CH660799A5

CH660799A5 - Device for identifying conductive objects

Info

Publication number: CH660799A5
Application number: CH471579A
Authority: CH
Inventors: William D Gregory; Larry H Capots; James P George; Richard Janik
Original assignee: Univ Georgetown
Priority date: 1978-08-25
Filing date: 1979-05-21
Publication date: 1987-06-15
Also published as: SE440832B; FR2456951A1; GB1603578A; NL7903965A; DE2837265C2; FR2456951B1; SE7904329L; CA1157096A; DE2837265A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Identifizierung von leitfähigen Gegenständen, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Einrichtung. The invention relates to a device for identifying conductive objects and a method for operating the device.

Einrichtungen zur Identifizierung von leitfähigen, insbesondere metallischen Körpern sind seit mehr als 30 Jahren bekannt und in vielfältigen Formen verbreitet ; sie eignen sich insbesondere zur Bestimmung des Vorhandenseins von metallischen Teilen. Einrichtungen dieser Art haben ein weites Anwendungsfeld und sind in neuerer Zeit in grossem Umfang zur Aufspürung von versteckten Waffen eingesetzt worden. Die bekannten Einrichtungen sind jedoch, soweit sie zur Aufspürung von Waffen verwendet werden, nicht in der Lage, zwischen unterschiedlichen Typen von metallischen Gegenständen rasch und zuverlässig zu unterscheiden. Devices for identifying conductive, in particular metallic, bodies have been known for more than 30 years and are widely used in various forms; they are particularly suitable for determining the presence of metallic parts. Devices of this type have a wide field of application and have recently been used on a large scale for the detection of hidden weapons. However, the known devices, insofar as they are used for the detection of weapons, are unable to quickly and reliably differentiate between different types of metallic objects.

Bei den bekannten Einrichtungen wird eine Induktionsspule verwendet, der ein Oszillatorsignal zugeführt wird. Die Überprüfung und Anzeige war nur allgemein auf die Bestimmung beschränkt, ob ein metallischer Gegenstand innerhalb des überprüften Bereiches vorliegt, ohne dass der Prüfvorgang besonders präzis durchgeführt werden konnte. Vor allem konnte nur schematisch zwischen Gegenständen mit leitender Eigenschaft aber unterschiedlichen Typs unterschieden werden, so dass vor allem bei der Personenüberprüfung an Flughäfen permanent ein Problem wegen Fehlanzeige mit nachfolgender lästiger Körperuntersuchung gegeben war. In the known devices, an induction coil is used, to which an oscillator signal is supplied. The check and display was only limited in general to the determination of whether a metallic object is present within the checked area, without the checking process being able to be carried out particularly precisely. Above all, it was only possible to make a schematic distinction between objects with a conductive property but of different types, so that there was a permanent problem, particularly when checking people at airports, because of a failure to report, followed by an annoying physical examination.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit dem sich bestimmte Gegenstände mit leitenden Eigenschaften wesentlich genauer und wiederholt reproduzierbar unterscheiden lassen. The invention is therefore based on the object of creating a device with which certain objects with conductive properties can be distinguished much more precisely and repeatedly reproducibly.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Identifizierung von leitfähigen Gegenständen weist die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf. The inventive device for identifying conductive objects has the features specified in claim 1.

Das Verfahren zum Betrieb der Einrichtung ist ebenfalls in Patentansprüchen gekennzeichnet. The method for operating the device is also characterized in patent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind u.a. in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt und in abhängigen Ansprüchen wiedergegeben. Advantageous developments of the invention include shown in the following description and reproduced in dependent claims.

Mit der erfindungsgemässen Einrichtung und dem Verfahren zu ihrem Betrieb ist es möglich, eine sehr genaue Information über die Art eines leitfähigen Gegenstandes zu erhalten, das in das Feld einer Magnetspule gelangt. Insbesondere lässt sich eine Information für die verschiedenen metallischen Komponenten gewinnen, wenn mehr als ein bestimmter Metallbestandteil vorliegt. Damit ist es rasch und zuverlässig möglich, unterschiedliche Arten metallischer Gegenstände zu unterscheiden, um Fehlalarme bei den unterschiedlichsten Prüf- und Überwachungsproblemen wesentlich besser zu vermeiden, als dies bisher möglich war. With the device according to the invention and the method for its operation, it is possible to obtain very precise information about the type of conductive object that enters the field of a magnetic coil. In particular, information can be obtained for the various metallic components if there is more than one specific metal component. This makes it possible to quickly and reliably differentiate between different types of metallic objects in order to avoid false alarms in a wide variety of testing and monitoring problems much better than was previously possible.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich durch eine überragende reproduzierbar darstellbare Genauigkeit aus und kann eine Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen finden, etwa bei der Metallklassifizierung, bei der Nähme von Proben, bei der Prüfung von leitfähigen Lösungen; zur Prüfung von tierischem Gewebe u.dgl.. bei der Etikettierung, Sortierung usw. The device according to the invention is characterized by an outstanding reproducible accuracy and can be used in a wide variety of areas, for example in metal classification, in taking samples, in testing conductive solutions; for testing animal tissue and the like .. during labeling, sorting etc.

In dem speziell erwähnten Anwendungsbereich bei der Personenkontrolle eignet sich die Erfindung deshalb besonders, weil zwischen unterschiedlichen Metallarten sehr genau unterschieden werden kann, so dass in Verbindung mit einer automatischen Einrichtung Handfeuerwaffen unterschiedlichen Typs rasch ermittelt und festgestellt werden können. The invention is particularly suitable in the specifically mentioned field of application for personal control because it is possible to differentiate very precisely between different types of metal, so that handguns of different types can be quickly determined and ascertained in connection with an automatic device.

Es wird die Entdeckung ausgenützt, dass eine vorher abgeglichene Spulenanordnung nach dem Einbringen eines leitfähigen oder metallischen Körpers die reine Widerstandskomponente seiner in der Spulenanordnung stattfindenden I mpe-danzänderung aufgrund von Winkelstromverlusten AR einen Wert ergibt, der sich wenn geteilt durch die zugeführte Frequenz The discovery takes advantage of the fact that a previously balanced coil arrangement after the introduction of a conductive or metallic body, the pure resistance component of its impedance change taking place in the coil arrangement due to angular current losses AR results in a value which, when divided by the supplied frequency

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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65 65

660799 660799

4 4th

- mit der Frequenz verändert und einen Spitzenwert bei einem einzigen darauf charakteristischen Frequenzwert zeigt. Dieser Frequenzwert ist proportional zum Querschnitt des Gegenstandes in einer Ebene quer zur Spule. Zusätzlich wurde ermittelt, dass die charakteristische Frequenz, d.h. jene Frequenz, die beim Maximalwert von - changed with frequency and shows a peak value with a single characteristic frequency value thereon. This frequency value is proportional to the cross section of the object in a plane transverse to the coil. In addition, it was determined that the characteristic frequency, i.e. that frequency which at the maximum value of

AR f auftritt, proportional ist zum spezifischen Widerstand des Gegenstandes geteilt durch dessen Querschnittsfläche. AR f occurs, is proportional to the specific resistance of the object divided by its cross-sectional area.

Diese Ergebnisse lassen sich jedoch nur dann gewinnen, wenn die Messungen sehr genau durchgeführt und weitgehend alle Störeffekte oder Fremdeinflüsse aufgrund der verschiedenen Bestandteile der Einrichtung, etwa des Frequenzgenerators, der Spule und Detektorschaltkreise berücksichtigt werden. Um ein wahres Bild für den Einfluss der Probe oder des überprüften Gegenstandes zu erhalten, muss dann lediglich die Änderung der reinen Widerstandskomponente in der Spulenanordnung betrachtet werden. However, these results can only be obtained if the measurements are carried out very precisely and largely all interfering effects or external influences due to the various components of the device, such as the frequency generator, the coil and detector circuits, are taken into account. In order to obtain a true picture of the influence of the sample or the object being checked, it is then only necessary to consider the change in the pure resistance component in the coil arrangement.

Die Änderung der reinen Widerstandskomponente lässt sich nur dann mit ausreichender Genauigkeit feststellen, wenn der Phasenunterschied zwischen dem Ausgangsignal und dem der Eingangsspule zugeführten Eingangssignal weniger als ein Grad beträgt. Wenn diese Phasenbeziehung, die nachfolgend als «0o-Phasenverschiebung» bezeichnet wird, nicht eingehalten wird, kann die für die bevorzugten Anwendungsbereiche der Erfindung erwünschte und geforderte Genauigkeit nicht erzielt werden. The change in the pure resistance component can only be determined with sufficient accuracy if the phase difference between the output signal and the input signal supplied to the input coil is less than one degree. If this phase relationship, hereinafter referred to as “0o phase shift”, is not maintained, the accuracy desired and required for the preferred areas of application of the invention cannot be achieved.

In bevorzugter Ausführungsform enthält die Erfindung eine zuvor abgeglichene stabile Spulenprüfanordnung, mit der sich die Art eines leitfähigen Gegenstandes, seine Eigenschaften und - soweit aus Metall - seine Gestalt und seine Querschnittsfläche messen lassen durch Ermittlung des Betrags der Abweichung, d.h. der Unsymmetrie einer Abgleichspannungbei verschiedenen Frequenzen. Die reine Widerstandskomponente wird dabei sehr genau gemessen und zeigt lediglich den Spannungsverlust aufgrund von Winkelströmen beim Einbringen des Gegenstands oder der Probe in die Spulenanordnung an. Wird diese Spannung - geteilt durch die für die einzelnen Messpunkte massgebliche Frequenz - als Kurve aufgetragen, so zeigen sich für charakteristische Frequenzen Spitzenwerte in Abhängigkeit von der Art des eingebrachten leitfähigen Gegenstandes. Für einen metallischen Gegenstand ist diese charakteristische Frequenz proportional zum spezifischen Widerstand des Gegenstandes geteilt durch dessen Querschnittsfläche. In a preferred embodiment, the invention includes a previously calibrated stable coil test arrangement with which the type of a conductive object, its properties and - if made of metal - its shape and its cross-sectional area can be measured by determining the amount of the deviation, i.e. the asymmetry of a balancing voltage at different frequencies. The pure resistance component is measured very precisely and only shows the voltage loss due to angular currents when the object or the sample is introduced into the coil arrangement. If this voltage - divided by the frequency relevant for the individual measuring points - is plotted as a curve, peak values for characteristic frequencies are shown depending on the type of conductive object introduced. For a metallic object, this characteristic frequency is proportional to the specific resistance of the object divided by its cross-sectional area.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen : The invention and advantageous details are explained in more detail below with reference to the drawing in exemplary embodiments. Show it :

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsge-mässen Einrichtung; 1 shows a first embodiment of a device according to the invention;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Signals in der Sekundärspule zur Verdeutlichung der Veränderung, d.h. der Verschiebung, die auftritt, wenn ein metallischer Gegenstand zwischen die Spulen bei der Anordnung nach Fig. 1 eingebracht wird; Fig. 2 is a graphical representation of the signal in the secondary coil to illustrate the change, i.e. the displacement that occurs when a metallic object is inserted between the coils in the arrangement of FIG. 1;

