DE3139354C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Erkennen eines Gegenstandes in einer Überwachungszone
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes
ist beispielsweise aus der US-PS 37 47 086 bekannt. Bei
diesem System zur Erkennung von permeablen Gegenständen in
einer Überwachungszone wird in einer Überwachungszone ein
Magnetfeld mit einer Grundfrequenz erzeugt. Das
Vorhandensein eines Gegenstandes in der Überwachungszone
wird dann erkannt, wenn in dem Magnetfeld
Magnetfeld-Komponenten detektiert werden, die eine
Frequenz von geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen
der Grundfrequenz besitzen. Aufgrund der Auswertung dieser
Magnetfeld-Komponenten wird das Vorhandensein eines
Gegenstandes in der Überwachungszone signalisiert.
Nachdem jedoch anstelle einer selektiven Auswertung der
Magnetfeld-Komponenten die Auswertung durch
Verhältnisbildung der beiden ungeradzahligen bzw.
geradzahligen Harmonischen durchgeführt wird, können
Materialien, in denen selektiv einzelne Harmonische
unterdrückt werden, während andere selektiv durchgelassen
werden, nur schwer oder überhaupt nicht erfaßt werden. Das
System besitzt außerdem den wesentlichen Nachteil, daß es
zur Erkennung ein breites Spektrum der verfügbaren
Information über die Magnetfeld-Komponenten, z. B. über
deren jeweilige Amplituden- und Phasenlage nicht
verwendet, was eine niedrige Empfindlichkeit des Systems
gegenüber Störungen des Erdmagnetfeldes zur Folge hat.
Eine weitere Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes
in einer Überwachungszone ist aus der US-PS 35 59 201
bekannt, bei der die Tatsache, daß ein permeables Material
aufgrund von geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen
der Grundfrequenz eines in der Überwachungszone erzeugten
Magnetfeldes detektiert werden kann, nicht verwendet wird.
Die offenbarte Vorrichtung verwendet einen Oszillator zur
Erzeugung eines Magnetfeldes einer Grundfrequenz in der
Überwachungszone und einen Phasendetektor. Störungen
dieses erzeugten Magnetfeldes bei Vorhandensein eines
Gegenstandes in dem erzeugten Magnetfeld werden von einer
Empfangsrichtung an den Oszillator zurückgeführt, um die
Oszillatorphase oder Frequenz zu ändern, und die sich
ergebenden Veränderungen werden verwendet, um das
Vorliegen eines Gegenstandes in der Überwachungszone zu
signalisieren. Auch in diesem System wird lediglich ein
Kriterium, d. h. die Phasenlage, verwendet, und wie in der
oben beschriebenen Vorrichtung wird ein breites Spektrum
der verfügbaren Information über die
Magnetfeld-Komponenten nicht ausgewertet. Die US-PS
35 59 201, bei der eine Phasendetektion zur Erkennung
eines Gegenstandes in einer Überwachungszone ausgenutzt
wird, verwendet jedoch keinerlei Information über die
erzeugten geradzahligen und ungeradzahligen Harmonischen
in dem Magnetfeld zum Erkennen eines Gegenstandes.
Schließlich ist aus der FR-PS 7 63 681 eine Vorrichtung zum
Erkennen eines Gegenstandes durch Veränderung eines
Magnetfeldes bekannt. Wie schon in der US-PS 37 47 086,
wie oben beschrieben, festgestellt, werden auch in der
FR-PS 7 63 681 die unterschiedlichen Eigenschaften von
Materialien, die magnetisch leitfähig sind, einen
magnetischen Widerstand besitzen, niedrige und hohe
Permeabilität haben, beschrieben und es ist beobachtet
worden, daß in einem sich ändernden Magnetfeld
magnetisiertes Eisen Störungen hervorruft, die
geradzahlige Harmonische der Magnetfeldfrequenz enthalten,
während anderes permeables Material Signale erzeugt, in
denen ungeradzahlige Harmonische enthalten sind, wobei
höhere Permeabilität Veranlassung zu Harmonischen höherer
Ordnung gibt.
Das Ermitteln eines solchen Gegenstandes kann durch Messen
der Amplitude und der Phase einer ungeradzahligen
Harmonischen in Bezug auf das das Feld hervorrufende
Grundfrequenzsignal vorgenommen werden. In dem
beschriebenen Übertrager sind unerwünschte Harmonische
dadurch ausgeschaltet, daß zunächst die Ubertragerspulen
in einer Reihenresonanzschaltung abgestimmt sind. In einer
Empfangseinrichtung eliminiert ein Filter die
Grundfrequenz und alle unerwünschten Harmonischen und läßt
selektiv nur die gewünschten Harmonischen durch. So kann
beispielsweise ein Stück Permaloy dadurch festgestellt
werden, daß die elfte Harmonische und höhere Harmonische
durchgelassen werden. Andererseits kann ein magnetisiertes
Metallstück durch Messen der geradzahligen Harmonischen
festgestellt werden. Es ist auch beobachtet worden, daß
man die Feststellung durch Quotientenbestimmung aus den
werten der Grundfrequenz und seiner Harmonischen oder aus
den Harmonischen allein treffen kann, wie beispielsweise
schon in der US-PS 37 47 086 ausgenutzt.
