch das tatsächliche Passieren des Fremdkörpers ausgelöste Signal aufzunehmen, wird ein durch einen geeigneten multiplikativen Koeffizienten korrigiertes Signal verwendet. Dieses korrigierte Signal wird für eine Entscheidung über eine Alarmauslösung verwendet. Es weist eine Abhängigkeit von der Masse des passierenden Körpers auf, die nahezu konstant ist bezüglich der Höhe des Passierens über dem Boden.

Ein so ausgebildeter Metalldetektor hat den Vorteil, daß die Ungleichförmigkeit, die sich zu den Rändern der Wicklungen der Übertrager Tx und Rx hin aufbaut, überwunden wird und daß damit die Ungleichförmigkeit im Antwortverhalten gegenüber ein und demselben Fremdkörper, der den überwachten Eingang in unterschiedlichen Höhen über dem Boden passiert, korrigiert wird.

Die Erfindung hat zusätzlich den Vorteil, daß die Teile der Wicklungen des Sende-Übertragers Tx und des Empfangs- Übertragers Rx einheitlich angeordnet werden können, was die Herstellung des Metalldetektors vereinfacht. Der erfindungs­ gemäße Detektor zeigt ein gleichförmiges Antwortverhalten gegenüber dem Passieren eines ferromagnetischen Körpers in verschiedenen Höhen über dem Boden und weist daher ein größeres Diskriminierungsvermögen auf, so daß nur eine minimale Anzahl von Fehlalarmen ausgelöst wird.

Erfindungsgemäß werden diese Vorteile erzielt durch einen Metalldetektor mit zwei Übertragern Tx und Rx, die jeweils durch mindestens zwei zueinander in der Höhe versetzte Wicklungen gebildet werden, und mit einer elektronischen Schaltung zum Analysieren der Empfangssignale, die diese miteinander vergleicht und das Ergebnis des Vergleichs mit Werten einer gespeicherten Tabelle vergleicht, um einen Korrekturkoeffizienten zu ermitteln, mit dem eines der Empfangssignale (gewöhnlich das größte) verstärkt wird, um eine Detektions-Ungleichförmigkeit des Metalldetektors als Funktion der Höhe über dem Boden zu kompensieren und korrigieren.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Sicherheit der überwachten Räumlichkeiten erhöht. Ein Großteil der Fehlalarme wird beseitigt, was die Personendurchgangsquote erhöht. Dadurch wird die Verwendung von automatischen Überwachungssystemen erleichtert.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beispielhaften angefügten Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht zweier einander zugekehrter Platten, die jeweils zwei Wicklungen eines Übertragers Tx bzw. Rx aufnehmen,

Fig. 2 eine Vorderansicht der zueinander versetzten Wicklungen, die den Sende-Übertrager Tx und/oder den Empfangs-Übertrager Rx des Metalldetektors bilden,

Fig. 3 ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung, mit der eines der von einem Fremdkörper im überwachten Bereich herrührendem Signale verstärkt werden kann,

Fig. 4, 5, 6 und 7 eine Darstellung der Signale, die in einem Wicklungspaar des Empfangs-Übertragers Rx beim Passieren eines Fremdkörpers in unterschiedlichen Höhen über dem Boden induziert werden.

Die Zeichnung dient nur dazu, die Erfindung zu veranschaulichen und das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors gezeigt, bei der sowohl sende- als auch empfangsseitig zwei in der Höhe versetzt angeordnete Wicklungen vorgesehen sind. Die beiden in einer Platte PR angeordneten Empfangs-Wicklungen sind mit den Bezugszeichen Rx1 und Rx2 bezeichnet, wohingegen die beiden in einer Platte PT angeordneten Sende-Wicklungen mit Tx1 und Tx2 bezeichnet sind. Die beiden Empfangswicklungen Rx1 und Rx2 sind gleich lang. Das untere Ende der tiefer angeordneten Empfangs-Wicklung Rx1 fällt mit dem unteren Ende der Platte PR und dem Boden zusammen. Entsprechendes gilt für die Sende-Wicklungen Tx1 und Tx2.

Mit dem Bezugszeichen A ist die Höhe des unteren Endes der höher angeordneten Empfangs-Wicklung Rx2 über dem unteren Ende der Platte PR gekennzeichnet. Das Bezugszeichen B kennzeichnet den Mittelpunkt der Platte PR bezogen auf die Vertikalrichtung.

Mit RIC1 und RIC2 sind zwei elektronische Einheiten bezeichnet, die zum Verarbeiten der in den Wicklungen Rx1 und Rx2 induzierten Signale dienen. Mit dem Bezugszeichen A-D sind Analog-Digital-Konverter bezeichnet, mit denen die analogen Ausgangssignale der Einheiten RIC1 und RIC2 jeweils in eine Ziffernfolge transformiert werden, die zu einer Recheneinheit PROC übertragen wird. Die Recheneinheit PROC wird normalerweise durch einen Digitalprozessor gebildet. In einer Speichereinheit TAB sind Bezugswerte gespeichert. Mit den Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 sind Multiplizierer bezeichnet, die dazu programmiert sind, eines der Empfangssignale so zu verstärken, daß die Höhe des schließlich an einer Ausgangseinheit SC abgegebenen Ausgangssignals unabhängig von der Höhe der durch den überwachten Durchgang führenden Bahn eines Fremdkörpers über dem Boden ist.

