DE202010000932U1

DE202010000932U1 - detector probe

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Publication number: DE202010000932U1
Application number: DE202010000932U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2020-01-15

Abstract

Detektor-Sonde (1) mit einer Sende- und einer Empfängereinrichtung für elektromagnetische Signale,
wobei die Sendeeinrichtung eine Anordnung (2) mit einer ersten Schleife (11) und einen die Schleife (11) umschließenden ersten Ringkern (21) aufweist, wobei die Empfängereinrichtung eine zweite Anordnung (3) mit einer zweiten Schleife (12) und einen die Schleife (12) umschließenden zweiten Ringkern (22) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste (11) und zweite Schleife (12) im Wesentlichen in der gleichen Ebene vorgesehen sind,
dass die erste und die zweite Anordnung (2, 3) als Spulenanordnung ausgebildet und derart angeordnet sind, um ein vorentkoppeltes Spulensystem zu bilden, und
dass der erste (21) und/oder der zweite Ringkern (22) im Sinne eines Ringkerntransformators ausgeführt ist/sind, wobei die Primär- und/oder Sekundärwicklung durch die durch den Ringkern (21, 22) verlaufende Schleife (11, 12) gebildet ist.Detector probe (1) having a transmitting and a receiving device for electromagnetic signals,
said transmitting means comprising an array (2) having a first loop (11) and a first ring core (21) surrounding said loop (11), said receiver means comprising a second array (3) having a second loop (12) and said loop (12) enclosing the second ring core (22),
characterized,
in that the first (11) and second loops (12) are provided substantially in the same plane,
that the first and the second arrangement (2, 3) are formed as a coil arrangement and are arranged so as to form a pre-decoupled coil system, and
in that the first (21) and / or the second toroidal core (22) is designed in the sense of a toroidal transformer, the primary and / or secondary winding being formed by the loop (11, 12) passing through the toroidal core (21, 22) is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektorsonde mit einer Sende- und einer Empfängereinrichtung für elektromagnetische Signale, wobei die Sendeeinrichtung eine Anordnung mit einer ersten Schleife und einen die Schleife umschließenden ersten Ringkern aufweist und wobei die Empfängereinrichtung eine zweite Anordnung mit einer zweiten Schleife und einen diese Schleife umschließenden zweiten Ringkern hat.The The invention relates to a detector probe with a transmitting and a Receiver device for electromagnetic signals, wherein the transmitting means is a first loop arrangement and a loop surrounding the first ring core and wherein the receiver device is a second arrangement with a second loop and a loop surrounding it second ring core has.

Eine derartige Detektorsonde ist aus der EP 10 10 990 B1 bekannt. Bei dieser bekannten Detektorsonde vermeidet man bereits die übliche auf der Sendeseite und Empfängerseite bei den entsprechenden Spulen eingesetzte Drahtwickeltechnik. Die aus dieser Druckschrift bekannte Detektorsonde ist jedoch im Hinblick auf den Einsatz als Torsonde konzipiert und vor allen Dingen für die Personenkontrolle auf Flughäfen gedacht, so dass nicht erlaubte Gegenstände, welche die Person mit sich trägt, detektiert werden können.Such a detector probe is known from EP 10 10 990 B1 known. In this known detector probe to avoid the usual on the transmitting side and the receiver side used in the corresponding coils wire winding technology. However, the detector probe known from this publication is designed with regard to use as a door probe and, above all, intended for person control at airports, so that unauthorized objects which the person carries with him can be detected.

Diese bekannte Detektorsonde ist aufgrund der vorgesehenen Metallrahmen sowohl im Hinblick auf ihre Größe wie auch ihre thermische Drift und Entkopplungseigenschaften zwischen Sende- und Empfängerspule ungeeignet, als aktives Sensorsystem für kleine Detektorsonden, z. B. Handsonden, mit hoher Sensorempfindlichkeit eingesetzt werden zu können.These known detector probe is due to the proposed metal frame both in terms of their size as well as theirs thermal drift and decoupling properties between the transmitter and receiver coils unsuitable as an active sensor system for small detector probes, z. B. hand probes, are used with high sensitivity sensor to be able to.

Andere Detektorsonden weisen Spulen mit meist 20 bis 60 Windungen auf, so dass Schwierigkeiten bei der Aufnahme in das entsprechende Gehäuse bestehen. Bei einer Ausbildung dieser Windungen als sehr dünne Leiter muss man den Nachteil eines relativ hohen Widerstandes für die Detektion in Kauf nehmen. Auch ist es relativ aufwändig, Spulen mit einer derart hohen Windungszahl herzustellen. Im Hinblick auf eine hohe Induktivität der einzelnen Spulen für ein aussagekräftiges Detektionsergebnis ist man bisher jedoch auf eine relativ hohe Windungszahl angewiesen.Other Detector probes have coils with usually 20 to 60 turns, so that difficulties in shooting in the appropriate housing consist. In an education of these turns as very thin Head one has the disadvantage of a relatively high resistance for to accept the detection. Also, it is relatively expensive, Producing coils with such a high number of turns. In terms of to a high inductance of each coil for a meaningful detection result is one so far but reliant on a relatively high number of turns.

Um eine aufwändige Herstellung von Spulen bzw. Schleifen mit mehreren Wicklungen bzw. Windungen zu vermeiden, realisiert man teilweise auch Spulen in Multilager-Technik auf Leiterplatten. Ein Beispiel hierfür ist die EP 0 393 387 A1 . Hierbei werden auf verschiedenen Ebenen einer Leiterplatte mehrere Windungen einer Spule vorgesehen. Dies bringt einerseits eine gewisse Vereinfachung bei Spulen mit mehreren Windungen, wobei jedoch andererseits der Aufbau von Spulen auf Leiterplatten in Multilager-Technik teilweise höhere Kosten bedingt. Hinzu kommt, dass die Flexibilität bei der Auslegung der Spulen auf Leiterplatten auch von den Rahmenbedingungen, wie der Produktion dieser Leiterplatten, Einschränkungen unterliegt.In order to avoid an elaborate production of coils or loops with several windings or turns, one partly realizes coils in multilayer technology on printed circuit boards. An example of this is the EP 0 393 387 A1 , Here, several turns of a coil are provided on different levels of a circuit board. On the one hand, this results in a certain simplification of coils with several turns, but on the other hand, the construction of coils on printed circuit boards in multilayer technology partly entails higher costs. In addition, the flexibility in designing the coils on printed circuit boards is also subject to constraints, such as the production of these printed circuit boards.

