DE1473763B2

DE1473763B2 - Anordnung zur ortung von objekten insbesondere von ver schuetteten

Info

Publication number: DE1473763B2
Application number: DE19651473763
Authority: DE
Inventors: Dipl Phys Dr nat 7730 Vilhngen Schulz Hansrichard
Original assignee: SABA Schwarzwaelder Apparate Bau Anstalt August Schwer Soehne GmbH
Current assignee: SABA Schwarzwaelder Apparate Bau Anstalt August Schwer Soehne GmbH
Priority date: 1965-06-01
Filing date: 1965-06-01
Publication date: 1971-02-25
Also published as: DE1473763A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ortung von Objekten, welche mit einem ein Suchgerät beeinflussenden Mittel ausgerüstet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung ist vor allem zur Aufsuche von Personen bestimmt, die z. B. bei Lawinen- oder Bergwerksunglücken. Erdbeben oder Luftangriffen verschüttet worden sind.

Es ist bereits ein Suchgerät bekannt, das aus einem empfindlichen Feldstärkemeßgerät besteht, mit dessen Hilfe zur Ortung Verschütteter, die einen Permanentmagneten bei sich tragen müssen, das zeitlich konstante Magnetfeld des Permanentmagneten festgestellt und ausgemessen werden kann. Die Reichweite eines solchen Gerätes ist jedoch auf wenige Meter beschränkt. Weiterhin ist dieses Gerät insofern besonders nachteilig, als es alle magnetisierten Eisenteile ortet und somit den Permanentmagneten der gesuchten Personen nicht von magnetisierten Eisenteilen unterscheidet. Die Verwendung eines solchen Gerätes beim Suchen von in Häuserruinen und unter Tage verschütteter bzw. eingeschlossener Personen ist wegen der in diesen Fällen vorhandenen größeren Eisenmassen praktisch unmöglich.

Daneben sind mit magnetischen Feldern arbeitende Verfahren und Geräte zur Feststellung der Lage verborgener elektrisch leitender Teile bekannt. Diese Verfahren und Geräte können zum Aufsuchen von verdeckten oder unterirdisch verlegten metallischen Leitungen, von Erzadern, von in Holzstämmen eingetriebenen Nägeln od. dgl. verwendet werden. Beispielsweise ist ein insbesondere für die Leitungssuche bestimmtes Verfahren bekannt, bei welchem dem leitenden Teil von einem Generator galvanisch oder induktiv elektrische Wechselströme zugeführt werden, deren Magnetfelder vermittels hochselektiver Empfänger angezeigt werden. Auch ist es bekannt, die von dem Generator erzeugten niederfrequenten Schwingungen zu wobbeln.

Aus den obenerwähnten Gründen eignen sich jedoch auch diese Verfahren und Geräte gleichfalls nicht zum Auffinden von Verschütteten.

Weiterhin ist bei Signalanlagen der Eisenbahn die Anwendung der sogenannten Induktionssicherung bekannt. Bei derartigen Induktionssicherungen sind Resonanzkreise zwischen den Schienen in der Nähe der Eisenbahnsignale angeordnet und je nach Signalstellung ein- oder ausgeschaltet. Die Lokomotive ist mit einem Alarmgerät mit einer Antennenspule "ausgestattet, überfährt sie ein Haltesignal, so entzieht der in diesem Fall eingeschaltete Schwingkreis der Antennenspule kurzzeitig Energie, wodurch das Alarmgerät ausgelöst wird.

Auch bei Geräten zur Messung von Resonanzfrequenzen ist es nicht mehr neu, eine als magnetische Antenne wirkende Spule an das Meßobjekt induktiv anzukoppeln und durch Verstimmung eines Schwingkreises die Meßfrequenz auf die Resonanzfrequenz abzustimmen. Bei Übereinstimmung von Meß- und Resonanzfrequenz wird dem Meßgerät Energie entzogen, wobei der hierdurch verursachte Rückgang der Spannung zur Anzeige gebracht wird.

