Elektromagnetischer Dedektor Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagne tischen Detektor zur Feststellung ferromagnetischer und/ oder elektrisch leitender Körper, insbesondere in der Eisenbahnsicherungstechnik.
Zum Nachweis ferromagnetischer Körper sind ver schiedene Einrichtungen bekannt. Insbesondere sind für die Eisenbahnsicherungstechnik sogenannte Gleisgeräte im Zusammenhang mit Achszählgeräten im Gebrauch. Solche Gleisgeräte geben bei der Passage eines Eisen bahnrades an einer bestimmten Stelle des Gleises ein elektrisches Signal ab. Vermittelst Zählgeräten können aufgrund dieser Signale beispielsweise die in einen be stimmten Gleisabschnitt einlaufenden und die aus ihm auslaufenden Räder gezählt werden.
Aus dem Vergleich der Zählergebnisse lassen sich dann in bekannter Weise Kriterien für die Gleis-Frei-Meldung bzw. für die Gleis- Belegt-Meldung bilden.
Solche Gleisgeräte arbeiten beispielsweise mit Per manentmagneten, wobei deren Feld auf eine Induk tionsspule wirkt. Beim Durchlauf eines Rades zwischen Permanentmagnet und Induktionsspule tritt eine ab schirmende Wirkung des Rades auf, und die dadurch bewirkte Feldänderung in der Induktionsspule erzeugt in dieser eine Induktionsspannung. - Es sind auch Gleisgeräte vorgeschlagen worden mit beidseits der Schiene angeordneten Induktionsspulen, wobei dann ein zwischen den Spulen durchlaufendes Rad die Kopplung zwischen beiden Spulen ändert.
Solche Einrichtungen geben zufolge der dabei auf tretenden grossen magnetischen Streuung nur sehr schwache Signale ab. Dies ist ein grosser Nachteil, denn schwache Signale können leicht von Störsignalen überdeckt oder durch solche Störsignale vorgetäuscht werden. Bei der Anwendung beispielsweise im Eisen bahn-Sicherungswesen und verwandten Gebieten könn ten aber die genannten Störungen Anlass zu falscher Gleisfreimeldung und dadurch zu Zugskollisionen ge ben.
Gleisgeräte, bei denen beidseitig einer Schiene Teile der Einrichtung montiert sein müssen, sind in der Praxis auch nur mit Schwierigkeit einzubauen und dauernd mit genügender Genauigkeit in korrekter Justierung zu halten wegen den grossen mechanischen Beanspruchun gen durch die starken Erschütterungen bei jeder Zugs durchfahrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Detektor zu schaffen, welcher auf nur einer Seite einer Schiene angeordnet ist und welcher bei der Anwesenheit und/oder dem Durchlauf eines Ra des ein kräftiges Signal abgibt, ein Signal, das sich von den üblichen Störsignalen unterscheidet.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein in seiner Stärke grundsätzlich frei wählbares magnetisches Wechselfeld einer stromdurchflossenen Erregerspule auf eine im Magnetfeld der Erregerspule angeordnete Son denspule wirken zu lassen. Dabei ist die Anordnung der Spulen so getroffen, dass bei Abwesenheit eines nachzuweisenden Körpers die räumliche Lage und Orientierung der Sondenspule dafür sorgt, dass die Son denspule von der Erregerspule, bzw. ihrem Magnetfeld entkoppelt ist, dass aber ein in das Magnetfeld der Erregerspule eindringender oder eingedrungener, nach zuweisender Körper das Magnetfeld der Erregerspule ablenkt, bzw. deformiert, wodurch dann die Sonden spule in diesem veränderten Magnetfeld nicht mehr von der Erregerspule entkoppelt ist.
Im abgelenkten, deformierten Magnetfeld durch setzt ein Teil des Wechselflusses die Sondenspule und erzeugt in deren Windungen eine Induktionsspannung mit der Frequenz des Erregerstromes in der Erreger spule.
Es ist darauf hinzuweisen, dass der Kraftlinienver- lauf eines magnetischen Wechselfeldes bekanntlich nicht nur durch ferromagnetische Körper verändert werden kann, sondern generell auch von elektrisch leitenden Körpern zufolge der Wirbelstrombildung in diesen lei tenden Körpern. Ein elektromagnetischer Detektor auf der Basis eines magnetischen Wechselfeldes reagiert daher auch auf nicht ferromagnetische, jedoch elek trisch leitende Körper.