In der obengenannten französischen Patentschrift sind
verschiedene Sendeeinrichtungen mit Spulenkonstruktionen
für Aussendung und Empfang des elektromagnetischen Feldes
bzw. Signals beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel
wird ein "8"-förmiger Spulenrahmen für das Aussenden und
ein rechteckiger Spulenrahmen für den Empfang benutzt,
während bei einem anderen Ausführungsbeispiel die
Spulenrahmen vertauscht sind, so daß der rechteckige
Rahmen die Sendefunktion hat und der "8"-förmige Rahmen
zum Empfang dient.
Weitere Verbesserungen der in der genannten FR-PS 7 63 681
beschriebenen Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes
sind beispielsweise in der US-PS 39 83 552 beschrieben, in
der von einer Diebstahl-Abschreckungsmarkierung mit
laminiertem Aufbau die Rede ist, welcher eine leicht
magnetisierte Schicht aus Permaloi und eine Steuerschicht
aus schwer zu magnetisierendem Vicalloy oder Remendur
enthält. Derartige Marken lassen sich, wenn die
Kontrollschicht magnetisiert ist, durch eine Schaltung
feststellen, die auf Amplitude und Phase des empfangenen
Signals der zweiten Harmonischen reagiert. Die Phase des
ankommenden Signals wird mit der Phase eines örtlichen
Bezugssignals verglichen, und wenn die empfangene Phase
entweder mit dem Bezugssignal übereinstimmt oder um 180°
gedreht ist und einen gegebenen Amplitudenwert
übersteigt, wird ein Alarm zur Signalisierung des
Vorliegens des Gegenstandes ausgelöst. ln der
Patentschrift wird ferner festgestellt, daß dann, wenn das
Kontrollelement entmagnetisiert ist, praktisch kein Anteil
von geradzahligen Harmonischen vorhanden ist. Was noch
auftritt, ist offensichtlich nicht feststellbar und wird
darauf zurückgeführt, daß immer noch eine geringe
Ausrichtung aufgrund des Erdmagnetfeldes oder anderer
magnetischer Gegenstande zurückbleibt.
Die US-PS 40 63 230 beschreibt eine Vorrichtung zum
Erkennen eines Gegenstandes, bei dem sowohl die Amplitude
als auch die Phase des ankommenden Signals überwacht wird.
Es wird ein Alarm ausgelöst, wenn diese beiden Größen in
einen vorbestimmten Bereich fallen. Die Patentschrift gibt
jedoch keine Frequenzen oder Harmonischen an, mit denen
gearbeitet wird. Die Antennen oder Spulen sind in Flächen
angeordnet, die sich zueinander parallel auf
gegenüberliegenden Seiten einer Überwachungszone befinden.
Die bekannten Einrichtungen sind somit insbesondere darauf
gerichtet, die Zuverlässigkeit der Erkennung von
speziellen, hochpermeablen Anhängern oder Marken
zuverlässiger zu machen und Fehlalarme zu vermeiden; die
durch andere Gegenstände ausgelöst werden können, die zwar
ähnliche, aber nicht identische magnetische und Leitfähigkeits
eigenschaften besitzen.
Unglücklicherweise führen jedoch einige der eingesetzten
Einrichtungen zu weiteren Problemen, die mit der
Diebstahl-Überwachung zusammenhängen. Ein brauchbares
System muß zuverlässig auf die Marke ansprechen; wenn sie
sich innerhalb der Überwachungszone befindet, darf jedoch
von Marken außerhalb dieser Zone nicht ausgelöst werden,
und es muß möglich sein, diese Überwachungszone auf einen
vernünftigen Bereich einzuschränken. Das Einschränken des
abgedeckten Bereichs kann durch Minimierung der von der
Sendeeinrichtung ausgesendeten Leistung und durch Auswahl
einer passenden Empfangseinrichtung mit einer
Richtspulengeometrie bewerkstelligt werden. Dieses Problem
ist jedoch nicht einfach zu lösen, weil es zudem notwendig
ist, das Vorhandensein einer Marke wirksam unabhängig von
ihrer Orientierung gegenüber der Sende- und
Empfangseinrichtung in der Überwachungszone festzustellen.