Fig. 3 das Vektor-Diagramm des Spannungsamplitudenvektors, aus dem sich die Widerstandskomponente ablesen lässt; 3 shows the vector diagram of the voltage amplitude vector from which the resistance component can be read;

Fig. 4 in graphischer Darstellung den Verlauf des Verhältnisses Widerstandskomponente durch jeweilige Frequenz, in Fig. 4 is a graphical representation of the course of the ratio of the resistance component through the respective frequency, in

Funktion über der Frequenz für einen metallischen Gegenstand; Function over frequency for a metallic object;

Fig. 5 die graphische Darstellung des Verhältnisses der Spitzenwerte der Widerstandskomponente durch den zugeordneten charakteristischen Frequenzwert, in Funktion des Reziproken der charakteristischen Frequenz, woraus sich die lineare Abhängigkeit der Spitzenwerte von der Querschnittsfläche und der Querschnittsgeometrie des metallischen Gegenstandes ablesen lässt; 5 shows the graphic representation of the ratio of the peak values of the resistance component by the assigned characteristic frequency value, as a function of the reciprocal of the characteristic frequency, from which the linear dependence of the peak values on the cross-sectional area and the cross-sectional geometry of the metallic object can be read off;

Fig. 6 eine der Darstellung von Fig. 5 ähnliche Kurvenschar, aus der sich die lineare Abhängigkeit der Spitzenwerte bei unterschiedlichen Arten von metallischen Gegenständen erkennen lässt; FIG. 6 shows a family of curves similar to the representation of FIG. 5, from which the linear dependence of the peak values for different types of metallic objects can be seen;

Fig. 7 eine der Darstellung von Fig. 4 ähnliche Kurvenschar zur Verdeutlichung insbesondere des Verlaufs der Spitzenwerte, wenn mehrere Metallstücke in die Messpule eingesetzt werden; FIG. 7 shows a family of curves similar to the representation of FIG. 4 to clarify in particular the course of the peak values when a plurality of metal pieces are inserted into the measuring coil;

Fig. 8 eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung bei welcher eine Abgleichs-Brückenschaltung verwendet wird ; 8 shows a second embodiment of a device in which an equalization bridge circuit is used;

Fig. 9 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsge-mässen Einrichtung mit einem abgeglichenen Sekundärkreis mit unterteilter Spulenanordnung; 9 shows a third embodiment of a device according to the invention with a balanced secondary circuit with subdivided coil arrangement;

Fig. 10 den Verlauf des Verhältnisses Widerstandskomponente durch Frequenz, in Funktion der Frequenz, woraus sich eine charakteristische Kennlinie für einen Smith-and-Wesson-Revolver aus nichtrostendem Stahl ablesen lässt; 10 shows the course of the ratio of resistance component to frequency, as a function of frequency, from which a characteristic curve for a Smith and Wesson revolver made of stainless steel can be read;

Fig. 11 den Verlauf des Verhältnisses Widerstandskomponente durch Frequenz, in Funktion der Frequenz für einen Titan-25-Revolver; 11 shows the course of the ratio of resistance component to frequency, as a function of frequency for a titanium 25 turret;

Fig. 12 das Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung, bei der ein Minicomputer verwendet wird, zum raschen Vergleich der im Prüfvorgang festgestellten Kennlinie mit Kennlinien von bekannten Gegenständen; 12 shows the block diagram of a device according to the invention, in which a minicomputer is used, for rapid comparison of the characteristic curve found in the test process with characteristic curves of known objects;

Fig. 13 das Blockschaltbild der Software-Elemente für die Einrichtung der Fig. 12 und FIG. 13 shows the block diagram of the software elements for the device of FIGS. 12 and

Fig. 14 das Blockschaltbild einer Einrichtung für phasenempfindliche Abtastung, bei dem analoge Schaltkreise in Verbindung mit integrierten logischen Digitalbausteinen verwendet sind. 14 shows the block diagram of a device for phase-sensitive scanning, in which analog circuits are used in conjunction with integrated logic digital modules.

Die in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Einrichtung umfasst eine Wechselstromsignalquelle 12, die ein Signal an eine als Primärspule wirkende Eingangsspule 14 abgibt. Eine Sekundärspule 16 ist an einen Phasendetektor 18 angeschlossen, der im Signal der Sekundärspule 16 auftretende Veränderungen erfasst, wenn ein metallischer Gegenstand 20 in das Magnetfeld eingebracht wird, das in der Zeichnung schematisch zwischen der Primärspule 14 und der Sekundärspule 16 angeordnet ist. Der Spulendurchmesser kann prinzipiell beliebig gewählt sein von beispielsweise ca. 30 cm ( 12" ) für kleinere Proben bis zu mannshohem Durchmesser von beispielsweise 1,8 m (6'). Der Gegenstand 20 kann entweder in die Spule eingebracht werden, um ein maximales Ansprechen zu erzielen, oder ausserhalb, jedoch in die unmittelbare Nähe der Spule, solange es im Wirkungsbereich des erzeugten Magnetfelds sich befindet. The device, generally designated 10 in FIG. 1, comprises an AC signal source 12, which emits a signal to an input coil 14 acting as a primary coil. A secondary coil 16 is connected to a phase detector 18, which detects changes occurring in the signal of the secondary coil 16 when a metallic object 20 is introduced into the magnetic field, which in the drawing is arranged schematically between the primary coil 14 and the secondary coil 16. In principle, the coil diameter can be chosen arbitrarily from, for example, approximately 30 cm (12 ") for smaller samples up to man-high diameters of, for example, 1.8 m (6 '). The object 20 can either be introduced into the coil in order to achieve maximum response to achieve, or outside, but in the immediate vicinity of the coil, as long as it is within the effective range of the magnetic field generated.

Durch Versuche wurde gefunden, dass für Gegenstände, die Metalle enthalten oder aus Metallen bestehen, Frequenzbereiche von etwa 100 bis zu 10 000 Hertz geeignet sind. Experiments have shown that frequency ranges from approximately 100 to 10,000 hertz are suitable for objects which contain metals or consist of metals.

Steigt die Frequenz jedoch in den Bereich von 1 bis 10 Megahertz an, so lassen sich gute Prüfergebnisse für Proben oder Gegenstände erhalten, die leichtfähige Eigenschaften aufweisen, wie etwa metallpulverhaltige Explosivstoffe, tierische Gewebe, wässrige Lösungen, Ionen enthaltende Lösungen und Suspensionen. Das Vektor-Diagramm der Fig. 3 zeigt die Situation, wenn ein in Fig. 1 mit Bezugshinweis 20 bezeichneter Metallgegenstand in das Feld zwischen der Primärspule 14 und der Sekundärspule 16 eingebracht wird. Der s However, if the frequency rises in the range from 1 to 10 megahertz, good test results can be obtained for samples or objects which have light-weight properties, such as explosives containing metal powder, animal tissue, aqueous solutions, ion-containing solutions and suspensions. The vector diagram of FIG. 3 shows the situation when a metal object designated in FIG. 1 with reference 20 is introduced into the field between the primary coil 14 and the secondary coil 16. The s

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

660 799 660 799

Amplitudenvektor A ist mit 32 bezeichnet. Amplitude vector A is designated 32.

Dieser Vektor weist gegen die 0°-Phasenlinie einen Winkel von 34° auf, der dem Betrag der Verschiebung, der in Fig. 2 in der unteren graphischen Darstellung mit Bezugshinweis 30 angegeben ist, entspricht. Der im Zusammenhang mit der Erfindung interessante Wert ist die Widerstandskomponente AR, die mit Bezugshinweis 36 angegeben ist und entlang der 0°-Phasenlinie verläuft. Dieser Wert entspricht dem durch den Phasendetektor 18 erfassten Auslesebetrag, der einer der für das Grundprinzip der Erfindung wesentlichen Werte ist. Mit diesem Wert ist es möglich, den Spitzenwert des Winkelstromverlustes zu ermitteln, und zwar durch Auftragen des Verhältnisses Widerstandskomponente durch Frequenz, in Funktion der Frequenz. Dies ist in Fig. 4 für eine Metall-probe mit drei unterschiedlichen Querschnittsbereichen dargestellt. Die grössere Probe A wird durch die Kurve 38 mit einem bei 40 liegenden Spitzenwert wiedergegeben. Der Kurvenverlauf zeigt deutlich einen Spitzenwert bei einer bestimmten, durch die gestrichelte Linie 42 markierten Frequenz, die im folgenden als charakteristische «Frequenz» bezeichnet wird. Aus dieser Kurvendarstellung lässt sich der Wert der charakteristischen Frequenz und der Wert des Verhältnisses Widerstandskomponente durch Frequenz auffinden. This vector has an angle of 34 ° against the 0 ° phase line, which corresponds to the amount of displacement, which is indicated in FIG. 2 in the lower graph with reference 30. The value of interest in connection with the invention is the resistance component AR, which is indicated with reference note 36 and runs along the 0 ° phase line. This value corresponds to the readout amount detected by the phase detector 18, which is one of the values essential for the basic principle of the invention. With this value, it is possible to determine the peak value of the angular current loss by plotting the ratio of resistance component to frequency as a function of frequency. This is shown in Fig. 4 for a metal sample with three different cross-sectional areas. The larger sample A is represented by curve 38 with a peak value lying at 40. The course of the curve clearly shows a peak value at a specific frequency marked by the dashed line 42, which is referred to below as the characteristic “frequency”. The value of the characteristic frequency and the value of the ratio of resistance component to frequency can be found from this graph.

Die Probe B weist einen kleineren Querschnitt auf als die Probe A ; sie besteht jedoch aus dem gleichen Material. Der Verlauf der Messkurve 44 zeigt einen Spitzenwert bei 46, dessen Amplitude niedriger liegt als die bei der grösseren Probe A. Die Linie 48 lässt erkennen, dass die charakteristische Frequenz für diese kleinere Probe höher liegt als bei der grösseren Probe A. Sample B has a smaller cross section than Sample A; however, it is made of the same material. The course of the measurement curve 44 shows a peak value at 46, the amplitude of which is lower than that of the larger sample A. The line 48 shows that the characteristic frequency for this smaller sample is higher than that of the larger sample A.

Ähnliches lässt sich für eine Probe C sagen, die wiederum aus dem gleichen Metall besteht wie die Proben A und B, jedoch abermals eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als die Probe B. Die Kurve 50 für die Probe C zeigt einen flacheren Verlauf mit einem Spitzenwert 52 mit beträchtlich kleinerer Amplitude als die der beiden anderen Proben. Die Linie 54 zeigt, dass auch die charakteristische Frequenz beträchtlich höher liegt. The same can be said for a sample C, which in turn consists of the same metal as samples A and B, but again has a smaller cross-sectional area than sample B. The curve 50 for sample C shows a flatter course with a peak value 52 considerably smaller amplitude than that of the other two samples. Line 54 shows that the characteristic frequency is also considerably higher.

