WO1996011414A1 - Sensor system for detecting, locating and identifying metal objects - Google Patents

Sensor system for detecting, locating and identifying metal objects Download PDF

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WO1996011414A1
WO1996011414A1 PCT/DE1995/001375 DE9501375W WO9611414A1 WO 1996011414 A1 WO1996011414 A1 WO 1996011414A1 DE 9501375 W DE9501375 W DE 9501375W WO 9611414 A1 WO9611414 A1 WO 9611414A1
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WO
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sensor system
sensor
objects
data
gradient
Prior art date
Application number
PCT/DE1995/001375
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German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Eschner
Ralph Koch
Jürgen Kramer
Bernhard Neumeyer
Rainer Ulbrich
Christian Borgwardt
Wolfgang Schreiner
Original Assignee
Dornier Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
    • G01V3/104—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils
    • G01V3/105—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils forming directly coupled primary and secondary coils or loops
    • G01V3/107—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils forming directly coupled primary and secondary coils or loops using compensating coil or loop arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat

Definitions

  • the invention relates to a sensor system for the electronic detection of metallic objects which are located below the surface of the earth.
  • Metallic objects beneath the earth's surface can be, for example, military and industrial contaminated sites that pose a high risk to people and the environment.
  • the object of the invention is therefore to create a sensor system with which the lateral and vertical resolution of conventional metal detectors and magnetic field probes is considerably improved.
  • the sensor system according to the invention comprises at least one sensor module with at least one active gradient metal detector.
  • the active gradient metal detector comprises at least one gradient coil and one excitation coil.
  • the gradient coil and excitation coil are preferably in a rigid configuration.
  • a gradient metal detector comprises two gradient coils orthogonal to one another. Such a metal detector is referred to below as a double gradient metal detector.
  • the sensor system according to the invention achieves a significantly higher resolution than the known sensor systems. In order to make full use of the improvement in resolution, the sensor signals are advantageously evaluated with a higher dynamic range of 22 bits, corresponding to 130 dB.
  • a signal analysis or a model calculation for the reconstruction of the measurement signals is additionally carried out.
  • the model calculation the three-dimensional position of objects, their shape and size, but also their electrical and magnetic material parameters are determined. From these calculated data of depth, size, shape and material of the metallic objects, the sensor system according to the invention carries out a classification of the objects found, which enables the essential decision to be made as to which objects can remain in the ground as harmless or uninteresting.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an active metal detector belonging to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an active gradient metal detector as used in the sensor system according to the invention
  • Fig. 3 typical waveform of a prior art
  • FIG. 4 typical waveform of an active gradient metal detector with the Diameter D when passing over a metal ball
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an active double-gradient metal detector as used in the invention
  • FIG. 6 shows a sensor module in a linear two-dimensional array arrangement with double-gradient metal detectors and three-axis detectors Fluxgate magnetometers
  • FIG. 7 circular arrangement of the sensors from FIG. 6,
  • FIG. 8 an embodiment of the sensor system according to the invention
  • FIG. 9 an embodiment of a sensor module according to the invention.
  • 10 shows a hand-carried version of the sensor system according to the invention. 11 to 13 examples for the evaluation of the sensor data.
  • active sensors metal detectors or induction coil sensors
  • passive sensors magnetic field probes
  • Gradient metal detectors are used as metal detectors. They differ from conventional metal detectors (FIG. 1) in that the pickup coil is divided into two coils (pair of coils) connected to one another (FIG. 2) and thus a field gradient component is measured. Such a pair of coils is referred to in this application as a gradient coil.
  • the measurement signals of a conventional metal detector and a gradient metal detector for a metal ball are compared in FIGS. 3 and 4.
  • the signal swing differs for the two variants not, but the half-width of the signals and thus the lateral resolution in the gradient metal detector is halved to the size of half the diameter of the excitation coil.
  • the advantage of the resolution improvement is only fully exploited if the field gradient is measured in both horizontal directions.
  • a second pair of pickup coils which is oriented in the measuring plane perpendicular to the first pair of coils, must be present and is also measured (FIG. 5).
  • the two pairs of pickup coils are arranged in the manner of a cloverleaf.
  • This double gradient metal detector is operated by a common excitation coil. This arrangement is referred to below as a hardware gradiometer.
  • the same gradient components are calculated which a double-gradient metal detector also measures.
  • the difference between this "software gradiometer” and the “hardware gradiometer” is that in the hardware gradiometer, coherent interference signals are immediately eliminated by the simultaneous formation of differences and not in the software gradiometer. The signal noise is therefore higher in the latter.
  • the measurement grid for the software gradio meter must be made finer. So it has to be measured longer.
  • the hardware gradiometer used in the sensor system according to the invention therefore allows a greater search performance. To eliminate faults, e.g. caused by paramagnetic or moist earth soils, a multi-frequency method is used.
  • a sensor module can additionally comprise passive magnetic field probes.
  • absolute field measuring devices such as proton resonance magnetometers are mostly used in geophysical measurements.
  • the measurement results of these magnetometers are independent of the spatial position of the measuring instruments, and the measurement values are therefore independent of twists and turns.
  • they have the disadvantage that their measuring frequency range is limited to a maximum of 1 Hz.
  • 3-axis fluxgate magnetometers are therefore used. They allow measuring frequencies up to 1 kHz. The individual sensitivities of the 3 magnetometers are determined in a calibration process. With their help, the absolute value of the magnetic field is calculated from the individual measured values.
  • This part of the sensor system according to the invention represents a fast absolute value measuring device. Dynamic range and linearity of the fluxgate magnetometer still allow field resolutions of less than 1 nT.
  • Natural and human-generated magnetic noise is in the frequency band up to 100 Hz, depending on the environment, at some 100 nT.
  • a further reference magnetometer must be installed in addition to the magnetometers already mentioned.
  • the magnitude of the magnetic field is also formed for the reference magnetometer. The difference between see the squares and the measurement results of the measuring magnetometer and the reference magnetometer are then:
  • a signal is therefore obtained which is proportional to the magnetic field to be measured, the noise is thus eliminated.
  • FIG. 5 To increase the search performance, that is, the area searched per hour, several double-gradient metal detectors (FIG. 5) and magnetic field probes can be integrated into the device.
  • the sensors can be arranged in a two-dimensional linear arrangement (FIG. 6) or on a disk (FIG. 7) rigidly and / or movably with respect to one another.
  • the passive magnetic field sensor 1 4 is calibrated by a reference magnetometer 1 6 (FIG. 8) such that the earth field noise is removed from its measurement signal.
  • the measured data from the sensors are processed together with data from a rotary encoder 10 and a displacement encoder 8 (the displacement encoder 8 measures the position of the system relative to a reference point) from a measured value acquisition 6 and via a transmission link 12 to a central control and processing unit , for example to a central computer 1 8, transmitted to or in a vehicle 20.
  • the data of the various sensor modules are stored, processed, evaluated and shown on a display.
  • the search with the sensor system according to the invention takes place in such a way that an operator observes the high-resolution two-dimensional magnetic image of the floor on the monitor of the central computer. He thus receives a supervision of the magnetic image of the objects located below the earth's surface.
  • the objects can be recognized interactively by the operator himself or automatically by an image processing program. When an object has been recognized, the measured data are evaluated mathematically to determine depth, shape and material and then the object is classified. 1C
  • the location of the objects found is indicated on the map created in real time and by a marking device on the site.
  • the system has a modular structure and consists of one or more modules (FIG. 9), the modules being connected to one another in a fixed manner, but individually movable or else completely rigidly.
  • the sensor module as well as the devices for evaluating and displaying the sensor signals are integrated into a compact unit and mounted on wheels or a sliding trough. They are either manually operated by an operator (pushed) or pushed or pulled (externally moved) by a vehicle.
  • Sensor module as well as the devices for evaluating and displaying the sensor signals (e.g. front-end computer, central computer, monitor, etc.) are arranged on a driven carrier vehicle.
  • the carrier vehicle can be a land vehicle, but also an aircraft, e.g. be a zeppelin. A hovercraft is also possible.
  • the sensor system can be designed as a hand-held device that is carried by an operator over the surface of the earth to be examined. Any movements of the hand-held device are possible. For example, the operator can perform pendulum movements transversely to his direction of movement when running forward, so that the terrain to be examined can be covered as quickly and seamlessly as possible.
  • the fact that the device has no mechanical contact with the earth's surface places special demands on the position determination.
  • the following means for positional adjustment are advantageously suitable for this hand-held device:
  • Satellite-supported GPS sensors in conjunction with directional gyros and acceleration sensors and / or speed sensors, a two-dimensional ultrasound system that interacts with a correlation computer, a laser tracking system, a two-dimensional laser Doppler sensor system, and a two-dimensional cable pull system.
  • the determined coordinates can be corrected by a calibration measurement by measuring the location points with respect to a reference point.
  • FIG. 10 An example of such a hand-held device is shown in FIG. 10. It comprises a sensor module 22 with at least one gradient metal detector, advantageously a double gradient metal detector.
  • the sensor module 22 is preferably immovably connected to the frame 32 of the device.