Wenn also nur die Phase und die Amplitude einer
geradzahligen oder ungeradzahligen Magnetfeld-Komponente
zur Erkennung eines Gegenstandes verwendet wird, muß zur
sicheren Erkennung ein starkes Magnetfeld durch Aussendung
einer hohen Leistung erzeugt werden. Auf der anderer Seite
verursacht jedoch das Aussenden einer großen Leistung, daß
die Überwachungszone nicht auf einen vernünftigen Bereich
eingeschränkt ist, so daß die Vorrichtung auch durch
Gegenstände ausgelöst werden kann, die sich außerhalb
dieser Zone befinden.
Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen liegt nun der
vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes in einer
Überwachungszone der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei der mit einem geringen Magnetfeld in der
Überwachungszone beliebig ausgerichtete Gegenstände in der
Überwachungszone sicher erkannt werden können und die
Vorrichtung von Gegenständen außerhalb der
Überwachungszone nicht ausgelöst wird.
Die obige Aufgabe wird gelöst von einer Vorrichtung zum
Erkennen eines Gegenstandes in einer Überwachungszone, die
die Merkmale a) bis f) des Patentanspruchs 1 umfaßt.
Insbesondere wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Auswerteeinrichtung zwei Signalkomponenten, die den
jeweiligen festgestellten Magnetfeld-Komponenten mit dem
ungeradzahligen bzw. geradzahligen Vielfachen der
Grundfrequenz entsprechen, sowie die Phasenabweichung der
beiden Signalkomponenten von der Phase eines
Referenzsignals zur Auswertung verwendet werden. Da diese
drei Informationen verwendet werden, um einen Alarm bei
Vorliegen des Gegenstandes in der Überwachungszone
auszulösen, kann ein geringeres Magnetfeld verwendet
werden, und somit wird der Energieverbrauch der
Vorrichtung herabgesetzt. Eine sichere Erkennung ist trotz
des niedrigen Magnetfeldes möglich, da der Gegenstand bei
Vorhandensein in der Überwachungszone charakteristische
Änderungen beispielsweise der zweiten und dritten
Harmonischen sowie der Phasen der beiden Harmonischen
verursacht. Die Möglichkeit der Verwendung eines
geringeren Magnetfeldes hat außerdem zur Folge, daß die
Vorrichtung nicht von Gegenständen ausgelöst werden kann,
die sich außerhalb der gewünschten Überwachungszone
befinden.
Es wurde beobachtet, daß unter geeigneten
Erregungsbedingungen das Erdmagnetfeld genügt, damit ein
Körper aus einem Material hoher Permeabilität
Feldstörungen hervorruft, in denen ausreichend Energie von
geradzahligen und ungeradzahligen Harmonischen,
insbesondere der zweiten und dritten Harmonischen,
vorhanden ist, und daß diese Energie als zuverlässige
Grundlage für eine Entscheidung zwischen speziell
dimensionierten Probenkörpern aus diesem Material und
gewöhnlichen Metallobjekten in dem Feld ausgenutzt werden
kann. Mit Hilfe einer speziell auf den Gegenstand
abgestimmten Apparatur kann die abgestrahlte oder
ausgesendete Energie vergleichsweise gering gehalten
werden. Eine sorgfältig gestaltete Spulenanordnung kann
mit einem derartigen Körper praktisch unabhängig von
seiner Ausrichtung innerhalb der Überwachungszone wirksam
koppeln.
Ferner enthält nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Sendeeinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes und
die Empfangseinrichtung zum Empfang des Magnetfeldes eine
integrierte Antennenstruktur aus Sende- und
Aufnahmespulen, die auf zwei Platten gleichmäßig
aufgeteilt sind, welche in parallelen Ebenen auf
gegenüberliegenden Seiten der Überwachungszone angeordnet
sind, wobei jede Platte eine Sendespule in Form eines
Parallelogramms und eine Empfängerspule in Gestalt einer
"8" enthält, und letztere so abgestimmt ist, daß die von
der mit ihr räumlich verbundenen Sendespule unmittelbar
ausgehenden Signale unterdrückt werden.
Im folgenden wird nun die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer
Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung mit
zwei parallelogrammförmige Platten, die Sende- bzw.
Empfangsspulen enthalten und dazwischen eine
Überwachungszone definieren;
Fig. 2 eine diagrammartige Darstellung der
gegenseitigen Ausrichtung der Platten
aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Schemabild der in den parallelogrammförmigen
Platten enthaltenen
Sende- und Empfangsspulen;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung;
und
Fig. 5 ein weiteres elektrisches Blockschaltbild
eines Teils einer in Fig. 4 dargestellten
Sende-Einrichtung.