Weitere Detektorsonden, z. B. mit mehreren Anordnungen von Spulen und Schleifen sind beispielsweise aus der DE 36 19 308 C1 oder der EP 0 607 605 B1 bekannt. Bei anderen Detektorsonden wird die Anregung auf der Sendeseite bzw. die Abnahme einer induzierten Spannung auf der Empfängerseite meist direkt an der entsprechenden Spule oder Schleife vorgenommen. Dies bedeutet auch eine direkte Verbindung der Spule bzw. Schleife mit einer Driver-Elektronik und nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtungen.Further detector probes, z. B. with multiple arrangements of coils and loops are for example from the DE 36 19 308 C1 or the EP 0 607 605 B1 known. In other detector probes excitation on the transmitting side or the decrease of an induced voltage on the receiver side is usually made directly to the corresponding coil or loop. This also means a direct connection of the coil or loop with a driver electronics and downstream processing facilities.

Ein Beispiel für eine derartige Auslegung und Verschaltung von Spulen mit mehreren Windungen ist in der DE 36 15 652 A1 beschrieben.An example of such a design and interconnection of multi-turn coils is shown in FIG DE 36 15 652 A1 described.

Unter Berücksichtigung der vorausgehend aufgezeigten Nachteile im Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Detektorsonde mit hoher Empfindlichkeit und guter Betriebsstabilität zu schaffen, die insbesondere als kleine, aktive und von einer Person tragbare Detektorsonde ausgebildet ist.Under Consideration of the above-mentioned disadvantages In the prior art, therefore, the invention is based on the object a detector probe with high sensitivity and good operating stability to create, in particular, as a small, active and of a person portable detector probe is formed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Detektorsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a detector probe solved with the features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren und deren Beschreibung aufgezeigt.Further advantageous embodiments are in the subclaims, the description and the figures and their description.

Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass Spulen herkömmlicher Detektoren, welche eine relativ hohe Induktivität haben, durch niederohmige Schleifen mit geringer Induktivität ersetzt werden. Die Schleifen haben hierbei ein bis drei Windungen, vorzugsweise nur eine Windung. Bei der Detektorsonde wird daher zum Aussenden und Empfangen der Signale eine Ringkerntechnik eingesetzt. Dabei bildet der Ringkern zusammen mit der Sende- oder Empfangsschleife einen Transformator. Die Schleife verläuft jeweils durch den Ringkern, wobei beim Aussenden des elektromagnetischen Signals die erste Schleife als Primärwicklung und die zweite Schleife als Sekundärwicklung fungiert.One The basic idea of the invention can be seen in that coils conventional detectors, which have a relatively high inductance have, by low-impedance loops with low inductance be replaced. The loops here have one to three turns, preferably only one turn. In the detector probe is therefore used to send and receive the signals a ring core technology. The ring core forms together with the transmitting or receiving loop a transformer. The loop runs through each the toroid, wherein when emitting the electromagnetic signal the first loop as the primary winding and the second loop acts as a secondary winding.

Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die Anregung der ersten Spulenanordnung bzw. die Abnahme der Signale sekundärseitig in der zweiten Spulenanordnung nunmehr indirekt durch den jeweiligen Ringkern erfolgt. Der Ringkern, der aus Eisen und/oder Ferrit bestehen kann, hat dementsprechend eine eigene Wicklung mit einer Vielzahl von Windungen.One another essential idea of the invention can be seen therein that the excitation of the first coil arrangement or the decrease of the signals secondary side in the second coil arrangement now indirectly takes place through the respective toroidal core. The toroid made of iron and / or ferrite, accordingly has its own winding with a variety of turns.

Die erste und zweite Schleife werden im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet, so dass relative Veränderungen oder Verschiebungen zueinander zur Beeinflussung des Kopplungsfaktors in einfacher Weise durchführbar sind.The first and second loops are in We arranged substantially in the same plane, so that relative changes or shifts to each other to influence the coupling factor can be carried out in a simple manner.

Gemäß der Erfindung wird durch die geometrische Konfiguration der ersten und zweiten Schleife der Spulenanordnungen, insbesondere durch eine teilweise Überlappung der Schleifen, eine weitgehende Vorentkopplung der Sende- und Empfangsschleife durchgeführt, so dass eine Induzierung von elektromagnetischen Impulsen auf die Schleife der Empfängerseite bzw. Sekundärseite weitestgehend vermieden wird.According to the Invention is characterized by the geometric configuration of the first and second loop of the coil assemblies, in particular by a partial overlap the loops, an extensive pre-decoupling of the transmitting and receiving loop performed, allowing an induction of electromagnetic Pulses on the loop of the receiver side or secondary side is largely avoided.

Im Rahmen dieser Erfindung werden die Begriffe Spule im Sinne einer Vielzahl von Windungen, der Begriff Schleife im Sinne von nur einer oder weniger Windungen und der Begriff Spulenanordnung als Kombination einer Schleife mit einem Ringkern mit Spule verstanden. Dementsprechend weist eine Spule eine relativ hohe Induktivität und einen hohen Widerstand auf, während eine Schleife eine geringe Induktivität und einen geringen Widerstand hat.in the For the purposes of this invention, the terms coil are used in the sense of Variety of turns, the term loop in the sense of only one or fewer turns and the term coil arrangement as a combination a loop with a toroidal core understood with coil. Accordingly a coil has a relatively high inductance and a high resistance, while a loop low inductance and has a low resistance.

Die Auslegung des ersten und zweiten Ringkerns im Sinne eines Ringkerntransformators, durch den die jeweilige Schleife primär- und sekundärseitig geführt ist, erlaubt es z. B. primärseitig einen relativ hohen Wechselstrom auf die erste Schleife zu induzieren.The Design of the first and second toroidal core in the sense of a toroidal transformer, through which the respective loop primary and secondary side out is, it allows z. B. on the primary side a relatively high AC to induce the first loop.

