DE10164303A1

DE10164303A1 - Verfahren und Detektorvorrichtung

Info

Publication number: DE10164303A1
Application number: DE2001164303
Authority: DE
Inventors: Dieter Muenscher; Klaus Joachim Ebinger
Original assignee: EBINGER KLAUS ING FA
Current assignee: EBINGER KLAUS ING FA
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten von Objekten mit einer Detektorvorrichtung, wobei empfängerseitig und/oder sendeseitig mit unabgestimmten Kreisen gearbeitet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten von Objekten nach P 100 45 697.9 sowie eine Detektorvorrichtung nach P 100 45 697.9.

Es hat sich gezeigt, dass die Hauptanmeldung P 100 45 697.9 noch weiter verbessert und vereinfacht werden kann. Die vorliegende Anmeldung betrifft daher Verbesserungen der vorausgehend genannten Hauptanmeldung, so dass deren Inhalt mit Beschreibung, Ansprüchen und Figuren ausdrücklich zum Bestandteil dieser Patentanmeldung gemacht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei vereinfachter Auslegung der Detektorvorrichtung eine weitere Verbesserung in der elektrischen Stabilität und damit eine verbesserte Nachweisempfindlichkeit zu erreichen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist daher mindestens die Sekundärseite unabgestimmt zu betreiben. Dies bedeutet, dass sekundärseitig die Empfangsspule nicht in einem Schwingkreis betrieben wird, sondern als einfache Spule, deren Empfangssignal zur Detektion und Bestimmung des zu ortenden Objektes sekundärseitig ausgewertet wird.

Die Sekundärseite bzw. Empfängerseite ist hierbei breitbandig ausgelegt, so dass Frequenzverstimmungen aufgrund von Driften fast keine Amplitudenänderungen im Ortungs- und Empfangssignal auslösen. Im Prinzip bedeutet dies, dass eine nahezu phasenstarre Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärseite erreicht wird.

Verfahrens- und vorrichtsungsmäßig besonders vorteilhaft ist es, sekundärseitig das Ausgangssignal der unabgestimmten Empfangsspule auf einen Stromeingang bzw. einen Strom- Spannungswandler zu geben. In eleganter Weise kann dies dadurch realisiert werden, dass die unabgestimmte Spule unmittelbar mit dem Minuseingang des Operationsverstärkers des Strom-Spannungswandlers verbunden ist.

Der Stromeingang, der niederohmigen Charakter hat, hat den Vorteil, dass man je nach Betriebsfrequenz sogar auf eine statische Abschirmung der Empfangsspule verzichten kann.

Des Weiteren ist festzustellen, dass der Signalgewinn sekundärseitig und die Störunterdrückung bei Verwendung des Stromeinganges wesentlich größer ist, so dass ein klarer unmittelbarer Vorteil bei dieser Schaltungsart erreicht wird.

Es ist aber auch möglich, den Ausgang der unabgestimmten Empfangsspule auf einen Spannungswandler zu führen.

Bei einer weiteren Alternative wirkt das Empfangssignal vorteilhafter Weise auf einen Übertrager, worüber sekundärseitig die Selektion der primärseitig ausgesandten Frequenz realisiert wird.

Bei diesen Konzeptionen der Erfindung ist es auch möglich, primärseitig die Sendespule ohne einen Schwingkreis zu betreiben. Dies kann sowohl hochohmig wie niederohmig erfolgen.

Sofern es verfahrens- und vorrichtungsmäßig erforderlich ist, besonders hohe Reichweiten zu erreichen und große elektromagnetische Feldstärken zu erzeugen, ist es vorteilhaft, die Sendespule primärseitig in einem Schwingkreis zu betreiben, so dass hohe Amplitudenwerte erreicht werden können.

Es besteht daher auch die Möglichkeit die unabgestimmte Empfangsspule mit einem abgestimmten Primärkreis zu kombinieren, was insbesondere im Hinblick auf die Erlangung hoher Ortungsreichweiten zweckmäßig ist.

Die Kopplung der primärseitigen Sendespule kann sowohl niederohmig wie auch hochohmig unabgestimmt zum Oszillator erfolgen.

Beim Betrieb des Verfahrens und der Auslegung der Detektorvorrichtung wie vorausgehend dargestellt, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine Verbesserung in der Betriebsstabilität erreicht wird, was bei einer Vereinfachung der schaltungstechnischen Komponente nicht zu erwarten war.

Mit anderen Worten kann die Erfindung sowohl sekundärseitig wie primärseitig unabgestimmt, also ohne Schwingkreis betrieben werden. Entsprechend dem speziellen Einsatzbereich, kann jedoch primärseitig auch mit einem Schwingkreis gearbeitet werden.