Fig. 1 zeigt ein Paar parallelogrammförmiger Platten 10 und
11 in ihrer Anbringung in parallelen Ebenen auf gegenüberliegenden
Seiten eines Durchgangs 12, in dem eine
Überwachungszone definiert ist. Nur zum Zwecke der Darstellung
sind die beiden Platten 10 und 11 an Säulen 13, 14 befestigt,
die einzeln stehen können, aber auch durch die vertikalen
Schenkel eines Türfutters gebildet sein können. Werden geson
derte Säulen verwendet, können sie zugleich die elektroni
sche Schaltung enthalten, die später noch beschrieben wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Platten
10 und 11 einen Abstand von etwa 90 cm.
Die Platten 10 und 11 sind so geformt und angeordnet, daß
sie, wenn man senkrecht auf ihre Plattenebenen schaut,
so erscheinen, wie in Fig. 2 gezeigt. In der Fig. 2 ist die
Platte 10 gestrichelt, die Platte 11 mit ausgezogenen Linien
dargestellt. Die beiden Platten 10 und 11 sind kongruent,
und ihre kurzen Diagonalen 15, die strichpunktiert gezeich
net sind, fallen zusammen und stehen senkrecht auf den
kürzeren Seiten 16, 17 der Platte (10) bzw. 18, 19 der Platte 11.
Genauer gesagt, liegen die beiden kürzeren Diagonalen 15
in einer auf den Ebenen der Parallelogramme 10 und 11 senk
recht stehenden Ebene. Es versteht sich, daß die beiden
längeren Diagonalen in zwei verschiedenen Ebenen liegen,
die sich in der Mitte der kürzeren Diagonalen im Punkt
20 schneiden.
In der Fig. 3 sind die Platten 10 und 11 selbst strichpunk
tiert angedeutet. Sie enthalten integrierte Antennen, be
stehend aus Sende- und Empfangsspulen, die zwischen den bei
den Platten gleichmäßig aufgeteilt sind. Die Sendespulen 21
und 22, die schematisch in Fig. 3 dargestellt sind, haben
ebenfalls Parallelogrammform und befinden sich nahe den Um
fangsrändern der Platten 10 und 11. Die beiden Spulenteile
21 und 22 können aus zahlreichen Windungen bestehen, die so
gewickelt sind, daß , wenn die Spule 21 mit der Spule 22
zwischen Erde bei 23 und einem Kondensator 24 in Reihe ge
schaltet sind, der Strom während der wechselnden Halbperio
den des Speisungssignals so fließt, wie mit den Pfeilen
angedeutet. Die Einpfangsspulen sind mit 25 und 26 bezeich
net, haben die Form einer "8" und liegen innerhalb der Sen
despulen. Die Empfangsspulen 25 und 26 sind zwischen Erde
23 und einer Abgangsleitung 27 in Reihe geschaltet, wobei
die Windungen so gerichtet sind, daß während abwechselnder
Halbperioden eines empfangenen Signals der Strom in Rich
tung der in der Zeichnung angegebenen Pfeile fließt. Die
Empfangsspulen 25 und 26 sollten so abgeglichen sein, daß
die direkt von der sie umgebenden Sendespule 21 bzw. 22
ausgehenden Signale unterdrückt werden. Bei richtiger Symme
trie sind die Empfangsspulen außerdem so bezüglich irgend
welcher auftretenden Umgebungsinterferenz abgeglichen, die
nicht so gerichtet ist, daß unterschiedliche individuelle
Abschnitte der Spule beeinflußt werden.
Der Kondensator 24 ist so gewählt, daß er mit der Indukti
vität der Senderspulen 21 und 22 einen Reihenresonanzkreis
mit einem Gütefaktor Q von etwa 10 bildet. Bei Verwendung
mit Marken oder Etiquetten, die aus geraden Streifen ei
nes hochpermeablen Materials bestehen, zeigt die Parallelo
grammgestalt der Antennenspulen ein besonders gutes Auf
spürergebnis, wenn die Marken vertikal orientiert sind.
In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Erkennen eines Gegenstandes dargestellt. In Fig. 4 besteht
die Sendeeinrichtung aus den Spulen 21, 22, dem
Kondensator 24, dem Leistungsverstärker 28 sowie aus der
kristalloszillatorgesteuerten Quelle 30. Eine
Empfangseinrichtung zum Empfang des Magnetfeldes besteht
aus den Spulen 25, 26, einem Hochpaßfilter 39 und einem
rauscharmen Verstärker 40. Eine Detektiereinrichtung zur
Feststellung der Magnetfeld-Komponenten des empfangenen
Magnetfeldes wird aus den Bandpaßfiltern 41, 42, den
10-dB-Verstärkern 43, 47 und den Kommutierungsfiltern 44,
48 gebildet. Die Auswerteeinrichtung zur Auswertung des
Steuersignals besteht aus AC/DC-Wandlern 52, 57,
Ausschnitts-Spannungskomparatoren 53, 60, einem
Rechteckwellenverstärker 65, einem Phasenkomparator 67,
einem variablen Phasenschieber 69 und einem
Spannungskomparator 71.