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Detektor zur Feststellung ferromagnetischer und/oder elektrisch leitender Körper insbesondere im Eisenbahn Sicherungswesen und zeichnet sich dadurch aus, dass sich im Magnetfeld einer von einem Wechselstrom durchflossenen Erregerspule mindestens eine durch ihre räumliche Lage und ihre Orientierung zum genannten Magnetfeld mindestens annähernd gegenüber der Erre gerspule magnetisch entkoppelte Sondenspule befindet,
in welcher Sondenspule die vom genannten Magnet feld der Erregerspule induzierte Wechselspannung mit der Frequenz des Erregerstromes zufolge Ablenkung und/oder Deformation des Magnetfeldes der Erreger spule durch einen festzustellenden Körper grösser ist als bei Abwesenheit des genannten festzustellenden Kör pers.
Im folgenden wird die Erfindung an einem Aus führungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Aus führung und Anwendung beschränkt.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine idealisierte Anordnung von Erregerspule und Sondenspule.
Fig. 2 eine vorteilhafte Anordnung der Erregerspule, der Sondenspule und eines Kastens für deren Unter bringung und eine vorteilhafte Anordnung des elektro magnetischen Detektors in einem Gleisabschnitt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Erregerspule, gebildet durch eine kreisrunde Schleife eines elektrischen Lei ters. Wird diese Erregerspule 1 von einem Wechsel strom I mit der Frequenz f durchflossen, so wird ein zur Achse 2 der Erregerspule 1 rotationssymmetrisches magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das magnetische Wechselfeld ist ausserdem symmetrisch zur Windungs ebene 3 der Erregerspule 1. - Eine weitere Spule, sie sei Sondenspule 10 genannt, ist im Magnetfeld der Er regerspule 1 angeordnet.
Dabei ist ihre Lage und ihre räumliche Orientierung so gewählt, dass sie von der Erregerspule 1 magnetisch entkoppelt ist, d. h. dass die beispielsweise gezeichneten magnetischen Kraftlinien 4, 5 und 4', 5' die Sondenspule 10 nicht durchsetzen. Die magnetische Entkopplung ist beispielsweise dann erfüllt, wenn die Achse 12 der Sonenspule 10 parallel zur Windungsebene 3 der Erregerspule 1 verläuft und wenn ausserdem die Achse 2 der Erregerspule 1 in der Windungsebene 13 der Sondenspule verläuft. Be sonders vorteilhaft ist es, wenn sich zusätzlich die Ach sen 2 und 12 der beiden Spulen schneiden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
In einer solchen Anordnung magnetisch entkoppel- ter Spulen wird in der Sondenspule 10 keine Spannung induziert, wie stark auch das magnetische Feld der Erregerspule sein mag.
Anstelle von Spulen mit nur einer Windung können bekanntlich auch Spulen mit vielen Windungen, wel che symmetrisch zur Windungsebene 3 bzw. 13 liegen, benutzt werden. Die Ebene 3 bzw. 13 stellt dann wie bekannt die sog. mittlere Windungsebene dar und alle bisherigen Überlegungen gelten sinngemäss wie wenn eine Spule mit nur einer Windung in dieser mittleren Windungsebene vorhanden wäre, wobei aber in dieser einen Windung ein entsprechend stärkerer Strom flies- sen würde.
Es ist zu beachten, dass Entkopplung der Sonden spule 10 von der Erregerspule 1 erreicht werden kann, sowohl wenn die Sondenspule 10 innerhalb der Erre gerspule 1 liegt (Achsen 2 und 12 schneiden sich), als auch, wenn die Sondenspule nur teilweise in die Erregerspule eintaucht oder auch ganz ausserhalb der Erregerspule 1 liegt.
Massgeblich für die gegenseitige Entkopplung ist immer die Lage und Orientierung der Sondenspule 10 im Magnetfeld der Erregerspule 1.
Es können aber auch nichtkreisförmige Spulen ver wendet werden, wichtig ist nur, dass ein definiertes Magnetfeld der Erregerspule 1 entsteht, innerhalb des sen die Sondenspule 10 magnetisch entkoppelt angeord net werden kann.
