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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Metall-Detektoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet von Draht-Erkennungsgeräten. Dünne, langgestreckte, leitfähige Objekte wie Drähte und Kabel lassen sich mit herkömmlichen Metalldetektoren nicht detektieren. Im Stand der Technik sind spezielle Drahtsuchgeräte bekannt, die den Antenneneffekt ausnutzen – d. h. die eine erhöhte Feldstärke im Umfeld des Drahtes erfassen, deren Ursprung Hochfrequenzsender sind.
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Eine andere Möglichkeit im Stand der Technik Kabel bzw. Drähte zu detektieren, sind Bodendurchdringungs-Radargeräte, wenn dabei der Einfluss der Polarisation mit berücksichtigt wird. Diese Geräte sind jedoch technisch aufwändig, sehr teuer und haben im Falle von handgetragenen Geräten lediglich nur eine Polarisationsrichtung.
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Daher besteht im Stand der Technik der Bedarf an einem einfach aufgebauten und kostengünstigen Drahtsuchgerät, das handgetragen eingesetzt werden kann und mit hoher Detektionswahrscheinlichkeit und geringer Falschalarmrate Drähte detektieren kann.
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Stand der Technik
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DE 20 2012 000 177 U1 offenbart ein Suchgerät zur aktiven Detektion von Drähten mit einer Sende- und einer Empfangsspule, welche jeweils an entgegengesetzten Bereichen einer länglichen Tragestruktur mit einer Längserstreckung befestigt sind.
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DE 10 2012 205 122 A1 offenbart ein kapazitives Ortungsgerät mit einer Messelektrode, einer Referenzelektrode und einer Empfangselektrode, wobei die Messelektrode mit der Empfangselektrode eine durch das Objekt beeinflussbare Messkapazität und die Referenzelektrode mit der Empfangselektrode eine durch das Objekt nicht beeinflussbare Referenzkapazität bildet.
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Aufgabe und Lösung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Detektionsvorrichtung für elektrisch leitfähige und linear ausgedehnte Objekte wie z. B. Drahtobjekte bereitzustellen, wobei die Detektionsvorrichtung möglichst kostengünstig implementierbar ist und von einem Benutzer handgetragen verwendet werden kann, wobei eine zum Stand der Technik erhöhte Detektionswahrscheinlichkeit bei gleichzeitig verringerter Falschalarm rate bezüglich der Detektion von Drähten realisiert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1, wobei die Detektionsvorrichtung mindestens eine Oszillatorvorrichtung umfasst, um ein Dauerstrichsignal zu erzeugen. Weiter umfasst die vorliegende Detektionsvorrichtung mindestens eine Sensoreinheit die mindestens eine Dipolantenne aufweist, wobei die Sensoreinheit mit der Oszillatorvorrichtung verbunden ist, um das Dauerstrichsignal über die Dipolantenne abzustrahlen. Weiter umfasst die vorliegende Erfindung mindestens eine Messschaltung. Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensorrotor und mindestens eine drehbare Lagerung umfasst, um die Dipolantenne über die drehbare Lagerung in Rotation zu versetzen. Durch den Sensorrotor hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass durch die rotierende Dipolantenne nahezu alle Polarisationsrichtungen in der diesbezüglichen Rotationsebene durch das Dauerstrichsignal abgedeckt bzw. genutzt werden können. Daraus ergibt sich erfindungsgemäß, dass die vorliegende Detektionsvorrichtung eine zum Stand der Technik erhöhte Detektionswahrscheinlichkeit bei gleichzeitig verringerter Falschalarm rate bezüglich der Detektion von Drähten aufweist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird über die Messschaltung eine Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung gemessen, wohingegen in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Spannungsmessung am Speisepunkt durchgeführt wird. In einer alternativen Ausführungsform sind auch beide Arten der Messung miteinander kombinierbar.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung umfasst mindestens eine Oszillatorvorrichtung, die in der Lage ist, ein Dauerstrichsignal zu erzeugen. Dieses Dauerstrichsignal ist vorgesehen, um elektromagnetisch abgestrahlt zu werden. Weiter umfasst die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung mindestens eine Sensoreinheit, die mindestens eine Dipolantenne aufweist, wobei die Sensoreinheit mit der Oszillatorvorrichtung verbunden ist, um das Dauerstrichsignal elektromagnetisch abzustrahlen. Weiter umfasst die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung mindestens eine Messschaltung. In einer Ausführungsform der Erfindung kann diese Messschaltung eine Stromaufnahme detektieren und in einer anderen Ausführungsform kann diese Messschaltung eine Spannungsänderung detektieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Detektionsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter mindestens einen Sensorrotor und mindestens eine drehbare Lagerung umfasst, um die Dipolantenne über die drehbare Lagerung in Rotation zu versetzen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Detektionsvorrichtung weiter mindestens eine Anzeigeeinheit. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit mindestens eine Dipolantenne auf, die aus mindestens zwei kollinearen Teil-Dipolantennen besteht. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst die Messschaltung eine Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung oder/und eine Spannung am Speisepunkt der Dipolantenne der Sensoreinheit.