Die erste, zweite und dritte Vergleichseinrichtung wird
durch einen AC-Wandler 59 und einen
Ausschnitts-Spannungskomparator 60 bzw. einen
AC/DC-Wandler 52 und einen
Ausschnitts-Spannungskomparator 53 bzw. einen
Rechteckwellenverstärker 65, einen Phasenkomparator 67,
einen variablen Phasenschieber 69 und einen
Spannungskomparator 71 gebildet. In der in Fig. 4
dargestellten Schaltung wird ein Alarm in einer
Alarmeinrichtung 57 erzeugt, wenn die Größe der ersten und
zweiten Signal-Komponenten 51, 58 innerhalb des ersten und
zweiten Signalbereichs und die Phasenabweichung innerhalb
des vorgegebenen Phasenbereichs liegen. Im folgenden wird
nun die Funktionsweise des Blockschaltbilds in Fig. 4
näher erläutert.
In Fig. 4
ist der Kondensator 24 mit dem Ausgang eines
Leistungsverstärkers 28 verbunden, der ein Sinussignal
von 520 Hz über die Leitung 29 von der kristalloszillatorgesteuerten
Quelle 30 erhält.
Fig. 5 zeigt eine derartige kristalloszillatorgesteuerte Quelle 30, die
einen Kristalloszillator 31 enthält, der mit einer Frequenz
von 49 920 Hz eine Reihe von Kalibrierschaltungen 32 versorgt,
die auf den Leitungen 33, 34, 35, 36 und 37 Rechtecksignale
mit den in der Zeichnung angegebenen Frequenzen
abgeben. Nach einer Teilung durch den Faktor Zwei hat das
Signal auf Leitung 33 die Frequenz 24 960 Hz, und nach Tei
lung abermals durch Zwei herrschen auf der Leitung 34
12 480 Hz.
Das Signal auf Leitung 35 wird durch Teilen des Signals auf
der Leitung 33 durch Drei erhalten, so daß die Frequenz
8320 Hz beträgt. Diese Frequenz wird durch Acht geteilt,
so daß auf der Leitung 36 die Frequenz 1040 Hz herrscht,
während durch abermaliges Teilen durch Zwei das Signal auf
der Leitung 37 mit 520 Hz entsteht.
Das Rechteckwellensignal mit der Frequenz 520 Hz auf der
Leitung 37 wird durch zwei biquadratische Bandpaßfilter
38 geleitet, um die Leitung 29 mit einem Sinuswellensignal
der Frequenz 520 Hz zu versorgen, welches relativ frei
von Harmonischen ist. Ein noch vorhandener Rest von Harmo
nischen im Signal auf der Leitung 29 wird durch die Ab
stimmung der Sendeantennenspulen 21 und 22 mit Hilfe des Kon
densators 24 unterdrückt.
In der Fig. 4 erkennt man, daß die Empfangsspulen 25 und 26
über die Leitung 27 mit dem Eingang des Hochpaßfilters
39 verbunden sind, dessen Ausgang auf den Eingang des
35 db rauscharmen Verstärkers 40 gegeben wird, von dem das
Signal parallel auf entsprechende Eingange der Bandpaßfil
ter 41 und 42 geleitet wird. Das Bandpaßfilter 41 hat
1040 Hz Mittenfrequenz, während das Bandpaßfilter 42 eine
Mittenfrequenz von 1560 Hz hat. Das Bandpaßfilter 41 ist
also auf die zweite Harmonische der Senderfrequenz von 520
Hz abgestimmt, während das Bandpaßfilter 42 auf die dritte
Harmonische abgestimmt ist.
Das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter 41 wird über den
70 db-Verstärker 43 zum Eingang des Kommutierungsfilters
44 gegegeben. Das Filter 44 erhält ein Rechteckwellensignal
von 1040 Hz über eine Leitung vom Ausgang einer Teiler
schaltung 46, die mit 8320 Hz Rechteckwellensignal über
die Leitung 35 versorgt wird. Die Teilerschaltung 46 teilt
also das ankommende Signal von der Leitung 35 durch Acht
und gibt das entsprechende Ausgangssignal auf der Leitung
45 ab.
In gleicher Weise wird das Signal vom Bandpaßfilter 42
durch einen 70 db-Verstärker 47 auf einen Eingang eines
Kommutierungsfilters 48 gegeben, der an einem zweiten Ein
gang über eine Leitung 49 mit einem Rechteckwellensignal
der Frequenz 1560 Hz versorgt wird. Letzteres Signal wird
von einer Teilerschaltung 50 zugeführt, deren Eingang an die
Leitung 34 angeschlossen ist. Die Teilerschaltung 50 teilt
das Eingangssignal durch Acht.
