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Einrichtung zur Feststellung verborgener oder unzugänglicher Metalle.
Es ist bereits bekannt, verborgene Metalle dadurch aufzufinden, dass man sie dem Felde einer von Wechselstrom (Wellen) durchflossenen primären Spule, welche auf eine sekundäre Spule induzierend wirkt, aussetzt und die Änderung der Induktion durch die Wirbelströme der Metallmassen beobachtet. (Österr. Patent Xr. 61640.) Diese Methode versagt, wenn es sich um sehr kleine Metallmassen handelt, oder wenn das Feld nicht sehr nahe an die Spule herangebracht werden kann, oder wenn in Fällen besonderer Anwendungsarten die Spulen sehr grosse Dimensionen erhalten müssen. In diesen Fällen wird die gestellte Aufgabe durch die erfindungsgemässen Schaltungen gelöst, welche viel grössere Empfindlichkeiten besitzen.
Auch hier wird das aufzusuchende Metall in das Feld einer oder zweier von Wechselstrom oder Hochfrequenzschwingungen durchflossenen Spulen gebracht, aber es wird nicht die Änderung der Induktion auf eine sekundäre Spule, sondern die auftretende Änderung des eigenen induktiven Widerstandes oder des effektiven Ohm'schen Widerstandes (Dämpfung) der Spule oder die Änderung der Eigenperiode eines Schwingungskreises, bestehend aus dieser Spule und einem Kondensator bzw. die durch diese Änderung hervorgerufenen Potentialunterschiede, zur Beobachtung herangezogen. Auch kann das Metall statt in das magnetische Feld einer Spule in das elektrische Wechselfeld eines Kondensators gebracht werden.
Um die Empfindlichkeit der Beobachtung besonders zu erhöhen, wird der induktive Widerstand der Spulen durch Kapazitäten kompensiert ; es werden also auch in jenen
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Schwingungskreise gebildet, bestehend aus Selbstinduktionen und Kapazitäten.
Der wechselnde Strom kann einer Nieder-oder Hochfrequenzmaschine entnommen werden, oder es kann irgendeine der Methoden zur Erzeugung von gedämpften oder
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von einem Lichtbogengenerator oder von einer Elektronenröhre in ihrer Generatorschaltung geliefert werden, oder es können elektrische Schwingungen verwendet werden, wie sie durch Ausschwingen von in Kondensatoren (Funkenentladung) oder in Selbstinduktionen (Summererregung) aufgespeicherten elektrischen oder magnetischen Energien erzeugt werden.
Zur Erhöhung der Beobachtungsempfindlichkeit können alle in Betracht kommenden bekannten Mittel herangezogen werden. Hierher gehören Differential-und Brücken-
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Empfangsdetektors durch eine Hilfsspannung oder durch eine kleine Verstimmung und Ähnliches.
Die Fig. i bis 5 stellen verschiedene Beispiele von Ausführungen solcher Einrichtungen dar.
In Fig. i ist eine Brückenschaltung dargestellt, deren vier Zweige aus Selbstinduktionen (LI, L"LZ. L.) mit je einem bezüglich des zugeführten Stromes auf Resonanz abgestimmten
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Wechselstrom oder elektrische Schwingungen zugeführt. In der Brücke CD befindet sich eine Anzeigeeinrichtung T, bei Wechselströmen mit hörbaren Frequenzen etwa unmittelbar ein Telephon, bei hochfrequenten Strömen eine der Detektorschaltungen, wie sie durch die drahtlose Telegraphie bekannt geworden sind und wie solche in den Fig. 2 und 5 dargestellt sind. Die Brückenzweige sind so abgeglichen, dass der Brückenstrom Null oder sehr klein ist. Das aufzusuchende Metall wird der Einwirkung des Feldes einer der Spulen ausgesetzt, wodurch eine Änderung des Brückenstromes eintritt, was zur Anzeige kommt.
Man kann auch zwei Spulen in gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung (z. B. Z. i und Z, ) gleichzeitig durch das Metall beeinflussen. Da die Widerstände der Brückenzweige infolge der Kompensation der induktiven Widerstände durch die Kondensatoren klein sind, so spricht diese Einrichtung auf kleinste Widerstandsänderungen an.
Es ist eine selbstverständliche Massnahme bei dieser, wie bei den später en Schaltungen, den Brückenstrom unmittelbar oder durch irgendeine Kopplung auf die Anzeigeeinrichtung
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ähnlichem) und dem Anzeigeinstrument T (Telephon, Galvanometer). K ist eine Kupplung spule, die auch entfallen oder auch aus zwei getrennten Wicklungen bestehen kann.
Die
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beiden Schwingungskreise L1C1 und L2 C2 sind auf Resonanz mit dem einwirkenden Wechselstrom abgeglichen. A und B sind Punkte gleichen oder nahezu gleichen Potentiales ; wird aber in das Feld einer der Spulen eine Metallmasse gebracht, so wird durch die Wirbelströme derselben ihr induktiver Widerstand geändert und damit die Kompensation von Selbstinduktion und Kapazität des einen Kreises gestört, überdies erscheint auch im Kreise ein Ohm'scher Widerstand, welcher der Wirbelstromleitung entspricht, so dass zwischen A und B ein Spannungsunterschied auftritt, der im Brückenkreise KUT zur Beobachtung gelangt.