Mit diesen beiden bekannten Methoden hat die Erfindung die aus der Kopplung von zwei Resonanzkreisen resultierende Wechselwirkung gemeinsam, wie sie übrigens bei jedem zweikrcisigcn Bandfilter im Prinzip vorhanden ist, jedoch bisher zur Ortung von Objekten nicht ausgenutzt wurde.

Es wurde bisher lediglich ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem mittels eines getasteten Oszillators eines Senders über eine Antenne elektromagnetische Schwingungen ausgestrahlt werden und das Objekt mit einem auf die Frequenz des Oszillators abgestimmten Schwingkreis ausgestattet ist. Zur Zielsuche werden die vom Resonanzkreis erzeugten sekundären und bei abgeschaltetem Sender abklingenden Eigenschwingungen ausgenutzt.

Auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Objekt mit einem auf die Frequenz eines Oszillators abgestimmten Resonanzkreis ausgestattet, welcher dem Oszillator, der in diesem Fall allerdings ständig schwingt, Energie entzieht, die zur Anzeige ausgenutzt wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die Schwingungen des Oszillators in einem Frequenzbereich gewobbelt werden, der die Resonanzfrequenz des am Objekt angebrachten Resonanzkreises einschließt, und daß dem Oszillator bei Erreichen der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises impulsartig Energie entzogen wird, wenn sich das Objekt im Ortungsgebiet befindet, wodurch die Amplitudenmodulation der Oszillatorschwingung impulsförmig erfolgt. Hierbei wird die Erregungsschwingung der Antenne des Suchgerätes mit einem bestimmten Wobbeihub und einer bestimmten Wobbeifrequenz frequenzmoduliert. Diese spezifische Wobbelung erlaubt einerseits die eindeutige Unterscheidung zwischen selektiven und nicht selektiven Objekten und gewährleistet andererseits die volle Funktion des Suchgerätes für den Fall, daß sich der Resonanzkreis des selektiven Objektes innerhalb gewisser Grenzen verstimmt.

Zweckmäßigerweise werden die Oszillatorschwingungen mittels einer magnetischen Antennenanordnung abgestrahlt.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet vorteilhafterweise die Ermittlung der ungefähren Entfernung des Objektes, wenn sie, wie ferner vorgeschlagen wird, mit einer Meßschaltung zur Bestimmung des Modulationsgrades der Oszillatorschwingungen ausgestattet ist. da der Modulationsgrad von der Kopplung der Senderantenne und des am Objekt angebrachten Schwingkreises abhängt.

Das Suchgerät der erfindungsgemäßen Anordnung weist einen periodisch frequenzmodulierten Hochfrequenzoszillator auf, dessen Energie über einen als Sonde ausgebildeten Schwingkreis abgestrahlt werden kann.

In weiterer Fortbildung der Erfindung wird die Resonanzfrequenz des Antennenschwingungskreises des Suchgerätes synchron mit der Frequenz der Erregungsschwingung gewobbelt. Zu diesem Zweck ist der Antennenschwingungskreis zugleich als Oszillatorschwingkreis ausgebildet.

- Zur Erzielung einer großen Reichweite soll der Oszillator schwach rückgekoppelt sein, damit schon der geringste Energieentzug eine ausreichende Änderung der Oszillatorspannung hervorruft. Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn die Richtgleichspannung des Oszillators, welche die Amplitudenstabilisierung bewirkt, eine gegen die Modulationsperiode große Zeitkonstantc aufweist. Der Oszillator verhält sich dann gegen den beim überstreichen des Resonanzbereiches des selektiven Ziclobjektes impulsartigen Energieentzug wie ein ungedämpfter Schwingkreis. Ihm wird so kurzzeitig Energie entzogen, daß eine Nachregelung in der kurzen Zeit nicht möglich ist. Hierdurch wirkt sich der kurzzeitige