Das Kommutierungsfilter 48 hat eine Übertragungscharakteris
tik mit hohem Gütefaktor "Q" und ist scharf auf eine Mit
tenfrequenz von 1560 Hz abgestimmt. Sein Sinuswellenaus
gang über die Leitung 51 wird durch einen AC/DC-Wandler
52 auf einen Ausschnittspannungskomparator 53 gegeben. Der
Ausgang dieses Ausschnittspannungskomparators 53 wird über
eine Leitung 54 dem Eingang eines UND-Gatters 55 zugeführt,
dessen Ausgang 56 mit einer Alarmschaltung 57 verbunden
ist.
Das Kommutierungsfilter 44 hat ebenfalls eine Übertragungs
charakteristik mit hohem Gütefaktor "Q" und ist scharf auf
eine Mittenfrequenz auf 1040 Hz abgestimmt. Sein Sinuswel
lenausgangssignal wird über die Leitung 58 durch einen AC/
/DC-Wandler 59 zu einem Ausschnittspannungskomparator 60 ge
geben. Das Ausgangssignal des Ausschnittspannungskomparators
60 wird über eine Leitung 61 auf einen Eingang einer Addier
schaltung 62 geführt, die über ihre Ausgangsleitung 63 den
zweiten Eingang des UND-Gatters 55 versorgt.
Die Signale auf den Leitungen 51, 58 stellen zusammen das
Steuersignal dar, wobei, wie oben ausgeführt, die erste Signal-Komponente
auf der Leitung 51 und die zweite Signal-Komponente
auf der Leitung 58 vorliegt.
Das Ausgangssignal vom Kommutierungsfilter 44 wird über
die Leitung 58 und außerdem über eine Leitung 64 zum Eingang
eines Rechteckwellenverstärkers 65 gegeben, der ein Recht
eckwellensignal erzeugt, das über Leitung 66 zum Eingang ei
nes Phasenkomparators 67 gelangt. Am anderen Eingang erhält
der Phasenkomparator 67 über Leitung 68 das Ausgangssignal
eines variablen Phasenschiebers 69. Die Ausgangsgröße des
Phasenkomparators 67 wird über Leitung 70 und durch einen
Ausschnittsspannungskomparator 71 auf Leitung 72 gegeben,
über die es auf den zweiten Eingang der Addierschaltung 62
kommt.
Der variable Phasenschieber 69 kann als digitales Schiebe
register ausgebildet sein, das sein Taktsignal über Leitung
33 und sein Eingangssignal über Leitung 36 erhält, die an
hand der Fig. 5 bereits beschrieben sind.
Die Auswerte-Einrichtung der Schaltung wird durch eine Einschalt-
Rücksetzschaltung 73 vervollständigt, deren Ausgangssignal
über eine Leitung 74 zu einem weiteren Eingang der Alarm
schaltung 57 geleitet wird. Der Kristalloszillator 31
kann ein kristallgesteuerter Multivibrator sein, der ein
Rechteckwellensignal an die Kalibrierschaltungen 32 ab
gibt. Das Hochpaßfilter 39 in Fig. 4 kann passiv sein
und Frequenzen unter 1 kHz abdämpfen. Hierdurch werden alle
Störsignale mit Frequenzen unterhalb der zweiten Harmoni
schen der Senderfrequenz von 520 kHz ausgeschaltet. Auch
Störsignale, die von der Netzfrequenz stammen, sowie deren
untere Harmonische werden eliminiert.
Der anschließende rauscharme Verstärker 40 bringt Ver
stärkung und Pufferwirkung, um parallele Eingangssignale
auf die zwei Bandpaßfilter 41 und 42 zu geben. Letztere
Filter können auch passiv sein und weiterhin unerwünschte
Signale reduzieren, während Signale mit den gewünschten
Frequenzen der zweiten und dritten Harmonischen, also
1040 und 1560 Hz, durchgelassen werden. Eine weitere Ver
stärkung wird dann mit Hilfe der Verstärker 43 und 47 der
art vorgenommen, daß die Gesamtverstärkung vom Hochpaß
filter 39 bis zum Eingang der Kommutierungsfilter 44 und 48
in jedem Kanal in der Größenordnung von 105 dB liegt.
Die Kommutierungsfilter 44 und 48 bilden den Hauptwider
stand für unerwünschte Signale. Gleichzeitig werden diese
Filter so betrieben, daß sie die Signale von der Quelle 30
in Gleichlauf bringen, damit jegliche Schwankungen in der
ausgesendeten Frequenz kompensiert werden. Jedes Kommutie
rungsfilter 44 und 48 enthält sein entsprechendes-Bandpaß
filter mit niedrigem "Q", um Harmonische, die durch den
Bienenwabeneffekt der Kommutierungsfilter entstehen, zu
verringern. Es wird hier angenommen, daß derartige Bienen
waben-Kommutierungsfilter bekannte Digital-Bauelemente
sind, die nicht weiter beschrieben zu werden brauchen.