Bei einem Übersetzungsverhältnis zwischen Ringkern und Sendeschleife von z. B. 20:1 und einer verlustfreien transformatorischen Übertragung, ergibt sich bei einer Primärspannung von nur 10 V_SS und einem Wechselstrom von 10 mA_SS durch die Abwärtstransformation vom Ringkerntransformator in die Sendeschleife eine Spannung von 0,5 V_SS und ein Strom von 200 mA_SS. Umgekehrt verhält es sich auf der Empfangsseite. In der Empfängerschleife, die durch den entsprechenden Ringkern verläuft, wird eine Spannung empfangen, die im Verhältnis 1:20 hochtransformiert ist.At a transmission ratio between the ring core and transmitting loop of z. B. 20: 1 and a lossless transformatory transmission, results in a primary voltage of only 10 V _SS and an AC of 10 mA _SS by the downward transformation of the toroidal transformer in the transmission loop, a voltage of 0.5 V _SS and a current of 200 mA _SS . Conversely, it behaves on the receiving side. In the receiver loop, which passes through the corresponding ring core, a voltage is received, which is transformed in the ratio of 1:20.

Die gemäß Anspruch 1 ausgelegte Detektorsonde erlaubt daher primärseitig eine Abwärtstransformation vom ersten Ringkern auf die erste Schleife zum Aussenden der elektromagnetischen Signale. Sekundärseitig wird eine Aufwärtstransformation von der zweiten Schleife auf den zweiten Ringkern zum Empfangen der sekundärseitigen elektromagnetischen Signale durchgeführt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Ringkern und der entsprechenden Schleife kann daher entsprechend den gewünschten technischen Anwendungen eingestellt werden. Es kann vorteilhaft sein, ein größeres Übersetzungsverhältnis bei der empfängerseitigen zweiten Schleife vorzusehen als bei der primärseitigen ersten Schleife, um die empfangenen Signale so zusätzlich zu verstärken.The according to claim 1 designed detector probe allowed therefore a downward transformation on the primary side from the first ring core to the first loop to emit the electromagnetic Signals. Secondary is a step-up from the second loop to the second ring core for receiving the secondary-side electromagnetic signals performed. The transmission ratio between ring core and The corresponding loop can therefore be according to the desired technical Applications are set. It may be advantageous to have a larger gear ratio to provide at the receiver side second loop than at the primary-side first loop to the received So amplify signals in addition.

In ähnlicher Weise wie das Übersetzungsverhältnis kann auch die Betriebsfrequenz des ersten Ringkerns senderseitig variiert und eingestellt werden, um beispielsweise auf die exakte Geometrie der Detektorsonde besser abgestimmt zu sein.In similar Way how the gear ratio can be too the operating frequency of the first ring core varies on the transmitter side and adjusted to, for example, the exact geometry the detector probe to be better matched.

Die in der Detektorsonde verwendeten ersten und zweiten Schleifen können mit wenigen Windungen, insbesondere mit einer, zwei oder drei Windungen, ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft ist es, an Stelle herkömmlicher Anordnungen mit definiertem Eingang und Ausgang die Schleifen als Kurzschlussschleifen auszubilden. Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass die erste und/oder zweite Schleife auf Masse gelegt wird.The in the detector probe used first and second loops can with a few turns, in particular with one, two or three turns, be executed. It is particularly advantageous in place conventional arrangements with defined input and output form the loops as short-circuit loops. Another Advantage is achieved in that the first and / or second loop is grounded.

Durch eine derartige Auslegung können aufwändige Abschirmungen in Art eines Faradayschen Käfigs entfallen. Des Weiteren verringert sich durch das direkte auf Masse Legen der Schleifen die Fehleranfälligkeit aufgrund dielektrischer Effekte.By Such a design may require elaborate shields omitted in the manner of a Faraday cage. Furthermore decreases by the direct laying on ground of the loops the susceptibility to error due to dielectric effects.

Durch die Auslegung der ersten und zweiten Schleife als Kurzschlussschleife mit einer Windung wird einerseits eine Gewichtsreduzierung und andererseits eine kostengünstige Herstellung erreicht, da aufwändige Drahtwicklungen vermieden werden. Des Weiteren erreicht man mit der Ausbildung der Schleife mit einer Windung eine hohe Temperaturunempfindlichkeit. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die De tektorsonde abgestimmte LC-Kreise aufweist, die bei hohen Temperaturen ihre Impedanz verändern können und damit in der Frequenz, Phase und/oder Amplitude erheblich driften können.By the design of the first and second loop as a short-circuit loop with one turn, on the one hand, weight reduction and, on the other hand achieved a cost-effective production, as elaborate Wire windings are avoided. Furthermore one reaches with the formation of the loop with a turn a high temperature insensitivity. This is particularly advantageous if the De tektorsonde tuned LC circuits that change their impedance at high temperatures can and therefore in the frequency, phase and / or amplitude can drift significantly.

Bei der Verwendung einer Kurzschlussschleife wird dies weitgehend ausgeschlossen.at the use of a short-circuit loop this is largely excluded.

Die Verwendung von Schleifen im Vergleich zu Spulen verringert das Problem des thermischen Driftens bzw. kann dieses weitgehend eliminieren.The Using loops compared to coils reduces the problem the thermal drift or can largely eliminate this.

Die thermische Drift elektronischer Elemente resultiert im Wesentlichen aus Kupferverlusten, die bei Erwärmung den Innenwiderstand von Spulen erhöhen, und damit auch deren relativ hohe Eigenkapazität verändern.The Thermal drift of electronic elements essentially results from copper losses, the internal resistance when heated increase of coils, and thus their relatively high self-capacitance change.

Aufgrund des Einsatzes von Schleifen mit einer Windung kann daher die Langzeitstabilität eines erfindungsgemäßen aktiven Detektorsystems erheblich verbessert werden.by virtue of The use of loops with one turn can therefore provide long-term stability an active detector system according to the invention be significantly improved.