Wird nun der räumliche Verlauf der Kraftlinien des Erregermagnetfeldes beispielsweise durch die An wesenheit eines ferromagnetischen Körpers abgelenkt, mit andern Worten wird das Magnetfeld der Erreger spule 1 deformiert, so befindet sich die - im ungestör ten Magnetfeld entkoppelt angeordnete Sondenspule 10 - relativ zum abgelenkten, deformi: rten Erregermagnet feld nicht mehr in entkoppelter Lage. Dies mit Aus nahme des speziellen Falles einer, bezogen auf die Sondenspule, genau symmetrischen Deformation, wel cher Fall aber praktisch bedeutungslos ist, da er durch zweckmässige Orientierung der Erregerspule zum Raum, der durch magnetischen Detektor überwacht wird, vermieden werden kann.
Zufolge der Ablenkung des Erregermagnetfeldes und des dadurch entstehenden Verlustes der Entkopp lung wird in der Sondenspule 10 eine Spannung U mit der Frequenz f des Wechselstromes I (in der Erreger spule 1 fliessend) induziert. Es ist leicht ersichtlich, dass es sich - aus Symmetriegründen - bei der be schriebenen Anordnung bzw. Arbeitsweise um eine so genannte Nullmethode handelt. Schon geringfügige Ab lenkungen des Erregerfeldes verursachen ein kräftiges Signal in der Sondenspule 10.
In der praktischen Anwendung ist es besonders vorteilhaft, dass die ganze Einrichtung des elektroma gnetischen Detektors zur Gänze auf nur einer Seite einer Schiene, zweckmässigerweise innerhalb des Glei ses angeordnet werden kann. Auch ist es besonders vorteilhaft, dass Erregerspule 1 und Sondenspule 10 dicht gedrängt in einer robusten baulichen Einheit zu- sammengefasst werden können, so dass einerseits bei Ablenkung des Magnetfeldes ein sehr kräftiges Signal entsteht und anderseits der Einbau im Gleis sehr leicht möglich ist. Zufolge der Bauweise in einer kompakten Einheit ist auch die exakte räumliche Lage der Erreger spule 1 und der Sondenspule 10 - besonders auch re lativ zueinander - auf lange Zeit gewährleistet.
Ein besonderer weiterer Vorteil_ dieses elektroma gnetischen Detektors liegt auch darin, dass sich das Nutzsignal U dadurch, dass seine Frequenz f im voraus bekannt ist und zweckmässig gewählt werden kann, von den im Bahnbetrieb üblichen Störungen unterschei det und als beispielsweise tonfrequentes Signal von bei spielsweise 3000 Hz leicht zu einer zentralgelegen?n Auswertestelle übertragen werden kann.
Es ist nun noch darauf hinzuweisen, dass im prak tischen Einbau der Einrichtung dieses elektromagne tischen Detektors beispielsweise in ein Gleisstück die ser vorteilhafterweise zwischen zwei die Schienen tra gende Schwellen eingebaut wird, wenn es sich um metal- Jene Schwellen handelt. Dies deshalb, weil dann die Beeinflussung des räumlichen Verlaufes des Erreger magnetfeldes durch die vorhandenen - ruhenden Metallmassen relativ klein bleibt.
Es ist ausserdem darauf hinzuweisen, dass bei spielsweise eine um geringe Beträge verschiebbare und/ oder schwenkbare Sondenspule auch bei - etwa wegen vorhandener ruhender Metallnassen in der Umgebung - in gewissem Masse deformiertem Erregermagnetfeld (ohne Anwesenheit eines festzustellenden Körpers) es erlaubt, mindestens eine sehr weitgehende Entkopplung der Sondenspule 10 gegenüber der Erregerspule 1 und deren Magnetfeld einzustellen. Eine analoge Wirkung hat natürlich auch eine Verschiebung bzw. Schwen kung der Erregerspule 1.
In der praktischen Anwen dung des elektromagnetischen Detektors ist die Span nung U an der Sondenspule 10 ohne einen festzustel lenden Körper nicht exakt Null, es lässt sich aber stets ein so kleiner Wert einstellen, dass das Nutzsignal, also bei Anwesenheit eines festzustellenden Körpers, erheb lich stärker ist, beispielsweise 10 bis 100 mal stärker.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Anordnung der Erre gerspule 1, der Sondenspule 10 und eines Kastens 25 für deren Unterbringung und eine vorteilhafte Anord nung des elektromagnetischen Detektors in einem Gleis stück, im Grundriss. Die Zeichenebene ist dabei paral lel zur Auflagefläche des Gleises gedacht.
