-
Die Erfindung betrifft ein Schleifensystem für Metallsuchgeräte zur Großflächensondierung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Ein derartiges Schleifensystem ist zum Beispiel aus
G 88 00 815.0 ,
3, mit einem dort beschriebenen Suchrahmen bekannt. Beim Einsatz eines derartigen Schleifensystems für Metallsuchgeräte zur Detektion von Metallobjekten in Stadt- oder Industriebereichen oder unterhalb von Straßen, stellt man in aller Regel bei aktiven oder passiven Sondierungen fest, dass Störungen durch Wechselfelder von Starkstromanlagen oder unterirdischen Infrastrukturen vorliegen. Um derartige Störsignale weitgehend zu kompensieren, werden bei den bekannten Schleifensystemen Konfigurationen der Empfängerschleife in Form einer liegenden Acht eingesetzt, wobei das gesamte Schleifensystem mit Empfänger- und Sendespule mithilfe eines Suchrahmens über den zu untersuchenden Flächenbereich bewegbar ist.
-
Dem Fachmann ist hierbei bekannt, dass man bei Auslegung der Empfängerspule, zum Beispiel in Form einer liegenden Acht, eine kompensierende Spule erhält, mittels der Wechselfeldstörungen, welche sich auf die beiden etwa kreisförmigen Schleifenhälften auswirken, aufgrund eines gegenphasigen Stroms in den einzelnen Schleifenhälften, sich gegenseitig aufheben. Bei dieser Auslegung des Schleifensystems hat man festgestellt, dass man im Vergleich zu einer offenen Schleife, also ohne Kreuzung von Schleifenleitungen oder deren gegenphasiger Anordnung, einen Reichweitenverlust des Metallsuchgerätes hinnehmen muss, wie es bei Differenzverfahren zur Metalldetektion typisch ist.
-
Gerade bei Detektionsaufgaben zur Ermittlung von Metallobjekten wie Sprengkörpern oder Blindgängern unterhalb von Straßen oder Flugfeldbereichen, insbesondere unterhalb von Asphaltflächen, ist jedoch ein großer Reichweitenbereich von Metallsuchgeräten auch in der Tiefe wünschenswert.
-
Unter diesen Gesichtspunkten stellt sich daher die Aufgabe, ein Schleifensystem für Metallsuchgeräte zu schaffen, das relativ störunempfindlich ausgelegt ist und eine Großflächensondierung in effizienter Weise mit hoher Tiefenwirkung ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Schleifensystems für Metallsuchgeräte mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. In den Unteransprüchen und der Beschreibung sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung noch näher erläutert.
-
Ein wesentlicher Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, bei einem entsprechenden Schleifensystem eine Sendespule mit relativ großer Innenfläche vorzusehen, so dass es möglich ist, die mindestens eine Empfängerspule innerhalb der Sendespule anzuordnen, und die Empfängerspule als kompensierende Spule, speziell in Art einer Acht auszulegen, wobei die zwei Schleifenhälften der Empfängerspule mit einem möglichst großen Basisabstand voneinander, insbesondere in Sondierungsrichtung, vorgesehen sind. Als Basisabstand zwischen den beiden Schleifenhälften einer Acht als Empfängerspule wird dabei der fiktive Abstand zwischen den nächstliegenden Punkten der etwa kreisförmigen oder polygonalen Konturen der Schleifenhälften bezeichnet. Mit anderen Worten wird der Kreuzungspunkt beziehungsweise -bereich einer Acht in Art einer Strecke auseinandergezogen, so dass innerhalb der Sendespule ein möglichst großer Basisabstand für die zwei Schleifenhälften der Empfängerspule erreicht werden kann.
-
Durch den großen Basisabstand der Schleifenhälften der Empfängerspule reduziert sich der Reichweitenverlust gegenüber der eingangs genannten Anordnung einer kompensierenden Spule als Acht ganz erheblich. Mittels dieser erfindungsgemäßen Auslegung können daher Wechselfeldstörungen weitgehend eliminierend kompensiert werden, wobei die große Innenfläche der Sendespule für eine große Feldausbreitung mit entsprechend hoher Tiefenwirkung erhalten bleibt, so dass die Detektionsweite der Empfängerspule beträchtlich verbessert werden kann.