Die Sinussignale am Ausgang der Kommutierungsfilter werden
dann durch entsprechende Wandler 52 und 59 von beliebiger
Gestalt in Gleichstromsignale umgesetzt. Nach geeigneter
Pufferung (nicht gezeigt) werden die Signale den Ausschnitts
spannungs-Komparatoren 52 und 60 zugeführt, die vorbereitet
sind, um die Signale den jeweiligen Ausgangsleitungen 54
und 61 nur dann zuzuleiten, wenn die Signale an ihrem Ein
gang innerhalb eines bestimmten Bereiches auftreten. Ein
solcher Bereich ist vorherbestimmt aufgrund der Charakteri
stik der Suchmarke, die festgestellt werden soll.
Wie früher erwähnt, erzeugen die Rechteckverstärker 65
eine Rechtweckwelle aus dem Sinussignal an ihrem Eingang,
die sie dann dem Phasenkomparator 67 zuleiten. Der Phasen
komparator 67 kann als Exklusiv-ODER-Gatter ausgebildet sein.
Sein Ausgang wird dem Ausschnitts-Spannungskomparator 71
zugeführt, der ebenfalls auf einen vorbestimmten Bereich
der Eingangssignale reagiert und auf Leitung 72 sein Aus
gangssignal an die Addierschaltung 62 abgibt. Nur wenn die
Ausgangssignale von allen drei Ausschnitts-Spannungskompara
toren 53, 60 und 71 gleichzeitig auftreten, gibt das UND-
Gatter 55 über die Leitung 56 ein Ausgangssignal ab, durch
das die Alarmschaltung 57 erregt wird. Die Einschalt
rücknetzschaltung 73 dient dazu, die Alarmschaltung 57
für kurze Zeit, z. B. 6 s, außer Wirkung zu setzen, wenn
die Anlage anfangs mit Strom versorgt wird. Dies dient dazu,
während der Anfangsperiode einen Fehlalarm zu unterbinden.
In einem gemäß der Erfindung aufgebauten System war der
Leistungsverstärker 28 so eingerichtet, daß die Senderspu
len 21 und 22 mit etwa 8 Watt Effektivleistung gespeist wur
den. Die relative Geometrie von Empfänger- und Senderspulen
und ihre Anbringung erzeugten eine Dämpfung von 40 bis 80 dB
bezüglich des direkten Durchgangs zwischen ihnen. Es kann
angenommen werden, daß das Erdmagnetfeld in den Bereich von
0,5 Oersted fällt. Eine zufriedenstellende Wirkung wurde erzielt,
wenn ein Etikett oder eine Marke verwendet wurde, deren
Rumpfteil aus hochpermeablem Material in Form eines Bandes
oder Streifens von 7,5 cm Länge, 1,5 mm Breite und 0,6 mm
Stärke ausgeführt ist, dessen maximale Permeabilität etwa
180 000 beträgt. Die Koerzitivkraft dieses Materials ist
etwa 0,035 Oersted. Wenn ein solcher Gegenstand in den
Raum zwischen den Platten 10 und 11 eingebracht wird, und
das System eingeschaltet ist, wird ein Alarm ausgelöst.
Es konnte experimentell festgestellt werden, daß mit der
beschriebenen Antennengestaltung dann, wenn die beschrie
bene Marke zwischen den Antennenplatten in vertikaler Rich
tung ausgerichtet ist, die festgestellte Signalstärke der
zweiten Harmonischen etwa -45db beträgt, während bei ei
ner 10°-Neigung der Marke aus der Vertikalen die Signal
stärke der zweiten Harmonischen nun annähernd -20 db
beträgt. Man sieht also, daß bei nur einer geringen Abwei
chung aus der Vertikalen ein erheblicher Anstieg des
festgestellten Signal zu verzeichnen ist, so daß ein Anhän
ger oder eine Marke auch bei beliebiger Ausrichtung zuverlässig festgestellt werden kann.
Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, daß für
den Fall, daß die Marke mit Mitteln ausgestattet ist,
die gerade die Komponente der zweiten Harmonischen des
Signals unterdrückt, es möglich ist, die Marke nach Belie
ben zu aktivieren oder zu deaktivieren. Derartige Mittel
sind bekannt.
Wenn der Empfänger ohne Marke in der Überwachungszone eingestellt
wird, wird das Signal vom variablen Phasenschieber
69 so in die Phase eingestellt, bis ein minimaler Gleichspannungspegel
am Ausgang des Phasenkomparators 67 auftritt.