In einem Gleisstück mit den beiden Schwellen 20 und 21 und den auf ihnen ruhenden Schienenstücken 23 und 24 ist, etwa symmetrisch zur Mittelachse 22 des Feldes zwischen den beiden Schwellen 20 und 21, ein Kasten 25 vorzugsweise aus magnetisch indifferen tem Material, - beispielsweise glasfaserverstärktem Kunstharz oder ähnlichem Material-montiert, der den magnetischen Detektor mit der Erregerspule 1 und der verschiebbar und schwenkbar angeordneten Sonden spule 10 enthält. Der gleiche Kasten kann auch zur Aufnahme weiterer Hilfsgeräte dienen, welche dem elektromagnetischen Detektor zugeordnet sein können, wie etwa ein Oszillator für die Erzeugung des Erreger stromes I, ein Verstärker und Leitungsanschlussgerät für die Wegführung des Signals U usw.
Die Achse 2 der Erregerspule liegt vorteilhafter weise in einer Parallelebene, in welcher die Laufflächen der beiden Schienenstücke 23 und 24 liegen. Ihre Höhe über der Oberkante der Schwellen 20 und 21 richtet sich nach den gegebenen Verhältnissen, d. h. insbeson dere nach dem aus bahnbetrieblichen Gründen zum Einbau zur Verfügung stehenden Raum, bzw. Profil. Es ist zweckmässig, innerhalb dieser Grenzen die Ach se 2 der Erregerspule so hoch zu legen, wie dies aus den genannten Gründen zulässig ist, denn dann ergibt sich eine stärkere Beeinflussung des Erregerfeldes durch ein durchrollendes Eisenbahnrad 30, als wenn die Ach se 2 sehr tiefliegend gewählt wird.
Es hat sich gezeigt, dass ein besonders starkes Nutz signal U an der Sondenspule 10 zu erzielen ist, wenn die Achse 2 der Erregerspule 1 dabei einen spitzen Winkel zur Schienenlängsrichtung einnimmt. Die Son denspule 10 liegt dann vorteilhafterweise nahe bei der Erregerspule 1, etwa so wie in Fig. 2 dargestellt. Selbst verständlich wird der elektromagnetische Detektor seit lich so nahe an die Schiene 23 herangebracht, wie dies aus bahnbetrieblichen Gründen zulässig ist.
Durch die Anwesenheit der ruhenden Metallmas sen, beispielsweise Schwellen 20 und 21 und Schiene 23, oder auch Metallteile des Kastens 25 wird erwar- tungsgemäss das Erregermagnetfeld gegenüber seinem Verlauf in einem metallfreien Raum bereits etwas de formiert. Dies ist in Fig. 2 durch die beispielsweise ein gezeichneten Kraftlinien 6 und- 7 dargestellt. Diese Kraftlinien 6 und 7 verlaufen nicht mehr symmetrisch, wie etwa die Kraftlinien 5 und 5' in Fig. 1.
Immerhin zeigt es sich in der Praxis, dass das deformierte Erre gerfeld eine neue Achse 2' aufweist, welche angibt, wie die Sondenspule 10 etwa für die Erzielung mini maler Spannung U zu orientieren ist. Schwenkt man nämlich die Sondenspule 10 etwa um den Winkel a (a = Winkel zwischen den Achsen 2 und 2'), so ist auch im deformierten Erregerfeld ein eindeutiges Mini mum für die Spannung U zu erzielen. Die Achse 12 der Sondenspule 10 steht dann wenigstens angenähert senkrecht auf der Achse 2'.
Es ergibt sich daraus, dass es aus praktischen Gründen vorteilhaft ist, mindestens die eine der bei den Spulen 1 und 10 schwenkbar und eventuell ver schiebbar zu montieren.