-
Eine weitere Verbesserung der Unterdrückung von Störsignalen erreicht man mit der kombinierten Anordnung von zwei Empfängerspulen mit kompensierender Wirkung und einem jeweils großen Basisabstand der Schleifenhälften, wobei zweckmäßigerweise eine überkreuzende Anordnung der zwei Empfängerspulen vorgesehen wird. Dies kann vorteilhafterweise mittels zweier Empfängerspulen realisiert werden, die sich innerhalb der Sendespule, in Sondierungsrichtung gesehen etwa diagonal gegenüberliegen und sich im mittleren Bereich der Sendespule kreuzen. Auch eine kreuzförmige Anordnung der vier Schleifenhälften zweier Empfängerspulen ist möglich, wobei eine Empfängerspule mit ihren zwei Schleifenhälften in Sondierungsrichtung orientiert sein kann, während die andere Empfängerspule dazu etwa quer angeordnet ist.
-
Die Größe der Sendespule von zum Beispiel 10 m2 oder auch 20 m2 beeinflusst daher auch den Basisabstand zwischen zwei zugeordneten Schleifenhälften einer Empfängerspule. Insbesondere kann daher bei einer diagonalen Anordnung zweier sich etwa im mittleren Bereich der Sendespule kreuzenden Empfängerspulen, ein relativ großer Basisabstand zwischen den Schleifenhälften und damit eine gute Unterdrückung von Störsignalen bei Verbesserung der Detektion in Reichweite und Tiefenwirkung erreicht werden.
-
Im Hinblick auf eine relativ einfache Handhabung des großflächigen Schleifensystems ist dieses an ein fahrbares oder tragbares Rahmengestell adaptiert. Das Rahmengestell kann dabei vorteilhafterweise aus Rohrmodulen bestehen, auf denen das Schleifensystem, insbesondere die Sendespule und die Empfängerspulen, angebracht sind. Das Rahmengestell besteht dabei vorzugsweise aus einem Kunststoff oder aus Holz und ist formstabil ausgelegt, um mechanische Veränderungen des Gestells zu vermeiden, was im anderen Fall zu Fehlern bei der Signalauswertung führen könnte.
-
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zur Aufnahme des gesamten Schleifensystems eine stabile, leichte Kunststoffplatte vorgesehen sein, wobei auch ausgeschäumte Kunststoffplatten zum Einsatz kommen können.
-
Um gerade bei sehr großflächigen Schleifensystemen eine einfache Bedienbarkeit zu gewährleisten, können im Außenbereich eines Rahmengestells mit Schleifensystem beidseitig Trageinrichtungen vorgesehen sein. In einem derartigen Fall sind bereits zwei Personen für die Bewegung des Schleifensystems über den zu untersuchenden Flächen- und Bodenbereich ausreichend.
-
Insbesondere für Detektionsvorgänge zur Ermittlung von Metallobjekten unterhalb von asphaltierten Bereichen, also relativ ebenen Flächen, kann das das Schleifensystem aufnehmende Rahmengestell auch mit Rädern ausgestattet sein, so dass eine leichte und rasche Verfahrbarkeit gewährleistet ist.
-
Im Hinblick auf eine leichte Komplementierbarkeit eines Rahmengestells mit entsprechendem Schleifensystem hat sich die Rechteckkonfiguration der großflächigen Sendespule als vorteilhaft erwiesen. Entsprechend dieser Konfiguration sind dementsprechend auch die Schleifenhälften der entsprechenden Empfängerspulen in Rechteckform ausgelegt. Das Erreichen eines maximalen Basisabstandes zwischen den Schleifenhälften einer Empfängerspule und die Flächenüberdeckung der einzelnen Schleifenhälften kann im Hinblick auf eine gute Detektion eines erwarteten Sekundärsignales optimal ausgelegt werden. Zur besseren Erfassung und Auswertung der erwarteten Sekundärsignale wird das Schleifensystem bevorzugt mit zwei Empfängerspulen betrieben. Im Falle einer Rechteckauslegung von Sendespule und den jeweiligen Schleifenhälften der Empfängerspulen erfolgt eine diagonale Anordnung der zwei Empfängerspulen, so dass sich im Bereich des Basisabstandes und etwa mittig zur Sendespule die entsprechenden Verbindungsleitungen zweier Schleifenhälften einer Empfängerspule mit der anderen Verbindungsleitung der zweiten Empfängerspule überkreuzen.
