DE19650660A1

DE19650660A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren eines Inhaltsstoffs in einem verschlossenen Behältnis

Info

Publication number: DE19650660A1
Application number: DE1996150660
Authority: DE
Inventors: Burkhardt Dr Suthoff; Andreas Dipl Ing Schaaf; Holger Dipl Ing Hentschel; Michael Dr Rer Nat Gahr
Original assignee: JELKEN KARL DIETER; LAMPE KLAUS DIRK DR
Current assignee: JELKEN KARL DIETER; LAMPE KLAUS DIRK DR
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1998-06-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Inhaltsstoffs in einem verschlossenen Behältnis, wobei das Behältnis insbesondere ein Munitionskörper sein kann, der daraufhin zu überprüfen ist, ob es sich um Übungsmunition oder um scharfe Munition handelt. Die Er findung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchfüh ren des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In vielen Ländern, besonders auch in den neuen Bundeslän dern, bestehen Probleme in Bezug auf Fundmunition auf frü heren Truppenübungsplätzen bzw. Übungsgebieten. Solche Fundmunition besteht durchschnittlich zu 75% aus Übungs munition und lediglich zu 25% aus scharfer Munition. Es wird für die nächsten 10 Jahre allein in Deutschland ein Anfall von Fundmunition von mehreren Tonnen täglich erwar tet. Hierbei besteht das Hauptproblem darin, festzustel len, ob es sich bei gefundenen Munitionskörpern um scharfe Munition oder lediglich um Übungsmunition handelt.

Gegenwärtig werden die Fundmunitionskörper röntgentech nisch untersucht, um scharfe Munition auszusondern, was allerdings mit einem erheblichen Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit die Unterscheidung von Übungs- und scharfer Munition in vereinfachter Weise mög lich ist.

Diese Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht durch Anspruch 1 und in vorrichtungsmäßiger Hinsicht durch An spruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ausgehend von der Tatsache, daß Übungsmunition mit Sand, Zement, Wachs oder ähnlichen Stoffen gefüllt wird, um den jeweiligen Geschossen die ballistischen Eigenschaften scharfer Munition zu verleihen, haben die Erfinder er kannt, daß aufgrund des von Sprengstoff verschiedenen Füllmaterials eine Identifizierung des Inhaltsstoffs auf akustischer Basis möglich ist. Die Erfindung wird nachfol gend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert, wobei

Fig. 1 in schematischer Weise das erfindungsgemäße Verfah ren in Anwendung auf einen Munitionskörper erläutert,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsge mäßen Verfahrens in Anwendung auf einen Munitionskörper zeigt, und

Fig. 3a und 3b je ein gemessenes Frequenzspektrum für un terschiedliche Inhaltsstoffe zeigt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor men des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung beziehen sich beispielhaft auf die Anwendung auf Muni tionskörper, wobei darauf verwiesen sei, daß die Erfindung eine breite Anwendung zuläßt, nicht nur auf dem Munitions körpersektor. Immer dort, wo bei geschlossenen Behältnis sen eine begrenzte Anzahl mehr oder weniger homogener In haltsstoffe in Frage kommt und ein Öffnen der Behälter ganz gleich aus welchem Grunde nicht erwünscht oder mög lich ist, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Identifizieren eines bestimmten Inhaltsstoffs oder zumindest für die Feststel lung, daß ein bestimmter Inhaltsstoff nicht vorliegt.

Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen, in der in schema tischer Weise das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine erste Ausführungsform einer entsprechenden Vorrichtung erläutert sind. Das zu untersuchende Behältnis ist ein Munitionskörper 1, der rein äußerlich nicht als Übungs- oder scharfe Munition zu klassifizieren ist, da sich Ab messungen und Gewicht der Übungsmunition nicht von denen scharfer Munition unterscheiden.

Der Munitionskörper 1 weist neben einer Geschoßspitze 2 ein Gehäuse bzw. eine Wandung 3 sowie einen Inhaltsstoff 4 auf. An einander gegenüberliegenden Stellen der Munitions wandung 3 sind einerseits ein Schallgeber 5 und anderer seits ein Schallaufnehmer 6 angebracht. Der Schallaufneh mer ist mit einem Rechner verbunden, der seinerseits an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, wobei diese auch in den Rechner integriert sein kann, z. B. in der Form einer entsprechenden Software. Der Schallgeber 5 erzeugt entweder selbsttätig ein bestimmtes Signal oder erhält ein elektrisches bzw. digitales Eingangssignal und erzeugt dann ein entsprechendes Schallsignal.

Der Munitionskörper 1, d. h. insbesondere der aus Wandung und Inhaltsstoff bestehende Teil, bildet als Festkörper ein schwingungsfähiges System mit bestimmten Resonanzfre quenzen, die von den Eigenschaften der Wandung und des Inhaltsstoffs abhängen. Bei Anregung des Munitionskörpers mit einem bestimmten Schallsignal treten daher sowohl Re sonanz- als auch Absorptionseffekte auf, die sich meßtech nisch erfassen lassen und einen Rückschluß auf den In haltsstoff des Behältnisses zulassen.