Befindet sich nun zusätzlich ein zu erkennender ferromagnetischer und/oder elektrisch leitender Körper, z. B. ein Eisenbahnrad 30 - ruhend oder bewegt auf der Schiene 23 in der Nähe der Erregerspule 1, so wird das Erregerfeld zusätzlich noch stärker abge lenkt bzw. deformiert, wie dies in Fig. 2 etwa durch die für diesen Fall gestrichelt gezeichneten Kraftlinien 6' und 7' dargestellt ist. Durch diese vom zu erkennen den Körper, dem Eisenbahnrad 30, verursachte zu sätzliche Deformation verlagert sich die Achse des Er regerfeldes nochmals in eine neue Lage, sie ist mit 2" bezeichnet, beispielsweise um einen zusätzlichen Win kelbetrag ss gegenüber der vorher eingenommenen Lage 2' (a).
Da nun aber die Sondenspule 10 auf minimale Spannung U für die Achse 2' (a) justiert ist, die zusätz liche Deformation des Erregermagnetfeldes aber die neue Achse 2" (ss) aufweist, wird wieder eine starke Spannung U mit der Frequenz f in der Sondenspule 10 induziert, solange der festzustellende Körper, das Ei senbahnrad 30, in der Nähe ist.
Die Spannung U in der Sondenspule 10 ist propor tional der Ampere-Windungszahl der wechselstrom- durchflossenen Erregerspule 1. Durch einen kräftigen Strom I hat man es bei fest angenommener Windungs- zahl in der Hand, die Höhe des Nutzpegels von U ge nügend hoch zu legen, derart, dass Störspannungen keinen schädlichen Einfluss mehr haben.
Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn der Erregerspule 1 mit der Induktivität L ein Kon densator mit der Kapazität C zugeschaltet wird, der art, dass sich für die Frequenz f Resonanz ergibt. Zum Beispiel kann auch die Erregerspule 1 als Schwing kreisinduktivität in einer Oszillatorschaltung liegen, wel che Schwingungen mit der Resonanzfrequenz f erzeugt.
Stimmt man zusätzlich auch die Sondenspule 10 mit einer Kapazität auf die gleiche Frequenz wie f ab, so ergibt sich durch Resonanzwirkung ein nochmals höherer Nutzpegel. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass mit wenigen Watt einem Oszillator mit der Erre gerspule 1 zugeführter Gleichstromleistung sehr leicht ein Nutzpegel des Sondensignals in der Grösse meh rerer Milliwatt zu - erzielen ist.
Wählt man beispiels weise die Frequenz f etwa 1 bis 3 Khz, so lässt sich ein solches tonfrequentes Signal sehr einfach fernmel detechnisch verarbeiten, zum Beispiel simultan über die Gleichstromspeiseleitung für den Oszillator zu einer zentralen Auswertestelle leiten.
Die Anwendung des Resonanzprinzips bei der Er regerspule 1 und/oder der Sondenspule 10 gibt ohne praktisch ins Gewicht fallende Mehrkosten eine erheb liche Steigerung der Ansprechempfindlichkeit des elek tromagnetischen Detektors.
Stellt man, abweichend von der Darstellung in Fig.2, die Erregerspule 1 so auf, dass deren Achse 2 mindestens annähernd parallel zur Längsrichtung der Schiene 23 verläuft, so kann man auch beidseits der Erregerspule 1 Sondenspulen 10 anordnen. - Beim Durchlauf eines Eisenbahnrades 30 geben dann die beiden Sondenspulen nacheinander ein Signal ab, bzw. das an ihnen auftretende Signal erreicht nacheinander den Maximalwert. Durch Ausnützung dieser zeitlichen Verzögerung lässt sich die Bewegungsrichtung und auch die Geschwindigkeit des festzustellenden Körpers er fassen.
Electromagnetic detector The invention relates to an electromagnetic detector for detecting ferromagnetic and / or electrically conductive bodies, especially in railway safety technology.
Various facilities are known to detect ferromagnetic bodies. In particular, so-called track devices in connection with axle counting devices are used for railway safety technology. Such track devices emit an electrical signal when a railway wheel passes through a certain point on the track. By means of counting devices, based on these signals, for example, the wheels entering a certain track section and the wheels leaving it can be counted.
From the comparison of the counting results, criteria for the track-free report or for the track-occupied report can then be formed in a known manner.