Eine weitere Vereinfachung bei der Herstellung einer derartigen Detektorsonde kann dadurch erreicht werden, dass die erste und/oder die zweite Schleife auf einer Platine ausgebildet werden. Aufgrund der geringen Anzahl von Windungen, insbesondere bei einer Windung, kann auf eine teure Multilager-Technik verzichtet werden, so dass eine einlagige Platine eingesetzt werden kann. Auch ist es nicht erforderlich, aufgrund von einer oder wenigen Windungen der einzelnen Schleifen, die Leiterbahnen hierfür sehr eng aneinander vorzusehen. Aus diesem Grund brauchen die Leiterbahnen auch nicht dünn ausgeführt werden, zumal dünne Leiterbahnen zu einem hochohmigen Verhalten neigen, welches im Sondensystem zu einer geringen Empfangssensibilität führen kann.A further simplification in the production of such a detector probe can be achieved in that the first and / or the second loop are formed on a circuit board. Due to the small number of turns, esp especially in a turn, can be dispensed with an expensive multi-bearing technology, so that a single-layer board can be used. It is also not necessary, due to one or a few turns of the individual loops, to provide the printed conductors very close to one another for this purpose. For this reason, the printed conductors need not be made thin, especially since thin printed conductors tend to high-impedance behavior, which can lead to low sensitivity in the probe system.

Bei einer erfindungsgemäßen Detektorsonde können daher die Schleifen mit relativ breiten Leiterbahnen auf Platinen und insbesondere als gedruckte Leiterbahnen bzw. Schaltungen aufgebaut sein.at a detector probe according to the invention can hence the loops with relatively wide traces on boards and in particular be constructed as printed conductors or circuits.

Falls gewünscht oder erforderlich könnte hierfür auch eine Multilager-Technik eingesetzt werden.If desired or required could be for this also a multi-bearing technique can be used.

Bevorzugt wird, die erste und die zweite Schleife so anzuordnen, dass sie sich mindestens teilweise überlappen oder ineinander angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, schon beim Design der Sonde die Kopplungseigenschaften der Spulenanordnungen im Sinne einer geometrischen Entkopplung zu beeinflussen. Es hat sich auch als großer Vorteil gezeigt, wenn die erste und/oder die zweite Schleife relativ zueinander verschiebbar bzw. variierbar angeordnet sind. Grundsätzlich ist es aber nicht notwendig, die gesamte Schleife verschiebbar auszubilden. Vielmehr können positive Effekte im Hinblick auf eine Entkopplung der Spulenanordnungen bereits dadurch erreicht werden, dass lediglich Teile der ersten und/oder zweiten Schleife beweglich ausgeführt sind. Insbesondere kann dies mit Drahtbrücken, die durch den Ringkern geführt sind, oder die Teil der z. B. als Leiterbahn gedruckten Schleife sind, realisiert werden.Prefers is to arrange the first and the second loop so that they overlap at least partially or are arranged one inside the other. This makes it possible, even with the design of the probe the Coupling properties of the coil arrangements in the sense of a geometric To influence decoupling. It has also been a big advantage shown when the first and / or the second loop relative to each other are arranged displaceably or variably. in principle But it is not necessary to make the entire loop displaceable. Rather, it can have positive effects in terms of decoupling the coil arrangements are already achieved by merely Parts of the first and / or second loop made movable are. In particular, this can be done with wire bridges through the toroidal core are performed, or the part of z. B. as Conductor printed loop are to be realized.

Hierdurch ist es möglich, die elektromagnetischen Kopplungseigenschaften der Schleifen relativ flexibel aufeinander einzustellen und zu variieren. Dies ermöglicht auch den Betrieb mit verschiedenen Frequenzen. Sofern bewegliche Teile der Schleife mit einem biegbaren Draht realisiert werden, ermöglicht die Veränderung des Drahtes in seiner Position bzw. eine geringfügige Lageveränderung, insbesondere im Bereich des Ringkerns, eine Kompensation von Drifteinflüssen und eine Entkopplung der Schleifen, wobei auch die Feinjustierung der Schleifen relativ zueinander hierdurch erreicht werden kann.hereby is it possible the electromagnetic coupling properties the loops set relatively flexible and vary. This also allows operation with different frequencies. If moving parts of the loop realized with a bendable wire be, allows the change of the wire in his position or a slight change in position, especially in the area of the toroidal core, a compensation of drift influences and a decoupling of the loops, including the fine adjustment the loops relative to each other can be achieved thereby.

Die Detektorsonde kann mit unterschiedlichen Betriebstechniken verwendet werden. Bevorzugt sind hierbei die CW-(Continuous Wave) oder die PI-(Pulse Induction) Technik. Bei der auch als Sinustechnik bezeichneten CW-Technik wird eine kontinuierliche Sinusschwingung oder sinusähnliche Schwingung an die Sendeschleife angelegt. Dies erfolgt über den entsprechenden Ringkern. Empfangsseitig werden dementsprechend kontinuierliche Signale abgenommen, die bei Anwesenheit von metallischen oder detektierbaren Objekten verändert werden.The Detector probe can be used with different operating techniques become. Preference is given here to the CW (Continuous Wave) or PI (Pulse Induction) technique. In the CW technique, also referred to as sinusoidal technology becomes a continuous sinusoid or sine-like vibration applied to the transmission loop. This is done via the corresponding Toroid. At the receiving end, accordingly, continuous Signals taken in the presence of metallic or detectable Objects are changed.