Die erfindungsgemäße Detektorvorrichtung kann sowohl als Absolut- oder als Relativ- bzw. Differenzmesser ausgelegt sein und betrieben werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Blockschaltbilder noch näher erläutert. Die drei ersten Ausführungsbeispiele entsprechen weitgehend den Ausführungsbeispielen gemäß P 100 45 697.9, so dass auf die entsprechende detaillierte Beschreibung ausdrücklich Bezug genommen wird. Nachfolgend werden speziell die schaltungstechnischen Unterschiede zur P 100 45 697.9 dargelegt.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung, mit dem eine Symmetrisierung der primär- und sekundärseitig erzeugten Spannungen herbeigeführt werden kann;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform, das mit einer Phasenauswertung arbeitet;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform, bei der eine Gleichspannungsauswertung stattfindet;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines auf der Sekundärseite verwendeten Stromeingangs bzw. Strom-Spannungswandlers, und
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines sekundärseitig einsetzbaren Spannungswandlers.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen den Beispielen gemäß der P 100 45 697.9, wobei die einzelnen Baugruppen auch gleiche Bezugszeichen aufweisen, so dass hierauf ausdrücklich Bezug genommen wird.
Im Beispiel nach der Fig. 1 ist gemäß Blockschaltbild eine Detektorvorrichtung zur Ortung eines Objektes 10 dargestellt. Die Detektorvorrichtung weist einen Oszillator 12 auf, der mit einem Frequenzschieber 24 ausgebildet ist. Das Signal des Oszillators 12 wird hierbei auf einen unabgestimmten Primärkreis gegeben, der alleine eine Sendespule 14, ohne Anordnung in einem Schwingkreis, aufweist.
Sekundärseitig ist ebenfalls eine unabgestimmte Empfangsspule 16 vorgesehen, deren Signal auf einen Verstärker 26 geleitet wird. Auch die Empfangsspule 16 arbeitet unabgestimmt, wobei durch die breitbandige Auslegung des Empfängers auch bei einem Driften keine oder nur relativ geringe Amplitudenänderungen auftreten, so dass man von einer nahezu phasenstarren Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärseite sprechen kann.
Sekundärseitig wird das Ausgangssignal des Verstärkers 26 als Spannung U1 der Sekundärseite auf einen Eingang eines Summierers 28 gegeben. Auf einen anderen Eingang des Summierers 28 wird als Spannung U2 der Primärseite eine Spannung gegeben, welche an einem Punkt zwischen dem Oszillator 12 und der Sendespule 14 abgegriffen wird. Die Ausgangsspannung des Summierers 28 wird in einem weiteren Verstärker 30 verstärkt und einem Synchrongleichrichter 32 zugeführt. Dieser Synchrongleichrichter 32 wird von der Spannung der Primärseite U2 geschaltet. Die Spannung der Primärseite U2 wird dem Synchrongleichrichter 32 über ein Verzögerungsglied 48 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Synchrongleichrichters 32 wird einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 34, einem Datenlogger 36 und einer Anzeigevorrichtung 38 zugeführt.
Im Hinblick auf die Funktionsweise dieser Schaltung wird ausdrücklich Bezug genommen auf die P 100 45 697.9.
In Fig. 2 ist eine entsprechende Schaltungseinrichtung mit einer Phasenauswertung dargestellt, wobei gleiche Baugruppen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 aufweisen.
Gemäß Fig. 2 werden das primärseitige Signal und das sekundärseitige Signal nach der Verstärkung im Verstärker 26 einer Phasenausgleichseinrichtung 40 zugeführt. Die Sendespule 14 und Empfangsspule 16 werden hierbei im unabgeglichenen Zustand betrieben.
Das phasenmäßig abgeglichene Signal wird am Ausgang der Phasenausgleichseinrichtung 40 auf einen ADC 34, einen Datenlogger 36 und eine Anzeigevorrichtung 38 gegeben. Auch bei dieser Auswertung erfolgt eine Kompensation auf elektronischem Wege, ohne dass eine geometrische oder eine räumliche Entkopplung der Sendespule und der Empfangsspule erforderlich wäre.
Die Fig. 3 zeigt eine Gleichspannungsauswertung. Sendespule 14 und Empfangsspule 16 werden hierbei ebenso unabgestimmt betrieben. Die Signalspannungen des Senders und des Empfängers werden mittels der Gleichrichter 52 und 54 gleichgerichtet und einem Differenzverstärker 56 zugeführt, wobei dessen Ausgangssignal angezeigt bzw. weiter ausgewertet wird.
Trotz Ihres einfachen Aufbaus zeigt gerade diese DC-Variante eine ausgezeichnete elektrische Stabilität mit großer Unabhängigkeit von jeglichen Drifteinflüssen.
Die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der vorteilhaften Beschaltung der unabgestimmten, sekundärseitigen Empfangsspule 16. Bei dem vorteilhaft eingesetzten Strom-Spannungswandler 60 zur Verarbeitung des Ausgangssignales der unabgestimmten Empfangsspule 16 wird das Ausgangssignal der Empfangsspule 16 direkt auf den Minuseingang des Operationsverstärkers 62 des Wandlers 60 geführt. Die Rückkopplung erfolgt über einen Rückkopplungswiderstand 64 vom Ausgang auf den Eingang des Operationsverstärkers 62. Der Plus-Eingang liegt hierbei auf Masse bzw. am Potenzial der Empfangsspule. Das Signal am Ausgang 66 kann dann entsprechend den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 weiter verarbeitet werden.
Fig. 5 zeigt ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel, bei dem das Ausgangssignal der Empfängerspule 16 einem Spannungswandler 61 zugeführt ist. Das Signal der Empfangsspule wird hierbei dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers 68 des Spannungswandlers zugeführt. Der Minus- Eingang des Operationsverstärkers 68 liegt über einen Widerstand 74 gegen Masse. Die Rückkopplung vom Ausgang auf den Minuseingang des Operationsverstärkers 68 erfolgt über einen Rückkopplungswiderstand 72.
Das Signal am Ausgang 76 kann dann wie in den vorausgehenden Beispielen der Fig. 1 bis 3 gezeigt, z. B. einem Summierer 28 oder einer Phasenausgleichseinrichtung 40 zugeführt werden.