Such track devices work, for example, with permanent magnets, the field of which acts on an induction coil. When a wheel passes between the permanent magnet and the induction coil, the wheel has a shielding effect, and the resulting field change in the induction coil generates an induction voltage in it. - Track devices have also been proposed with induction coils arranged on both sides of the rail, in which case a wheel passing between the coils changes the coupling between the two coils.
As a result of the large magnetic scattering that occurs, such devices only emit very weak signals. This is a major disadvantage, because weak signals can easily be covered by interference signals or can be simulated by such interference signals. When used, for example, in railway safety systems and related areas, however, the malfunctions mentioned could give rise to false track vacancies and thus train collisions.
Track devices in which parts of the facility have to be mounted on both sides of a rail can only be installed with difficulty in practice and constantly adjusted with sufficient accuracy due to the great mechanical stresses caused by the strong vibrations with each train pass.
The invention is based on the object of creating an electromagnetic detector which is arranged on only one side of a rail and which emits a strong signal in the presence and / or passage of a Ra, a signal that differs from the usual interference signals .
The invention is based on the idea of allowing a magnetic alternating field of a current-carrying excitation coil, which is basically freely selectable in terms of its strength, to act on a probe coil arranged in the magnetic field of the excitation coil. The coils are arranged in such a way that, in the absence of a body to be detected, the spatial position and orientation of the probe coil ensures that the probe coil is decoupled from the exciter coil or its magnetic field, but that any penetrating or into the magnetic field of the exciter coil penetrated, after referring body deflects the magnetic field of the excitation coil, or deformed, so that the probe coil is no longer decoupled from the excitation coil in this changed magnetic field.
In the deflected, deformed magnetic field, part of the alternating flux passes through the probe coil and generates an induction voltage in its windings at the frequency of the excitation current in the excitation coil.
It should be pointed out that the course of the lines of force of an alternating magnetic field is known not only to be changed by ferromagnetic bodies, but also generally by electrically conductive bodies as a result of eddy currents being formed in these conductive bodies. An electromagnetic detector based on an alternating magnetic field therefore also reacts to non-ferromagnetic, but electrically conductive bodies.
The invention relates to an electromagnetic detector for the detection of ferromagnetic and / or electrically conductive bodies, especially in railway security and is characterized in that in the magnetic field of an excitation coil through which an alternating current flows, at least one is at least approximately opposite due to its spatial position and its orientation to the said magnetic field the excitation coil is magnetically decoupled probe coil,
in which probe coil the alternating voltage induced by the said magnetic field of the exciter coil with the frequency of the exciter current due to deflection and / or deformation of the magnetic field of the exciter coil by a body to be detected is greater than in the absence of said body to be detected.
In the following the invention is explained using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. The invention is not limited to this imple mentation and application.
In the accompanying drawings: FIG. 1 shows an idealized arrangement of the excitation coil and probe coil.
Fig. 2 shows an advantageous arrangement of the excitation coil, the probe coil and a box for placing them under and an advantageous arrangement of the electro-magnetic detector in a track section.
In Fig. 1, 1 denotes an excitation coil, formed by a circular loop of an electrical Lei age. If an alternating current I with the frequency f flows through this excitation coil 1, a rotationally symmetrical alternating magnetic field with respect to the axis 2 of the excitation coil 1 is generated. The alternating magnetic field is also symmetrical to the winding plane 3 of the excitation coil 1. Another coil, called the probe coil 10, is arranged in the magnetic field of the excitation coil 1.
Its position and spatial orientation is selected so that it is magnetically decoupled from the excitation coil 1, ie. H. that the magnetic lines of force 4, 5 and 4 ', 5' drawn for example do not penetrate the probe coil 10. The magnetic decoupling is fulfilled, for example, when the axis 12 of the probe coil 10 runs parallel to the winding plane 3 of the excitation coil 1 and, in addition, when the axis 2 of the excitation coil 1 runs in the winding plane 13 of the probe coil. It is particularly advantageous if the axes 2 and 12 of the two coils also intersect, as shown in FIG.
In such an arrangement of magnetically decoupled coils, no voltage is induced in the probe coil 10, however strong the magnetic field of the excitation coil may be.
Instead of coils with only one turn, it is known that coils with many turns, which are symmetrical to the winding plane 3 or 13, can be used. As is known, level 3 or 13 then represents the so-called middle winding level and all previous considerations apply analogously as if a coil with only one turn were present in this middle winding level, but with a correspondingly stronger current flowing in this one winding would.