Bei der PI-Technik bzw. der Transmitter-Receiver-Technik werden kurze Impulse durch die Sendeschleife ausgesendet, die sekundärseitig bei vorhandenen zu detektierenden Objekten entsprechend der induzierten Wirbelströme empfangen werden. Sofern kein gleichzeitiges Aussenden und Empfangen von Impulsen systemgemäß vorgesehen ist, ist es auch möglich, die Sendeschleife zusätzlich als Empfangsschleife zu verwenden.at the PI technology or the transmitter-receiver technology become short Pulses emitted by the transmission loop, the secondary side for existing objects to be detected according to the induced Eddy currents are received. Unless simultaneous Transmission and reception of pulses provided according to the system is, it is also possible, the transmission loop in addition to be used as a reception loop.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Detektorsonde nicht nur mit zwei Spulenanordnungen ausgestattet und betrieben wird, sondern dass mehrere Spulenanordnungen vorgesehen sind. Beispielsweise können bei einem CW-System eine Sendeschleife und mehrere Empfangsschleifen vorhanden sein.in principle it is conceivable that the detector probe according to the invention not only equipped and operated with two coil arrangements is, but that a plurality of coil arrangements are provided. For example can transmit one loop and several in a CW system Receive loops exist.

Aufgrund der geringen Windungszahl und der einfachen Anregung der Schleifen über die Ringkerne kann die Anordnung der Schleifen mit unterschiedlichen Geometrien relativ einfach realisiert werden. Die erste und die zweite Schleife können in diesem Sinn eine Doppel-D-Konfiguration bilden, wobei die Entkopplung in Längsrichtung vorgesehen sein kann. Derartige Detektorsonden mit Entkopplung in Längsrichtung haben in der Sondenmitte über die ganze Länge eine hochempfindliche Detektionszone und eignen sich besonders zur Detektion von Kleinteilen oder zur humanitären Mienenortung.by virtue of the low number of turns and the simple excitation of the loops The toroidal cores can vary the arrangement of the loops Geometries are relatively easy to implement. The first and the second loop can in this sense a double-D configuration form, wherein the decoupling be provided in the longitudinal direction can. Such detector probes with decoupling in the longitudinal direction have in the center of the probe over the entire length a highly sensitive detection zone and are particularly suitable for Detection of small parts or for humanitarian Mienenortung.

Eine andere bevorzugte Konfiguration ist eine Doppel-D-Konfiguration der ersten und der zweiten Schleife, wobei die Entkopplung über die Querrichtung vorgesehen ist. Bei dieser Schleifengeometrie mit nahezu runden Sende- und Empfangsschleifen und Entkopplung in Querrichtung kann eine hohe Reichweite erreicht werden und auch größere Metallteile in größerer Entfernung detektiert werden.A another preferred configuration is a double-D configuration the first and the second loop, the decoupling over the transverse direction is provided. With this loop geometry with Nearly round transmitting and receiving loops and decoupling in the transverse direction can be achieved a high range and also larger metal parts be detected at a greater distance.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Schleifengeometrie weisen die erste und die zweite Schleife eine konzentrische Anordnung auf. Bei derartigen Anordnungen kann der notwendige Durchmesser der Sonde reduziert werden. Grundsätzlich ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Detektorsonde verschiedene Schleifengeometrien zu realisieren. Es ist auch denkbar, auf dem Rücken einer eingesetzten Leiterplatine eine umlaufende Sendeschleife zu realisieren. Innere Schleifen z. B. in der Konfiguration einer Acht können hierbei differenzierend wirken. Die Signale der Empfangsschleife können auch einer Differenz- und/oder Additionsverstärkung zur weiteren Auswertung zugeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, z. B. auch bodenmagnetische Effekte zu reduzieren oder auszugleichen.According to a further preferred loop geometry, the first and the second loop have a concentric arrangement. In such arrangements, the necessary diameter of the probe can be reduced. In principle, it is possible to realize different loop geometries with the detector probe according to the invention. It is also conceivable to realize a circulating transmission loop on the back of an inserted printed circuit board. Inner loops z. B. in the configuration of an eight can have a differentiating effect. The signals of the reception loop Kings NEN also a difference and / or addition gain for further evaluation are supplied. In this way it is possible, for. B. also reduce ground magnetic effects or compensate.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments and schematic drawings explained in more detail. In these drawings show:

1 eine Prinzipansicht der erfindungsgemäßen Detektor-Sonde; 1 a schematic view of the detector probe according to the invention;

2 eine erfindungsgemäße Detektor-Sonde in Doppel-D-Konfiguration mit Querrichtungsentkopplung; 2 a detector probe according to the invention in double-D configuration with transverse direction decoupling;

3 eine erfindungsgemäße Detektor-Sonde in Doppel-D-Konfiguration mit Längsrichtungsentkopplung; und 3 a detector probe according to the invention in double-D configuration with longitudinal direction decoupling; and

4 eine erfindungsgemäße Detektor-Sonde mit zwei konzentrisch angeordneten Spulenanordnungen. 4 a detector probe according to the invention with two concentrically arranged coil arrangements.

In 1 ist eine stark vereinfachte Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Detektor-Sonde 1 gezeigt. Anhand dieses Aufbaus wird die grundsätzliche Funktionsweise der Sonde 1 mit ihren zwei Spulenanordnungen 2 und 3 beschrieben. Hierbei ist die erste Spulenanordnung 2 als Sendespulenanordnung vorgesehen, während die zweite Spulenanordnung 3 als Empfangsanordnung ausgebildet ist.In 1 is a highly simplified representation of the structure of a detector probe according to the invention 1 shown. Based on this structure, the basic operation of the probe 1 with their two coil arrangements 2 and 3 described. Here, the first coil arrangement 2 provided as a transmitting coil arrangement, while the second coil arrangement 3 is designed as a receiving arrangement.

Die erste Spulenanordnung 2 weist eine Schleife 11 und einen Ringkern 21 auf. Der Ringkern 21 hat mehrere Wicklungen. In der hier dargestellten Ausführung sind am Ringkern drei Anschlüsse 31, 32, 33 vorgesehen.The first coil arrangement 2 has a loop 11 and a toroidal core 21 on. The toroid 21 has several windings. In the embodiment shown here are three connections on the toroidal core 31 . 32 . 33 intended.

Die zweite Spulenanordnung 3 ist ähnlich wie die erste Spulenanordnung 2 aufgebaut und weist ebenfalls eine Schleife 12 mit einem Ringkern 22 auf. Auch der Ringkern 22 hat mehrere Wicklungen und weist drei Anschlüsse 34, 35, 36 auf.The second coil arrangement 3 is similar to the first coil arrangement 2 constructed and also has a loop 12 with a toroidal core 22 on. Also the toroid 22 has several windings and has three connections 34 . 35 . 36 on.