Dieser minimale Ausgangswert bedeutet, daß die empfangene
Signalkomponente der zweiten Harmonischen gegenüber dem
Bezugssignal um 180° phasenverschoben ist.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes aus
permeablem Material in einer Überwachungszone (12) mit:
- a) einer Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer vorgegebenen Grundfrequenz in der Überwachungszone (12), wobei das Magnetfeld durch den Gegenstand derart veränderbar ist, daß es Magnetfeld-Komponenten mit einem geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz enthält;
- b) einer Empfangs-Einrichtung (25, 26, 39, 40) zum Empfang des Magnetfeldes;
- c) einer Detektier-Einrichtung (41, 42, 43, 44, 47, 48) zur Feststellung der Magnetfeld-Komponenten des empfangenen Magnetfeldes mit dem geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz, sowie zur Abgabe eines Steuersignals (51, 58) entsprechend den Magnetfeld-Komponenten; und
- d) eine Auswerte-Einrichtung (52, 53, 55, 59, 60, 62, 65, 67, 69, 71) zur Auswertung des Steuersignals (51, 58) für die festgestellten Magnetfeld-Komponenten, und zur Signalisierung des im Überwachungsbereich befindlichen Gegenstands als Folge der Auswertung des Steuersignals (51, 58) aufgrund der festgestellten Magnetfeld-Komponenten;
dadurch gekennzeichnet, daß
- e) die Auswerte-Einrichtung (52, 53, 55, 59, 60, 62, 65,
67, 69, 71)
- e1) in einer ersten Vergleichs-Einrichtung (59, 60) bestimmt, ob die Größe einer ersten Signalkomponente (58) des Steuersignals (51, 58), die der festgestellten Magnetfeld-Komponente mit dem geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entspricht, in einem ersten vorgegebenen Signalbereich liegt;
- e2) in einer zweiten Vergleichs-Einrichtung (52, 53) bestimmt, ob die Größe einer zweiten Signal-Komponente (51) des Steuersignals (51, 58), die der festgestellten Magnetfeld-Komponente mit dem ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entspricht, in einem zweiten vorgegebenen Signalbereich liegt; und
- e3) in einer dritten Vergleichs-Einrichtung (65, 67, 69, 71) bestimmt, ob die Abweichung der Phase der ersten oder zweiten Signal-Komponente (51, 58) von der Phase eines Referenzsignals (68) in einem vorgegebenen Phasen-Bereich liegt; und
- f) ein Alarmsignal zur Signalisierung erzeugt wird, wenn die Größe der ersten und zweiten Signal-Komponente (51, 58) innerhalb des ersten und zweiten Signalbereichs, und die Phasenabweichung innerhalb des vorgegebenen Phasenbereichs liegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Grundfrequenz im Bereich von 520 Hz liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Detektier-Einrichtung (41, 42, 43, 44, 47, 48) jeweils ein
kommutierendes Kammfilter (44 bzw. 48) für die jeweilige
Magnetfeld-Komponente enthält und mit der
Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) synchronisiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) und die
Empfangs-Einrichtung (25, 26, 39, 40) eine integrierte
Antennenstruktur aus Sende- und Aufnahmespulen (21, 22;
25, 26) aufweisen, die auf zwei Platten (10, 11)
gleichmäßig aufgeteilt sind, welche in parallelen Ebenen
auf gegenüberliegenden Seiten der Überwachungszone (12)
angeordnet sind, wobei jede Platte (10, 11) eine
Sendespule (21, 22) in Form eines Parallelogramms und eine
Empfängerspule (25, 26) in Gestalt einer "8" enthält und
letztere so abgestimmt ist, daß die von der mit ihr
räumlich verbundenen Sendespule (21, 22) unmittelbar
ausgehenden Signale unterdrückt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sendespulen (21, 22) kongruent sind und ihre kurzen
Diagonalen (15) senkrecht auf ihren kurzen
Parallelogrammseiten (16-19) stehen, und daß die Platten
(10, 11) so gestaltet und angeordnet sind, daß die kurzen
Diagonalen (15) in einer gemeinsamen Ebene liegen, die
auf den Parallelogrammebenen senkrecht steht, und die
langen Diagonalen der Parallelogramme in getrennten
Ebenen liegen, die sich auf einer Geraden in der
gemeinsamen Ebene der kurzen Diagonalen (15) schneiden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sende-Einrichtung
(21, 22, 24, 28, 30) eine Einrichtung zum Verbinden der
Sendespulen (21, 22) der beiden Platten (10, 11) in einer
Reihenresonanzschaltung (21, 22, 24) mit einem Ausgang
einer Signalquelle (31, 32) umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der zu erkennende Gegenstand aus einem hochpermeablen
Material besteht.
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Legal Events
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