Es sei bemerkt, dass die Spitzenwerte für alle drei Proben wie in Fig. 4 dargestellt, zueinander in einer Beziehung stehen, was sich aus der Fig. 5 bei Verwendung des Reziprokwerts der charakteristischen Frequenz ersehen lässt. Hinsichtlich der charakteristischen Frequenzwerte liegen alle drei Proben auf einer geraden Linie 58. Die auf der Ordinate aufgetragene Amplitude gibt das Verhältnis Widerstandskomponente durch jeweilige charakteristische Frequenz, während auf der Abszisse das Reziproke der charakteristischen Frequenzwerte aufgetragen ist. It should be noted that the peak values for all three samples, as shown in FIG. 4, are related to one another, which can be seen from FIG. 5 when the reciprocal value of the characteristic frequency is used. With regard to the characteristic frequency values, all three samples lie on a straight line 58. The amplitude plotted on the ordinate gives the ratio of the resistance component to the respective characteristic frequency, while the reciprocal of the characteristic frequency values is plotted on the abscissa.

Die charakteristischen Frequenzwerte für die Proben A, B und C sind durch Bezugshinweise 58,60 und 62 markiert. Die gestrichelte Linie 64 entspricht einem geometrischen Faktor. Es wurde gefunden, dass die Neigung dieser Linie mit Änderungen des Querschnitts geringfügig variiert. In dieser graphischen Darstellung zeigt die Linie 58 Ablesewerte, die von einem Prüfobjekt mit Rechteckquerschnitt gewonnen wurde. Die gestrichelte Linie 64 gibt die Neigungsänderung an, die für eine wesentliche Änderung in der Geometrie zu erwarten ist. The characteristic frequency values for samples A, B and C are marked by references 58, 60 and 62. The dashed line 64 corresponds to a geometric factor. The slope of this line was found to vary slightly with changes in cross-section. In this graphic representation, the line 58 shows readings which were obtained from a test object with a rectangular cross section. Dashed line 64 indicates the change in slope that is to be expected for a significant change in geometry.

Es sei bemerkt, dass diese charakteristischen Frequenzwerte in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Metalls beträchtlich variieren können, da der spezifische Metallwiderstand dabei eine Hauptrolle spielt. Dies lässt sich deutlich aus der Fig. 6 ablesen. It should be noted that these characteristic frequency values can vary considerably depending on the type of metal used, since the specific metal resistance plays a major role in this. This can be clearly seen from FIG. 6.

Die Fig. 6 ist jener von Fig. 5 ähnlich und zeigt die Ansprechkennwerte für unterschiedliche Metallproben. Es sei bemerkt, dass bei dieser Darstellung die Spulenabmessungen für die gegebenen Werte insoweit berücksichtigt werden, als die Spitzenwerte jeweils den durch die charakteristische Frequenz geteilten Wert der Widerstandskomponente einschliessen, als auch den Reziprokwert der Windungszahl der Eingangsspule und den Reziprokwert der magnetischen Induktion, ausgedrückt in Weber pro Quadratmeter Figure 6 is similar to that of Figure 5 and shows the response characteristics for different metal samples. It should be noted that this representation takes into account the coil dimensions for the given values insofar as the peak values each include the value of the resistance component divided by the characteristic frequency, as well as the reciprocal of the number of turns of the input coil and the reciprocal of the magnetic induction, expressed in Weber per square meter

. Auf der Abszisse ist bei dieser Darstellung das Reziproke der charakteristischen Frequenz in Hunderstel Sekunden aufgetragen. . In this representation, the reciprocal of the characteristic frequency is plotted on the abscissa in hundreds of seconds.

Die in der Fig. 6 erkennbaren Bänder für unterschiedliche Metallarten zeigen einen weiten Bereich von Neigungswerten. Der primäre Faktor zur Bestimmung der Neigung der Bänder ist der spezifische Widerstand des jeweiligen Metalls. Das Band 66 beispielsweise, das dem Linearbereich der charakteristischen Frequenzwerte für nichtrostenden Stahl entspricht, lässt einen sehr hohen spezifischen Widerstand erkennen im Vergleich zu den besser leitenden Metallen wie etwa Kupfer und Aluminium. Das Band 68 zeigt den Bereich der charakteristischen Frequenzwerte für Stahl. Dieses Band als auch die übrigen in der Darstellung veranschaulichten Bänder verlaufen fächerartig vom Ursprung 70 aus. Der weite Bereich der Neigungen für jedes der Bänder stimmt mit dem entsprechenden relativ weiten Bereich der spezifischen Widerstandswerte für die Metalle der gewählten Beispiele überein. Die nachfolgende Tabelle für Metalle und ihren jeweiligen spezifischen Widerstand verdeutlicht dies: The bands for different types of metal that can be seen in FIG. 6 show a wide range of inclination values. The primary factor in determining the inclination of the bands is the specific resistance of the metal. The band 66, for example, which corresponds to the linear range of the characteristic frequency values for stainless steel, shows a very high specific resistance in comparison to the more conductive metals such as copper and aluminum. Band 68 shows the range of characteristic frequency values for steel. This band as well as the other bands illustrated in the illustration run like a fan from the origin 70. The wide range of slopes for each of the bands coincides with the corresponding relatively wide range of resistivities for the metals of the examples chosen. The following table for metals and their respective specific resistance clarifies this:

Metalle Spezifischer Widerstand Metals Specific resistance

(liQ-cm) (liQ-cm)

Kupfer 1,7 Copper 1.7

Aluminium 4,0 Aluminum 4.0

Messing 7,0 Brass 7.0

Stahl 10,0 Steel 10.0

nichtrostender Stahl 72,0 stainless steel 72.0

Die vergleichsweise geringfügig divergierenden Linien, die die Breiten jedes Bands bestimmen, etwa die Linien 72 und 74, reflektieren geringe Änderungen in der Neigung aufgrund der Querschnittsgeometrie der jeweils betrachteten Probe. Die charakteristischen Frequenzwerte für Messing, Aluminium und Kupfer werden durch die Bänder 76, 78 bzw. 80 veranschaulicht. The comparatively slightly divergent lines that determine the width of each band, such as lines 72 and 74, reflect minor changes in inclination due to the cross-sectional geometry of the particular sample under consideration. The characteristic frequency values for brass, aluminum and copper are illustrated by bands 76, 78 and 80, respectively.

Hinsichtlich der Änderungen der Querschnittsgeometrie lässt sich die im Versuch verwendete Probe dahingehend charakterisieren, dass das geometrische Verhältnis G gleich ist dem Quadrat der Breite geteilt durch das Quadrat der Höhe der Probe, d.h., G = a2/b2. Dieser Faktor wird für die graphische Wiedergabe der Bänder für jedes Metall berücksichtigt, wobei die untere Linie einem quadratischen Block (G= 1) des Probenkörpers entspricht, während die obere Linie auf einen rechteckförmigen Block bezogen ist, dessen Breite dem Zweifachen der Höhe entspricht (G=4). With regard to the changes in the cross-sectional geometry, the sample used in the experiment can be characterized in that the geometric ratio G is equal to the square of the width divided by the square of the height of the sample, i.e. G = a2 / b2. This factor is taken into account for the graphical representation of the bands for each metal, the lower line corresponding to a square block (G = 1) of the specimen, while the upper line relates to a rectangular block, the width of which is twice the height (G = 4).

Betrachtet man beispielsweise das Aluminiumband 78 (vgl. Fig. 6), so enthält die untere Linie den Punkt 82, auf dem eine quadratische Aluminiumprobe mit etwa 2,54 cm Kantenlänge liegt (G = 1 ). Der reziproke charakteristische Frequenzwert liegt bei etwa 0,58 Hundertstel einer Sekunde, während dieAmplitude der Widerstandskomponente, If, for example, one considers the aluminum strip 78 (cf. FIG. 6), the lower line contains the point 82 on which there is a square aluminum sample with an edge length of approximately 2.54 cm (G = 1). The reciprocal characteristic frequency value is about 0.58 hundredths of a second, while the amplitude of the resistance component,

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

660799 660799

AR 1 AR 1

fP ' NBo ' fP 'NBo'

bei einem Wert kurz unterhalb von 7,5 zu finden ist. at a value just below 7.5.

Entsprechend liegt der Punkt 84 auf einer Linie, die die obere Grenze (G=4) des Aluminiumbands 78 definiert. Dies wäre also der Punkt eines Auslesewerts für einen Aluminiumkörper mit 2,54x2,54 cm Querschnittsfläche und einer doppelt so grossen Breite wie Höhe. Der Punkt 84 weist einen geringfügig höheren Amplitudenwert und einen geringfügigniedrigeren Zeitwert für die reziproke Frequenz auf. Experimentell ermittelte Daten mit Blöcken gleicher Querschnittsabmessungen für andere Metalle ergaben Werte für sämtliche dieser Metalle, deren Amplitude bei Proben mit 2,54x2,54 cm Querschnittsfläche etwa jenen der Punkte 82 und 84 insbesondere im Bereich eines Werts von etwa 7,5 entsprachen. Beispielsweise läge die Amplitude einer quadratischen Kupferprobe mit einer Querschnittsfläche von 2,54x2,54 cm bei 7,5 und der Wert der reziproken charakteristischen Frequenz bei 1,4 Hundertstel Sekunden. Correspondingly, point 84 lies on a line that defines the upper limit (G = 4) of aluminum strip 78. This would be the point of a readout for an aluminum body with a cross-sectional area of 2.54x2.54 cm and a width twice the height. Point 84 has a slightly higher amplitude value and a slightly lower time value for the reciprocal frequency. Experimentally determined data with blocks of the same cross-sectional dimensions for other metals gave values for all of these metals, the amplitude of which in samples with a 2.54 x 2.54 cm cross-sectional area corresponded approximately to that of points 82 and 84, in particular in the range of a value of approximately 7.5. For example, the amplitude of a square copper sample with a cross-sectional area of 2.54x2.54 cm would be 7.5 and the value of the reciprocal characteristic frequency would be 1.4 hundredths of a second.

Obgleich ersichtlich ist, dass Änderungen in der Querschnittsgeometrie nur einen geringfügigen Einfluss auf die Neigung der Geraden erkennen lassen, kann doch gesagt werden, dass Änderungen im Querschnitt zwar die Neigung nicht beeinflussen, wohl aber in grossem Masse sowohl die Amplitude als auch die reziproken Frequenzwerte. Letztere ändern sich jedoch proportional und fallen auf die Linie G= 1 für jedes Band, wo die Versuchsproben quadratisch sind. Für eine quadratische Probe mit einer quadratischen Querschnittsfläche von 1,27 x 1,27 cm liegt der charakteristische Frequenzpunkt etwa auf der Hälfte zwischen dem Ursprung 70 und dem Punkt 84. Für ein quadratisches Prüfobjekt aus Aluminium mit einer Querschnittsfläche von ca. 5x5 cm liegen die charakteristischen Frequenzwerte auf der Linie G = 1 bei einem Punkt auf doppelter Distanz des Punktes 82 vom Ursprung70. Although it can be seen that changes in the cross-sectional geometry show only a slight influence on the slope of the straight line, it can be said that changes in the cross-section do not influence the slope, but to a large extent both the amplitude and the reciprocal frequency values. However, the latter change proportionally and fall on the line G = 1 for each band where the test samples are square. For a square sample with a square cross-sectional area of 1.27 x 1.27 cm, the characteristic frequency point is approximately half between the origin 70 and the point 84. For a square test object made of aluminum with a cross-sectional area of approximately 5x5 cm characteristic frequency values on the line G = 1 at a point at twice the distance of point 82 from origin70.