Die beiden Schleifen 11 und 12 sind in dieser Ausführungsform so genannte Kurzschlussschleifen, die lediglich mit einer Windung ausgeführt sind. Des Weiteren sind die beiden Schleifen 11 und 12 zusätzlich geerdet.The two loops 11 and 12 are in this embodiment so-called short-circuit loops, which are designed with only one turn. Furthermore, the two loops 11 and 12 additionally earthed.

An den drei Anschlüssen 31, 32, 33 der ersten Spulenanordnung 2 kann beispielsweise am Anschluss 32 die Spannungsversorgung angeschlossen werden. Am Anschluss 33 befindet sich die Verbindung zur Oszillatorschaltung, wohingegen der Anschluss 31 als Steuereingang verwendet wird.At the three connections 31 . 32 . 33 the first coil arrangement 2 can, for example, at the connection 32 the power supply can be connected. At the connection 33 is the connection to the oscillator circuit, whereas the connection 31 is used as control input.

Bei der zweiten Spulenanordnung 3 auf der Empfängerseite kann der Anschluss 35 auf Masse gelegt sein, wohingegen die beiden Anschlüsse 34 und 36 als Sensoreingänge fungieren, an denen die über den Ringkern 22 empfangenen Signale von einer nachgeschalteten Auswerteelektronik abgegriffen werden können. Die Wicklungen der Ringkerne 21, 22 können beispielsweise insgesamt 100 Windungen betragen, wobei die mittleren Anschlüsse 32, 35 etwa nach 50 Windungen vorgesehen sein können.In the second coil arrangement 3 on the receiver side, the connection can be 35 be grounded, whereas the two terminals 34 and 36 act as sensor inputs at which the over the toroidal core 22 received signals can be tapped from a downstream evaluation. The windings of the toroidal cores 21 . 22 For example, can be a total of 100 turns, with the middle ports 32 . 35 can be provided after about 50 turns.

Im Folgenden wird auf die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Sonde 1 eingegangen. Über den ersten Ringkern 21 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld oder elektromagnetische Impulse auf die Schleife 11 eingekoppelt. Die Funktionsweise einer derartigen Ringkerneinspeisung ist ähnlich der eines Transformators. Das elektromagnetische Wechselfeld oder die Impulse werden von der Schleife 11 ausgesendet und direkt oder indirekt über die Schleife 12 der zweiten Spulenanordnung 3 empfangen. Diese Wechselfelder oder Impulse induzieren in dem Ringkern 22 Signale, die in Form von Strom- und/oder Spannungsänderungen detektiert werden. Die Detektion dieser Signale findet über die beiden Ausgänge 34 und 36 mit einer nachgeschalteten Verarbeitung statt.In the following, reference is made to the basic mode of operation of the probe according to the invention 1 received. About the first ring core 21 becomes an alternating electromagnetic field or electromagnetic pulses on the loop 11 coupled. The operation of such a toroidal feed is similar to that of a transformer. The alternating electromagnetic field or the pulses are from the loop 11 sent out and directly or indirectly through the loop 12 the second coil arrangement 3 receive. These alternating fields or pulses induce in the toroidal core 22 Signals that are detected in the form of current and / or voltage changes. The detection of these signals takes place via the two outputs 34 and 36 with downstream processing.

In 2 ist eine schematische Darstellung einer Sonde 1 in Ovalform gezeigt. Diese Sonde ist mit zwei Spulenanordnungen 2, 3 versehen. Die erste Spulenanordnung 2 weist eine erste Schleife 11 und einen ersten Ringkern 21 auf. Die zweite Spulenanordnung 3 wird maßgeblich aus der zweiten Schleife 12 und dem zweiten Ringkern 22 gebildet.In 2 is a schematic representation of a probe 1 shown in oval shape. This probe is equipped with two coil arrangements 2 . 3 Mistake. The first coil arrangement 2 has a first loop 11 and a first toroidal core 21 on. The second coil arrangement 3 becomes significant from the second loop 12 and the second ring core 22 educated.

Die wesentlichen Teile der beiden Schleifen 11 und 12 sind auf einer Platine 14, insbesondere als gedruckte Leiterbahnen, ausgebildet. Hierbei sind die Schleifen 11, 12 durch breite Leiterbahnen realisiert. Die zwei Schleifen 11, 12 sind in einer Doppel-D-Konfiguration vorgesehen, die sich im so genannten Querbereich überlappt. Diese Überlappung wird zur elektromagnetischen, geometrischen Entkopplung der beiden Schleifen 11, 12 zueinander in Querrichtung verwendet.The essential parts of the two loops 11 and 12 are on a circuit board 14 , in particular as printed conductor tracks, formed. Here are the loops 11 . 12 realized by wide tracks. The two loops 11 . 12 are provided in a double-D configuration that overlaps in the so-called transverse area. This overlap becomes the electromagnetic, geometric decoupling of the two loops 11 . 12 used to each other in the transverse direction.

Um eine einfache einlagige Leiterplatte verwenden zu können, sind an den Überlappungsbereichen der beiden Schleifen 11 und 12 jeweils Drahtbrücken 16 vorgesehen. Diese können beispielsweise aus einem isolierten, beweglichen Stück Draht bestehen.In order to use a simple single-layer printed circuit board, are at the overlapping areas of the two loops 11 and 12 each wire bridges 16 intended. These may for example consist of an insulated, movable piece of wire.