Die Fig. 3 stellt eine Schaltung ähnlich wie Fig. 2 dar, nur erfolgt hier die Stromverso gung der ganzen Einrichtung durch die Schwingungen einer Kondensatorenentladung. Es stellt hierbei j einen Induktor, F eine Funkenstrecke und K eine Übertragungskopplung vor. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist dieselbe, wie nach Fig. 2.
Während bisher die Stromversorgung der für die Beobachtung dienenden L-C-Kreise mit Wechselstrom oder Schwingungen gegebener Periodenzahl erfolgte, schwingen die
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genäherter Metalle auch die Eigenperiode geändert wird, was eine Erhöhung der Störung in der Abgleichung zweier solcher Kreise mit sich bringt. Es tritt dies auch zwar schon ein bei Schaltung nach Fig. 3, wenn man als primären Erregerkreis einen solchen mit einer Löschfunkenstrecke F anwendet, welcher nur den Anstoss für die freien Schwingungen der beiden Kreise L Cl und L2 C2 gibt.
Nach Fig. 4 werden zwei parallel geschaltete abgestimmte Schwingungskreise Z Cl und L2 C2 durch Induktor J und Funkenstrecke F zu Eigenschwingungen veranlasst. Solange die beiden Perioden N 1 und AI gleich sind, sind auch die Punkte A und B Punkte gleichen Potentiales. Wenn jedoch in das Feld von Ll Metallmassen gebracht werden, so wild die Eigenperiode von Z. Cj geändert, was sich im Brückenstrom AB anzeigt. Gleich- zeitig erhöht sich auch die Dämpfung im Kreise Li Ci, was weiterhin zur Änderung des Spannungsunterschiedes der Punkte A und B beiträgt.
Eine einfache Erregung der Eigenschwingungen von Schwingungskreisen ist in Fig. 5 benutzt. Zwei Schwingungskreise Z Cl und L2 C2 werden so zusammengeschaltet, dass ihre Selbstinduktionen Z, L2 und ihre Kapazitäten Ci C2 aneinander zu liegen kommen. Bei A und B wird ein Strom i, zweckmässig ein Gleichstrom zugeführt, der durch einen Unter-
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zum Ausschwingen. Es stellt diese Schaltung eine Ausbildung der tür einfache Schwingungskreise in der Schwingungstechnik bekannten Summererregung dar. Bei C und D ist eine Brücke K geschaltet, durch welche jeder der beiden Kreise mit seiner Eigenschwingung hindurchschwingen kann.
Sind die beiden Kreise auf gleiche Wellenlänge ahgestimmt und auch in ihrer Dämpfung gleich, so ist der Brückenstrom Null, da beide Schwingungen
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der Spulen (z. B. Zi) eine Metallmasse gebracht, so wird die Wellenlänge und Dämpfung des betreffenden Kreises geändert und es fliesst durch die Brücke K ein Strom. Dieser Strom wird beobachtet. In Fig. 5 ist die Brücke durch eine Spule K gebildet, mit der ein Detektor D und ein Telephon T mit parallelem Kondensator induktiv gekoppelt ist.
Die Kopplung des Detektorkreises mit dem Brückenstrom kann jedoch auch anders erfolgen oder es kann auch unmittelbar in den Brückenzweig CD ein Detektor (z. B. ein Thermoelement mit Galvanometer) an Stelle von K geschaltet werden.
Die vorliegenden Schaltungen führen auch zu dem gewünschten E : gebnis, wenn man die festzustellenden Metalle nicht in das magnetische Feld einer Spule, sondern in das elektrische Feld eines Kondensators bringt, denn auch in diesem Falle treten die den Beobachtungen zugrunde liegenden Änderungen auf (Dämpfung, Wellenlänge, induktiver Widerstand). Es wird dann nur der Kondensator entsprechend auszugestalten sein, indem man seine Belegungen aus grossen Platten, Netz-oder Gitterwänden in solcher Entfernung bildet, dass man das aufzusuchende Metall in das elektrische Feld einbringen kann.
Es ist in allen vorbeschriebenen Schaltungen vorteilhaft, die Widerstände und Dämpfungen der Schwingungskreise klein zu gestalten. Auch empfiehlt es sich, die verschiedenen Schwingungskreise nicht bloss untereinander abzustimmen (Li Cl = L2 CJ, sondern sie in ihren einzelnen Grössen einander gleich zu machen (also L = L"C, = C,).
Für die besonderen Fälle, für die die Erfindung erfolgreiche Anwendung verspricht, dass es sich z. B. in Metallfabriken um die Untersuchung von Menschen oder Gepäcksstücken nach verborgenen Metallen handelt, ergeben sich noch besondere Ausbildungen. Hier wird man zweckmässig eine grosse Spule oder Windung anordnen, durch die der zu untersuchende
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Mensch hindurchzugehen hat, oder das Gepacksstück hindurchgeschoben wird, während gleichzeitig die Beobachtung gemacht wird.
Diese Spule bildet einen Teil der im
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Metalle, dadurch gekennzeichnet, dass aus Selbstinduktion und Kapazität bestehende Schwingungskreise derart untereinander verbunden sind und von einer Stromquelle für nieder-oder hochfrequente Ströme erregt werden, dass die Änderungen, welche beim Einbringen von Metallmassen in das elektrische oder magnetische Feld eines oder zweier der Schwingungskreise in dem Weite des induktiven oder des effektiven Ohmschen Widerstandes (Dämpfung) oder in der Eigenschwingungszahl der betreffenden Kreise hervorgerufen werden, Potentialunterschiede zur Folge haben, welche nach bekannten Methoden zur Messung oder Beobachtung gelangen.