  • a position sensor 26 is also arranged on the frame 32 of the device. be coupled.
  • the same aids as in (1.e) can be used for this purpose.
  • the arrangement of the sensors in the system can be selected in such a way that the distances between the sensors and objects which negatively influence the sensor function (for example other sensors, metallic components in the overall system) remain constant over time. In the case of rotating sensors, this can be achieved, for example, by synchronizing the movement of the sensors.
  • the speed of movement of the system is reduced. Due to the lower speed, measured values can be taken in higher density, so that the measurement resolution increases. With the higher measuring point density in the two-dimensional grid, the fine resolution of the magnetic signals can be increased by the subsequent data processing. This improves the spatial separation of small and large objects.
  • the measured values of the double-gradient metal detectors are preprocessed and color-coded in a two-dimensional image of the area searched. Additional representations, e.g. Isolines are possible.
  • the measurement data of the magnetic field probes can be reproduced in the same image with a different color coding. In this way, objects with and without their own magnetic field can be distinguished from one another in the image.
  • the color coding can be adapted to the measurement situation by the operator.
  • the measured values are fed to an evaluation computer. Detected objects are shown.
  • an eddy current distribution can be calculated. From this, the shape, size and depth as well as the position of the object can be determined. The conductivity of non-magnetic objects is calculated, and the magnetic moment is determined for magnetic objects.
  • the identified objects can be identified with the aid of the determined object parameters shape, volume and electrical conductivity.
  • the characteristic data of the objects to be expected are stored in a database.
  • a corresponding computer program offers the operator of the device suggestions for identification.
  • the data are evaluated using the following methods:
  • An active double-gradient metal detector (FIG. 5) supplies a magnitude signal when driving over a metallic object, the phase position of which depends on the excitation voltage on the material of the metal and on the frequency of the excitation voltage.
  • metals such as brass, iron, copper or aluminum can be distinguished regardless of their shape and size.
  • a background signal from the ground often prevents material detection.
  • a double gradient metal detector which is excited at one frequency, but particularly advantageously at several frequencies.
  • the measuring Values of such a double gradient metal detector are linked as punctual data records with frequency-dependent magnitude and phase values with the associated location coordinates of the metal detector from a computer to a (in terms of excitation frequencies) a multidimensional data field which can be differentiated according to the location coordinates.
  • a data set at a spatial point P (x, y) within the area to be examined contains 1?
  • the excitation coil of the metal detector is operating at two frequencies .
  • v 2 the following components:
  • the specified 2-dimensional measurement data set expands accordingly to an N-dimensional data set.
  • the individual components of the measurement data set can also be linked to one another.
  • results of the difference formation can advantageously be assigned to a gray scale or color scale and (advantageously in real time) can be displayed as a two-dimensional representation on the display unit of a computer.
  • the areas between the individual calculated points of the two-dimensional representation can advantageously be filled by interpolated gray or color values.
  • a grid of individual location points is shown at the top left, each of these location points being assigned a measurement data record measured at these points.
  • FIG. 12 shows some examples of the alignment of the gradient vectors for certain materials and shapes of the detected objects.
  • the sketch at the top left shows the gradient vectors for a punctiform and ferromagnetic object.
  • the vectors all point to a point, which is thereby recognized as the center of the object.
  • the determined gradient vectors for a point-like, paramagnetic object are shown at the top right. The vectors in this case point away from the object.
  • the middle column shows the unit vector field of the gradients at a fixed excitation frequency, as already described in FIGS. 11 and 12.
  • the first column shows the scalar field of the amounts of the associated measurement data sets at the same excitation frequency.
  • the values between the measuring points are interpolated.
  • the magnitude values are assigned to a color scale, so that different magnitude values or intervals correspond to different color values.
  • the third column shows the final result of the evaluation.
  • the top line shows the evaluation for a simple object (point-shaped).
  • the vectors here all point towards a single point. In this color coding, the absolute values are represented as concentric circles around this point. This central point can thus be recognized and marked as the position of the object.
  • the middle line shows the evaluation for a compound object (several point objects).
  • the gradient vectors point to several points here.
  • the color coding of the absolute values has a corresponding symmetry.
  • the components of the data field can be processed and evaluated for each individual excitation frequency in the manner described.
  • a material detection eg copper, brass, aluminum, iron, nickel, precious metals
  • the physical basis for this is the fact that the signal received by an object changes in a typical manner depending on the type of material with the excitation frequency.
  • information about the material properties of the objects hidden in the ground is obtained which uniquely characterize and distinguish them.
  • a database can be present in which a characteristic frequency dependency for a large number of materials and objects is stored. Identification can be obtained by comparing the measured values with the content of the database.
  • the invention achieves a high-resolution magnetic measurement of the upper layer of the earth, the real-time representation of the measured values obtained on a map, the real-time marking of the found object positions on the ground, and the classification of the found objects.
  • the classification enables a significant reduction in the number of objects to be excavated. Time and costs for soil remediation as well as dangers for cleaning staff are considerably reduced. List of reference numerals used in Figures 8, 9 and 10:

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Abstract

The invention relates to a high-resolution sensor system for detecting, locating and identifying metal objects beneath the earth's surface. It comprises at least one active gradient metal detector.

Description

Beschreibungdescription
Sensorsystem zur Detektion, Ortung und Identifizierung von me¬ tallischen ObjektenSensor system for the detection, location and identification of metallic objects
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur elektronischen Detektion von me¬ tallischen Objekten, die sich unter der Erdoberfläche befinden.The invention relates to a sensor system for the electronic detection of metallic objects which are located below the surface of the earth.
Metallische Objekte unter der Erdoberfläche können beispielsweise militäri¬ sche und industrielle Altlasten sein, die eine hohe Gefahr für Mensch und Um¬ welt darstellen.Metallic objects beneath the earth's surface can be, for example, military and industrial contaminated sites that pose a high risk to people and the environment.
Zur Abwendung dieser Gefahr werden nach dem Stand der Technik belastete Gelände mit Metalldetektoren per Hand abgesucht und jedes gefundene Ob¬ jekt ausgegraben. Neben den gefährlichen Objekten befinden sich im Boden oftmals noch eine große Zahl ungefährlicher metallischer Objekte wie Nägel, Dosen und Verschlüsse, die mit herkömmlichen Metalldetektoren nicht von gefährlichen Objekten unterschieden werden können. Daher müssen nach dem Stand der Technik alle gefundenen Objekte geborgen werden, obwohl die weit überwiegende Menge ungefährlich ist und im Boden verbleiben könnte. In vielen belasteten Geländen kommt im Schnitt auf ca. 1000 metalli¬ sche Objekte nur ein zu bergendes gefährliches Objekt. Die daraus resultie¬ rende Alarmrate hat in einem solchen Fall die tausendfache Ausgrabezeit im Vergleich zum Idealfall zur Folge, in dem genau das einzige gefährliche Ob¬ jekt gefunden und ausgegraben wird.To avoid this danger, terrain contaminated with the prior art is searched by hand with metal detectors and every object found is excavated. In addition to the dangerous objects, there are often a large number of harmless metallic objects in the floor, such as nails, cans and closures, which cannot be distinguished from dangerous objects with conventional metal detectors. Therefore, according to the state of the art, all objects found have to be recovered, although the vast majority is harmless and could remain in the ground. In many contaminated areas, there is an average of approx. 1000 metallic objects only one dangerous object to be recovered. In such a case, the resulting alarm rate has a thousand times the excavation time In comparison to the ideal case, in which exactly the only dangerous object is found and excavated.
Da alle Objekte eine Mindestmenge an Metallen enthalten, besteht ein we¬ sentliches Problem darin, durch magnetische Messungen gefährliche Objekte von ungefährlichen zu unterscheiden. Besonders schwierige Verhältnisse lie¬ gen vor, wenn die gefährlichen Objekte sehr klein sind, und diese auch noch in der unmittelbaren Nachbarschaft von anderen großen Objekten liegen.Since all objects contain a minimum amount of metals, a major problem is to distinguish dangerous objects from harmless ones by magnetic measurements. Conditions are particularly difficult when the dangerous objects are very small and these are also in the immediate vicinity of other large objects.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Sensorsystem zu schaffen, mit dem die laterale und vertikale Auflösung herkömmlicher Metalldetektoren und Magnetfeldsonden erheblich verbessert wird.The object of the invention is therefore to create a sensor system with which the lateral and vertical resolution of conventional metal detectors and magnetic field probes is considerably improved.
Diese Aufgabe wird mit einem Sensorsystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteil¬ hafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstände weiterer Ansprüche.This object is achieved with a sensor system according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of further claims.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem umfaßt mindestens ein Sensormodul mit mindestens einem aktiven Gradienten-Metalldetektor. Der aktive Gradien¬ ten-Metalldetektor umfaßt mindestens eine Gradientenspule sowie eine Erre¬ gerspule.The sensor system according to the invention comprises at least one sensor module with at least one active gradient metal detector. The active gradient metal detector comprises at least one gradient coil and one excitation coil.