Energieentzug besonders stark auf die Oszillatoramplitude aus, was zu einer relativ kräftigen Modulation führt. Der zeitliche Mittelwert der Oszillatorspannung muß dagegen bei geeignetem mittleren Rückkopplungsfaktor gut stabilisiert sein, damit der impulsartige Energieentzug durch eine nahezu gleichmäßige Nachlieferung der Schwingungsenergie innerhalb von Zeitintervallen, welche groß gegen die Zeitkonstante der Richtgleichspannung sind, ausgeglichen wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird ferner eine besonders geeignete Oszillatorschaltung angegeben, die sich von den bekannten Oszillatorschaltungen dadurch unterscheidet, daß die Verstärkerschaltung von der Amplitudenstabilisierungsschaltung unabhängig ist. Diese Schaltung besitzt bei geeigneter Bemessung ihrer Zeitkonstante einen derart großen Stabilisierungsbereich, daß der Oszillator trotz schwacher Rückkopplung auch bei unmittelbarer, während des Suchvorganges möglicher, Annäherung an metallene, insbesondere dämpfende Körper stabil durchschwingt.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, insbesondere deren Dimensionierungsregeln, sind nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. In diesen zeigt

F i g. 1 die Anordnung des Antennen- und des Empfängerschwingkreises,

F i g. 2 die Antennenspannung U₁ in Abhängigkeit von der gewobbelten Senderfrequenz bei Vorhandensein eines Objektes,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Suchgerätes und

F i g. 4a und 4b die mechanische Ausführung von Schwingkreisen, die nach Art von Erkennungsmarken von den zu suchenden Personen zu tragen sind.

Das Blockschema eines erfindungsgemäßen, besonders einfach aufgebauten Suchgerätes ist beispielsweise in F i g. 3 dargestellt. Seine magnetische Antenne 1 wird von dem Oszillator 2 gespeist, dessen Frequenz mittels einer sehr niederfrequenten, vom Generator 3 erzeugten Modulationsschwingung f_m frequenzmoduliert wird. Bei geeignetem Frequenzhub H und Übereinstimmung der mittleren Oszillatorfrequenz/! mit der Resonanzfrequenz/₂ des am Zielobjekt angebrachten Schwingkreises wird beim überstreichen der Frequenz f₂ infolge Energieentzuges aus der Antenne 1 durch den Resonanzkreis L₂, C₂ des Zielobjektes (vgl. auch Fig. 1) die Antennenspannung U₁ negativ amplitudenmoduliert, wie mit dem Diagramm in F i g. 2 veranschaulicht ist. Durch Demodulation dieser Antennenspannung mittels des Demodulators 4 gewinnt man das für die Existenz eines selektiven Objektes charakteristische Signal, welches mit dem Signalverstärker 5 verstärkt und durch geeignete Bandpässe auf einen nachfolgend angegebenen Frequenzbereich/* begrenzt wird.

Der Generator 7 erzeugt eine niederfrequente, im Hörbarkeitsbereich liegende Schwingung, die dem Tonmodulator 6 zugeführt wird. Der Tonmodulator 6, welchem außerdem das verstärkte Signal zugeleitet wird, bildet aus dem tonlosen, impulsförmigen Signal und der kontinuierlichen, tonfrequenten Schwingung des Generators 7 impulsförmig modulierte tonfrequente Schwingungen, welche mit dem Lautsprecher 8 hörbar gemacht werden.

Die errindungsgcmaße Anordnung arbeitet dann besonders vorteilhaft und zuverlässig, wenn die nachstehend erörterten Dimensionierungsregeln berücksichtigt werden. Auf die Wiedergabe der mathematischen Ableitung dieser Formeln, die aus filtertheoretischen Berechnungen, der Fourieranalyse des Signals nach F i g. 2 usw. ermittelt wurden, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

In den Formeln bedeutet

Q₁ Kreisgüte des Antennenschwingkreises L₁, C₁, /i zeitlich veränderliche Frequenz des Senders,
F₁ Windungsfläche der Antennenschwingkreis-

spule L₁,
Q₂ Kreisgüte des am Zielobjekt angebrachten Emo-

fängerschwingkreises L₂, C₂,
'5 /2 Resonanzfrequenz des Empfängerschwingkreises L₂, C₂,

F₂ Windungsfläche der Empfängerschwingkreisspule L₂,

α Abstand des Antennenschwingkreises vom Empfängerschwingkreis,

-— relative Antennenspannungsänderung,

H Frequenzhub der Modulationsfrequenz,
f_m Modulationsfrequenz, ^N
/* Durchlaßbereich des Signalverstärkers 5.