Um die Fig. 6 zur Bestimmung des spezifischenWider-stands und der Querschnittsfläche eines unbekannten Gegenstandes zu benutzen, werden die Werte für die Amplitude und die reziproke charakteristische Frequenz von einer Geraden in Fig. 4 ermittelt. Erreicht das Reziproke der charakteristischen Frequenz einen Wert von 0,45 Hundertstel Sekunden, so ergibt sich damit die vertikale Bezugslinie In order to use FIG. 6 to determine the specific resistance and cross-sectional area of an unknown object, the values for the amplitude and the reciprocal characteristic frequency of a straight line in FIG. 4 are determined. If the reciprocal of the characteristic frequency reaches a value of 0.45 hundredths of a second, the vertical reference line is obtained

86. Der Amplitudenwert (— • —) 86. The amplitude value (- • -)

fP NBo beträgt 6,5x IO-4, d.h., es wird die horizontale Bezugslinie 88 festgelegt. Die Überschneidung dieser beiden Linien bei 90 deutet an, dass der in der Spulenanordnung befindliche unbekannte Gegenstand aus Aluminium besteht und eine Querschnittsfläche von etwas weniger als 2,45 x 2,45 cm aufweist. fP NBo is 6.5x IO-4, i.e. the horizontal reference line 88 is defined. The intersection of these two lines at 90 indicates that the unknown object in the coil arrangement is made of aluminum and has a cross-sectional area of slightly less than 2.45 x 2.45 cm.

Aus der Art, in welcher die einzelnen Bänder voneinander getrennt sind, ist es möglich, aufgrund der Widerstandskomponenten und der Reziprokwerte der charakteristischen Frequenz, rasch die Metallart zu bestimmen, selbst wenn beträchtliche Unterschiede in der Querschnittsform vorliegen. From the manner in which the individual bands are separated from one another, it is possible to determine the type of metal quickly on the basis of the resistance components and the reciprocal values of the characteristic frequency, even if there are considerable differences in the cross-sectional shape.

Die bisherige Betrachtung ging von einem einzigen Metallgegenstand aus. In den meisten Prüfsituationen jedoch sind mehrere unterschiedliche Gegenstände, beispielsweise mit mehreren unterschiedlichen Metallkomponenten festzustellen. In diesem Fall erzeugt jedes der unterschiedlichen Metalle sein eigenes Spitzen-Signal. Bei der Darstellung der Fig. 7 beispielsweise wurden drei Teile durch die Einrichtung abgetastet. Das Teil 1 erzeugt die Kurve 92, Teil 2 erzeugt die Kurve 94 und Teil 3 führt zur Kurve 96. Die resultierende Einhüllende führt zu einer einzigen Spur mit drei mehr oder weniger ausgeprägten Maxima, die der jeweiligen charakteristischen Frequenz entsprechen und Amplitudenwerten für jedes Teil oder jede Metallkomponente. Es sei angenommen, dass jedes dieser Teile aus einem unterschiedlichen Metall s bestehe und alle Teile verschiedene Querschnitte àufweisen. Die auf Änderungen in der Widerstandskomponente ansprechende Einrichtung ist ausreichend empfindlich, um die Spitzenwerte für die verschiedenen Metallteile bei der Zuführung unterschiedlicher Frequenzwerte festzustellen, io Die Fig. 8 zeigt als Beispiel eine für diese Art der Messung geeignete Einrichtung in Brückenschaltung. Die Abgleichs-Brückenanordnung ist gegenüber der Einrichtung nach Fig. 1 zu bevorzugen, da es sich rascher und leichter abgleichen lässt und weniger Störeinflüssen auf das Messergebnis unter-ls liegt. Der die Brücke speisende Signalfrequenzgenerator 98 ist an einem Ende der Prüfspule 100 und am entsprechenden Ende der Abgleichspule 102 angeschlossen. Die Spulen haben ähnliche Kennwerte. Ein Widerstand 104 bildet den anderen Zweig der Brücke, während ein veränderbarer 20 Widerstand 106, der im allgemeinen auf den Wert des Widerstands 104 angepasst ist, den letzten Zweig der Brücke bildet. Der Phasendetektor 108 ist einerseits an den Verbindungspunkt zwischen den Spulen 100 und 102 und andererseits an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 25 104 und 106 angeschlossen. Die Anzeige des Phasendetektors unterstützt bei der Einstellung des veränderbaren Widerstands 106, um vor dem Einbringen des Testgegenstandes 110 den Abgleich der Brücke einzustellen. Wird der Testgegenstand 110 in das die Spule 100 umgebende Feld eingebracht, 30 so bringt der jetzt fliessende Strom die Brücke aus dem Gleichgewicht und der Phasendetektor ermittelt einen Wert der Widerstandskomponente, der auf das Signal der Spule 100 bezogen werden muss. The previous consideration was based on a single metal object. In most test situations, however, several different objects can be found, for example with several different metal components. In this case, each of the different metals generates its own peak signal. 7, for example, three parts were scanned by the device. Part 1 creates curve 92, part 2 creates curve 94 and part 3 leads to curve 96. The resulting envelope leads to a single track with three more or less pronounced maxima which correspond to the respective characteristic frequency and amplitude values for each part or any metal component. It is assumed that each of these parts consists of a different metal s and that all parts have different cross sections. The device which responds to changes in the resistance component is sufficiently sensitive to determine the peak values for the different metal parts when different frequency values are supplied. Io FIG. 8 shows an example of a device in a bridge circuit suitable for this type of measurement. The adjustment bridge arrangement is to be preferred over the device according to FIG. 1, since it can be adjusted more quickly and easily and less interference is present on the measurement result. The signal frequency generator 98 feeding the bridge is connected to one end of the test coil 100 and to the corresponding end of the adjustment coil 102. The coils have similar characteristics. A resistor 104 forms the other branch of the bridge, while a variable resistor 106, which is generally matched to the value of resistor 104, forms the last branch of the bridge. The phase detector 108 is connected on the one hand to the connection point between the coils 100 and 102 and on the other hand to the connection point between the two resistors 25 104 and 106. The display of the phase detector aids in the adjustment of the variable resistor 106 in order to adjust the balance of the bridge before the test object 110 is introduced. If the test object 110 is introduced into the field surrounding the coil 100, the current flowing now brings the bridge out of equilibrium and the phase detector determines a value of the resistance component, which must be related to the signal of the coil 100.

Die Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform einer pha-35 senempfindlichen Einrichtung die sich als sehr zufriedenstellend erwiesen hat. Der Signalfrequenzgenerator 112 speist die beiden Enden der Eingangsspule 114. Die Sekundärspulen 116 und 118 mit gleichem Wert sind an ihren jeweils unteren Enden miteinander verbunden. Ein Festwiderstand 40 120 verbindet das obere Ende der Spule 118 mit einem veränderbaren Abgleichwiderstand 122, dessen anderer Anschluss mit dem oberen Ende der Spule 116 verbunden ist. Ein Phasendetektor 124 liegt zwischen dem Verbinungs-punkt der Spulen 116, 118 und dem Verbindungspunkt zwi-45 sehen den Widerständen 120, 122. Der metallische Gegenstand 126 wird zwischen die Eingangsspule 114 und die unterteilte Sekundärspulenanordnung, bestehend aus den Spulen 116 und 118 eingebracht. Diese Einrichtung zeigt eine maximale Empfindlichkeit und lässt sich leicht mittels des so veränderbaren Widerstands 122 abgleichen. Figure 9 shows another embodiment of a phase sensitive device which has been found to be very satisfactory. The signal frequency generator 112 feeds the two ends of the input coil 114. The secondary coils 116 and 118 with the same value are connected to one another at their lower ends. A fixed resistor 40 120 connects the upper end of coil 118 to a variable trimming resistor 122, the other terminal of which is connected to the upper end of coil 116. A phase detector 124 lies between the connection point of the coils 116, 118 and the connection point between the resistors 120, 122. The metallic object 126 is inserted between the input coil 114 and the divided secondary coil arrangement, consisting of the coils 116 and 118. This device shows maximum sensitivity and can be easily adjusted using the resistor 122, which can be changed in this way.

Die tatsächliche Kennlinie für einen komplexen Gegenstand, beispielsweise eine Handfeuerwaffe, zeigen die Fig. 10 und 11. Fig. 10 zeigt die Kennlinie S für einen Revolver aus nichtrostendem Stahl vomTyp Smith and Wesson, Kaliber 55 0,38. Auf der Ordinate ist das Verhältnis Widerstandskomponente durch Frequenz und auf der Abszisse sind die Frequenzwerte aufgetragen. Die Kennlinie lässteinen hohen Spitzenwert bei 128 erkennen, die dem Magazin des Revolvers entspricht sowie ein relatives Minimum bei 130. Um 60 diese Kennlinie zu erhalten, ist es notwendig, einige dreissig unterschiedliche Frequenzen über den 10 000-Hertz-Bereich einzuspeisen. Für Zwecke einer automatischen Analyse, wie sie bei Kurvenanalysen verwendet wird, wird zunächst eine gemittelte Hüllkurve gewonnen, wie sie durch die Kurven-65 linie 132 angedeutet ist. Diese Kurvenlinie würde dann analysiert und gegen eine Reihe von vorgespeicherten Kennlinien verglichen werden. The actual characteristic curve for a complex object, for example a handgun, is shown in Figs. 10 and 11. Fig. 10 shows characteristic curve S for a Smith and Wesson stainless steel turret, caliber 55 0.38. The ratio of the resistance component to frequency is plotted on the ordinate and the frequency values are plotted on the abscissa. The characteristic shows a high peak value at 128, which corresponds to the magazine of the revolver, and a relative minimum at 130. In order to obtain this characteristic curve, it is necessary to feed in some thirty different frequencies over the 10,000 hertz range. For the purposes of an automatic analysis, such as is used in curve analyzes, an averaged envelope curve is first obtained, as is indicated by curve line 132. This curve line would then be analyzed and compared against a series of pre-stored characteristic curves.

Fig. 11 zeigt die Kennlinie S für einen Revolver vom Typ 11 shows the characteristic curve S for a turret of the type

7 7

660 799 660 799

Titan 0,25. Die Kennlinie lässt eine hohe ausgeprägte Spitze bei 134 sowie weitere Spitzenwerte bei 136 und 138 erkennen. Beide Kennlinien Fig. 10 und Fig. 11 unterscheiden sich deutlich und sehr stark. Die Spitzenwerte liegen bei unterschiedlichen Frequenzen und haben unterschiedliche Amplituden. M it prinzipiell bekanter Digital- oder anderer Vergleichstechnik ist es so möglich, diese beiden charakteristischen Kennlinien rasch voneinander zu unterscheiden. Die Kennlinien für andere Waffen und Gegenstände anderer Art sind in gleicher Weise unterscheidbar wie bei den beiden dargestellten Beispielen. Titanium 0.25. The characteristic curve shows a high pronounced peak at 134 and further peak values at 136 and 138. Both characteristic curves Fig. 10 and Fig. 11 differ clearly and very strongly. The peak values are at different frequencies and have different amplitudes. With basically known digital or other comparison technology, it is possible to quickly distinguish these two characteristic curves from each other. The characteristics for other weapons and other types of objects can be distinguished in the same way as in the two examples shown.