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kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht, wobei in dieser Ausführungsform eine Messschaltung eine Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung detektiert.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht, wobei in dieser Ausführungsform eine Messschaltung eine Spannung am Fußpunkt einer Dipolantenne detektiert.
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3 zeigt ein Blockschaltbild eines schematischen Aufbaus der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 2.
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Beschreibung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung umfasst mindestens eine Oszillatorvorrichtung 1, die einen elektronischen Schwingkreis enthält und eine elektronische Schwingungsschaltung bildet. Diese Oszillatorvorrichtung 1 erzeugt elektronisch mindestens ein Dauerstrichsignal. Das Dauerstrichsignal bildet die Grundlage einer angestrebten kontinuierlichen Messung, welche mit herkömmlichen gepulsten Signalen nicht möglich ist. Weiter umfasst die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung mindestens eine Sensoreinheit 2. Diese Sensoreinheit 2 weist mindestens eine Dipolantenne 3 auf, wobei mindestens die Dipolantenne 3 über eine drehbare Lagerung 6 um eine Rotationsachse 10 in mindestens einer Rotationsrichtung 11 drehbar gelagert ist. Die Sensoreinheit 2 ist mit der Oszillatorvorrichtung 1 verbunden, wobei das Dauerstrichsignal von der Oszillatorvorrichtung 1 auf die Dipolantenne 3 der Sensoreinheit 2 übertragen wird. Die Sensoreinheit 2, insbesondere die Dipolantenne 3 strahlt das Dauerstrichsignal elektromagnetisch in die Umgebung z. B. in einen Umgebungsabschnitt 13 wie in 1 oder 2 gezeigt, ab. Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung umfasst weiter mindestens eine Messschaltung 4. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Detektionsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter mindestens einen Sensorrotor 5 umfasst, um die Sensoreinheit 2 und/oder die Dippolantenne über die drehbare Lagerung 6 um die Rotationsachse 10 in Rotation zu versetzen. Erfindungsgemäß ist die Rotationsrichtung 11 wie sie in 1 oder 2 durch Pfeile schematisch angedeutet ist, frei wählbar. Der Sensorrotor 5 kann beispielsweise eine Art von Elektromotor mit fest vorgegebener oder wahlweise veränderbarer Rotationsfrequenz sein.
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Sobald das Dauerstrichsignal über die Antenne elektromagnetisch abgestrahlt wird, kann es in verschiedenste Objekte aus verschiedensten Materialien, die sich im Umgebungsabschnitt 13 der Sensoreinheit 2 befinden einkoppeln, z. B. durch kapazitive Kopplung, durch induktive Kopplung oder durch Strahlungskopplung. Dieses Einkoppeln ist jedoch abhängig von den Eigenschaften des jeweiligen Umgebungsabschnitts 13 und funktioniert insbesondere umso besser, je größer die Leitfähigkeit des sich im Umgebungsabschnitt 13 befindenden Materials ist. Außerdem funktioniert dieses Einkoppeln zusätzlich besser, wenn das im Umgebungsabschnitt 13 befindliche Material eine geometrische Form aufweist, die mit der geometrischen Form der Dipolantenne 3 korreliert. Je besser die Einkopplung des elektromagnetischen Dauerstrichsignals in den jeweiligen Umgebungsabschnitt 13 ist, desto höher ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1, die von der Messschaltung 4 detektiert wird.