Im mittleren Bereich der Sonde 1 befinden sich zwei weitere Drahtbrücken 16, die jeweils durch den ersten Ringkern 21 beziehungsweise den zweiten Ringkern 22 hindurchlaufen. An diesen Stellen werden ebenfalls Drahtbrücken 16 verwendet, so dass der Ringkern 21, 22 leicht aufgebracht werden kann und eine gute Kopplung zu den jeweiligen Schleifen 11 und 12 besteht. Die Drahtbrücken 16 können auch in Art von Drahtbügeln ausgeführt sein. Die Ringkerne 21, 22 sind auf der Sonde 1 derart platziert, dass möglichst keine elektromagnetische Kopplung miteinander vorliegt. Auch können mehrere Ringkerne 21, 22 für eine Schleife 11, 12 vorgesehen sein.In the middle area of the probe 1 There are two more wire bridges 16 , respectively through the first toroidal core 21 or the second ring core 22 pass. At these points are also wire bridges 16 used, so that the toroid 21 . 22 can be easily applied and a good coupling to the respective loops 11 and 12 consists. The wire bridges 16 can also be implemented in the form of wire hangers. The ring cores 21 . 22 are on the probe 1 placed so that there is no possible electromagnetic coupling with each other. You can also use several ring cores 21 . 22 for a loop 11 . 12 be provided.

Dies bietet sich insbesondere bei zum Empfang von Signalen verwendeten Schleifen 11, 12 an.This is particularly suitable for loops used to receive signals 11 . 12 at.

Das Gehäuse 24 der Sonde 1 weist Aussparungen für die Platine 14 auf, so dass die Platine 14, mit den darauf ausgebildeten Schleifen 11 und 12 einfach in das Gehäuse eingesetzt werden kann. Zur Aufnahme von Sende- und/oder Empfangselektronik für die Spulenanordnungen 2, 3 sind beispielsweise die Aufnahmeräume 18 vorgesehen. Eine derart konfigurierte Sonde kann sowohl im Continuous-Wave- wie auch im Puls-Induktionsverfahren betrieben werden. Hierzu sind dann entsprechende Spulen- oder Schleifenansteuerungen und entsprechende Empfängerverschaltungen in den Aufnahmeräumen 18 anbringbar.The housing 24 the probe 1 has recesses for the board 14 on, leaving the board 14 , with the loops formed thereon 11 and 12 can be easily inserted into the housing. For receiving transmitting and / or receiving electronics for the coil arrangements 2 . 3 are for example the recording rooms 18 intended. A probe configured in this way can be operated in continuous wave as well as in pulse induction. For this purpose, then appropriate coil or Schleifenansteuerungen and corresponding receiver interconnections in the receiving spaces 18 mountable.

Bei der hier dargestellten Sondengeometrie handelt es sich um ein vorentkoppeltes Schleifensystem, wobei durch die Überlappung der einzelnen Schleifen sich das Innen- und Außenfeld weitgehend kompensiert und somit der Sender vom Empfänger im Wesentlichen entkoppelt ist.at The probe geometry shown here is a decoupled one Loop system, whereby by the overlap of the individual loops the inner and outer field largely compensated and thus the transmitter is essentially decoupled from the receiver is.

Zur Feinabstimmung der Detektionsempfindlichkeit der vorentkoppelten Sonde 1 werden insbesondere die biegbaren Drahtbrücken 16 verwendet, welche durch die Ringkerne 21, 22 geführt sind. Die Lage der Drahtbrücken 16 kann leicht variiert werden. So kann beispielsweise eine Drahtbrücke 16 weiter nach oben oder unten, oder nach außen oder innen verschoben werden. Hierdurch verändert sich die Kopplung der beiden Schleifen 11, 12 zueinander, so dass eine Feinjustierung des Kopplungsfaktors vorgenommen werden kann.To fine-tune the detection sensitivity of the pre-decoupled probe 1 in particular the bendable wire bridges 16 used, which through the ring cores 21 . 22 are guided. The location of the wire bridges 16 can be easily varied. For example, a wire bridge 16 continue to move up or down, or outward or inward. This changes the coupling of the two loops 11 . 12 to each other, so that a fine adjustment of the coupling factor can be made.

In 3 ist eine Sonde 1 mit einer ähnlichen Gehäuseform wie in 2 dargestellt. Hierbei sind die beiden Schleifen 11 und 12 wiederum in einer Doppel-D-Anordnung vorgesehen, wobei sie sich jedoch im Längsbereich überlappen. Dies bedeutet, dass eine so genannte Längsentkopplung der Sonde 1 vorgesehen ist.In 3 is a probe 1 with a similar housing shape as in 2 shown. Here are the two loops 11 and 12 again provided in a double-D arrangement, but they overlap in the longitudinal region. This means that a so-called longitudinal decoupling of the probe 1 is provided.

Das Kopplungsverhalten zwischen den beiden Schleifen 11 und 12 kann wiederum über die exakte Lage der Drahtbrücken 16 feinjustiert werden. Auch in dieser Ausführungsform sind im Gehäuse 24 entsprechende Aussparungen für die Leiterplatte 14 mit den Schleifen 11 und 12 vorgesehen. So kann die Leiterplatte 14 in einem einfachen Produktionsschritt in das Sondengehäuse 24 gelegt werden.The coupling behavior between the two loops 11 and 12 can turn over the exact location of the jumpers 16 be fine-tuned. Also in this embodiment are in the housing 24 corresponding recesses for the circuit board 14 with the loops 11 and 12 intended. So can the circuit board 14 in a simple production step into the probe housing 24 be placed.

In der 4 ist eine Sonde 1 mit zwei zueinander konzentrisch liegenden Schleifen 11 und 12 dargestellt. Im Gegensatz zu den beiden vorherigen Ausführungsformen sind hier zwei Platinen 41 und 42 vorgesehen. Diese beiden Platinen 41 und 42 sind zueinander verstellbar angeordnet, so dass der gewünschte Kopplungsfaktor, z. B. eine vollständige Entkopplung, eingestellt werden kann. Nachdem die gewünschte Kopplung erreicht ist, kann die Platine 41 beispielsweise über Schrauben oder Einrastmittel relativ zur Platine 42 fixiert werden, so dass sich die Kopplung nicht mehr ändert.In the 4 is a probe 1 with two mutually concentric loops 11 and 12 shown. In contrast to the two previous embodiments, here are two boards 41 and 42 intended. These two boards 41 and 42 are arranged mutually adjustable, so that the desired coupling factor, z. B. a complete decoupling, can be adjusted. After the desired coupling is achieved, the board can 41 for example via screws or latching means relative to the board 42 be fixed so that the coupling does not change.