Für eine an einem Flughafen zu verwendende Einrichtung für die gelten muss, dass die durch den Spulenbereich hindurchtretenden Individuen viele unterschiedlichste Arten von metallischen Gegenständen bei sich führen können, ist es ebensogut möglich, rasch das Vorhandensein und den Typ einer mitgeführten Waffe zu ermitteln. Die verschiedenen Gegenstände summieren sich zu einer Gesamthüllkurve des Prüfsignals; trotzdem bleibt die charakteristische Kennlinie einer Handfeuerwaffe immer noch gut und leicht zu unterscheiden. I n den allermeisten Fällen ist das durch die Waffe erzeugte Signal das weitaus vorherrschende. For a device to be used at an airport, for which it must apply that the individuals passing through the coil area can carry many different types of metallic objects with them, it is equally possible to quickly determine the presence and type of a weapon carried. The various objects add up to an overall envelope of the test signal; nevertheless, the characteristic curve of a handgun remains good and easy to distinguish. In most cases, the signal generated by the weapon is the most prevalent.

Die Fig. 12 zeigt identifizierung das Blockschaltbild der Hardware-Komponenten einer Waffen-Einrichtung. Eine Vielfachfrequenzquelle 140, die den Signalfrequenzgeneratoren bei den Schaltbildern nach den Fig. 1,8 und 9 entspricht, liefert ein Signal an eine hier mit 142 bezeichnete Abgleichs-Schaltung. Es ist ebenso möglich, eine Abgleichs-Schaltung zu verwenden, die eine Brücke mit einer Einzelspule enthält. Die Anordnung ist ähnlich wie bei jener von Fig. 8 mit der Ausnahme, dass anstelle der Spule 102, bei Fig. 8 ein Widerstandselement verwendet wird, und das veränderliche Widerstandselement 106 aus Fig. 8 enthält jetzt einen dazu parallel geschalteten veränderbaren Kondensator. 12 shows identification of the block diagram of the hardware components of a weapon device. A multiple frequency source 140, which corresponds to the signal frequency generators in the circuit diagrams according to FIGS. 1, 8 and 9, supplies a signal to an equalization circuit designated here by 142. It is also possible to use a balancing circuit that contains a bridge with a single coil. The arrangement is similar to that of FIG. 8, except that a resistor element is used instead of the coil 102 in FIG. 8, and the variable resistor element 106 of FIG. 8 now contains a variable capacitor connected in parallel.

Die Vielfachfrequenzquelle in Fig. 12 gibt ausserdem eine Frequenz an eine Vielfachfrequenzteiler- und Steuereinheit 144. Der Frequenzbereich liegt von 100 bis 10000 Hertz und lässt sich innerhalb dieses Bereichs auf beispielsweise etwa 30 unterschiedliche Frequenzen festsetzen. Dieser Frequenzbereich liegt der Darstellung der Fig. 11 zugrunde und ist für praktisch alle vorkommenden Situationen, für die die Einrichtung bestimmt ist, mehr als ausreichend. The multiple frequency source in FIG. 12 also gives a frequency to a multiple frequency divider and control unit 144. The frequency range is from 100 to 10,000 hertz and can be set within this range to, for example, about 30 different frequencies. This frequency range forms the basis of the illustration in FIG. 11 and is more than sufficient for practically all occurring situations for which the device is intended.

Der Vielfach-Phasendetektor 146 wird einerseits durch die Signale der Brücke gespeist und wird ausserdem durch einen Zeitgeber in der Steuereinheit 144 bestimmt. Das Ausgangssignal des Phasendetektors als auch das Ausgangssignal der Frequenzteiler- und Steuereinheit 144 gelangen auf einen Minicomputer 148. Typischerweise ist dies ein 16-Bit-Wort-Kleinrechner mit einem 8K-Speicher. Als Interface zum Computer dient ein Analog/Digital-Wandler, über den sie Signale des Phasendetektors in den Rechner gelangen. Die ' Kennwerte der Induktionsspulenelektronik bei leerer Spule als auch die Antwortgrössen für eine bekannte Widerstandsänderung werden im Speicher des Rechners gespeichert. Nach der Fig. 13 werden die Blocks 152 und 154 zur Kalli-brierung der Spulenelektronik und zur Erzeugung richtiger, auf eine 0°-Phasenkomponente bezogener Daten verwendet. The multiple phase detector 146 is fed on the one hand by the signals of the bridge and is also determined by a timer in the control unit 144. The output signal of the phase detector as well as the output signal of the frequency divider and control unit 144 reach a minicomputer 148. Typically, this is a 16-bit word small computer with an 8K memory. An analog / digital converter serves as the interface to the computer, via which they get signals from the phase detector into the computer. The 'characteristic values of the induction coil electronics with an empty coil as well as the response values for a known change in resistance are stored in the memory of the computer. According to FIG. 13, blocks 152 and 154 are used for calliating the coil electronics and for generating correct data relating to a 0 ° phase component.

Der elektronische Rechner ist in der Lage, die eintreffenden digitalen Eingangssignale mit gespeicherten Kenndaten vieler Gegenstände zu vergleichen. Liegt eine Übereinstimmung zwischen den gespeicherten Signalen für eine Waffe oder einen anderen möglichen Gegenstand vor, der gesondert überprüft werden muss, so gibt der Rechner ein Signal an eine Alarmschaltung 150. The electronic computer is able to compare the incoming digital input signals with stored characteristics of many objects. If there is a match between the stored signals for a weapon or another possible object, which must be checked separately, the computer sends a signal to an alarm circuit 150.

Anstelle der Anwendung von Analogtechnik im Bereich des Phasendetektors ist es möglich, ein ähnlich gutes oder besseres Ergebnis auf digitaler Ebene mit einer Fourier-Transformationstechnik zu erzielen, um die 0°-Komponente für jede Frequenz zu bestimmen. Dies erfordert den Austausch der einzelnen Einheiten von analogen Phasendetektoren für jede Frequenz durch einen Breitbandverstärker bei der Baugruppe 146 anstelle der Phasendetektoreinheiten. Dies in Verbindung mit einem genauen Zeitbasisgenerator als Taktgeber ermöglicht eine Fourier-Transformation. Die Daten werden in festen Zeitabständen überprüft und mittels Fourier-Transformationstechnik im Kleinrechner analysiert. Instead of using analog technology in the area of the phase detector, it is possible to achieve a similarly good or better result on the digital level with a Fourier transformation technique in order to determine the 0 ° component for each frequency. This requires replacing the individual units of analog phase detectors for each frequency with a broadband amplifier in assembly 146 instead of the phase detector units. This, in conjunction with an accurate time base generator as a clock, enables a Fourier transformation. The data are checked at fixed time intervals and analyzed in a small computer using Fourier transformation technology.

Fig. 13 verdeutlicht die grundlegenden logischen Schritte und Funktionen der Einrichtung nach der Fig. 12 bei Verwendung des Phasendetektors. Zu Beginn muss durch das mit Block 152 veranschaulichte Programm die Brücke kalibriert werden, gefolgt von dem mit Block 154 angegebenen Programm zur Phaseneinteilung. FIG. 13 illustrates the basic logical steps and functions of the device according to FIG. 12 when using the phase detector. Initially, the bridge must be calibrated by the program illustrated at block 152, followed by the phase scheduling program indicated at block 154.

Die 0°-Phasenwerte werden sodann, wie durch Block 156 angegeben, gespeichert und liefern die Werte der Widerstandskomponenten für die 0°-Phase und die charakteristischen Frequenzwerte. The 0 ° phase values are then stored as indicated by block 156 and provide the resistance component values for the 0 ° phase and the characteristic frequency values.

Block 158 enthält die «bedrohlichen» kritischen Daten, die auf den Vergleichsblock 160 gelangen und dort mit den Eingangssignalen verglichen werden, die vom Spitzenwert-Sortierprogramm gem. Block 156 angeliefert werden. Der Vergleich erfolgt im Programmblock 160. Liegt eine Ubereinstimmung der «aktiven» Eingangsdaten mit den kritischen Daten vor, so wird ein Signal an den Alarmblock 162 abgegeben. Block 158 contains the “threatening” critical data that arrive at the comparison block 160 and are compared there with the input signals that are generated by the peak value sorting program according to FIG. Block 156 are delivered. The comparison is made in program block 160. If the “active” input data matches the critical data, a signal is sent to alarm block 162.

Die Fig. 14 zeigt Einzelheiten einerweiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung. Fig. 14 shows details of a further embodiment of the device according to the invention.

Zur Erzeugung einer Standardfrequenz dient ein Kristalloszillator 164, derein einstellbares Frequenzteiler-Netzwerk 166 speist. Dessen Ausgangssignal gelangt auf eine Frequenzteilerkette 168 mit drei Ausgängen. Das Signal vom ersten Ausgang gelangt auf eine Steuereinheit 170 für die Teilerkette. Der zweite Ausgang ist an einen Rechteckwellenaddierer 172 angeschlossen und gelangt von dort auf eine Signalformschaltung 174 sowie auf eine Treiberschaltung 176. DerAusgang des Treibers 176 speist die Prüfspulenbrücke 178, deren Ausgangssignal wiederum durch die Pha-sendetektorbaugruppe 180 erfasst wird. A crystal oscillator 164, which feeds an adjustable frequency divider network 166, is used to generate a standard frequency. Its output signal reaches a frequency divider chain 168 with three outputs. The signal from the first output is sent to a control unit 170 for the divider chain. The second output is connected to a square wave adder 172 and from there passes to a waveform circuit 174 and a driver circuit 176. The output of the driver 176 feeds the test coil bridge 178, the output signal of which is in turn detected by the pha-detector module 180.

Für die Schaltkreise der Phasendetektorbaugruppe ist es möglich, standardisierte Analogschaltkreise zu verwenden, die sich leicht auf die Frequenzwahl- und Zwischenspeicherschaltkreise anpassen lassen, um die notwendige Aufbereitung der Daten für den Rechner über eine Interface-Einheit zu ermöglichen. For the circuits of the phase detector module, it is possible to use standardized analog circuits that can be easily adapted to the frequency selection and buffer circuits in order to enable the necessary processing of the data for the computer via an interface unit.

Als Frequenzteiler werden JK-Flip-Flops verwendet, die eine 0°-Phasenlage und 90°-Bezugsrechteckwe!len für in acht Oktaven übereinanderliegende Frequenzen gleichzeitig zur Verfügung stellen. Mit drei Originalfrequenzen, die aufeinanderfolgend durch den veränderbaren Teiler abgegeben werden, ist eine Wahl von 24 Frequenzwerten im Bereich zwischen 70 Hertz und 12,5 kHz möglich. JK flip-flops are used as frequency dividers, which simultaneously provide a 0 ° phase position and 90 ° reference square waves for frequencies superimposed in eight octaves. With three original frequencies, which are output in succession by the changeable divider, a choice of 24 frequency values in the range between 70 Hertz and 12.5 kHz is possible.