Gradientenspule und Erregerspule befinden sich bevorzugt in einer starren Konfiguration.The gradient coil and excitation coil are preferably in a rigid configuration.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung umfaßt ein Gradienten-Metallde¬ tektor zwei zueinander orthogonale Gradientenspulen. Ein derartiger Metall¬ detektor wird im folgenden als Doppel-Gradienten-Metalldetekor bezeichnet.
Figure imgf000004_0001
Mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem wird eine wesentlich höhere Auf¬ lösung als bei den bekannten Sensorsystemen erreicht. Um die Auflösungs¬ verbesserung voll zu nutzen, werden die Sensorsignale vorteilhaft mit einem höheren Dynamikumfang von 22 bit entsprechend 130 dB ausgewertet.In a particularly advantageous embodiment, a gradient metal detector comprises two gradient coils orthogonal to one another. Such a metal detector is referred to below as a double gradient metal detector.
Figure imgf000004_0001
The sensor system according to the invention achieves a significantly higher resolution than the known sensor systems. In order to make full use of the improvement in resolution, the sensor signals are advantageously evaluated with a higher dynamic range of 22 bits, corresponding to 130 dB.
In einer vorteilhaften Ausführung werden zusätzlich eine Signalanalyse oder eine Modellrechnung zur Rekonstruktion der Meßsignale durchgeführt. Bei der Modellrechnung werden die dreidimensionale Position von Gegenstän¬ den, deren Form und Größe, aber auch ihre elektrischen und magnetischen Materialparameter bestimmt. Aus diesen errechneten Daten von Tiefe, Größe, Form und Material der metallischen Objekte führt das erfindungsgemäße Sen¬ sorsystem eine Klassifizierung der gefundenen Objekte durch, die die wesent¬ liche Entscheidung ermöglicht, welche Objekte als ungefährlich oder uninte¬ ressant im Boden verbleiben können.In an advantageous embodiment, a signal analysis or a model calculation for the reconstruction of the measurement signals is additionally carried out. In the model calculation, the three-dimensional position of objects, their shape and size, but also their electrical and magnetic material parameters are determined. From these calculated data of depth, size, shape and material of the metallic objects, the sensor system according to the invention carries out a classification of the objects found, which enables the essential decision to be made as to which objects can remain in the ground as harmless or uninteresting.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 schematische Darstellung eines zum Stand der Technik gehörenden aktiven Metalldetektors, Fig. 2 schematische Darstellung eines aktiven Gradienten-Metalldetektors, wie in dem erfindungsgemäßen Sensorsystem verwendet; Fig. 3 typische Signalform eines zum Stand der Technik gehörenden1 shows a schematic representation of an active metal detector belonging to the prior art; FIG. 2 shows a schematic representation of an active gradient metal detector as used in the sensor system according to the invention; Fig. 3 typical waveform of a prior art
Metalldetektors mit dem Durchmesser D beim Überfahren einerMetal detector with the diameter D when driving over one
Metallkugel, Fig. 4 typische Signalform eines aktiven Gradienten-Metalldetektors mit dem Durchmesser D beim Überfahren einer Metallkugel, Fig. 5 schematische Darstellung eines aktiven Doppel-Gradienten-Metallde¬ tektors, wie in der Erfindung verwendet, Fig. 6 ein Sensormodul in linearer zweidimensionaler Array-Anordnung mit Doppel-Gradienten-Metalldetektoren und Drei-Achsen-Fluxgate- Magnetometern, Fig. 7 kreisförmige Anordnung der Sensoren von Fig. 6, Fig. 8 ein Ausführung des erfindungsgemäßen Sensorsystems, Fig. 9 eine Ausführung eines Sensormoduls gemäß der Erfindung. Fig. 10 eine handgetragene Ausführung des erfindungsgemäßen Sensorsy¬ stems. Fig. 11 bis 13 Beispiele für die Auswertung der Sensordaten.4 typical waveform of an active gradient metal detector with the Diameter D when passing over a metal ball, FIG. 5 shows a schematic illustration of an active double-gradient metal detector as used in the invention, FIG. 6 shows a sensor module in a linear two-dimensional array arrangement with double-gradient metal detectors and three-axis detectors Fluxgate magnetometers, FIG. 7 circular arrangement of the sensors from FIG. 6, FIG. 8 an embodiment of the sensor system according to the invention, FIG. 9 an embodiment of a sensor module according to the invention. 10 shows a hand-carried version of the sensor system according to the invention. 11 to 13 examples for the evaluation of the sensor data.
1 . Magnetsensorik1 . Magnetic sensors
Um das magnetische Bild des zu untersuchenden Geländes aufzunehmen, werden sowohl aktive Sensoren (Metalldetektoren bzw. Induktionsspulensen¬ soren) als auch zusätzlich passive Sensoren (Magnetfeldsonden) eingesetzt.In order to record the magnetic image of the area to be examined, both active sensors (metal detectors or induction coil sensors) and additionally passive sensors (magnetic field probes) are used.
(a) Metalldetektoren(a) Metal detectors
Als Metalldetektoren werden Gradienten-Metalldetektoren benutzt. Sie unter¬ scheiden sich von herkömmlichen Metalldetektoren (Fig. 1 ) dadurch, daß die Aufnehmerspule in zwei gegeneinander geschaltete Spulen (Spulenpaar) aufgeteilt ist (Fig. 2) und damit eine Feldgradientenkomponente gemessen wird. Ein solchesSpulenpaar wird in dieser Anmeldung als Gradientenspule bezeichnet. Die Meßsignale eines herkömmlichen Metalldetektors und eine Gradienten-Metalldetektors für eine Metallkugel sind in den Fig. 3 und Fig. 4 gegenübergestellt. Der Signalhub unterscheidet sich für die beiden Varianten
Figure imgf000006_0001
nicht, allerdings halbiert sich die Halbwertsbreite der Signale und damit die laterale Auflösung beim Gradienten-Metalldetektor auf die Größe des halben Durchmessers der Erregerspule. Der Vorteil der Auflösungsverbesserung wird jedoch erst dann voll genutzt, wenn der Feldgradient in beiden horizontalen Richtungen gemessen wird. Das bedeutet, daß ein zweites Aufnehmerspulen¬ paar, das in der Meßebene senkrecht zum ersten Spulenpaar orientiert ist, vorhanden sein muß und mitgemessen wird (Fig. 5). Die zwei Aufnehmerspu¬ lenpaare sind dabei nach Art eines Kleeblatts angeordnet. Dieser Doppel- Gradienten-Metalldetektor wird von einer gemeinsamen Erregerspule betrie¬ ben. Diese Anordnung wird im folgenden als Hardware-Gradiometer bezeich¬ net.Gradient metal detectors are used as metal detectors. They differ from conventional metal detectors (FIG. 1) in that the pickup coil is divided into two coils (pair of coils) connected to one another (FIG. 2) and thus a field gradient component is measured. Such a pair of coils is referred to in this application as a gradient coil. The measurement signals of a conventional metal detector and a gradient metal detector for a metal ball are compared in FIGS. 3 and 4. The signal swing differs for the two variants
Figure imgf000006_0001
not, but the half-width of the signals and thus the lateral resolution in the gradient metal detector is halved to the size of half the diameter of the excitation coil. However, the advantage of the resolution improvement is only fully exploited if the field gradient is measured in both horizontal directions. This means that a second pair of pickup coils, which is oriented in the measuring plane perpendicular to the first pair of coils, must be present and is also measured (FIG. 5). The two pairs of pickup coils are arranged in the manner of a cloverleaf. This double gradient metal detector is operated by a common excitation coil. This arrangement is referred to below as a hardware gradiometer.
Durch rechnerische Differenzierung der Meßwerte, die man durch zweidimen- sionales Rastern mit einem herkömmlichen Metalldetektor erhält, errechnet man dieselben Gradientenkomponenten, die auch ein Doppel-Gradienten- Metalldetektor mißt. Der Unterschied zwischen diesem "Software-Gradiome- ter" und dem "Hardware-Gradiometer" besteht darin, daß beim Hardware-Gra¬ diometer kohärente Störsignale durch die simultane Differenzbildung sofort eliminiert werden und beim Software-Gradiometer nicht. Das Signal-Rau¬ schen ist bei letzterem daher höher. Weiterhin muß für das Software-Gradio¬ meter das Meßraster feiner gelegt werden. Es muß also länger gemessen werden. Das in dem erfindungsgemäßen Sensorsystem eingesetzte Hard¬ ware-Gradiometer erlaubt daher eine größere Suchleistung. Zur Beseitigung von Störungen, die z.B. durch paramagnetische oder feuchte Erdböden verur¬ sacht werden, wird ein Mehrfrequenzverfahren eingesetzt.By arithmetically differentiating the measured values which are obtained by two-dimensional scanning with a conventional metal detector, the same gradient components are calculated which a double-gradient metal detector also measures. The difference between this "software gradiometer" and the "hardware gradiometer" is that in the hardware gradiometer, coherent interference signals are immediately eliminated by the simultaneous formation of differences and not in the software gradiometer. The signal noise is therefore higher in the latter. Furthermore, the measurement grid for the software gradio meter must be made finer. So it has to be measured longer. The hardware gradiometer used in the sensor system according to the invention therefore allows a greater search performance. To eliminate faults, e.g. caused by paramagnetic or moist earth soils, a multi-frequency method is used.