-
Sofern die Sendespule in anderer Form, zum Beispiel kreisförmig oder polygonmäßig konfiguriert ist, können auch die innen liegenden Schleifenhälften der Empfängerspulen daran angepasst mit größtmöglicher Flächenüberdeckung und großem Basisabstand kreisförmig oder polygonmäßig vorgesehen sein.
-
Die großflächige Sendespule des Schleifensystems wird vorteilhafterweise mit zwei innen liegenden, sich überkreuzenden Empfängerspulen kombiniert, wobei mit der jeweiligen Empfängerspule das Prinzip einer langgezogenen Acht realisiert wird, so dass induzierte Störspannungen durch unerwünschte Wechselfeldeinflüsse aufgrund der gegenphasigen Wirkung der beiden Schleifenhälften einer Empfängerspule sich gegeneinander aufheben beziehungsweise kompensieren. Zwar wird bei dieser Differenzmessung wie auch bei anderen aktiven oder passiven Differenzmessungen ein Reichweitenverlust des Metallsuchgerätes entstehen. Allerdings wird hierbei der große Vorteil erreicht, dass das lokale Rauschen beziehungsweise die elektromagnetische Störinduktion aufgrund von Wechselfeldeinflüssen weitestgehend unterdrückt werden kann. Bei PI-Suchschleifen in der Konfiguration einer Acht, wie es bereits aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik bekannt ist, nimmt man bisher den Reichweitenverlust von etwa 20% gegenüber einer absoluten Messung zwangsläufig in Kauf, da durch die enganliegenden Schleifenwindungen der Acht auch ein Teil des Sekundärfeldes differenziert beziehungsweise kompensiert wird.
-
Überraschenderweise hat man aber gerade bei dem erfindungsgemäßen Schleifensystem festgestellt, dass bei Empfängerspulen mit geometrisch auseinandergezogener Acht, also mit einem großen Basisabstand, die Kompensation der räumlich einwirkenden Störfelder beziehungsweise EMI-Felder erhalten bleibt, aber das in der Empfängerspule aufgenommene Sekundärfeld durch den großen Basisabstand zwischen den Schleifenhälften der Empfängerspule weit weniger reduziert wird als im Stand der Technik. Jede Spulenhälfte wirkt sozusagen für sich selbst.
-
Ein weiterer Vorteil bei einer Auslegung des Schleifensystems mit vier sich kreuzenden Schleifenhälften zweier Empfängerspulen besteht darin, dass die Sekundärsignale der zwei Empfängerspulen in einer Zweikanaltechnik weiter aufbereitet und ausgewertet werden können. Eine vergleichbare Zweikanaltechnik ist beispielsweise aus
EP 0 892 285 B1 bekannt. Jedoch hat die flächenmäßige Dimensionierung des erfindungsgemäßen Schleifensystems eine wesentlich größere Dimension, die im Bereich von 10 m
2, 20 m
2 oder größer liegt.
-
Es besteht sogar die Möglichkeit, die Sendespule als weitere, dritte Empfängerspule zu nutzen und eine Dreikanalauslegung des Schleifensystems zu schaffen, so dass mittels der Einstellung entsprechender Abtast- und Samplingzeiten noch weitere verbesserte objekt- oder bodenspezifische Merkmale ermittelt werden können.
-
Die zwei Empfängerspulen können auch übereinanderliegend angeordnet werden, wobei auch hierbei eine entkoppelte Anordnung, zum Beispiel als Differenzschaltung vorgesehen wird.
-
Auch ist eine nicht kompensierende Anordnung der vier Schleifenhälften zur Aufnahme von Absolutwerten der Sekundärsignale möglich, wobei diese Werte mittels Computer einer digitalen Kompensation von Störsignalen unterzogen werden können.