Die Rechteckwellen gelangen direkt auf die Bezugskanäle der Phasendetektoren und die in Phase liegenden Komponenten werden analog addiert, um eine zusammengesetzte Rechteckwelle zu erhalten, die acht diskrete Frequenzen enthält. Diese Rechteckwelle wird in einer Signalformschaltung integriert, und es ergibt sich eine zusammengesetzte Dreieckwelle. Die Hochfrequenzen werden im Addierer vorverstärkt, um die Dreieckamplitude für alle Frequenzen auf den gleichen Wert anzuheben. Über Operations-Leistungsver-stärker gelangt dieses Signal auf die Brücke und das Unsym-metriesignal wird verstärkt und hinsichtlich seiner Phasenlage abgetastet. The square waves go directly to the reference channels of the phase detectors and the in-phase components are added in an analog manner in order to obtain a composite square wave which contains eight discrete frequencies. This square wave is integrated in a waveform circuit and there is a composite triangular wave. The high frequencies are preamplified in the adder in order to raise the triangular amplitude to the same value for all frequencies. This signal reaches the bridge via operational power amplifiers and the asymmetry signal is amplified and sampled with regard to its phase position.

Ist eine feste Anzahl von Zyklen durchlaufen, so wird das Phasendetektorausgangssignal getastet und solang gespeichert, bis es vom elektronischen Rechner angenommen wird. Die Anfangsfrequenz wird jetzt geändert und der Vorgang If a fixed number of cycles has been run through, the phase detector output signal is sampled and stored until it is accepted by the electronic computer. The starting frequency is now changed and the process

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

660799 660799

wiederholt sich. Sind alle Frequenzen abgetastet worden, so beendet die Steuerung für die Teilerkette den Vorgang. repeated. When all frequencies have been scanned, the control for the divider chain ends the process.

Im folgenden werden noch einige Hinweise auf die Betriebsweise der erfindungsgemässen Einrichtung gegeben : In the following, some pointers are given to the operation of the device according to the invention:

Es wurde festgestellt, dass die Phasenbeziehungen bei der zuverlässigen Messung der Widerstandskomponente kritisch sind. Da die Messungen der Spannungs-Asymmetrie im Bereich von 10 bis 100 ji. liegen und dabei ein Gütefaktor in der Grössenordnung von 1:10 000, eine Rolle spielt, so müssen sämtliche Komponenten der Einrichtung äusserst betriebsstabil und genau sein, um eine Einstreuung von Phasenverschiebungen auszuschliessen, die es unmöglich machen würden, die 0°-Phasenbeziehung beizubehalten, die jedoch voraussetzungsgemäss erforderlich ist, um die reine Widerstandskomponente der Impedanzänderung in der Messspule zu ermitteln. It has been found that the phase relationships are critical in reliably measuring the resistance component. Since the measurements of the voltage asymmetry in the range from 10 to 100 ji. and a quality factor of the order of 1:10 000 plays a role, all components of the device must be extremely stable and precise in order to rule out any interference from phase shifts that would make it impossible to maintain the 0 ° phase relationship, which, however, is required in order to determine the pure resistance component of the change in impedance in the measuring coil.

Die Spule selbst muss äusserst betriebsstabil sein und diese Stabilität muss mindestens in der Grössenordnung von 10-4 der Nennwerte liegen, vorzugsweise jedoch in der Grössenordnung von IO"5. Der Abstand zwischen benachbarten Windungen der Spule, die Temperaturstabilität des verwendeten Drahts und/oder Abschirmungen gegen Temperaturänderungen sowie Massnahmen, die eine auch nur geringfügige Verschiebung der Windungen aufgrund von Vibrationen aus-schliessen, sind wichtige Faktoren. Die Windungen in der Spule weisen vorzugsweise einen gegenseitigen Abstand von 1 bis 2 cm auf, um die gegenseitige kapazitive Beeinflussung zu vermindern. Die Spule sollte so weit wie möglich von allen Fremdeffekten freigehalten werden. The coil itself must be extremely stable and this stability must be at least in the order of 10-4 of the nominal values, but preferably in the order of IO "5. The distance between adjacent turns of the coil, the temperature stability of the wire used and / or shields against changes in temperature and measures that exclude even a slight displacement of the turns due to vibrations are important factors. The turns in the coil are preferably at a mutual distance of 1 to 2 cm in order to reduce the mutual capacitive influence The coil should be kept as free as possible from any external effects.

Die Oszillatorschaltung selbst muss extrem stabil sein, um Phasenverwerfungen oder -Verschiebungen aufgrund von Temperatureinflüssen, Vibration oder Instabilität der Bauelemente von vornherein auszuschliessen. Die Phasenveränderungen des Ausgangssignals sollten bei weniger als 1/10° gehalten werden, wenn Fourier-Analysetechnik angewendet wird und dürfen maximal 1/2° betragen, wenn Phasendetektoren eingesetzt werden. The oscillator circuit itself has to be extremely stable in order to exclude phase distortions or shifts due to temperature influences, vibration or instability of the components from the outset. The phase changes of the output signal should be kept at less than 1/10 ° when Fourier analysis technology is used and should not exceed 1/2 ° when phase detectors are used.

Die Oszillatorelemente dürfen nur geringen thermischen Abweichungen unterliegen, d.h., ihre diesbezüglichen Kennwerte dürfen im Betriebszustand nur im Bereich von 1 Promille Abweichungen zeigen, um unakzeptable Schwankungen im Ausgangssignal auszuschliessen. Ähnlich scharfe Anforderungen sind für die Brücke und die Messelemente notwendig. The oscillator elements may only be subject to slight thermal deviations, i.e. their relevant values may only show deviations in the operating state in the range of 1 per thousand in order to exclude unacceptable fluctuations in the output signal. Similar stringent requirements are necessary for the bridge and the measuring elements.

Von Bedeutung ist der Phasenwinkel für die Eingangsspule und alle Spannungsdaten müssen auf diesen bezogen sein. Phasenkorrekturen für die einzelnen Schaltungs-Komponenten sind erforderlich wenn Messungen entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Eingangsspule angestellt werden. The phase angle is important for the input coil and all voltage data must be related to it. Phase corrections for the individual circuit components are required when measurements are made either upstream or downstream of the input coil.

Die einzelnen Spulen sollten soweit wie möglich identisch und gegen Temperaturänderungen abgeschirmt sein. As far as possible, the individual coils should be identical and shielded against temperature changes.

Die erläuterten Massnahmen sind notwendig, um gleichbleibend reproduzierbare Ergebnisse insbesondere dann zu erzielen, wenn - was für viele der oben erwähnten Messprobleme der Fall ist - häufig das Volumen des zu erfassenden Gegenstandes in der Grössenordnung eines oder weniger Kubikzentimeter ist, während das Spulenvolumen einen Kubikmeter oder mehr beträgt. The measures explained are necessary in order to achieve consistently reproducible results, in particular if - as is the case for many of the measurement problems mentioned above - the volume of the object to be detected is often of the order of magnitude of one or less cubic centimeters, while the coil volume is one cubic meter or is more.

Es wurde gefunden, dass diese Anforderungen dann erfüllt werden können, wenn zunächst bestimmt wird, welche Winkel in bezugauf die anderen Komponenten wie z.B. den Oszillator massgeblich ist und die notwendige Korrektur vorgenommen wird. Die einfachste Weise, den Phasenwinkel der Eingangsspule zu bestimmen, besteht darin, einen Widerstand in Reihe zur Eingangsspule zu schalten und den Phasenwinkel des hindurchgehenden Signals zu messen. It has been found that these requirements can be met by first determining which angles with respect to the other components, e.g. the oscillator is relevant and the necessary correction is made. The simplest way to determine the phase angle of the input coil is to put a resistor in series with the input coil and measure the phase angle of the signal passing through.

Dies ermöglicht die Bestimmung des Widerstandanteils im This enables the resistance component in the

Ausgangssignal der Spulenanordnung, verursacht durch die Spannungsverschiebung aufgrund lediglich eines metallischen Gegenstands. Durch Verwendung des bekannten Widerstands in Reihe mit der Spule lassen sich die Korrekturdaten gewinnen. In diesem Fall lassen sich die Daten sowohl hinsichtlich der «Antwort» der Spule allein als auch hinsichtlich von Spule und Widerstand bestimmen. Diese Daten lassen sich dann in eine Korrekturgleichung einsetzen, bei der sowohl die Real- als auch die imaginärwerte der Spannung berücksichtigt werden. Diese Information lässt sich verhältnismässig einfach mit einem elektrischen Rechner programmieren und die eintreffenden Daten lassen sich dann so verändern, dass eine einwandfreie Korrektur auf 0° Phasenverschiebung sichergestellt ist. Output signal of the coil arrangement, caused by the voltage shift due to only a metallic object. By using the known resistor in series with the coil, the correction data can be obtained. In this case, the data can be determined both with regard to the "response" of the coil alone and with regard to the coil and resistance. This data can then be used in a correction equation that takes into account both the real and the imaginary values of the voltage. This information can be programmed relatively easily with an electrical computer and the incoming data can then be changed so that a correct correction to 0 ° phase shift is ensured.

Die Einstellung der 0°-Phase kann dann entweder an den Messelementeri selbst, z.B. in den Phasendetektorschalt-kreisen vorgenommen werden, oder es können Kalibrierungsdaten gewonnen und die Eingangsdaten entsprechend modifiziert werden, z.B. mit einem Computer, der unter Anwendung der erwähnten Fourier-Analysetechnik die reine Widerstandskomponente bestimmt. The setting of the 0 ° phase can then either on the measuring element itself, e.g. in the phase detector circuits, or calibration data can be obtained and the input data modified accordingly, e.g. with a computer that determines the pure resistance component using the Fourier analysis technique mentioned.

Die beschriebene Kalibrierungstechnik, die das Einsetzen eines bekannten «reinen», also Ohm'schen Widerstands in Reihe mit der Messpule vorsieht, liefert die Kenntnis über den Anteil der in der Prüfspule auftretenden Asymmetrie des Eingangssignals aufgrund des Einbringens eines metallischen Gegenstands. The calibration technique described, which provides for the use of a known “pure”, that is, ohmic resistance in series with the measuring coil, provides knowledge of the proportion of the asymmetry of the input signal occurring in the test coil due to the introduction of a metallic object.

Das Verfahren zur Bestimmung, welcher Anteil der Unsymmetrie des Ausgangssignals dieser Widerstandsänderung entspricht, hängt selbstverständlich von der jeweils verwendeten Abgleichschaltung ab. The method for determining which portion of the asymmetry of the output signal corresponds to this change in resistance naturally depends on the trimming circuit used in each case.