It should be noted that decoupling of the probe coil 10 from the excitation coil 1 can be achieved both when the probe coil 10 is within the excitation coil 1 (axes 2 and 12 intersect) and when the probe coil is only partially in the excitation coil immersed or completely outside of the excitation coil 1.
The position and orientation of the probe coil 10 in the magnetic field of the excitation coil 1 is always decisive for the mutual decoupling.
However, non-circular coils can also be used, the only important thing is that a defined magnetic field is created in the excitation coil 1, within which the probe coil 10 can be magnetically decoupled.
If the spatial course of the lines of force of the exciter magnetic field is now deflected, for example by the presence of a ferromagnetic body, in other words the magnetic field of the exciter coil 1 is deformed, the probe coil 10, which is decoupled in the undisturbed magnetic field, is located relative to the deflected, deformi : red excitation magnet field no longer in a decoupled position. This, with the exception of the special case of a deformation that is exactly symmetrical with respect to the probe coil, but which case is practically meaningless because it can be avoided by appropriate orientation of the excitation coil to the space monitored by the magnetic detector.
As a result of the deflection of the exciter magnetic field and the resulting loss of the decoupling, a voltage U with the frequency f of the alternating current I (flowing in the exciter coil 1) is induced in the probe coil 10. It is easy to see that - for reasons of symmetry - the arrangement or mode of operation described is a so-called zero method. Even slight deflections of the excitation field cause a strong signal in the probe coil 10.
In practical use, it is particularly advantageous that the entire device of the electromagnetic detector can be arranged entirely on only one side of a rail, expediently within the track. It is also particularly advantageous that excitation coil 1 and probe coil 10 can be packed together in a robust structural unit, so that on the one hand a very strong signal is generated when the magnetic field is deflected and on the other hand, installation in the track is very easy. As a result of the design in a compact unit, the exact spatial location of the exciter coil 1 and the probe coil 10 - especially also re relative to each other - guaranteed for a long time.
Another particular advantage of this electromagnetic detector is that the useful signal U differs from the disturbances common in rail operations because its frequency f is known in advance and can be appropriately selected and as an audio-frequency signal of, for example, 3000 Hz can easily be transmitted to a centrally located evaluation point.
It should now be pointed out that in the practical installation of the device of this electromagnetic table detector, for example in a piece of track, this water is advantageously installed between two sleepers supporting the rails, if it is metal sleepers. This is because the influence on the spatial course of the exciter magnetic field by the existing - resting metal masses remains relatively small.
It should also be pointed out that, for example, a probe coil that can be displaced and / or pivoted by small amounts even if the excitation magnetic field is deformed to a certain extent (without the presence of a body to be detected) - for example due to the presence of static metal in the vicinity - at least one very extensive Set decoupling of the probe coil 10 from the excitation coil 1 and its magnetic field. A shift or pivoting of the excitation coil 1 naturally also has an analogous effect.
In the practical application of the electromagnetic detector, the voltage U on the probe coil 10 is not exactly zero without a fixed body, but it can always be set to such a small value that the useful signal, i.e. when a body is present, is considerable is stronger, for example 10 to 100 times stronger.
Fig. 2 shows an advantageous arrangement of the excitation coil 1, the probe coil 10 and a box 25 for their accommodation and an advantageous arrangement of the electromagnetic detector in a track piece, in plan. The plane of the drawing is intended to be parallel to the support surface of the track.
In a piece of track with the two sleepers 20 and 21 and the rail pieces 23 and 24 resting on them, approximately symmetrical to the central axis 22 of the field between the two sleepers 20 and 21, a box 25 is preferably made of magnetically indifferent material, - for example, glass fiber reinforced synthetic resin or similar material-mounted, the coil 10 containing the magnetic detector with the excitation coil 1 and the displaceable and pivotable probe. The same box can also be used to accommodate other auxiliary devices that can be assigned to the electromagnetic detector, such as an oscillator for generating the excitation current I, an amplifier and line connecting device for routing the signal U, etc.