In dieser Ausführungsform ist die außen liegende zweite Schleife 12 als Sendeschleife vorgesehen. Sie ist als Kurzschlusswindung ausgeführt. Durch den Ringkern 22 wird ein relativ hoher Wechselstrom in der Schleife 12 induziert. Durch diesen Wechselstrom wird die Ausbreitung der elektromagnetischen Signale der Sonde 1 erreicht.In this embodiment, the outer second loop 12 provided as a transmission loop. It is designed as a short circuit winding. Through the toroidal core 22 becomes a relatively high alternating current in the loop 12 induced. This alternating current causes the propagation of the electromagnetic signals of the probe 1 reached.

Die vom Durchmesser kleinere erste Schleife 11 mit dem ersten Ringkern 21 ist ebenfalls als Kurzschlusswindung ausgeführt und fungiert als Empfangsschleife. Über den Ringkern 21 können die von der ersten Schleife 12 empfangenen Signale aufgenommen werden und einer nachgeschalteten Auswertung zugeleitet werden. Mit 26 ist ein Überlappungsbereich der Schleifen 11, 12 bezeichnet, der zur geometrischen Entkopplung der Spulenanordnungen vorgesehen ist.The smaller diameter first loop 11 with the first ring core 21 is also designed as a short-circuit winding and acts as a reception loop. About the toroid 21 can be from the first loop 12 received signals are received and forwarded to a downstream evaluation. With 26 is an overlap area of the loops 11 . 12 designated, which is provided for the geometric decoupling of the coil assemblies.

Die Sendeschleife 12 ist z. B. auf der Platine 42 unter der in diesem Bereich oberen Platine 41 vorgesehen oder kann auch als untere oder obere Drahtbrücke (nicht gezeigt) ausgeführt sein.The transmission loop 12 is z. B. on the board 42 under the upper board in this area 41 provided or may also be designed as a lower or upper wire bridge (not shown).

In den Aussparungen 18 kann die entsprechende Sende-/Empfängerelektronik vorgesehen sein. Die Drahtbrücken 16, über die die Ringkerne 21, 22 mit den Schleifen 11, 12 gekoppelt sind, können wiederum zu einer Feinjustierung der Kopplung verwendet werden, ähnlich wie dies bereits in Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wurde.In the recesses 18 the corresponding transmitter / receiver electronics can be provided. The wire bridges 16 about which the toroidal cores 21 . 22 with the loops 11 . 12 can in turn be used to fine tune the coupling, similar to that already described in relation to FIG 2 and 3 has been described.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Sonde mit Schleifen oder auch mit Spulen mit mehreren Windungen realisiert werden. Dies ist hauptsächlich von den gewünschten Impedanz- bzw. Induktivitätswerten, die auf der Sende- und/oder Empfängerseite notwendig sind, abhängig. Hierdurch kann die Sonde auf bestimmte Suchaufgaben optimiert werden.in principle can the probe of the invention with loops or can be realized with coils with multiple turns. This is mainly dependent on the desired impedance or inductance values on the transmitting and / or receiving side necessary, depending. This allows the probe to open certain search tasks are optimized.

Mit der erfindungsgemäßen Sonde ist es möglich, den Aufbau von Metalldetektoren zu vereinfachen und auch relativ kleine Detektorsonden mit guter Detektionsgenauigkeit zu schaffen.With the probe according to the invention it is possible to simplify the construction of metal detectors and also relatively small detector probes with good detection accuracy to create.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1010990 B1 [0002]
EP 0393387 A1 [0005]
- DE 3619308 C1 [0006]
EP 0607605 B1 [0006]
- DE 3615652 A1 [0007]

Claims

Detector probe ( 1 ) with a transmitting and a receiving device for electromagnetic signals, wherein the transmitting device is an arrangement ( 2 ) with a first loop ( 11 ) and one the loop ( 11 ) enclosing the first ring core ( 21 ), wherein the receiver device has a second arrangement ( 3 ) with a second loop ( 12 ) and one the loop ( 12 ) enclosing the second ring core ( 22 ), characterized in that the first ( 11 ) and second loop ( 12 ) are provided substantially in the same plane that the first and the second arrangement ( 2 . 3 ) are arranged as a coil arrangement and arranged in such a way as to form a pre-decoupled coil system, and that the first ( 21 ) and / or the second ring core ( 22 ) is designed in the sense of a toroidal transformer, wherein the primary and / or secondary winding through the through the ring core ( 21 . 22 ) running loop ( 11 . 12 ) is formed.

Detector probe according to claim 1, characterized in that the first loop ( 11 ) and / or the second loop ( 12 ) has one turn or at least two turns.

Detector probe according to claim 1 or 2, characterized in that the first ( 11 ) and / or the second loop ( 12 ) is grounded.

Detector probe according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first ( 11 ) and / or the second loop ( 12 ) at least partially on a circuit board ( 14 ) is formed, and is provided in particular as a printed conductor.

Detector probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first ( 11 ) and the second loop ( 12 ) are at least partially overlapping, in particular by means of a wire bridge, or arranged one inside the other.

Detector probe according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the first ( 11 ) and / or the second loop ( 12 ) are arranged relative to each other displaceable or variable.

Detector probe according to one of claims 1 to 6, characterized in that parts of the first ( 11 ) and / or the second loop ( 12 ), in particular the parts which are guided by a toroidal core, are designed to be movable.

Detector probe according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first ( 11 ) and / or the second loop ( 12 ) has a low inductance and few turns, in particular one, two or three turns are provided.

Detector probe according to one of claims 1 to 8, characterized in that the toroidal core ( 21 . 22 ) for inducing a, in particular high, alternating current within the loop ( 11 . 12 ) is designed.

Detector probe according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first ( 11 ) and the second loop ( 12 ) are arranged in double-D configuration for decoupling in the longitudinal direction or for decoupling in the transverse direction.

Detector probe according to one of claims 1 to 10, characterized in that the first ( 11 ) and the second loop ( 12 ) are provided substantially in a concentric arrangement, in particular with pre-decoupling.

Detector probe according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the detector probe ( 1 ) is designed for operation in CW or PI technology.