Wird für den Messkreis eine Brückenanordnung verwendet, so sind - obgleich der Abgleich leicht zu erreichen ist - verhältnismässig viele zusätzliche Schaltkreiskomponenten zwischen der Prüfspule und dem Ausgangssignal erforderlich. Sodann muss eine Kompensation für diese zusätzlichen Schaltkreiselemente vorgesehen werden, um die durch diese Elemente eingebrachte Phasenverschiebung zu bestimmen. Die Kompensation muss entweder elektrisch oder durch einen Rechenvorgang im Anschluss an die Messung vorgenommen werden. If a bridge arrangement is used for the measuring circuit, a relatively large number of additional circuit components between the test coil and the output signal are required, although the adjustment is easy to achieve. Then compensation must be provided for these additional circuit elements to determine the phase shift introduced by these elements. The compensation must be carried out either electrically or by means of a calculation process after the measurement.

Sind die verschiedenen Phasenverschiebungen in der Einrichtung einmal bekannt, ist es noch eine Sache der richtigen Korrektur der Phasenverschiebung, um die Werte der Widerstandskomponente jeweils auf die in der Eingangsspule vorhandene 0°-Phase zu beziehen. Wie erwähnt, soll die Korrektur so erfolgen, dass der Vektor der Widerstandskomponente mit der Widerstandskomponente der Impedanz der Spulenanordnung einen Winkel einschliesst, der kleiner als 1° ist. Once the various phase shifts in the device are known, it is still a matter of correcting the phase shift correctly in order to relate the values of the resistance component to the 0 ° phase present in the input coil. As mentioned, the correction should take place in such a way that the vector of the resistance component forms an angle with the resistance component of the impedance of the coil arrangement, which angle is less than 1 °.

Dieser Einstellvorgang auf 0o-Phasenverschiebung kann in der Apparatur selbst vorgenommen werden, oder es können Kalibrierungsdaten auf den Messvorgang angewendet werden, um die notwendige Korrektur auf 0°-Phasenver-schiebung sicherzustellen. This setting process for 0o phase shift can be carried out in the apparatus itself, or calibration data can be applied to the measuring process in order to ensure the necessary correction for 0 ° phase shift.

Es wurde gefunden, dass der Bezug auf das Oszillator-Ausgangssignal das bequemste Verfahren ist, um einen guten feststehenden Phasenbezug sicherzustellen. Eine Korrektur hinsichtlich der Verschiebung zwischen dem Oszillator und der Prüfspule muss vorgesehen werden, um die 0°-Phasen-linie zu erhalten. Ist dies sichergestellt, so kann der richtige Bezug auf die Phase des von der Schaltung gelieferten Ausgangssignals und eine Korrektur mit so hoher Genauigkeit erreicht werden, dass eine maximale Abweichung von weniger als einem Grad zur Phasenlage des Eingangssignals der Spulenanordnung sichergestellt ist. It has been found that the reference to the oscillator output signal is the most convenient method to ensure a good fixed phase reference. A correction for the displacement between the oscillator and the test coil must be provided in order to maintain the 0 ° phase line. If this is ensured, the correct reference to the phase of the output signal supplied by the circuit and a correction can be achieved with such high accuracy that a maximum deviation of less than one degree from the phase position of the input signal of the coil arrangement is ensured.

Es sei besonders erwähnt, dass die Korrekturgleichungen sowohl die Real- als auch die Imaginärwerte der Spannung It is particularly noteworthy that the correction equations are both the real and the imaginary values of the voltage

8 8th

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

9 9

660 799 660 799

berücksichtigen. Diese Information lässt sich leicht in einem Rechner programmieren und die eintreffenden Daten können normalerweise so modifiziert werden, dass eine Korrektur auf 0o-Phasenverschiebung gewährleistet ist. consider. This information can be easily programmed in a computer and the incoming data can normally be modified in such a way that a correction to 0o phase shift is guaranteed.

Es wurde gefunden, dass der bei 0o-Phasenverschiebung erhaltene Wert zwischen + oder -5% liegt. Jede um mehr als eine Toleranzgrenze von ±1° hinausgehende Abweichung führt zu einem beträchtlichen Verlust an Genauigkeit, so dass sich die Daten für ähnliche Proben oder Prüfgegenstände nicht genau reproduzierbar darstellen lassen. Dann lässt sich beispielsweise auch nicht die in Fig. 6 gezeigte geradlinige Abhängigkeit ausnutzen. It was found that the value obtained at 0 o phase shift lies between + or -5%. Any deviation exceeding a tolerance limit of ± 1 ° leads to a considerable loss of accuracy, so that the data for similar samples or test objects cannot be reproduced exactly. Then, for example, the linear dependency shown in FIG. 6 cannot be used either.

Für einen komplexen Gegenstand ist es unnötig, spezifische, charakteristische Frequenzwerte zu verwenden, da viele Spitzenwerte, jeweils einer pro Metallkomponente, für die verschiedenen Metallkomponenten des überprüften Gegenstandes auftreten. Durch die Auswahl von dreissig Frequenzen im Bereich von 100 bis 10 000 Hz wird ein typischer Bereich festgelegt, der die für interessierende Kennlinien erforderlichen Ergebnisse liefert, beispielsweise für Handfeuerwaffen und innerhalb dessen auch eine leichte und einwandfreie Identifizierung und Unterscheidung von Typen möglich ist. Um die in den Fig. 10 und 11 gezeigten Kennlinien zu erhalten, werden Frequenzwerte gewählt, die sowohl hinsichtlich des spezifischen Widerstands des zu untersuchenden Metalls als auch des abgeschätzten Querschnittbereichs relevant sind. For a complex object, it is unnecessary to use specific, characteristic frequency values, since many peak values, one for each metal component, occur for the various metal components of the object being checked. The selection of thirty frequencies in the range from 100 to 10,000 Hz defines a typical range that provides the results required for characteristic curves of interest, for example for small arms, and within which it is also possible to easily and correctly identify and differentiate between types. In order to obtain the characteristic curves shown in FIGS. 10 and 11, frequency values are selected which are relevant both with regard to the specific resistance of the metal to be examined and the estimated cross-sectional area.

Aus den charakteristischen Kennlinien der beiden Fig. 10 und 11 lässt sich eine grosse Übereinstimmung zwischen dem Bezugsgegenstand und dem zu identifizierenden Gegenstand feststellen. Was die unterschiedlichen Arten von Gegenständen mit geringfügigen Unterschieden im Design und der Zusammensetzung anbelangt, wie dies bei verschiedenen Typen von Handfeuerwaffen vorkommt, kann festgestellt werden, dass die Kennlinien sich sehr charakteristisch unterscheiden, und zwar wegen den Unterschieden im Querschnitt und dem spezifischen Widerstand der einzelnen Materialien, aus denen die zu überprüfenden Gegenstände hergestellt sind. A great agreement between the reference object and the object to be identified can be determined from the characteristic curves of the two FIGS. 10 and 11. Regarding the different types of objects with slight differences in design and composition, as occurs with different types of handguns, it can be seen that the characteristics differ very characteristically, because of the differences in cross-section and the specific resistance of each Materials from which the items to be checked are made.

Zur Identifikation kann der Rechner im Prinzip beliebig grosse Mengen von Kenndaten bekannter Bezugsgegenstände speichern und das eintreffende Signal auf 0°-Phasen-verschiebung relativ zum Signal der Primärspulenanordnung korrigieren. Sodann werden die von dem in der Prüfspule enthaltenen Gegenstand herstammenden Eingangssignaldaten mit den gespeicherten Kenndaten verglichen, um auf Übereinstimmung überprüft zu werden. For identification, the computer can, in principle, store arbitrarily large amounts of characteristic data of known reference objects and correct the incoming signal to a 0 ° phase shift relative to the signal of the primary coil arrangement. Then the input signal data originating from the object contained in the test coil is compared with the stored characteristic data in order to be checked for agreement.

Beim Messvorgang wird der Gegenstand beispielsweise unmittelbar in das Innere der Prüfspule eingebracht. Wie erwähnt, ändern sich die Werte der reziproken Frequenz stark in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des jeweils untersuchten Gegenstandes. Dies darf nicht mit den Änderungen in der Querschnittsgeometrie verwechselt werden, die ebenfalls einen Einfluss haben, jedoch nicht den bedeutsamen Einfluss, der sich aus den Änderungen der spezifischen Widerstandswerte und der Querschnittsflächen der einzelnen Proben ergeben. Die Verhältnisse lassen sich aus der Beziehung f _Ki 'p - A During the measuring process, for example, the object is placed directly inside the test coil. As mentioned, the values of the reciprocal frequency change greatly depending on the cross-sectional area of the object being examined. This should not be confused with the changes in the cross-sectional geometry, which also have an influence, but not the significant influence that results from the changes in the specific resistance values and the cross-sectional areas of the individual samples. The relationships can be derived from the relationship f _Ki 'p - A

ersehen. Um Kennlinien, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, zu entwickeln, werden Frequenzwerte gewählt, die sowohl hinsichtlich des spezifischen Widerstands des aufzuspürenden Metalls als auch hinsichtlich der geschätzten Widerstandsfläche relevant sind. see. In order to develop characteristic curves, as shown in FIGS. 10 and 11, frequency values are selected which are relevant both with regard to the specific resistance of the metal to be detected and with regard to the estimated resistance area.

Die Spulenanordnung und Geometrie sind ebenfalls als wichtige Grössen zu erwähnen, da die charakteristischen Kennlinien durch sie beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang sei auf die Terme N und Bo in Fig. 6 hingewiesen. Diese physikalischen Grössen ermöglichen einige Anhaltspunkte für die Auslegung der Spule als ein wesentlicher Faktor für das Ansprechverhalten der Einrichtung. The coil arrangement and geometry should also be mentioned as important variables, since they influence the characteristic curves. In this connection, reference is made to the terms N and Bo in FIG. 6. These physical quantities allow some indications for the design of the coil as an essential factor for the response behavior of the device.

Die Beziehung, die mit der Ordinate der Fig. 6 zusammenhängenden Variablen zeigt, ist die folgende: The relationship that shows variables related to the ordinate of Fig. 6 is as follows:

worin mit where with

N die Windungsanzahl der Spule, N the number of turns of the coil,

Bo die magnetische Induktion (in Weber/m2); Bo the magnetic induction (in Weber / m2);

g der spezifische Widerstand des untersuchten g is the specific resistance of the examined

Metalls (in Qm); Metal (in square meters);

|xo die Permeabilität des freien Raums (4 7tx 10-7 in | xo the permeability of free space (4 7tx 10-7 in

MKS-Einheiten); FMD units);

K (a2/b2) eine dimensionslose Grösse, die durch das Verhältnis a2/b2 von der Gegenstandsgeometrie abhängt, mit K (a2 / b2) is a dimensionless quantity that depends on the object geometry with the ratio a2 / b2

A R die in Phase liegende Komponente des abgetasteten Signals, z.B. in Volt (vgl. Fig. 2), und mit fP die den Spitzenwert auslösende, charakteristische A R is the in-phase component of the sampled signal, e.g. in volts (see FIG. 2), and with fP the characteristic triggering the peak value

Frequenz (Hz) Frequency (Hz)

bezeichnet sind. are designated.