The axis 2 of the excitation coil lies advantageously in a parallel plane in which the running surfaces of the two rail sections 23 and 24 lie. Their height above the upper edge of the sleepers 20 and 21 depends on the given conditions, d. H. in particular according to the space or profile available for installation for reasons of railway operation. It is useful within these limits to set the axis 2 of the excitation coil as high as is permissible for the reasons mentioned, because then there is a stronger influence of the exciter field by a rolling train wheel 30 than if the axis 2 is very low is chosen.
It has been shown that a particularly strong useful signal U can be achieved at the probe coil 10 when the axis 2 of the excitation coil 1 assumes an acute angle to the longitudinal direction of the rail. The Son denspule 10 is then advantageously close to the excitation coil 1, roughly as shown in FIG. Of course, the electromagnetic detector is brought as close to the rail 23 since Lich as is permissible for reasons of railway operations.
As a result of the presence of the stationary metal masses, for example sleepers 20 and 21 and rail 23, or metal parts of the box 25, the excitation magnetic field is already somewhat deformed compared to its course in a metal-free space, as expected. This is shown in FIG. 2 by the lines of force 6 and 7 drawn, for example. These lines of force 6 and 7 no longer run symmetrically, such as the lines of force 5 and 5 'in FIG. 1.
After all, it has been shown in practice that the deformed excitation field has a new axis 2 ', which indicates how the probe coil 10 is to be oriented, for example, to achieve minimal voltage U. If the probe coil 10 is pivoted approximately by the angle a (a = angle between the axes 2 and 2 '), a clear minimum for the voltage U can also be achieved in the deformed excitation field. The axis 12 of the probe coil 10 is then at least approximately perpendicular to the axis 2 '.
It follows from the fact that for practical reasons it is advantageous to mount at least one of the coils 1 and 10 in a pivotable and possibly displaceable manner.
If there is also a ferromagnetic and / or electrically conductive body to be recognized, e.g. B. a railway wheel 30 - resting or moving on the rail 23 in the vicinity of the excitation coil 1, the excitation field is additionally deflected or deformed even more abge, as shown in Fig. 2 by the lines of force 6 'shown in dashed lines for this case. and 7 'is shown. Due to this additional deformation caused by the body to be recognized, the railway wheel 30, the axis of the excitation field is shifted again into a new position, it is denoted by 2 ", for example by an additional angular amount ss compared to the previous position 2 ' (a).
But since the probe coil 10 is now adjusted to the minimum voltage U for the axis 2 '(a), but the additional deformation of the exciter magnetic field has the new axis 2 "(ss), a strong voltage U with the frequency f in the Probe coil 10 induced as long as the body to be detected, the egg senbahnrad 30, is in the vicinity.
The voltage U in the probe coil 10 is proportional to the number of ampere turns of the alternating current-carrying exciter coil 1. With a strong current I, with a fixed number of turns, one has the ability to set the useful level of U sufficiently high , in such a way that interference voltages no longer have a harmful influence.
A particularly advantageous solution is obtained when the excitation coil 1 with the inductance L is connected to a capacitor with the capacitance C, of the kind that results in resonance for the frequency f. For example, the excitation coil 1 can also be located as a resonant circuit inductance in an oscillator circuit which generates vibrations at the resonance frequency f.
If you also tune the probe coil 10 with a capacitance to the same frequency as f, then the resonance effect results in an even higher useful level. It has been shown, for example, that with a few watts of direct current power supplied to an oscillator with the exciter coil 1, a useful level of the probe signal of the size of several milliwatts can be achieved very easily.
For example, if you choose the frequency f about 1 to 3 Khz, such an audio-frequency signal can be processed very easily by telecommunication technology, for example simultaneously sent to a central evaluation point via the direct current feed line for the oscillator.
The application of the resonance principle in the He regerspule 1 and / or the probe coil 10 gives a considerable increase in the sensitivity of the electromagnetic detector without practically significant additional costs.
If, in contrast to the illustration in FIG. 2, the excitation coil 1 is set up in such a way that its axis 2 runs at least approximately parallel to the longitudinal direction of the rail 23, then probe coils 10 can also be arranged on both sides of the excitation coil 1. When a railway wheel 30 passes through, the two probe coils then emit a signal one after the other, or the signal occurring at them successively reaches the maximum value. By utilizing this time delay, the direction of movement and also the speed of the body to be determined can be recorded.