Der vom Schwingungskreis L₂, C₂ des Objektes auf die Antenne 1 des Suchgerätes ausgeübte Energieentzug erzeugt an dieser eine relative Spannungsänderung -^

⁶M

von der Größe
J« Ql -C

F₂

Die Frequenz /_t der Antennenschwingung sollte ausreichend langsam den Resonanzbereich des Objektes überstreichen, um innerhalb eines, verglichen mit der Einschwingzeit dieses Kreises, genügend großen Zeitintervalls wirksam sein zu können. Nur dann wird eine optimale Wechselwirkung zwischen dem Schwingkreis des Zielobjektes und der Antenne des Suchgerätes und damit eine größtmögliche Reichweite erreicht.

Für den Wobbeihub (± H) ergibt sich dann folgende

Bedingung:

H =

0,1 ·/!
L-Ql

Mit den weiteren erfindungsgemäßen Dimensionierungsregeln wird eine weitgehende Störbefreiung für das neuartige Suchgerät erzielt. So können neben dem erwünschten impulsartig modulierten Nutzsignal Ju folgende unerwünschte Störsignale auftreten:

a) Im Suchgerät können infolge der Frequenzmodulation der Oszillatorschwingung amplitudenmodulierte Antennenschwingungen entstehen, welche sich überwiegend aus der Modulationsgrundschwingung und ihren niedrigen Harmonischen (etwa bis zur achten Harmonischen) zusammensetzen und die nach der Demodulation zum Signalverstärker gelangende Störsignale erzeugen.

b) über die Antenne können von außen sowohl breitbandige Störsignale (wie z. B. atmosphärische Störungen, Zündfunkenstörungen, Rauschstörun-

gen) als auch schmalbandige, von Nachrichtensendern erzeugte Störsignale zum Signalverstärker gelangen, die das Auffinden der selektiven Objekte beeinträchtigen.
Zur Unterdrückung dieser Störsignale können in

Weiterbildung der Erfindung folgende Maßnahmen getroffen werden:

1. Als Resonanzfrequenz des am selektiven Objekt vorgesehenen Schwingkreises wird eine Frequenz gewählt, die in einem von kommerziellen Nachrichtensendern nicht benutzten Frequenzbereich,

z. B. im Längstwellenbereich (/₂ < 150 kHz) oder im Bereich zwischen Mittel- und Langwelle (350 kHz < /₂ < 550 kHz) oder im Bereich zwischen Mittel- und Kurzwelle (1,6 MHz < /₂ < 6 MHz) liegt.

2. Das demodulierte Signal wird im Empfänger des Suchgerätes derart selektiv verstärkt, daß die unter a) genannten Störsignale unterhalb der 10. Harmonischen der Modulationsfrequenz/_m unterdrückt werden. Durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen am Oszillator wird die unerwünschte Amplitudenmodulation möglichst gering gehalten.

3. Die obere Frequenzgrenze des selektiven Bereiches wird aus der Fourierzerlegung des Nutzsignals gewonnen. Die Fourierzerlegung mit der

reziproken doppelten Modulationsfrequenz(^-^-j als Grundperiode führt zu der Erkenntnis, daß im Modulationsspektrum dieses Nutzsignals bei Frequenzen mit Indizes um

η χ 1,6

Q₂

Si

0,3

H Q₂

/2

< η < 3

HQ-,

Si

Bei Einhaltung dieser Formeln ist eine optimale Funktion des Suchgerätes gewährleistet.