Der Ausdruck The expression

!(NBo)4 — K(a2/b2)] ! (NBo) 4 - K (a2 / b2)]

n2 jxo bezeichnet die Neigung der geraden Linien in Fig. 4. Bemerkenswert ist, dass keine Abhängigkeit vom Probenquerschnitt vorhanden ist. n2 jxo denotes the inclination of the straight lines in FIG. 4. It is noteworthy that there is no dependence on the sample cross section.

Hinsichtlich der konstanten Terme in der Gleichung ergibt sich für a2/b2 = 1,2,3,4 Regarding the constant terms in the equation, a2 / b2 = 1,2,3,4

K (a2/b3) = 1,248 bzw. 1,334 bzw. 1,475 bzw. 1,607. K (a2 / b3) = 1.248 or 1.334 or 1.475 or 1.607.

Der Durchmesser der Spulen selbst kann in einem weiten Bereich schwanken, beispielsweise von 15 cm bis 180 cm. Die Eingangs- und die Prüfspule werden im allgemeinen konzentrisch und auf Abstand voneinander angeordnet mit einem Isolationsmaterial, wie Fiberglas zwischen den Spulen. Die Spulen werden gegen Änderungen der Raumtemperatur durch eine Isolation geschützt, da - wie erwähnt - sonst Änderungen im Ausgangssignal zu erwarten sind. Als weitere Kompensationsmassnahme hat sich als vorteilhaft und wirksam die Verwendung von speziellen Legierungen thermisch stabiler Metalle für die Leiter anstelle von Kupfer erwiesen, um die thermischen Einflüsse zu vermindern. Die Spulenanordnung mit ca. 180 cm 0 oder etwas grösser eignet sich für Zwecke der Sicherheitsüberprüfung an Flughäfen. Die einzelnen zu überprüfenden Passagiere gehen durch die Spule hindurch und werden dabei insbesondere auf das Mitführen von Waffen automatisch abgetastet. The diameter of the coils themselves can vary within a wide range, for example from 15 cm to 180 cm. The input and test coils are generally arranged concentrically and spaced apart with an insulating material such as fiberglass between the coils. The coils are protected against changes in the room temperature by insulation, since - as mentioned - changes in the output signal are otherwise to be expected. As a further compensation measure, the use of special alloys of thermally stable metals for the conductors instead of copper has proven to be advantageous and effective in order to reduce the thermal influences. The coil arrangement with approx. 180 cm 0 or slightly larger is suitable for the purpose of security checks at airports. The individual passengers to be checked pass through the coil and are automatically scanned, in particular when carrying weapons.

Im Rahmen der hier gegebenen Erläuterung sind die Beziehungen zwischen dem spezifischen Widerstand, der Probenfläche, der charakteristischen Frequenz und der durch die Frequenz geteilte Wert der Widerstandskomponente als für die Kennlinien-Spitzenwerte geltenden Einzelwerte angegeben. Jedoch kann die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand und der Querschnittsgeometrie vergleichsweise komplex sein. Dem zum Trotz ist es lediglich erforderlich, eine charakteristische Kennlinie von den zu In the context of the explanation given here, the relationships between the specific resistance, the sample area, the characteristic frequency and the value of the resistance component divided by the frequency are given as individual values that apply to the characteristic peak values. However, the relationship between resistivity and cross-sectional geometry can be comparatively complex. Despite this, it is only necessary to draw a characteristic curve from the

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

660799 660799

untersuchenden oder zu suchenden Gegenständen zu erhalten. Nachlaufeffekte, Schatteneffekte, Einflüsse der Geometrie und magnetische Effekte führen zu keinen Problemen, da die charakteristischen Kennlinien - wie Versuche gezeigt haben - für den gleichen Gegenstand genau gleich ausfallen. objects to be examined or searched for. Trail effects, shadow effects, influences of the geometry and magnetic effects do not lead to any problems, since the characteristic curves - as tests have shown - turn out to be exactly the same for the same object.

10 10th

7 Blatt Zeichnungen 7 sheets of drawings

Claims

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PATENT CLAIM E

Device for identifying conductive objects, characterized by a) a coil arrangement (14, 16; 100, 102; 114, 116, 118; 142; 178), which is designed to generate a magnetic field which identifies the conductive object (20 ; 110; 126) is to be enforced;

b) a signal generator (12; 98; 112; 140; 140) connected to an input coil (14; 100; 114) of the coil arrangement.

164), which is designed for the successive feeding of the input coil (14; 100; 114) with signals of preselectable frequency values, and c) a determining device (18; 108; 124; 146; 180) which is designed to have one for each frequency value fed To determine the resistance component (36) of the change in impedance that occurs due to the introduction of the conductive object (20; 110; 126) into the magnetic field.

2. Device according to claim 1, characterized in that the device (18; 108; 124; 146; 180) for determining the resistance component (36) supplies a voltage which within the range of 1 degree in full phase correspondence with one of the input coil ( 14; 100; 114) supplied frequency signal.

3. Device according to claim 1, characterized in that changes in the coil parameters due to operational and external influences are less than IO "4 of the nominal values.

4. Device according to claim 1, characterized in that the coil arrangement contains two coils (14, 16; 100, 102; 116, 118 and 114) which are matched to one another, one of which is the input coil (14; 100; 114).

5. Device according to claim 1, characterized in that adjacent windings of the coils of the coil arrangement are arranged at a distance of between 1 and 2 cm from each other.

6. Device according to claim I, characterized in that changes in the coil characteristics due to changes in the ambient temperature are less than 10-4 of the nominal values.

7. Device according to claim 1, characterized in that the output signals of the frequency generator (12; 98; 112; 140; 164) have phase deviations of less than '/ 2 degrees against a reference value.

8. The device according to claim 1, characterized in that the device for determining the resistance component contains a phase detector (18; 108; 124; 146; 180), which is preferably connected in parallel to the coil arrangement and is related to it in such a way that that of it delivered signal is at least approximately in phase with each periodic signal supplied to the input coil (14; 100; 114).

9. Device according to claim 1, characterized in that the device for determining the resistance component has an electronic computer (148) which determines the values of the resistance component on the basis of a Fourier analysis.

10. Device according to claim 9, characterized by a device of the computer (148) for determining the relationship between the determined resistance component and the frequency value assigned to it.

11. The device according to claim 10, characterized by

- A memory of the computer (148) for storing said ratio and

- A comparison device of the computer (148) which compares similar ratio values originating from a second object to be tested with the stored ratio values.

12. The device according to claim 1, characterized in that the coil arrangement has a secondary coil (16; 116; 118) and that the input coil (14; 100; 114) and the secondary coil (16; 116, 118) are coaxial hollow coils whose windings separated from each other, but are adjacent to each other.

13. The device according to claim 1, characterized in that the coil arrangement (100, 102) has one of the input coil (100) the same coil (102), which for this purpose in series in a balancing bridge circuit (100, 102, 104,

io 106).

14. Device according to claim 13, characterized in that a) the two identical coils (100, 102) are connected to the two connections of the frequency generator (98), 15 b) two resistors (104, 106) lying in series also to the connections of the Frequency generator (98) are connected,

- One (106) of the resistors (104, 106) for adjusting the bridge is variable and

20 - the phase detector (108) is connected above the bridge at the connection point of the two coils (100, 102) on the one hand and at the connection point of the two resistors (104, 106) on the other hand.

15. Device according to claim 1, characterized in that 25

- the input coil (114) is a hollow coil connected in parallel to the two connections of the frequency generator (112),

- The coil arrangement one of the input coil (114)

30 includes adjacent secondary coil arrangement, the two identical hollow coils (116, 118) of which are axially aligned with one another and are linked in opposite directions,

- At least one variable balancing resistor (122) is in the circle of secondary coils (116, 118) and

35 - the phase detector (124) for measuring the resistance component between the two secondary coils (116, 118) is connected.

16. Device according to claim 1, characterized in that the device for determining the resistance

40 stand component has an assembly (I8; 108; 124; 146) to correct the phase angle with respect to the phase of the signal supplied to the input coil to the value 0 °.

17. Device according to claim 1, characterized in that the frequency generator (12; 98; 112; 140; 164)

45 can be set to signal frequencies in a range from approximately 100 to approximately 10,000 Hertz.

18. Device according to claim 1, characterized in that the frequency generator (12; 98; 112; 140; 164) on signal frequencies in a range from about 1 to 10

so megahertz is adjustable.

19. Device according to claim 17 or 18, characterized in that the frequency generator (164) contains an oscillator crystal and a variable frequency divider (166) and that the device for determining the

55 resistance component (36) has a plurality of phase detectors (180).

20. Device according to claim 1, characterized in that

- The coil arrangement is arranged as a balanced bridge (142) 60.

- An electronic computer (148) with the device

(146) is connected to determine the resistance component (36) and compares the values of the resistance component (36) for successive successive frequencies 65 and

- A notification device (1 50) is connected to the output of the computer (148).

21. Procedure for operating the facility after

3rd

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Claim 1, in which a device of a computer (148) is provided for determining the relationship between the determined resistance component and the frequency value assigned to it, characterized by the following steps:

a) The input coil (14; 100; 114) of the coil arrangement (14, 16; 100, 102; 114, 116, 110; 142; 178) is fed with a sequence of signals of preselected frequency values whose phase angle is less than 'A degrees vary;

b) the conductive object (20; 110; 126) to be identified is introduced into the magnetic field of the coil arrangement;

c) the resistance component (36) of the angular current loss occurring is determined for each of the preselected frequency values;

d) each resistance component (36) thus determined is divided by the frequency value causing it, so that a ratio AR / f is determined for each frequency value; and e) the ratio values A R / f are recorded as a function of the frequency values f and the curve thus created is used as a characteristic curve for the object.

22. The method according to claim 21, wherein the coil arrangement is assigned a trimming bridge circuit, characterized in that the coil arrangement (14, 16; 100, 102, 114, 116, 118; 142, 178) is trimmed in order for the resistance component (36 ) to achieve maximum sensitivity.

23. The method according to claim 21, characterized in that

- A plurality of characteristic data groups are stored for comparison purposes and that

- The data groups are compared with data obtained from an unknown object (20; 110; 126).

24. The method according to claim 23, characterized in that a specific uniform metallic test specimen with specified cross-sectional dimensions is introduced into the magnetic field of the coil arrangement in order to determine reference data values.

25. The method according to claim 21, characterized in that the sequence of signals of preselected frequency values a) is fed to a stable coil arrangement;

b) the coil arrangement is then adjusted;

c) a predetermined metallic test specimen is introduced into the magnetic field of the coil arrangement;

d) the resistance component of a measuring voltage shifting the adjustment of the coil arrangement is determined on the basis of the metallic object and is compensated for the phase shift with respect to the phase of the input frequency, so that the value of the resistance component is related to a phase shift of 0 °;

e) the values of the resistance component are divided by the corresponding frequencies and f) these values are recorded as a function of the corresponding frequency to determine a peak value (40; 46; 52) at a frequency (fp) at which the resistivity of the metal sample , divided by its cross section, is proportional to the resistance component (36) of the displacement voltage divided by the corresponding frequency.