Claims

1. Verfahren zum Orten von Objekten (10) mit einer Detektorvorrichtung bei dem
auf einer Primärseite der Detektorvorrichtung ein Oszillator (12) eine Sendespule (14) anregt und die Sendespule (14) ein elektromagnetisches Wechselfeld aussendet,
auf einer Sekundärseite der Detektorvorrichtung in einer Empfangsspule (16) ein elektromagnetisches Wechselfeld induziert wird,
wobei die Sendespule (14) und die Empfangsspule (16) räumlich auseinanderliegend so angeordnet sind, dass eine kontinuierliche Spannungstransformation auf die Empfangsspule (16) erfolgt,
wobei aus der Primärseite und der Sekundärseite zwei Vergleichsspannungen gewonnen werden,
und aus den Vergleichsspannungen eine Differenzspannung gewonnen wird, sowie
die Differenzspannung zur Objektanzeige und/oder Objektauswertung benutzt wird,
nach P 100 45 697.9,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens die Empfangsspule (16) der Sekundärseite unabgestimmt, insbesondere ohne Schwingkreis, betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Empfangsspule auf einen Übertrager gekoppelt wird, und dass mittels des Übertragers eine Selektion auf die vorgegebene Frequenz des Primärsignales durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der unabgestimmten Empfangsspule (16) einem Strom-Spannungswandler (60) zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der unabgestimmten Empfangsspule (16) einem Spannungswandler (61) zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung der Sendespule (14) durch den Oszillator (12) mit vorgegebener Frequenz im unabgestimmten Zustand erfolgt, und dass die Sendespule (14) ohne Schwingkreis betrieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (14) der Primärseite in einem Schwingkreis betrieben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite der Detektorvorrichtung breitbandig betrieben wird, so dass eine weitgehend phasenstarre Kopplung zwischen Primärseite und Sekundärseite erreicht wird.

8. Detektorvorrichtung mit
einer Primärseite, welche einen Oszillator (12) und eine Sendespule (14) aufweist,
einer Sekundärseite, welche eine Empfangsspule (16) aufweist,
wobei die Kopplung von Sendespule (14) und Empfangs-spule (16) vorgegeben und/oder veränderbar ist, und
Mittel (28) zum Erzeugen einer Differenzspannung aus einer Spannung der Primärseite und einer Spannung der Sekundärseite vorgesehen sind,
nach P 100 45 697.9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sekundärseite mit einer unabgestimmten Empfangsspule (16) ausgelegt ist.

9. Detektorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (14) unabgestimmt auf die vorgegebene Frequenz des Oszillators (12) gekoppelt ist.

10. Detektorvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Empfangsspule (16) gekoppelter Übertrager zur Selektion auf die vorgegebene Frequenz des Primärsignales vorgesehen ist.

11. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die unabgestimmte Empfangsspule (16) mit einem nachfolgenden Strom-Spannungswandler (60) verbunden ist.

12. Detektorvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Empfangsspule (16), insbesondere direkt, mit dem Minuseingang eines Operationsverstärkers (62) des Strom-Spannungswandlers (60) verbunden ist.

13. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der unabgestimmten Empfangsspule (16) auf einen Spannungswandler (61) geführt ist.

14. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (14) in einem Schwingkreis ausgebildet und betreibbar ist.

15. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Absolut- oder Differenzmesser ausgelegt ist.