Die Art und Weise der Schwingungsanregung und Schwingungs erfassung richtet sich hierbei nach den Gegebenheiten des Einzelfalls, wobei die Anregung mit einem Signal fester Frequenz, mehrerer ausgewählter Frequenzen oder aber auch in Form eines Impulses (Dirac-Stoß) erfolgen kann. Die Erfassung der resultierenden Schwingungen (durchgelassene bzw. transmittierte Schwingungen und/oder Resonanzschwin gungen) kann während der gesamten Anregungszeit erfolgen oder auch auf eine Abklingzeit nach Beendigung der Anre gung beschränkt sein.

In Fig. 1 ist die Anregung in Form eines impulsförmigen Eingangssignals dargestellt, was in vielen Fällen beson ders zweckmäßig ist, da ein angenäherter Dirac-Impuls (möglichst große Flankensteilheit, möglichst kurze Dauer) einer schlagartigen Anregung mit sämtlichen Frequenzen gleichzeitig entspricht.

Zur Auswertung des von dem Schallaufnehmer 6 gemessenen Signals wird dieses vorzugsweise mittels Fast-Fourier-Transformation frequenzanalysiert und so zu einem Fre quenzspektrum verarbeitet. Ein derartiges Frequenzspektrum enthält zahlreiche Informationen über die akustischen Ei genschaften des Munitionskörpers und ist insoweit auch charakteristisch für den jeweiligen Inhaltsstoff. Durch Vergleich mit einer vorab aufgenommenen Anzahl Fre quenzspektren von Munitionskörpern mit bekannten, in Frage kommenden Inhaltsstoffen kann daher mit großer Sicherheit auf den vorliegenden, unbekannten Inhaltsstoff geschlossen werden.

In quantitativer Weise kann dieser Vergleich z. B. durch eine Integration der einander überlappenden Teile zweier zu vergleichender Frequenzspektren oder auch durch Ver gleich charakteristischer Peaks erfolgen. Dabei kann es zweckmäßig sein, zur Ausschaltung zufälliger Fehler einen Mittelwert mehrerer Messungen zu bilden.

Bei einer Automatisierung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß nach einer ersten Klassifizierung eines Munitionskörpers als "scharf" weite re Kontrollmessungen vorgenommen werden, gegebenenfalls an unterschiedlichen Stellen der Wandung oder auch mit be stimmten Frequenzen, um das gefundene Ergebnis zu erhär ten. Entsprechendes kann selbstverständlich auch im Falle der Klassifizierung als Übungsmunition vorgesehen sein.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung, bei der der Schallgeber 5 durch ein z. B. aus Metall oder Kunststoff bestehendes Pendel 8 er setzt ist, das an einem Drehpunkt 9 neben dem zu untersu chenden Munitionskörper 1 drehbar aufgehängt ist. Das Pen del wird um einen bestimmten Winkelbetrag ausgelenkt und freigegeben, wonach es mit einer definierten Energie auf die Wandung des Munitionskörpers 1 aufprallt. Bei diesem Vorgang wird mit guter Näherung ein Dirac-Impuls ausge löst, dessen Auswirkungen (Transmission und Resonanz) von dem Schallaufnehmer 6 registriert werden. Ein Rechner 7 erlaubt eine Auswertung, wie sie in Bezug auf Fig. 1 be schrieben ist.

Zur Vermeidung störender Resonanzen des Untergrunds ist der Munitionskörper 1 auf einer dämpfenden Unterlage 10 angeordnet.

Zweckmäßigerweise sind im Speicher des Rechners 7 Daten von Bezugsschwingungen abgelegt, die für zu erwartende Inhaltsstoffe von Munitionskörpern typisch sind. Dies kön nen z. B. Frequenzspektren (frequenzabhängige Intensitäts- bzw. Amplitudenverläufe der erfaßten Signale) sein. Diese vorab aufgenommenen Bezugsschwingungsdaten können gefil tert werden, um in immer gleicher Weise wiederkehrende Einflüsse beispielsweise der Wandung der Munitionskörper vom weiteren Vergleich auszuschließen, wobei dann die ge messenen Daten in entsprechender Weise zu filtern sind. Weiter kann es zweckmäßig sein, den Vergleich auf Bereiche des Spektrums zu beschränken, die sich bei scharfen Muni tionskörpern als charakteristisch herausgestellt haben.

Fig. 3a und 3b zeigen erläuterungshalber je ein aufgenom menes Frequenzspektrum, und zwar für den Inhaltsstoff und (Fig. 3a) und Wasser (Fig. 3b). Während manche Peaks auf grund ihrer gleichen Frequenzlage auf behälterspezifische Einflüsse hindeuten, ermöglichen die Frequenzverläufe als Ganzes eine deutliche Unterscheidung bzw. die Identifizie rung der Inhaltsstoffe.