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Das Dauerstrichsignal kann durch die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung besonders gut in längliche, dünne Objekte, insbesondere Drahtobjekte 12 aus Metall einkoppeln, wie zum Beispiel in Kupferdrähte. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung besonders zur Detektion von elektrisch leitfähigen und linear ausgedehnten Objekten, insbesondere Drahtobjekten 12, die in einem Umgebungsabschnitt 13 im Nahbereich der Sensoreinheit 2 eingebettet sind, wie z. B. in 1 oder 2 gezeigt ist.
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Die Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1 ist dann maximal, wenn die Dipolantenne 3 durch die Rotation des Sensorrotors 5 ungefähr parallel zum vorzugsweisen länglichen, dünnen Objekt aus Metall, wie z. B. einem Draht ausgerichtet ist. Die Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1 wird über die Messschaltung 4 an einer Anzeigeeinheit 9 zur Anzeige gebracht, so dass infolgedessen durch die Messschaltung 4 ein Vorhandensein und eine ungefähre Erstreckungsrichtung eines derartigen Objekts angezeigt und erkannt wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform detektiert die Messschaltung 4 nicht die Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1, sondern eine Spannung des Dauerstrichsignals am Speisepunkt 8 der Dipolantenne 3. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einem beispielhaften Blockschaltbild in 3 veranschaulicht. 3 zeigt den schematischen Aufbau einer Dipolantenne 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, die in dieser Ausführungsform aus zwei kollinearen Teil-Dipolantennen 7 gemäß 2 aufgebaut ist. Diese Dipolantenne 3 wird durch die Oszillatorvorrichtung 1 vorzugsweise mit geringer Leistung im Fußpunkt gespeist. Vorzugsweise kann eine Koppelimpedanz 14 zwischen Oszillatorvorrichtung 1 und Dipolantenne 3 geschaltet werden. Dabei ist die Spannung am Fußpunkt der Dipolantenne 3 bzw. die Fußpunktspannung von der Impedanz der Dipolantenne 3 d. h. der Antennenimpedanz abhängig. Die Antennenimpedanz wiederum ist ihrerseits abhängig von den Eigenschaften des Umgebungsabschnitts 13 bzw. des umgebenden Raumes analog zur eingangs beschriebenen Ausführungsform.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird in der bevorzugten Messschaltung 4 beispielsweise ein Spitzenwertgleichrichter 17 mit der Dipolantenne 3 verbunden, der einem Spannungs-Stromwandler 18 eine Gleichspannung als Ausgabespannung zuführt, die in einer Anzeigeeinheit 9 zur Anzeige gebracht wird. Alternativ dazu oder auch ergänzend dazu wird vom Spitzenwertgleichrichter 17 eine Gleichspannung einem Spannungs-Frequenzwandler 19 als Ausgabespannung zugeführt, die durch eine Lautsprechervorrichtung 20 als Audiosignal ausgegeben wird. Diese Gleichspannung ist proportional zur Fußpunktspannung und kann bei Bedarf um eine einstellbare Vorspannung bzw. um ein einstellbares Offset durch einen Vorspannungsgeber 15 erhöht werden. Vorzugsweise ist an der Fußpunktspannung erfindungsgemäß eine Fußpunktimpedanz 16 geschaltet, wie in 3 veranschaulicht ist.
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Zusammenfassend benötigt die vorliegende Erfindung kein vom Drahtobjekt 12 oder vom Umgebungsabschnitt 13 reflektiertes Signal zur Detektion, sondern die vorliegende Erfindung misst lediglich die Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1 bzw. die Fußpunktspannung an der Dipolantenne 3, wobei diese beiden Messungen durch die Messschaltung 4 auch kombinierbar sind. Insbesondere ist auch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, in welcher sowohl die Messung der Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1 als auch die Messung der Fußpunktspannung an der Dipolantenne 3 bzw. an den kollinearen Teil-Dipolantennen 7 durch eine erfindungsgemäße Messschaltung 4 möglich ist. Die Änderung der Stromaufnahme bzw. der Fußpunktspannung innerhalb der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch eine Änderung der Antennenfußpunktimpedanz in dem Fall, dass Leistung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung in ein Drahtobjekt 12 im Umgebungsabschnitt 13 eingekoppelt wird.