(b) Magnetfeldsonden Neben den erwähnten Gradienten-Metalldetektoren kann ein Sensormodul zusätzlich passive Magentfeldsonden umfassen. Um möglichst einfach ein zweidimensionales Bild des Magnetfeldes von einem Gelände zu bekommen, werden bei geophysikalischen Messungen meistens Absolutfeld-Meßgeräte wie Protonenresonanz-Magnetometer ein¬ gesetzt. Die Meßergebnisse dieser Magnetometer sind unabhängig von der räumlichen Lage der Meßinstrumente, und die Meßwerte sind somit unabhän¬ gig von Verdrehungen und Verkippungen. Sie haben allerdings den Nachteil, daß sich ihr Meßfrequenzbereich auf maximal 1 Hz beschränkt. Bei der magnetischen Untersuchung eines Geländes mit hoher Ortsauflösung sind jedoch hohe Meßfrequenzen größer als 100 Hz erforderlich, damit sich die Meßzeit in einem realistischen Rahmen bewegt.(b) Magnetic field probes In addition to the gradient metal detectors mentioned, a sensor module can additionally comprise passive magnetic field probes. In order to obtain a two-dimensional image of the magnetic field from a site as simply as possible, absolute field measuring devices such as proton resonance magnetometers are mostly used in geophysical measurements. The measurement results of these magnetometers are independent of the spatial position of the measuring instruments, and the measurement values are therefore independent of twists and turns. However, they have the disadvantage that their measuring frequency range is limited to a maximum of 1 Hz. When magnetically examining a terrain with a high spatial resolution, however, high measuring frequencies greater than 100 Hz are required so that the measuring time moves within a realistic framework.
In einer vorteihaften Ausführung der Erfindung werden daher 3-Achsen-Flux- gate-Magnetometer eingesetzt. Sie erlauben Meßfrequenzen bis zu 1 kHz. In einem Kalibrierverfahren werden die einzelnen Empfindlichkeiten der 3 Magnetometer bestimmt. Mit deren Hilfe wird aus den einzelnen Meßwerten rechnerisch der Absolutwert des Magnetfeldes ermittelt. Dieser Teil des erfin¬ dungsgemäßen Sensorsystems stellt ein schnelles Absolutwert-Meßgerät dar. Dynamikumfang und Linearität des Fluxgate-Magnetometers erlauben noch Feldauflösungen von weniger als 1 nT.In an advantageous embodiment of the invention, 3-axis fluxgate magnetometers are therefore used. They allow measuring frequencies up to 1 kHz. The individual sensitivities of the 3 magnetometers are determined in a calibration process. With their help, the absolute value of the magnetic field is calculated from the individual measured values. This part of the sensor system according to the invention represents a fast absolute value measuring device. Dynamic range and linearity of the fluxgate magnetometer still allow field resolutions of less than 1 nT.
Natürliches und menschlich erzeugtes magnetisches Rauschen liegt im Fre¬ quenzband bis 100 Hz je nach Umgebung bei einigen 100 nT. Um dieses Rauschen und das Erdmagnetfeld, das den Meßfeldern stets überlagert ist, zu eliminieren, muß zusätzlich zu den bereits erwähnten Magnetometern ein wei¬ teres Referenz-Magnetometer installiert werden. Auch für das Referenz- Magnetometer wird der Betrag des Magnetfeldes gebildet. Die Differenz zwi-
Figure imgf000008_0001
sehen den Quadraten und der Meßergebnisse des Meß-Magnetometers und des Referenz-Magnetometers lauten dann:Natural and human-generated magnetic noise is in the frequency band up to 100 Hz, depending on the environment, at some 100 nT. In order to eliminate this noise and the earth's magnetic field, which is always superimposed on the measuring fields, a further reference magnetometer must be installed in addition to the magnetometers already mentioned. The magnitude of the magnetic field is also formed for the reference magnetometer. The difference between
Figure imgf000008_0001
see the squares and the measurement results of the measuring magnetometer and the reference magnetometer are then:
ΔS2 = (S1 + B1 + r)2 - (S2 + B2 r)2 ΔS 2 = (S 1 + B 1 + r) 2 - (S 2 + B 2 r) 2
= (S1 + S2 + B.| + B2 + 2 r) • (S1 - S2 + B-, - B2)= (S 1 + S 2 + B. | + B 2 + 2 r) • (S 1 - S 2 + B-, - B 2 )
S 1 , S2 = zu messende Magnetfelder an den Orten der Magnetometer B.J , B2 = Erdmagnetfeld an den Orten der Magnetometer r = Rauschen.S 1 , S 2 = magnetic fields to be measured at the locations of the magnetometers BJ, B 2 = earth's magnetic field at the locations of the magnetometers r = noise.
Wenn das Referenz-Magnetometer so plaziert ist, daß S ≡ 0 und B1 = B2 = Be ist, so folgt wegen Be » r und Be » S-j If the reference magnetometer is placed in such a way that S ≡ 0 and B 1 = B 2 = B e , then because of B e »r and B e » S- j
ΔS2 = e Be • S1 = const • S1 ΔS 2 = e B e • S 1 = const • S 1
Man erhält daher ein Signal proportional zum zu messenden Magnetfeld, das Rauschen ist somit eliminiert.A signal is therefore obtained which is proportional to the magnetic field to be measured, the noise is thus eliminated.
(c) Multisensor-Anordnunq(c) Multi-sensor arrangement
Zur Erhöhung der Suchleistung, das heißt der abgesuchten Geländefläche pro Stunde, können mehrere Doppel-Gradienten-Metalldetektoren (Fig. 5) und Magnetfeldsonden in das Gerät integriert werden. Die Sensoren können dabei in einer zweidimensionalen linearen Anordnung (Fig. 6) oder auf einer Scheibe (Fig. 7) starr und/oder beweglich zueinander angeordnet sein.To increase the search performance, that is, the area searched per hour, several double-gradient metal detectors (FIG. 5) and magnetic field probes can be integrated into the device. The sensors can be arranged in a two-dimensional linear arrangement (FIG. 6) or on a disk (FIG. 7) rigidly and / or movably with respect to one another.
(d) Auflösungsverbesserunα
Figure imgf000010_0001
ten Gradiometem, die sich gemeinsam in einem Feld einer Erregerspule be¬ finden, die mit mindestens zwei unterschiedlichen Erregerfrequenzen betrie¬ ben wird (Fig. 5).(d) Resolution improvement α
Figure imgf000010_0001
ten gradiometers, which are located together in a field of an excitation coil which is operated with at least two different excitation frequencies (FIG. 5).
Der passive Magnetfeldsensor 1 4 wird durch ein Referenzmagnetometer 1 6 (Fig. 8) derart kalibriert, daß aus seinem Meßsignal das Erdfeldrauschen ent¬ fernt wird.The passive magnetic field sensor 1 4 is calibrated by a reference magnetometer 1 6 (FIG. 8) such that the earth field noise is removed from its measurement signal.
Die Meßdaten der Sensoren werden zusammen mit Daten eines Drehgebers 1 0 und eines Weggebers 8 (der Weggeber 8 mißt die Position des Systems relativ zu einem Referenzpunkt) von einer Meßwerterfassung 6 aufbereitet und über eine Übertragungsstrecke 1 2 an eine zentrale Steuerungs- und Ver¬ arbeitungseinheit, zum Beispiel einem Zentral-Rechner 1 8, an oder in einem Fahrzeug 20 übertragen. Dort werden die Daten der verschiedenen Sensor¬ module gespeichert, verarbeitet, ausgewertet und auf einem Display darge¬ stellt.The measured data from the sensors are processed together with data from a rotary encoder 10 and a displacement encoder 8 (the displacement encoder 8 measures the position of the system relative to a reference point) from a measured value acquisition 6 and via a transmission link 12 to a central control and processing unit , for example to a central computer 1 8, transmitted to or in a vehicle 20. There, the data of the various sensor modules are stored, processed, evaluated and shown on a display.
Die Suche mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem geschieht derart, daß ein Operator das hochaufgelöste zweidimensionale magnetische Bild des Bo¬ dens auf dem Monitor des Zentralrechners beobachtet. Er erhält somit eine Aufsicht auf das magnetische Bild der unter der Erdoberfläche befindlichen Objekte. Die Erkennung der Objekte kann interaktiv durch den Operator selbst oder automatisch durch ein Bildverarbeitungsprogramm durchgeführt werden. Wenn ein Objekt erkannt worden ist, erfolgt eine rechnerische Auswertung der Meßdaten zur Bestimmung von Tiefe, Form und Material und anschließend eine Klassifizierung des Objektes. 1CThe search with the sensor system according to the invention takes place in such a way that an operator observes the high-resolution two-dimensional magnetic image of the floor on the monitor of the central computer. He thus receives a supervision of the magnetic image of the objects located below the earth's surface. The objects can be recognized interactively by the operator himself or automatically by an image processing program. When an object has been recognized, the measured data are evaluated mathematically to determine depth, shape and material and then the object is classified. 1C
Der Ort der gefundenen Objekte wird auf der in Echtzeit erstellten Karte und durch eine Markierungseinrichtung auf dem Gelände bezeichnet.The location of the objects found is indicated on the map created in real time and by a marking device on the site.