Mit den Fig. 4a und 4b sind zwei Resonanzkreise L₂, C₂ in ihrem mechanischen Aufbau veranschaulicht, die von gefährdeten Personen nach Art von Erkennungsmarken zu tragen sind, so daß sie im Notfall mittels der erfindungsgemäßen Anordnung aufgefunden werden können. Hierbei kann die Spule als Rahmenspule mit möglichst großer Windungsfläche ausgeführt sein, die eine genügende Reichweite ermöglicht. Als Kondensator eignet sich ein Wickelkondensator mit Kunststoff-Dielektrikum. Die beiden dargestellten Schwingkreiselemente können zur Erhöhung ihrer mechanischen und damit auch ihrer elektrischen Stabilität mit einem elektrisch isolierenden schlagfesten Kunststoff ausgegossen sein, in dessen Außenfläche z. B. der Name oder die Kennnummer der betreffenden Person eingraviert sind. Eine weitere Verbesserung der Kreisgüte und der magnetischen Kopplung kann durch Beimischung von ferromagnetischen Substanzen für das Spuleninnere erreicht werden.

35

ein breites, ausgeprägtes Maximum existiert. Es genügt daher, den durch die nachfolgende Formel abgegrenzten, für das Nutzsignal besonders charakteristischen Frequenzbereich

selektiv zu verstärken und alle Frequenzen außerhalb dieses Bereiches zu unterdrücken. Hierdurch werden breitbandige Störungen erheblich reduziert.

Zusammenfassend ergeben sich bei vorgegebener Resonanzfrequenz/₂ und Kreisgüte Q₁ des Schwingungskreises des selektiven Objektes für den Wobbeihub H, die Wobbelmodulationsfrequenz f„, und den Durchlaßbereich / * des Signal-Verstärkers folgende Dimensionierungsformeln:

18 ■

J_

Qi

J_n, ^ 0,006

JL

10·./;,, 5Ξ /·<ξ 6

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ortung von Objekten, insbesondere von Verschütteten, die mit einem ein Suchgerät beeinflussenden Mittel ausgerüstet sind, bei welcher im Ortungsgebiet mittels eines ständig schwingenden Oszillators erzeugte elektromagnetische Schwingungen über eine Antenne abgestrahlt werden, bei dem die vom Objekt dem Oszillator entzogene Energie zur Anzeige ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen des Oszillators in einem Frequenzbereich gewobbelt werden, der die Resonanzfrequenz eines am Objekt angebrachten Resonanzkreises einschließt, und daß dem Oszillator bei Erreichen der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises impulsartig Energie entzogen wird, wenn sich das Objekt im Ortungsgebiet befindet, wodurch die Amplitudenmodulation der Oszillator-Schwingung impulsformig erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchgerät eine magnetische Antennenanordnung aufweist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Meßschaltung zur Bestimmung des Modulationsgrades der Oszillatorschwingungen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchgerät einen periodisch frequenzmodulierten Hochfrequenzoszillator aufweist, der einen in Form einer Sonde ausgebildeten Schwingkreis speist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenschwingkreis zugleich als Oszillatorschwingkreis ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtgleichspannung des Oszillators, welche die Amplitudenstabilisierung bewirkt, eine gegen die Modulationsperiode große Zeitkonstante besitzt.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Oszillatorschaltung des Sucimerätes die Verstärkerschaltuim von der Am-

plitudenstabilisierungsschaltung unabhängig ist, wobei letztere durch geeignete Bemessung ihrer Zeitkonstante einen derart großen Stabilisierungsbereich besitzt, daß der Oszillator trotz schwacher Rückkopplung auch bei Annäherung an dämpfende Körper während des Such Vorganges stabil durchschwingt.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzhub H der Modulationsfrequenz f_m der Oszillatorschaltung im Bereich

18

Q₂

0,1

■fl

L-Ql

liegt, wobei die Modulationsfrequenz /„, folgende Größe besitzt:

/_m = 0,006 A

SIi

und/₂ die Resonanzfrequenz und Q₂ die Güte des Schwingungskreises am Zielobjekt bedeutet.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optimale Durchlaßbereich/* des Signalverstärkers (5) des Suchgerätes folgende Größe besitzt:

10 -f_m ^ f*g 6

H Q₂

fi

■fm

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 509/120