Bei automatisierter Durchführung des Verfahrens kann eine Transporteinrichtung, beispielsweise in Form eines Förder bandes, vorgesehen sein, die die zu untersuchenden Muni tionskörper nacheinander einer Prüfstation zuführt. An der Prüfstation werden eine Anregungs- und eine Erfassungsein richtung an den jeweiligen Munitionskörper herangeführt und die Messung(en) vorgenommen. Als scharf erkannte Muni tionskörper werden zweckmäßigerweise einem von den übrigen Munitionskörpern getrennten Förderweg zugeleitet, um in geeigneter Weise entsorgt zu werden.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede nen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Munitionskörper

2

Geschoßspitze

3

Wandung

4

Inhaltsstoff

5

Schallgeber

6

Schallaufnehmer

7

Rechner

8

Pendel

9

Drehpunkt

10

gedämpfte Unterlage.

Claims

1. Verfahren zum Identifizieren eines Inhaltsstoffes in einem verschlossenen Behältnis, wobei

a) das Behältnis einer Schwingungsanregung ausgesetzt wird,
b) transmittierte Schwingungen und/oder Resonanzschwin gungen als resultierende Schwingungen erfaßt werden,
c) die resultierenden Schwingungen mit Bezugsschwingun gen, die zuvor anhand von Behältnissen mit bekannten Inhaltsstoffen mit den Schritten a) und b) aufgenom men worden sind, verglichen werden, um den Inhalts stoff des Behältnisses zu identifizieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis mit Schall bis 30 kHz angeregt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis näherungsweise mit einem Dirac-Impuls ange regt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanregung unmit telbar auf eine Wandung (3) des Behältnisses einwirkt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die resultierenden Schwingungen an der Wandung des Behältnisses erfaßt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die resultierenden Schwingungen zwecks Erhalt eines frequenzabhängigen Amplitudenverlaufs fouriertransformiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fast-Fourier-Transformation vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Vergleich in Schritt c) an hand von Lage und Amplitude charakteristischer Peaks des Amplitudenverlaufs erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein quantitativer Vergleich des gemessenen Amplitudenverlaufs mit einem Bezugs-Amplituden verlauf vorgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß Mittelwerte mehrerer resultie render Schwingungen oder der Transformationen gebildet und für den Vergleich verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn ein quantitativer Vergleich der resultierenden Schwingungen mit Bezugsschwingungen eine Überschreitung eines einstellbaren Schwellenwerts ergibt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert eine oder mehrere Integralwerte der frequenzabhängigen Amplitudenverläufe beinhaltet.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Behältnis ein Munitionskör per ist.

14. Vorrichtung zum Identifizieren eines Inhaltsstoffes in einem verschlossenen Behältnis, zum Ausführen des Verfah rens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit

a) einer Anregungseinrichtung (5, 8) zum Anregen des Behältnisses (1) mit einer Schwingung,
b) einer Erfassungseinrichtung (6) zum Erfassen von transmittierten Schwingungen und/oder Resonanzschwin gungen als resultierende Schwingungen,
c) einer Vergleichseinrichtung (7) zum Vergleichen der resultierenden Schwingungen mit Bezugsschwingungen, die zuvor an Behältnis sen mit bekannten Inhaltsstof fen ermittelt worden sind, um den Inhaltsstoff des Behältnisses zu identifizieren.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung (5, 8) unmittelbar auf eine Wandung (3) des Behältnisses (1) einwirkt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anregungseinrichtung ein Schallgeber (5) ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da durch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung nähe rungsweise Dirac-Impulse erzeugt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, da durch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtung ein Pendel (8) ist, das auf die Wandung des Behältnisses auf trifft.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, da durch gekennzeichnet, daß die Anregung mit definierter Energie erfolgt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, da durch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein Schallaufnehmer (6) ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, da durch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung unmit telbar an der Wandung des Behältnisses angebracht ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, da durch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung und die Anregungseinrichtung an einander gegenüberliegenden Punkten des Behältnisses angebracht sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, da durch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung eine Fast-Fourier-Transformation durchführt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, da durch gekennzeichnet, daß das Behältnis auf einer dämpf enden Unterlage (10) angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, ge kennzeichnet durch eine Transporteinrichtung zum Aufnehmen jeweils eines zu untersuchenden Behältnisses, Transportie ren des Behältnisses zu der Anregungs- und Erfassungsein richtung und Abgeben des untersuchten Behältnisses.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, da durch gekennzeichnet, daß die Anregungs- und/oder Erfas sungseinrichtung beweglich gehalten ist und jeweils in Zusammenwirken mit einem zu untersuchenden Behältnis ge bracht wird.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, da durch gekennzeichnet, daß in der Vergleichseinrichtung eine Anzahl Bezugsschwingungen in transformierter oder nicht transformierter Form gespeichert sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 27, da durch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen Rechner (7) beinhaltet, der Zugriff auf einen Speicher hat, in dem Bezugsschwingungsdaten abgelegt sind.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 28, da durch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung ein Signal erzeugt, wenn ein quantitativer Vergleich der er faßten, resultierenden Schwingungen mit Bezugsschwingungen eine Überschreitung eines einstellbaren Schwellenwerts ergibt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert einen oder mehrere Integralwerte der Bezugsschwingungen beinhaltet.