3. System3. System
Die in Fig. 8 dargestellte Ausführung des erfindungsgemäßen Sensorsystems wird im folgenden näher erläutert:The embodiment of the sensor system according to the invention shown in FIG. 8 is explained in more detail below:
(a) Konfiguration(a) Configuration
Das System ist modular aufgebaut und besteht aus einem oder mehreren Mo¬ dulen (Fig. 9), wobei die Module ortsfest gegeneinander, aber einzelbeweg¬ lich, oder aber völlig starr miteinander verbunden sind.The system has a modular structure and consists of one or more modules (FIG. 9), the modules being connected to one another in a fixed manner, but individually movable or else completely rigidly.
Mögliche Konfiguration des Systems:Possible configuration of the system:
1.) Sensormodul wie auch die Geräte zur Auswertung und Darstellung der Sensorsignale (z.B. Vorrechner, Zentralrechner, Bildschirm usw. ) sind zu einer kompakten Einheit integriert und auf Rädern oder einer Gleit¬ wanne montiert. Sie werden entweder von einem Operator handbetrie¬ ben (geschoben) oder von einem Fahrzeug geschoben oder gezogen (fremdbewegt).1.) The sensor module as well as the devices for evaluating and displaying the sensor signals (e.g. front-end computer, central computer, screen, etc.) are integrated into a compact unit and mounted on wheels or a sliding trough. They are either manually operated by an operator (pushed) or pushed or pulled (externally moved) by a vehicle.
2.) Sensormodul wie auch die Geräte zur Auswertung und Darstellung der Sensorsignale (z.B. Vorrechner, Zentralrechner, Bildschirm usw. ) sind auf einem angetriebenen Trägerfahrzeug angeordnet. Das Trägerfahr¬ zeug kann ein Landfahrzeug, aber auch ein Luftfahrzeug, z.B. ein Zeppe¬ lin sein. Möglich ist auch ein Luftkissenfahrzeug.2.) Sensor module as well as the devices for evaluating and displaying the sensor signals (e.g. front-end computer, central computer, monitor, etc.) are arranged on a driven carrier vehicle. The carrier vehicle can be a land vehicle, but also an aircraft, e.g. be a zeppelin. A hovercraft is also possible.
Figure imgf000012_0001
3.) Das Sensorsystem kann in einer besonders vorteilhaften Ausführung als Handgerät ausgebildet sein, das von einem Operator über die zu unter¬ suchende Erdoberfläche getragen wird. Dabei sind beliebige Bewegun¬ gen des Handgeräts möglich. Zum Beispiel kann der Operator beim Vor¬ wärtslaufen Pendelbewegungen quer zu seiner Bewegungsrichtung ausführen, um so daß zu untersuchende Gelände möglichst schnell und lückenlos zu überstreichen. Die Tatsache, daß das Gerät keinen mecha¬ nischen Kontakt zu der Erdoberfläche hat, stellt besondere Anforderun¬ gen an die Positionsbestimmung. Vorteilhaft eignen sich für dieses hand- getragene Gerät die folgenden Mittel zur Positionsbstimmung:
Figure imgf000012_0001
3.) In a particularly advantageous embodiment, the sensor system can be designed as a hand-held device that is carried by an operator over the surface of the earth to be examined. Any movements of the hand-held device are possible. For example, the operator can perform pendulum movements transversely to his direction of movement when running forward, so that the terrain to be examined can be covered as quickly and seamlessly as possible. The fact that the device has no mechanical contact with the earth's surface places special demands on the position determination. The following means for positional adjustment are advantageously suitable for this hand-held device:
Satellitengestützte GPS-Sensoren in Verbindung mit Richtungskrei¬ seln und Beschleunigungssensoren und/oder Geschwindigkeitssen¬ soren ein zweidimensionales Ultraschallsystem, das mit einem Korrela- tionsrechner zusammenwirkt ein Laser-Tracking-System ein zweidimensionales Laser-Doppler-Sensorsystem ein zweidimensionales Seilzugsystem. Die ermittelten Koordinaten können durch eine Kalibrationsmessung kor- rigiert werden, indem die Ortspunkte gegenüber einem Referenzpunkt gemessen werden.Satellite-supported GPS sensors in conjunction with directional gyros and acceleration sensors and / or speed sensors, a two-dimensional ultrasound system that interacts with a correlation computer, a laser tracking system, a two-dimensional laser Doppler sensor system, and a two-dimensional cable pull system. The determined coordinates can be corrected by a calibration measurement by measuring the location points with respect to a reference point.
Ein Beispiel für ein solches Handgerät ist in Fig. 10 dargestellt. Es umfaßt ein Sensormodul 22 mit mindestens einem Gradienten-Metalldetektor, vorteilhaft einem Doppel-Gradienten-Metalldetektor. Das Sensormodul 22 ist bevorzugt unbeweglich mit dem Rahmen 32 des Geräts verbun¬ den. Am Rahmen 32 des Geräts ist auch ein Positionssensor 26 ange¬ ordnet.
Figure imgf000014_0001
koppelt werden. Dazu können dieselben Hilfsmittel wie bei in (1.e) angewen¬ det werden. Allgemein kann die Anordnung der Sensoren im System derart gewählt werden, daß die Abstände der Sensoren zu Gegenständen, die die Sensorfunktion negativ beeinflussen (z.B. andere Sensoren, metallische Bau¬ teile am Gesamtsystem) über die Zeit konstant bleiben. Bei rotierenden Sen¬ soren kann dies z.B. durch Synchronisation der Bewegung der Sensoren er¬ reicht werden.An example of such a hand-held device is shown in FIG. 10. It comprises a sensor module 22 with at least one gradient metal detector, advantageously a double gradient metal detector. The sensor module 22 is preferably immovably connected to the frame 32 of the device. A position sensor 26 is also arranged on the frame 32 of the device.
Figure imgf000014_0001
be coupled. The same aids as in (1.e) can be used for this purpose. In general, the arrangement of the sensors in the system can be selected in such a way that the distances between the sensors and objects which negatively influence the sensor function (for example other sensors, metallic components in the overall system) remain constant over time. In the case of rotating sensors, this can be achieved, for example, by synchronizing the movement of the sensors.
(c) Adaptive Auflösungssteuerung(c) Adaptive resolution control
Erkennt der Operator des Systems oder eine Auswerteeinheit ein Objekt, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Systems herabgesetzt. Durch die gerin¬ gere Geschwindigkeit können in höherer Dichte Meßwerte genommen wer¬ den, so daß die Meßauflösung steigt. Mit der höheren Meßpunktedichte im zweidimensionalen Raster kann die Feinauflösung der magnetischen Signale durch die nachfolgende Datenverarbeitung gesteigert werden. Eine räumliche Trennung von kleinen und großen Gegenstände wird damit verbessert.If the operator of the system or an evaluation unit recognizes an object, the speed of movement of the system is reduced. Due to the lower speed, measured values can be taken in higher density, so that the measurement resolution increases. With the higher measuring point density in the two-dimensional grid, the fine resolution of the magnetic signals can be increased by the subsequent data processing. This improves the spatial separation of small and large objects.
4. Darstellung der Meßdaten und Auswertung4. Presentation of the measurement data and evaluation
Die Meßwerte der Doppel-Gradienten-Metalldetektoren (Fig. 5) werden vor¬ verarbeitet und farblich kodiert in einem zweidimensionalen Bild der abge¬ suchten Fläche dargestellt. Ergänzende Darstellungen, z.B. Isolinen, sind möglich. Die Meßdaten der Magnetfeldsonden können im selben Bild mit an¬ derer Farbkodierung wiedergegeben werden. Dadurch können im Bild Objek¬ te mit und ohne Eigenmagnetfeld voneinander unterschieden werden.The measured values of the double-gradient metal detectors (FIG. 5) are preprocessed and color-coded in a two-dimensional image of the area searched. Additional representations, e.g. Isolines are possible. The measurement data of the magnetic field probes can be reproduced in the same image with a different color coding. In this way, objects with and without their own magnetic field can be distinguished from one another in the image.
Die Farbkodierung kann durch den Bediener der Meßsituation angepaßt wer¬ den. Die Meßwerte werden einem Auswerte-Rechner zugeführt. Erkannte Ge- genstände werden dargestellt.The color coding can be adapted to the measurement situation by the operator. The measured values are fed to an evaluation computer. Detected objects are shown.
Ist das metallische Volumen des Gegenstandes groß genug, so kann eine Wirbelstromverteilung berechnet werden. Daraus kann die Form, Größe und die Tiefe sowie die Position des Gegenstandes ermittelt werden. Bei nicht¬ magnetischen Gegenständen wird deren Leitfähigkeit berechnet, bei magneti¬ schen Gegenständen wird das magnetische Moment ermittelt.If the metallic volume of the object is large enough, an eddy current distribution can be calculated. From this, the shape, size and depth as well as the position of the object can be determined. The conductivity of non-magnetic objects is calculated, and the magnetic moment is determined for magnetic objects.