In den auf Blatt 2/2 dargestellten Kurven bezeichnet der Buchstabe S die Signalhöhe und der Buchstabe t die Zeit. H steht für die Höhe über dem Boden, in der der Fremdkörper passiert. Mit den Bezugszeichen Rx1 und Rx2 ist angegeben, in welcher der gegeneinander versetzten Empfangswicklungen des Metalldetektors der Fremdkörper die dargestellten Signale induziert hat. Die Höhe der in der Rx1 und Rx2 induzierten Signale ist als in Abhängigkeit von der Zeit sinusförmig variierend dargestellt. In Abwesenheit von Metallkörpern haben die Signale einen flachen zeitlichen Verlauf (die Signale von Rx1 und Rx2 sind zur besseren Übersichtlichkeit jeweils in Richtung der Signalhöhe S versetzt gezeichnet).

Die Erfindung umfaßt den ersten Übertrager Tx, der wenigstens aus zwei in der Höhe versetzt angeordneten Wicklungen besteht, und den zweiten Übertrager Rx, der wenigstens aus zwei ebenfalls in der Höhe versetzten Wicklungen besteht. Die beiden Übertrager Tx und Rx sind vorzugsweise identisch ausgebildet und weisen unabhängige Wicklungen auf, die gegenüber dem Boden höhenversetzt angeordnet sind. Die Übertragerwicklungen können an einer ebenen, langen und dünnen, plattenähnlichen Tragkonstruktion (PR, PT) gehaltert sein. Die Tragkonstruktion (PR, PT) kann in Form einer kleinen Säule oder in jeder beliebigen Form ausgebildet sein, da die Wicklungen der Übertrager Tx und Rx bezüglich der erfindungsgemäßen Korrektur der Detektionsempfindlichkeit nicht von der geometrischen Form der Tragkonstruktion (PR, PT) beeinflußt werden. Die elektronische Schaltung zum Verarbeiten der in den einzelnen Wicklungen des Empfangs-Übertragers Rx induzierten elektrischen Signale umfaßt die gesonderten Empfangseinheiten RIC1 und RIC2, die jeweils am Eingang mit einer der Empfangswicklungen Rx1 bzw. Rx2 verbunden sind, um das in dieser induzierte elektrische Signal zu verarbeiten (z. B. zu verstärken und/oder zu filtern).

Die so jeweils von den Einheiten RIC1 und RIC2 verarbeiteten Signale werden unmittelbar jeweils zu einem eigenen Analog- Digital-Konverter A-D übertragen, die das jeweilige Analogsignal in eine digitale Darstellung überführt und als Ziffernfolge an die digitale Recheneinheit (PROC) schickt. Die digitale Recheneinheit (PROC) erhält somit eine Anzahl von durch einen den überwachten Bereich passierenden Fremdkörper induzierten Signalen, die der Anzahl der Empfängerwicklungen entspricht. Die Signale sind jeweils in Form einer Ziffernfolge dargestellt, so daß sie miteinander verglichen werden können.

Die digitale Recheneinheit PROC setzt die Amplituden der Empfangssignale in eine Beziehung zueinander und ermittelt daraus einen Wert (im allgemeinen wird das Verhältnis der Amplituden der Empfangssignale ermittelt), der eine Indizierung desjenigen Korrekturkoeffizienten darstellt, mit dem, wie oben erläutert, eine Korrektur bezüglich der Höhe über dem Boden durchgeführt werden kann, in der ein Fremdkörper, bei dem es sich um eine Waffe handeln könnte, passiert.

Man erhält diesen Korrekturkoeffizienten durch Vergleich des aus dem Vergleich der Empfangssignale gewonnenen Werts mit den in einer Tabelle für diesen Zweck gespeicherten Werten. Eines der von den Wicklungen des Empfangs-Übertragers Rx empfangenen Signale ist mit diesem Korrekturkoeffizienten zu multiplizieren, um eine Signalamplitude zu erhalten, die dieses Signal gehabt hätte, wenn der Fremdkörper die Empfangs-Wicklung in der ihrer maximalen Empfindlichkeit entsprechenden Höhe passiert hätte.

Diese Signalanalyse erleichtert somit die Entscheidung, ob ein Alarm ausgelöst werden soll oder ob der die Störung verursachende Körper ignoriert werden soll, da das von ihm herrührende Signal als kleiner anzusehen ist als ein Signal, das von einer passierenden Waffe verursacht wird.

Das zu korrigierende Signal der Empfangssignale wird durch einen der Multiplizierer 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 geschickt, je nachdem, welches Ergebnis die Recheneinheit PROC beim Vergleich der Empfangssignale und beim Vergleich des Ergebnisses dieses ersten Vergleichs mit den gespeicherten Werten der Tabelle ermittelt hat. Die Multiplizierer weisen jeweils unterschiedliche Multiplikations-Koeffizienten auf.