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Durch die Rotation der Sensoreinheit 2, insbesondere der Dipolantenne 3 bzw. der Teil-Dipolantennen 7 mit Hilfe des Sensorrotors 5 wird das Dauerstrichsignal in einer Rotationsfrequenz kreisförmig abgestrahlt. Sobald die Dipolantenne 3 der Sensoreinheit 2 ungefähr parallel zu einem Drahtobjekt 12 im Umgebungsabschnitt 13 positioniert ist, führt die Einkopplung des Dauerstrichsignals in eben dieses Drahtobjekt 12 zu einer, durch die Messschaltung 4 detektierbaren Änderung der Stromaufnahme bzw. der Fußpunktspannung gemäß der ersten Ausführungsform bzw. der zweiten Ausführungsform oder gemäß einer Kombination aus erster und zweiter Ausführungsform. Diese Änderung wird erfindungsgemäß zur optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht. Durch wiederholte Messungen bedingt durch die vom Benutzer einstellbare Rotationsfrequenz des Sensorrotors 5 und durch flächendeckende Positionsänderung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung durch den Benutzer selbst kann die räumliche Erstreckung des Drahtobjekts 12 nachvollzogen werden.
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Aufgrund des einfachen technischen Aufbaus der vorliegenden Erfindung und da die technischen Bauteile, die zur Implementierung benötigt werden, handelsüblich sind und bezüglich ihrer Ausmaße sehr klein und leicht gefertigt sind, kann die vorliegende Erfindung in einem handgetragenen Gerät in der Größe bereits bekannter Metalldetektoren gefertigt werden. Zusätzlich ist daher die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung deutlich kostengünstiger als herkömmliche Boden-Radar-Systeme. Die durch den Sensorrotor gemäß der Erfindung mögliche Nutzung aller Polarisationsrichtungen in der Rotationsebene ermöglicht eine zum Stand der Technik erhöhte Detektionswahrscheinlichkeit bezüglich der Detektion von Drähten. Gleichzeitig ermöglicht die Messschaltung 4 der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung, welche die Stromaufnahme bzw. die Fußpunktspannung oder eine Kombination davon misst, eine verringerte Falschalarmrate bezüglich der Detektion von Drähten im Vergleich zum Stand der Technik. Insbesondere werden in der vorliegenden Erfindung lediglich vorrichtungsinterne Größen gemessen. Ein vom Umgebungsabschnitt 13 bzw. von einem Drahtobjekt 12 reflektiertes Signal, wie z. B. bei herkömmlichen Bodenradarsystemen wird gemäß der vorliegenden Erfindung nicht benötigt.
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Die in 3 veranschaulichte Ausführungsform zeigt eine beispielhafte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung als Blockschaltbild. Selbstverständlich ist auch in dieser Ausführungsform die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensorrotor 5 und eine drehbare Lagerung 6 gemäß 1 bzw. 2 umfasst, um die Dipolantenne 3 über die drehbare Lagerung 6 in Rotation zu versetzen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit 2 mindestens eine Dipolantenne 3 auf, die aus mindestens zwei kollinearen Teil-Dipolantennen 7 besteht, wie z. B. in 2 gezeigt ist. Diese erfindungsgemäße Konfiguration ist bevorzugt bei der Messung der Fußpunktspannung durch die Messschaltung 4. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst die Messschaltung 4 entweder eine Stromaufnahme der Oszillatorvorrichtung 1 oder eine Spannung am Speisepunkt 8 der Sensoreinheit 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Oszillatorvorrichtung
- 2
- Sensoreinheit
- 3
- Dipolantenne
- 4
- Messschaltung
- 5
- Sensorrotor
- 6
- drehbare Lagerung
- 7
- Teil-Dipolantenne
- 8
- Speisepunkt
- 9
- Anzeigeeinheit
- 10
- Rotationsachse
- 11
- Rotationsrichtung
- 12
- Drahtobjekt
- 13
- Umgebungsabschnitt
- 14
- Koppelimpedanz
- 15
- Vorspannungsgeber
- 16
- Fußpunktimpedanz
- 17
- Spitzenwertgleichrichter
- 18
- Spannungs-Stromwandler
- 19
- Spannungs-Frequenzwandler
- 20
- Lautsprechervorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012000177 U1 [0004]
- DE 102012205122 A1 [0005]