Die Identifizierung der entdeckten Objekte kann mit Hilfe der ermittelten Ob- jektparameter Form, Volumen und elektrische Leitfähigkeit erfolgen. In einer Datenbank sind die charakteristischen Daten der zu erwartenden Objekte ge¬ speichert. Ein entsprechendes Computer-Programm bietet dem Bediener des Gerätes Vorschläge zur Identifizierung an.The identified objects can be identified with the aid of the determined object parameters shape, volume and electrical conductivity. The characteristic data of the objects to be expected are stored in a database. A corresponding computer program offers the operator of the device suggestions for identification.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung läuft die Auswertung der Daten nach folgenden Verfahren ab:In a particularly advantageous embodiment, the data are evaluated using the following methods:
Ein aktiver Doppel-Gradienten-Metalldetektor (Fig. 5) liefert beim Überfahren eines metallischen Objekts ein Betragssignal, dessen Phasenlage zur Erre¬ gerspannung abhängig ist vom Material des Metalls und von der Frequenz der Erregerspannung. Auf diese Weise können Metalle wie Messing, Eisen, Kupfer oder Aluminium unabhängig von ihrer Form und Größe unterschieden werden.An active double-gradient metal detector (FIG. 5) supplies a magnitude signal when driving over a metallic object, the phase position of which depends on the excitation voltage on the material of the metal and on the frequency of the excitation voltage. In this way, metals such as brass, iron, copper or aluminum can be distinguished regardless of their shape and size.
In der Praxis verhindert ein Hintergrundsignal vom Erdboden jedoch oft die Materialerkennung. Durch Einsatz eines Doppel-Gradienten-Metalldetektors, der bei einem, besonders vorteilhaft jedoch bei mehreren Frequenzen erregt wird, können diese Schwierigkeiten jedoch überwunden werden. Die Meß-
Figure imgf000016_0001
werte eine solchen Doppel-Gradienten-Metalldetektors werden als punktuelle Datensätze mit frequenzabhängigen Betrags- und Phasenwerten mit den zu¬ gehörigen Ortskoordinaten des Metalldetektors von einem Rechner zu einem (bezüglich der Erregerfrequenzen) mehrdimensionalen Datenfeld verknüpft, das nach den Ortskoordinaten differenzierbar ist.In practice, however, a background signal from the ground often prevents material detection. However, these difficulties can be overcome by using a double gradient metal detector, which is excited at one frequency, but particularly advantageously at several frequencies. The measuring
Figure imgf000016_0001
Values of such a double gradient metal detector are linked as punctual data records with frequency-dependent magnitude and phase values with the associated location coordinates of the metal detector from a computer to a (in terms of excitation frequencies) a multidimensional data field which can be differentiated according to the location coordinates.
Ein Datensatz an einem räumlichen Punkt P(x,y) innerhalb der zu untersu¬ chenden Fläche enthält bei Betrieb der Erregerspule des Metalldetektors bei zwei Frequenzen 1 ? v2 folgende Komponenten:A data set at a spatial point P (x, y) within the area to be examined contains 1? When the excitation coil of the metal detector is operating at two frequencies . v 2 the following components:
Betrag und Phase bei der Erregerfrequenz v1 Phase und Phase bei der Erregerfrequenz v2 Amount and phase at excitation frequency v 1 phase and phase at excitation frequency v 2
Wird die Erregerspule des Metalldetektors bei mehr als zwei Frequenzen, d.h. bei N Frequenzen, betrieben, so erweitert sich der angegebene 2-dimensio- nale Meßdatensatz entsprechend auf einen N-dimensionalen Datensatz.If the excitation coil of the metal detector is operated at more than two frequencies, i.e. operated at N frequencies, the specified 2-dimensional measurement data set expands accordingly to an N-dimensional data set.
Da in eine einzelne Komponente die Signale der beiden orthogonalen Gra- diometerspulen des Doppel-Gradienten-Metalldetektors (Fig. 5) eingehen, ist darin bereits eine räumlich zweidimensionale Information über das vorhande¬ ne Magnetfeld enthalten.Since the signals from the two orthogonal gradiometer coils of the double gradient metal detector (FIG. 5) go into a single component, this already contains spatially two-dimensional information about the magnetic field present.
Zur Gewinnung weiterer Informationen können die einzelnen Komponenten des Meßdatensatzes auch untereinander verknüpft werden.To obtain further information, the individual components of the measurement data set can also be linked to one another.
Aus den Differenzen und Differenzenquotienten der Betrags- und Phasen-From the differences and difference quotients of the amount and phase
Figure imgf000017_0001
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Figure imgf000017_0001
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werten benachbarter Datensätze (Ableitung nach der Ortskoordinate) des ge¬ samten Meßdatenfelds kann das Material sowie Ort, Tiefe, Volumen, Struktur sowie eine Klassifizierung der verborgenen metallischen Objekte erhalten werden. Die Differenzbildung führt dabei unmittelbar zu einer Unterdrückung von Untergrund und Störsignalen.values of neighboring data sets (derivation according to the location coordinate) of the entire measurement data field, the material as well as location, depth, volume, structure and a classification of the hidden metallic objects can be obtained. The difference formation leads directly to suppression of the background and interference signals.
Vorteilhaft können die Ergebnisse der Differenzbildung einer Grauwert- oder Farbskala zugeordnet werden und (vorteilhaft in Echtzeit) als zweidimensio- nale Darstellung auf der Anzeigeeinheit eines Rechners dargestellt werden. Der Flächen zwischen den einzelnen berechneten Punkten der zweidimen¬ sionalen Darstellung können vorteilhaft durch interpolierte Grau- oder Farb¬ werte gefüllt werden.The results of the difference formation can advantageously be assigned to a gray scale or color scale and (advantageously in real time) can be displayed as a two-dimensional representation on the display unit of a computer. The areas between the individual calculated points of the two-dimensional representation can advantageously be filled by interpolated gray or color values.
Das Verfahren wird anhand der Fig. 11 bis 13 näher beschrieben. In Fig. 11 ist rechts oben noch einmal die Struktur eines N-dimensionalen Meßdatensatzes (d.h. Messung bei N verschiedenen Frequenzen) an einem bestimmten Orts¬ punkt dargestellt.The method is described in more detail with reference to FIGS. 11 to 13. The structure of an N-dimensional measurement data record (i.e. measurement at N different frequencies) at a specific location is shown once again in the top right of FIG. 11.
Links oben ist ein Raster aus einzelnen Ortspunkten dargestellt, wobei diesen Ortspunkten jeweils ein an diesen Punkten gemessener Meßdatensatz zuge¬ ordnet wird.A grid of individual location points is shown at the top left, each of these location points being assigned a measurement data record measured at these points.
Links unten ist das Ergebnis der Gradientenbildung durch Differenzbildung zwischen den Meßdatensätzes an benachbarten Ortspunkten dargestellt, und zwar aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für eine feste Frequenz Vj. Ein dargestellter Vektor entspricht der vektoriellen Differenz des Datensatzes bei der Erregerfrequenz j an einem Ortspunkt und dem Datensatz bei der Erre¬ gerfrequenz Vj an einem benachbarten Ortspunkt. Der Betrag der gezeigten Vektoren ist auf den Einheitswert normiert.
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In Fig. 12 sind einige Beispiele für die Ausrichtung der Gradientenvektoren bei bestimmten Materialien und Formen der detektierten Gegenstände darge¬ stellt.The result of the gradient formation by forming the difference between the measurement data sets at adjacent location points is shown at the bottom left, for reasons of clarity only for a fixed frequency V j . A vector shown corresponds to the vectorial difference of the data set at the excitation frequency j at one location and the data set at the excitation frequency V j at an adjacent location. The amount of the vectors shown is normalized to the unit value.
Figure imgf000018_0001
FIG. 12 shows some examples of the alignment of the gradient vectors for certain materials and shapes of the detected objects.
Die Skizze links oben zeigt die Gradientenvektoren für einen punktförmigen und ferromagnetischen Gegenstand. Die Vektoren zeigen alle auf einen Punkt hin, der dadurch als Zentrum des Gegenstands erkannt wird. Rechts oben sind die ermittelten Gradientenvektoren für einen punktförmigen, paramagnetischen Gegenstand dargestellt. Die Vektoren zeigen in diesem Fall von dem Gegenstand weg.The sketch at the top left shows the gradient vectors for a punctiform and ferromagnetic object. The vectors all point to a point, which is thereby recognized as the center of the object. The determined gradient vectors for a point-like, paramagnetic object are shown at the top right. The vectors in this case point away from the object.
Unten links und rechts sind zwei Beispiele der Detektion von ausgedehnten Gegenständen gezeigt. Dargestellt sind jeweils die Gradientenvektoren an ei¬ ner Kante des Gegenstands. Bei einem ferromagnetischen Gegenstand (links) zeigen die Gradienten in Richtung auf die Kante, bei einem para¬ magnetischen Gegenstand (rechts) zeigen die Gradienten von der Kante weg.Two examples of the detection of extended objects are shown at the bottom left and right. The gradient vectors at each edge of the object are shown. In the case of a ferromagnetic object (left), the gradients point towards the edge; in the case of a para-magnetic object (right), the gradients point away from the edge.