-
In einer beispielhaften vorteilhaften Anordnung des Schleifensystems werden bei Abmessungen der Sendespulen in Form eines Rechteckes von circa 3,3 m × 2,5 m und einer Rechteckform der Schleifenhälften der Empfängerspulen mit ca. 1 m Seitenabstand, ein Basisabstand von diagonal gegenüber liegenden Schleifenhälften in Sondierungsrichtung von etwa 1 m bis 1,1 m erreicht. Bei einer derartigen Ausführung wird großflächig auch unter Asphaltoberflächen eine hervorragende Tiefenwirkung des Primärfeldes mit guter Kompensation von Störfeldern aufgrund von Starkstromanlagen oder unterirdischen Infrastrukturen erreicht und gleichzeitig eine Detektionsverbesserung von metallischen Objekten im Boden erzielt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier schematischer Beispiele noch näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1: ein vereinfacht dargestelltes erfindungsgemäßes Schleifensystem mit großer Sendespule und zwei darin im Sinne einer auseinandergezogenen Acht platzierten zwei kompensierenden Empfängerspulen und deren vier rechteckförmigen Schleifenhälften, und
-
2: ein elektrisches Blockschaltbild des Ausführungsbeispieles nach 1 mit schematischer Darstellung der Sendespule als weitere Empfängerspule.
-
Die Darstellung in 1 zeigt vereinfachend lediglich ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Schleifensystems für Metallsuchgeräte zur Großflächensondierung, wobei ein entsprechendes Rahmengestell zur Aufnahme der Schleifenkonfigurationen nicht dargestellt ist. In 1 ist eine rechteckförmige, umlaufende Sendespule TX vereinfacht dargestellt. Innerhalb der Fläche der Sendespule TX sind zwei sich überkreuzende Empfängerspulen R1 und R2 vorgesehen, die in Art einer auseinandergezogenen Acht mit zwei Schleifenhälften RX etwa diagonal innerhalb der Sendespule TX angeordnet sind. Die beiden Empfängerspulen R1, R2 überkreuzen sich im mittleren Bereich bei 17 mit den Leitungsverbindungen 15 beziehungsweise 16 der jeweils zugeordneten Schleifenhälften RX. Zur besseren Flächenüberdeckung einerseits und zur Vergrößerung des Basisabstandes A zwischen den jeweiligen Schleifenhälften RX sind diese auch als Rechteckform ausgelegt.
-
Aus Vereinfachungsgründen ist ein das Schleifensystem 10 tragendes Rahmengestell nicht dargestellt. An den beiden Längsseiten des Schleifensystems sind beidseitig zwei Trag- beziehungsweise Fahreinrichtungen 25 dargestellt, die normalerweise mit dem Rahmengestell beziehungsweise einer das Schleifensystem aufnehmenden, gewichtsleichten Platte, verbunden sind. Abhängig von der zu untersuchenden Flächenkontur, zum Beispiel bei Straßen, wird bevorzugterweise die Fahreinrichtung 25 für das Schleifensystem des Metallsuchgerätes genutzt. Im Feldbereich mit Unebenheiten wird das entsprechende Metallsuchgerät durch Personen mittels Trageinrichtungen 2, 5 in Sondierungsrichtung S bewegt.
-
Der Begriff der Großflächensondierung im Rahmen dieser Erfindung beinhaltet einerseits den Aspekt, dass mittels eines derartigen Metallsuchgerätes auf praktikable Weise relativ große Bodenflächen nach Metallobjekten effizient detektiert werden können. Andererseits wird damit auch zum Ausdruck gebracht, dass das verwendete Schleifensystem großflächig ausgelegt ist, wobei mittels der umlaufenden Sendespule TX Innenflächenbereiche von 10 m2, 20 m2 oder größer abgedeckt werden können.
-
Überraschenderweise hat sich beim erfindungsgemäßen Schleifensystem gezeigt, dass trotz der Auslegung der jeweiligen Empfängerspule R1, R2 als kompensierende Spule von Störwechselfeldern aus der Umgebung, das von zu detektierenden Metallobjekten stammende Sekundärfeld aufgrund des großen Basisabstandes zwischen zwei Schleifenhälften RX einer Empfängerspule R1, R2 wesentlich schwächer kompensiert wird, so dass ein günstigerer Signalpegel des Sekundärsignals empfangen wird. Dies ermöglicht es auch, spezifische Parameter von Metallobjekten, wie Größe, Tiefe etc., präziser auszuwerten.