Die Ausgangseinheit SC liefert somit ein Ausgangssignal, das, bezogen auf ein und denselben Fremdkörper, nahezu konstant ist, unabhängig davon, in welcher Höhe über dem Boden der Fremdkörper passiert.

Zusammenfassend liegt eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Metalldetektors in der höhenversetzten Anordnung der Wicklungen der elektromagnetischen Übertrager Tx und Rx, unabhängig von der Form der Tragkonstruktionen und der Stellung der Übertrager zueinander. Eine andere Besonderheit liegt in der zunächst unabhängigen Verarbeitung der in den Empfängerwicklungen induzierten elektrischen Signale, in der Durchführung eines Vergleichs dieser Signale (im allgemeinen in Form einer Verhältnisbildung) und in der Durchführung eines Vergleichs des Ergebnisses dieses Vergleichs mit gespeicherten Bezugswerten. Dadurch wird der Koeffizient ermittelt, mit dem eines der Signale von den Empfängerwicklungen (die Auswahl dieses Signals wird ebenfalls durch den gefundenen Verhältniswert der Empfangssignale bestimmt) multipliziert wird, um ein verstärktes Signal zu erhalten, das demjenigen Signal entspricht, das man erhalten hätte, wenn der Fremdkörper den überwachten Bereich in der Höhe größter Empfindlichkeit passiert hätte.

Claims (8)

1. Metalldetektor zum Aufspüren von Metallkörpern, insbesondere Waffen, die durch einen überwachten Eingang geführt werden, umfassend:

• - einen elektromagnetischen Sendeübertrager (Tx) und einen elektromagnetischen Empfangsübertrager (Rx), die jeweils durch mindestens zwei zueinander in der Höhe versetzte Wicklungen (Tx1, Tx2; Rx1, Rx2) gebildet werden, sowie
• - eine Korrekturschaltung, mit der Empfangssignale verschiedener Wicklungen (Rx1, Rx2) des Empfangsüber­ tragers (Rx) miteinander verglichen werden und das Ergebnis des Vergleichs mit Werten einer gespeicherten Tabelle verglichen wird, um einen Korrekturkoeffizienten zu ermitteln, gemäß dem ein bestimmtes der Empfangssignale verstärkt wird, so daß eine als Funktion der Höhe über dem Boden des Metalldetektors gegebene Detektions-Ungleich­ förmigkeit kompensiert und damit korrigiert wird.

2. Metalldetektor nach Anspruch 1, bei dem der Sendeübertrager (Tx) und der Empfangsübertrager (Rx) gleich ausgebildet sind und jeweils aus mehreren unabhängigen Wicklungen (Tx1, Tx2; Rx1, Rx2) aufgebaut sind, die bezüglich der Höhe über dem Boden versetzt angeordnet sind.

3. Metalldetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens zwei Empfängereinheiten (RIC1, RIC2) vorgesehen sind, die am Eingang mit jeweils einer der Wicklungen (Rx1, Rx2) des Empfangsübertragers (Rx) geschaltet sind, um die in diesen Wicklungen (Rx1, Rx2) induzierten elektrischen Empfangs­ signale zu verarbeiten.

4. Metalldetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Analog-Digital-Konverter (A-D) vorgesehen sind, um die analogen Signale von dem Empfangsübertrager (Rx) oder den Empfängereinheiten (RIC1, RIC2) in digitale Ausgangs­ signale, jeweils in Form einer Ziffernfolge, umzuwandeln.

5. Metalldetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Korrekturschaltung eine digitale Recheneinheit (PROC) aufweist, die den Vergleich der Empfangssignale durch­ führt, das Ergebnis dieses Vergleichs mit den Werten der gespeicherten Tabelle vergleicht und den Korrektur­ koeffizienten in Form eines multiplikativen Parameters ermittelt, mit dem eines der Empfangssignale multipliziert wird, das dann als das Empfangssignal angesehen wird, das von der durch das Passieren eines Metallkörpers durch den überwachten Eingang verursachten Störung herrührt.

6. Metalldetektor nach Anspruch 5, bei dem eine Speichereinheit (TAB) vorgesehen ist, in der die Tabelle gespeichert ist.

7. Metalldetektor nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem das größte der Empfangssignale vom Empfangsübertrager (Rx) entsprechend dem Korrekturkoeffizienten verstärkt wird.

8. Metalldetektor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem mehrere Multiplizierer (1 bis 7) vorgesehen sind, um das zu korrigierende Empfangssignal entsprechend verschiedenen Korrekturkoeffizienten verstärken zu können, wobei zu einem Zeitpunkt jeweils nur derjenige Multiplizierer von der digitalen Recheneinheit (PROC) ausgewählt wird und arbeitet, der einem bestimmten Ergebnis entspricht, das von der digitalen Recheneinheit (PROC) beim Vergleich der Empfangssignale und beim Vergleich des Ergebnisses dieses Vergleiches mit den in der Tabelle gespeicherten Werten ermittelt wurde.