Fig. 13 schließlich zeigt einige konkrete Beispiele für die Auswertung der Meßsignale bei drei verschiedenen Objekten (Zeilen 1 bis 3).13 finally shows some concrete examples for the evaluation of the measurement signals for three different objects (lines 1 to 3).
Die mittlere Spalte zeigt das Einheitsvektorfeld der Gradienten bei einer fest¬ en Erregerfrequenz, wie bereits in den Fig. 11 und 12 beschrieben. Die erste Spalte zeigt das skalare Feld der Beträge der zugehörigen Meßdatensätze bei derselben Erregerfrequenz. Die Werte zwischen den Meßpunkten sind in¬ terpoliert. Die Betragswerte sind einer Farbskala zugeordnet, so daß unter¬ schiedliche Betragswerte bzw. Intervalle unterschiedlichen Farbwerten ent¬ sprechen. Die dritte Spalte zeigt das letztendlich gewonnene Ergebnis der Auswertung. Die obere Zeile zeigt die Auswertung bei einem einfachen Objekt (punktför- mig). Die Vektoren zeigen hier sämtlich in Richtung auf einen einzelnen Punkt. Die Betragswerte stellen sich in dieser Farbkodierung als konzentri¬ sche Kreise um diesen Punkt dar. Somit kann dieser zentrale Punkt als Posi¬ tion des Objekts erkannt und markiert werden.The middle column shows the unit vector field of the gradients at a fixed excitation frequency, as already described in FIGS. 11 and 12. The first column shows the scalar field of the amounts of the associated measurement data sets at the same excitation frequency. The values between the measuring points are interpolated. The magnitude values are assigned to a color scale, so that different magnitude values or intervals correspond to different color values. The third column shows the final result of the evaluation. The top line shows the evaluation for a simple object (point-shaped). The vectors here all point towards a single point. In this color coding, the absolute values are represented as concentric circles around this point. This central point can thus be recognized and marked as the position of the object.
Die mittlere Zeile zeigt die Auswertung bei einem zusammengesetzten Objekt (mehrere punktförmige Objekte). Die Gradientenvektoren zeigen hier auf mehrere Punkte. Die Farbkodierung der Betragswerte weist eine entspre¬ chende Symmetrie auf.The middle line shows the evaluation for a compound object (several point objects). The gradient vectors point to several points here. The color coding of the absolute values has a corresponding symmetry.
In der unteren Zeile ist die Auswertung bei einem komplexen Objekt (flächen- haft) dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Gradienten hier sowohl auf einen einzelnen, zentralen Punkt ausgerichtet sind, andererseits zeigen die Gra¬ dienten in diesem Beispiel entlang einer geschlossenen, in etwa kreisförmi¬ gen Linie eine charakteristische Richtungsumkehr. Zusammen mit dem darge¬ stellten farbkodierten Bild der Betragswerte kann somit auf ein flächenhaftes Objekt geschlossen werden, dessen Zentrum durch den angesprochenen zentralen Punkt, und dessen Begrenzung durch die erwähnte geschlossene Linie festgelegt und markiert wird.The evaluation of a complex object (areal) is shown in the lower line. It can be seen that the gradients here are both aligned to a single, central point; on the other hand, the gradients in this example show a characteristic reversal of direction along a closed, approximately circular line. Together with the color-coded image of the magnitude values shown, it is thus possible to infer an areal object, the center of which is determined and marked by the central point mentioned and the boundary thereof by the closed line mentioned.
Die Komponenten des Datenfelds lassen sich für jede einzelne Erregerfre¬ quenz in der beschriebenen Weise verarbeiten und auswerten. Aus dem Ver¬ gleich der Werte bei unterschiedlichen Erregerfrequenzen kann eine Material¬ erkennung (z.B. Kupfer, Messing, Aluminium, Eisen, Nickel, Edelmetalle) ab¬ geleitet werden. Physikalische Grundlage hierfür ist die Tatsache, daß sich
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das von einem Objekt empfangene Signal in einer von der Materialart abhän¬ gigen typischen Weise mit der Erregerfrequenz ändert. Durch den Einsatz mehrerer geeigneter Frequenzen erhält man somit Informationen über die Materialbeschaffenheit der im Boden verborgenen Objekte, die diese eindeu¬ tig charakterisieren und unterscheidbar machen.The components of the data field can be processed and evaluated for each individual excitation frequency in the manner described. A material detection (eg copper, brass, aluminum, iron, nickel, precious metals) can be derived from the comparison of the values at different excitation frequencies. The physical basis for this is the fact that
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the signal received by an object changes in a typical manner depending on the type of material with the excitation frequency. By using several suitable frequencies, information about the material properties of the objects hidden in the ground is obtained which uniquely characterize and distinguish them.
Vorteilhaft kann z.B. eine Datenbank vorhanden sein, in der eine charakteristi¬ sche Frequenzabhängigkeit für eine große Anzahl von Materialien und Objek¬ ten gespeichert ist. Durch Vergleich der gemessenen Werte mit dem Inhalt der Datenbank kann eine Identifikation erhalten werden.For example, a database can be present in which a characteristic frequency dependency for a large number of materials and objects is stored. Identification can be obtained by comparing the measured values with the content of the database.
Mit der Messung bei verschiedenen Erregerfrequenzen können darüberhin- aus Störungen, die aus der geringen Leitfähigkeit des feuchten Bodens her¬ rühren, eliminiert werden. Die Empfindlichkeit des Systems wird wesentlich erhöht.With the measurement at different excitation frequencies, disturbances resulting from the low conductivity of the moist soil can also be eliminated. The sensitivity of the system is significantly increased.
Insgesamt wird mit der Erfindung eine hochauflösende magnetische Messung der oberen Erdschicht, die Echtzeitdarstellung der gewonnenen Meßwerte auf einer Karte, die Echtzeitmarkierung der gefundenen Objektpositionen auf dem Erdboden, und die Klassifizierung der gefundenen Objekte erreicht. Die Klas¬ sifizierung ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Anzahl auszugraben¬ der Objekte. Zeit und Kosten für die Bodensanierung sowie Gefahren für das Räumpersonal werden beträchtlich vermindert. Liste der in Fig. 8, 9 und 10 verwendeten Bezugszeichen:Overall, the invention achieves a high-resolution magnetic measurement of the upper layer of the earth, the real-time representation of the measured values obtained on a map, the real-time marking of the found object positions on the ground, and the classification of the found objects. The classification enables a significant reduction in the number of objects to be excavated. Time and costs for soil remediation as well as dangers for cleaning staff are considerably reduced. List of reference numerals used in Figures 8, 9 and 10:
2 und 4 Doppel-Gradiometer (rotierend)2 and 4 double gradiometers (rotating)
6 Meßwerterfassung und Übertragung (rotierend)6 data acquisition and transmission (rotating)
8 Drehgeber zur Erfassung der Wagenposition (starr)8 rotary encoders for detecting the carriage position (rigid)
10 Drehgeber zur Erfassung der Position des Sensormoduls10 rotary encoders for detecting the position of the sensor module
(rotierend)(rotating)
12 Optische Datenübertragung und Versorgung (starr und rotierend)12 Optical data transmission and supply (rigid and rotating)
14 Passiver Magnetfeldsensor (rotierend)14 Passive magnetic field sensor (rotating)
16 Referenz-Magnetfeldsensor (starr)16 reference magnetic field sensor (rigid)
18 Zentralrechner18 central computers
20 Fahrzeug20 vehicle
22 Gradienten-Metalldetektor22 gradient metal detector
24 Markierungseinrichtung, Farbsprüher24 marking device, paint sprayer
26 Positionssensor26 position sensor
28 Rechner mit Flachbildschirm28 computers with flat screen
30 Stromversorgung30 Power supply
32 Geräte-Rahmen32 device frames
Figure imgf000022_0001
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Claims

Patentansprüche claims
1. Sensorsystem zur Detektion, Ortung und Identifizierung von metalli¬ schen Objekten, die sich unter der Erdoberfläche befinden, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens ein Sensormodul mit minde¬ stens einem aktiven Gradienten-Metalldetektor enthält, wobei der Gra¬ dienten-Metalldetektor mindestens eine Gradientenspule und eine Er¬ regerspule umfaßt.1. Sensor system for the detection, location and identification of metallic objects located below the surface of the earth, characterized in that it contains at least one sensor module with at least one active gradient metal detector, the gradient metal detector having at least one Includes gradient coil and an excitation coil.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Gradienten-Metalldetektor zwei zueinander orthogonale Gradienten- Spulen (Doppel-Gradienten-Metalldetektor)umfaßt.2. Sensor system according to claim 1, characterized in that the gradient metal detector comprises two mutually orthogonal gradient coils (double gradient metal detector).