-
Derart positive Detektionsergebnisse können beispielsweise bei einem Schleifensystem nach 1 mit Abmessungen von der Breite B von etwa 2,5 m, einer Länge L von etwa 3,3 m, einer Seitenlänge der Schleifenhälften RX von etwa 1 m und einem Basisabstand A von 1 m beziehungsweise 1,2 m, erreicht werden. Der Abstand zwischen Suchspule TX und benachbarter Seite einer Schleifenhälfte RX kann dabei etwa 0,2 m betragen. In der Längsachse beziehungsweise Sondierungsrichtung S gesehen beträgt der Abstand zwischen benachbarten Rechteckseiten zweier Schleifenhälften RX etwa 0,1 m.
-
Ein schematisches, elektrisches Blockschaltbild eines Schleifensystems 10 nach 1 ist in 2 dargestellt, wobei die Sendespule TX auch als Empfängerspule R3 geschaltet werden kann. Das Schleifensystem 10 kann für den PI-Betrieb (Puls-Induktions-Betrieb) auch als TEM-Suchanordnung bezeichnet werden (TEM: Time Electro Magnetic). Die 2 zeigt die außen liegende Sendespule TX. Von rechts oben nach links unten gesehen ist diagonal im Bereich der Innenfläche die Empfängerspule R1 mit ihren zwei Schleifenhälften RX angeordnet. Zwischen den Anschlusspunkten 5, 6 charakterisiert L1 die Induktivität der oberen Schleifenhälfte RX, während diagonal nach unten links gesehen, die gleiche Induktivität L1 zwischen den Anschlusspunkten 7, 8 für die untere Schleifenhälfte der Empfängerspule R1 eingezeichnet ist. Wesentlich sind hierbei die gleiche Induktivität L1 und ein maximal möglicher Basisabstand zwischen den diagonal gegenüber liegenden Schleifenhälften RX der entsprechenden Empfängerspule. Wie dargestellt, werden die Anschlüsse 5 und 7 auf einen Operationsverstärker 45 geführt, dessen Ausgang sozusagen einen ersten Kanal 41 mit einem Ausgangssignal Ua1 darstellt. Der Anschluss 6 ist schaltungsmäßig auf den Anschluss 8 geführt, so dass lokales Rauschen und Störfelder aufgrund von Wechselfeldeinflüssen weitgehend unterdrückt und kompensiert werden können.
-
In analoger Weise wie die Anordnung der Empfängerspule R1 ist die Empfängerspule R2 diagonal von links oben nach rechts unten vorgesehen.
-
Die obere Schleifenhälfte RX ist durch die Induktivität 12 zwischen den Anschlüssen 1 und 2 charakterisiert. Die dazugehörende Schleifenhälfte RX im unteren rechten Bereich ist mit ihrer Induktivität 12 zwischen den Anschlüssen 3 und 4 dargestellt. Die Anschlüsse 2 und 4 der zweiten Empfängerspule R2 sind ebenfalls auf einen Operationsverstärker 46 und einen zweiten Kanal 42 mit einem Ausgangssignal Ua2 geleitet. Die Anschlüsse 3 und 1 sind gegenphasig miteinander verbunden.
-
Die Sendespule TX selbst steht mit einem Pulsgenerator 40 in Verbindung, der kurze Primärimpuls P, die als Mono-Einzelimpulse oder bipolare Einzelimpulse über die Sendespule TX das Primärfeld erzeugen.
-
Die objektspezifische Auswertung über die Kanäle
41,
42 mit Werten zur Art des Objektes, Lage, Tiefe etc. ist dem Fachmann hinreichend bekannt. Es wird hierzu beispielhaft auf die
EP 0 892 285 B1 verwiesen.
-
Die Sendespule TX kann, wie schematisch dargestellt, über einen gesteuerten Schalter S1 als weitere Empfängerspule R3 mit zum Beispiel einem dritten Auswertekanal 43 betrieben werden, so dass eine weitere Verbesserung, insbesondere in der Tiefe der Bodensondierung erreicht werden kann.
-
Ein mit dem erfindungsgemäßen Schleifensystem ausgestattetes Metallsuchgerät erlaubt daher gerade bei einer Großflächensondierung nach metallischen Objekten eine gute Kompensation unerwünschter Störsignale, wobei aufgrund des großen Basisabstandes A von Schleifenhälften der Empfängerspulen überraschenderweise die von zu detektierenden Objekten stammenden Sekundärfelder gut empfangen und ausgewertet werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 8800815 U [0002]
- EP 0892285 B1 [0019, 0036]