3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein rotierendes Sensormodul enthält.3. Sensor system according to claim 1 or 2, characterized in that it contains at least one rotating sensor module.
4. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule mit zwei Frequenzen betrie¬ ben wird.4. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation coil is operated with two frequencies.
5. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Ortsauflösung ein Sensor¬ modul zwei aktive Gradienten-Metalldetektoren umfaßt, wobei die zu¬ gehörigen Erregerspulen bei verschiedenen Frequenzen betrieben werden.5. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that to increase the spatial resolution a Sensor¬ module comprises two active gradient metal detectors, the associated excitation coils operated at different frequencies become.
6. Sensorsystem nach einem der vorangehnden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störein¬ flüsse die aktiven Gradienten-Metalldetektoren im Zeitmultiplexverfah- ren oder im Frequenzmulitplexverfahren betrieben werden.6. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that to reduce the mutual interference, the active gradient metal detectors are operated in time-division multiplexing or in frequency division multiplexing.
7. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störein- flüsse die aktiven Gradienten-Metalldetektoren abgeschirmt betrieben werden.7. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the active gradient metal detectors are operated shielded to reduce the mutual interference.
8. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störein- flüsse die aktiven Gradienten-Metalldetektoren einen bestimmten Min¬ destabstand einhalten.8. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that to reduce the mutual interference, the active gradient metal detectors maintain a certain minimum distance.
9. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störeinflüsse sich zwei aktive Gradienten-Metalldetektoren einander diametral gegenü¬ berliegend und unveränderlich zueinander synchron auf einer Kreis¬ bahn bewegen.9. Sensor system according to one of claims 2 to 8, characterized gekenn¬ characterized in that to reduce the mutual interference, two active gradient metal detectors move diametrically opposite and invariably move synchronously on a circular path.
10. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul mindestens eine zusätzliche passive Magnetfeldsonde enthält.10. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor module contains at least one additional passive magnetic field probe.
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0001
11. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messauflösung abhängig von der Signal¬ größe durch Veränderung des Messrasters adaptiv angepaßt wird.11. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement resolution is adapted adaptively depending on the Signal¬ size by changing the measurement grid.
12. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem von einem Fahrzeug be¬ wegt wird oder von Hand über die Erdoberfläche getragen wird.12. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor system is moved by a vehicle or is carried by hand over the surface of the earth.
13. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Positionsbestimmung des Sensorsy¬ stems und/oder eines einzelnen Sensors vorhanden sind.13. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that means for determining the position of the sensor system and / or an individual sensor are present.
14. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Positionsbestimmung ein diffe- . rentieiles globales Positionierungssystem (DGPS) umfassen.14. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the means for determining the position a diffe-. profitable global positioning system (DGPS).
15. Sensorsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Positionsbestimmung zusätzlich Richtungskreisel und Be¬ schleunigungssensoren und/oder Geschwindigkeitssensoren umfas¬ sen.15. Sensor system according to claim 15, characterized in that the means for determining position additionally include directional gyros and acceleration sensors and / or speed sensors.
16. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Positionsbestimmung ein ortsbe- zogendes Laser Tracking System umfassen.16. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the means for determining the position comprise a local laser tracking system.
17. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Positionsbestimmung ein zweidi- mensionales Ultraschalisystem umfassen, welches mit einem Korrela¬ tionsrechner zusammenwirkt.17. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the means for determining the position a two-di include dimensional ultrasound system which interacts with a correlation computer.
18. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Positionsbestimmung ein zweidi¬ mensionales Laser Doppier Sensorsystem umfassen.18. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the means for determining the position comprise a two-dimensional laser double sensor system.
19. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Positionsbestimmung Drehgeber und/oder Weggeber umfassen.19. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the means for determining the position comprise encoders and / or displacement sensors.
20. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort des Sensorsystems ausgehend von ei¬ nem Bezugspunkt ermittelt wird.20. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the location of the sensor system is determined based on a reference point.
21. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messdaten der Magnetfeldsensoren und des Mittel zur Positionsbestimmung vorverarbeitet werden.21. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement data of the magnetic field sensors and the means for determining the position are preprocessed.
22. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zentralrechner vorhanden ist, der aus den Daten der Magnetfeldsensoren und der Positionsdaten des Sensorsy¬ stems eine zweidimensionale Abbildung des untersuchten Erdoberflä¬ che, bevorzugt in Echtzeit, erstellt.22. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that a central computer is present, which creates a two-dimensional image of the examined earth surface, preferably in real time, from the data of the magnetic field sensors and the position data of the sensor system.
23. Sensorsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildschirm zur Darstellung der zweidimensionalen Abbildung der
Figure imgf000026_0001
untersuchten Erdoberfläche vorhanden ist.23. Sensor system according to claim 22, characterized in that a screen for displaying the two-dimensional image of the
Figure imgf000026_0001
examined earth surface is present.
24. Sensorsystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Messdaten der aktiven und passiven Magnetfeldsensoren in Farb¬ werte umgesetzt werden und die Farbwerte ortsbezogen auf dem Bild¬ schirm dargestellt werden.24. Sensor system according to claim 23, characterized in that the measurement data of the active and passive magnetic field sensors are converted into color values and the color values are displayed locally on the screen.
25. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Messdaten das ortsabhängige magnetische Moment, die Magnetisierung und/oder die reversible25. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the location-dependent magnetic moment, the magnetization and / or the reversible from the measurement data
Magnetisierung berechnet werden.Magnetization can be calculated.
26. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messdaten nach Betrag und Phase ausge- wertet werden.26. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement data are evaluated according to amount and phase.
27. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Messdaten Ort, Tiefe, Größe, Form und/oder Art des Materials von metallischen Objekten berechnet wird.27. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the location, depth, size, shape and / or type of material of metallic objects is calculated from the measurement data.
28. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den berechneten Daten von Größe, Form und Material eine Klassifizierung der Objekte ermittelt wird.28. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that a classification of the objects is determined from the calculated data of size, shape and material.
29. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für bestimmte Klassifizierungen von Objekten eine Identifikation errechnet wird.
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2529. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that an identification is calculated for certain classifications of objects.
Figure imgf000027_0001
25th
30. Sensorsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die klassifizierten/identifizierten Objekte ortsbezogen kartographiert werden.30. Sensor system according to claim 29, characterized in that the classified / identified objects are mapped in a location-related manner.
31. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um Fundorte, Klassifi¬ zierungen und Identifikationen auf dem Bildschirm, dem Farbausdruck und auf dem Erdboden zu markieren.31. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that means are available to mark localities, classifications and identifications on the screen, the color printout and on the ground.
32. Sensorsystem nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um die Klassifizierung der Objekte auf dem Bo¬ den durch farbige Markierungen erkennbar zu machen.32. Sensor system according to claim 31, characterized in that means are provided to make the classification of the objects on the ground recognizable by colored markings.
33. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten von den einzelnen Sensormodulen zum Zentralrechner elektro-optisch übertragen werden.33. Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the data are transmitted from the individual sensor modules to the central computer electro-optically.
34. Verfahren zur Detektion, Ortung und Identifizierung von metallischen Objekten, die sich unter der Erdoberfläche befinden, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die nach Betrag und Phase unterschiedenen Meßsignale eines bei einer oder mehreren Frequenzen erregten Dop¬ pel-Gradienten-Metalldetektors in Abhängigkeit von den aktuellen Ortskoordinaten des Doppel-Gradienten-Metalldetektors zu einem Da¬ tenfeld verknüpft werden.34. Method for the detection, location and identification of metallic objects which are located below the surface of the earth, characterized in that the measurement signals of a double-gradient metal detector excited at one or more frequencies, differentiated by magnitude and phase, depend on the current location coordinates of the double gradient metal detector are linked to form a data field.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Figure imgf000028_0001
Differenzbiidung bzw. Bildung der Differenzenquotienten zwischen Da¬ tensätzen benachbarter Ortskoordinaten eine Abbildung und/oder eine Positionsbestimmung der unter der Oberfläche verborgenen metalli¬ schen Objekte erzeugt wird.35. The method according to claim 34, characterized in that
Figure imgf000028_0001
Difference formation or formation of the difference quotient between data sets of adjacent location coordinates, an image and / or a position determination of the metallic objects hidden under the surface is generated.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß den Differenzwerten bzw. den Werten der Differenzenquotienten oder den Beträgen der Datensätze eine Grauwerteskala oder eine Farbskala zu¬ geordnet wird.36. The method according to claim 35, characterized in that a gray scale or a color scale is assigned to the difference values or the values of the difference quotients or the amounts of the data sets.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß aus der charakteristischen Veränderung der Datensät¬ ze in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz die Materialart der metalli¬ schen Objekte ermittelt wird.37. Method according to one of claims 34 to 36, characterized in that the material type of the metallic objects is determined from the characteristic change in the data records as a function of the excitation frequency.
38. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 34 bis 37, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Sensorsignale mit einem Dynami¬ kumfang von 22 bit entsprechend 130 dB ausgewertet werden. 38. The method according to any one of the preceding claims 34 to 37, characterized in that the sensor signals are evaluated with a dynamic range of 22 bits corresponding to 130 dB.
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