DE3526492A1 - Vorrichtung zum auffinden von metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffinden von Metall, insbesondere von Minen in Wüstenregionen, mit einer aktiven Metallsuchsonde.

Zum Auffinden von Metall im Untergrund sind Vorrichtungen bekannt, die von einer Bedienungeperson per Hand über die absuchende Fläche geführt werden. Diese Vorrichtungen sind in der Baugröße begrenzt, weil sie von der Bedienungsperson getragen werden müssen, und weisen deswegen eine geringe Flächensuchleistung auf, die bei etwa 2 m²/s liegt, und eine geringe Suchtiefe. Insbesondere bei der Suche von Minen und anderen metallhaltigen Kampfmitteln, die im Untergrund verborgen sind, kommt es regelmäßig zu einer Gefährdung der Bedienungsperson, da sie sich schon in un­ mittelbarer Nähe eines Kampfmittels befindet, wenn die Vorrichtung das Vorhandensein von Metall anzeigt.

Die Vorrichtung zum Auffinden von Metall orten das Metall entweder passiv durch Messung der Änderung des Erdmagnet­ felds oder aktiv durch Aufbau eines eigenen Magnetfeldes und Messung von Änderung in demselben.

Passiv ortende Metallsuchvorrichtungen zum Auffinden von Metallen können keine Nichteisenmetalle orten, müssen in kurzen Abständen nach komplizierten Vorschriften abge­ glichen werden, sind störanfällig gegenüber kleinsten Er­ schütterungen, sind nach Deformierung der Meßsonde un­ brauchbar, benötigen ein starkes Erdmagnetfeld, eignen sich somit nicht zum Einsatz zwischen 30° nördlicher Breite und 30° südlicher Breite, benötigen zur Reparatur teuere, schwer zu beschaffende Ersatzteile, können nur von spezia­ lisierten Fachleuten repariert werden und sind sehr teuer.

Aktiv ortende Metallsuchvorrichtungen bauen ein Magnetfeld mit Hilfe einer Spule auf, das entweder von einer anderen Spule gemessen wird, oder dessen Änderung durch die Induk­ tivitätsänderung der Spule gemessen wird. Im letzteren Fall bildet die Spule ein Teil eines Parallelschwingkreises, der durch einen Impuls (Impulsverfahren), durch einen Wechsel­ strom in ansteigender Frequenz (Wobbelverfahren) oder durch einen Wechselstrom nahe oder in der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (Sinusverfahren) angeregt wird.

Beim Impulsverfahren wird der Parallelschwingkreis durch einen Impuls angeregt. Der Parallelschwingkreis schwingt in Resonanzfrequenz gedämpft aus. Durch Einbringen eines Metallkörpers in das Magnetfeld der Spule ändert sich ihre Induktivität und somit die Resonanzfrequenz des Schwing­ kreises. Die Änderung der Resonanzfrequenz wird gemessen.

Beim Wobbelverfahren wird der Parallelschwingkreis durch einen Wechselstrom angeregt, dessen Frequenz kontinuierlich ansteigt. Beim Erreichen der Resonanzfrequenz beginnt der Zyklus von neuem. Durch Einbringen eines Metallkörpers in das Magnetfeld der Spule ändert sich die Induktivität der Spule und somit die Resonanzfrequenz des Parallelschwing­ kreises. Das Ansteigen der Frequenz des Erregerstromes wird zu einem anderen Zeitpunkt abgebrochen. Die Änderung der Zyklusdauer wird gemessen.

Beim Sinusverfahren wird der Parallelschwingkreis durch einen Wechselstrom nahe oder in der Resonanzfrequenz abge­ regt. Durch Einbringen eines Metallkörpers in das Magnet­ feld der Suchspule ändert sich die Induktivität der Spule und somit die Impedanz des Parallelschwingkreises. Die Impedanzänderung wird gemessen.

Das Impuls- und das Wobbelverfahren erfordern relativ auf­ wendige Meßschaltungen. Die Anregungsleistung ist begrenzt und demzufolge auch die Suchleistung.

Die Suchleistung der Metallsuchvorrichtungen ist im wesent­ lichen von ihrer Baugröße und der Leistung der Erreger­ quelle abhängig. Aus diesem Grund ist die Suchleistung, was die abzusuchende Fläche und die abzusuchende Tiefe be­ trifft, der bisher bekannten Vorrichtungen begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine leistungsstärkere Vor­ richtung zum Auffinden von Metall im Untergrund zu schaf­ fen, die insbesondere auch in Regionen mit schwächerem Erdmagnetfeld einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Auffinden von Metallen mit einer aktiven Metallsuch­ sonde gelöst, die auf einem selbstfahrenden Landfahrzeuge angeordnet ist.

Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß große Flächen schnel­ ler als bisher abgesucht werden können. Die Suche ist nicht mehr so personalintensiv. Die Bedienungspersonen können sich besser auf die Suche konzentrieren, da sich eine Person auf die abzusuchende Fläche konzentrieren und das Fahrzeug steuern kann, während eine zweite sich auf die einlaufenden Meßergebnisse konzentrieren kann. Das Bedie­ nungspersonal muß die Suchfläche nicht mehr zu Fuß ab­ schreiten und ist besser vor Umwelteinflüssen geschützt. Das Personal kann sich im Falle einer Gefahr schneller vom Gefahrenort entfernen. Die Meßergebnisse können besser ausgewertet werden und die Dokumentierung der Fundstellen von Metall ist wesentlich einfacher. Es lassen sich tiefer liegende Metallkörper orten als mit den bisherigen Metall­ suchvorrichtungen. Der Einsatzort unterliegt keiner geogra­ fischen Beschränkung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Metallsuch­ sonde wärmeisoliert. Die Metallsuchsonde kann in einer Entfernung vor einem in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs vorderen Berührungspunktes des Fahrzeugs mit dem Untergrund angeordnet sein, die größer ist als der Bremsweg des Fahr­ zeugs.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Metallsuchsonde so am Fahrzeug angeordnet, daß keine unge­ wollte Relativbewegung zwischen Sonde und Fahrzeug möglich ist.

Die Metallsuchsonde weist vorzugsweise eine oder mehrere Spulen auf, die starr zueinander angeordnet sind. Die Spu­ len haben vorzugsweise einen Durchmesser, der größer ist als die halbe Fahrzeugbreite. Vorzugsweise werden flache Spulen verwendet, deren Durchmesser wesentlich größer ist als ihre Höhe. Vorzugsweise sind die Spulen mit einem Abstand zueinander angeordnet, der kleiner ist als der halbe Spulendurchmesser.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Metallsuch­ sonde Einrichtungen auf, die verhindern, daß die Sonde den Boden berührt.

Die Spulen der Metallsuchsonde sind vorzugsweise Bestand­ teil eines Parallelschwingkreises, der von einer Erreger­ einrichtung gespeist wird, deren Frequenz nahe der Reso­ nanzfrequenz des Parallelschwingkreises liegt, und die Änderung des Stromes durch den Parallelschwingkreis kann gemessen werden. Zwischen der Erregereinrichtung und dem Parallelschwingkreis kann Impedanzwandel- und/oder Verstär­ kereinrichtung geschaltet sein.

Zum Messen des Stromes durch den Parallelschwingkreis ist vorzugsweise eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die eine Strom/Spannungswandeleinrichtung, eine Verstärkereinrich­ tung, eine Gleichrichteinrichtung, eine Glättungseinrich­ tung, eine Differenziereinrichtung und eine Anzeige- und/oder Ausgabeeinrichtung aufweist, die in Reihen mitein­ ander verbunden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Auffinden von Metallen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Auffinden von Metallen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Spule der Metallsuchsonde,

Fig. 4 ein elektrisches Prinzipschaltbild der Anordnung und

Fig. 5 ein elektrisches Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 2, an dessen Vorderseite eine Trageeinrichtung 4 angebracht ist, die eine Metallsuchsonde 1 trägt. Die Trageeinrichtung 4 ist so ausgelegt, daß keine unerwünschte Relativbewegung zwischen der Metallsuchsonde 1 und dem Fahrzeug 2 möglich ist. Es kann jedoch vorgesehen sein, daß die Trageeinrichtung 4 mittels Bewegungseinrich­ tungen 24 eine Höhenverstellung der Metallsuchsonde 1 er­ möglicht.

Die Metallsuchsonde 1 ist in einem Abstand vor einem vorde­ ren Berührungspunkt 3 des Fahrzeugs 2 mit dem Untergrund angeordnet, die größer ist als der Bremsweg des Fahrzeugs 2.

Unter der Trageeinrichtung 4 oder direkt unter Metallsuch­ sonde 1 kann ein Rad 5 montiert sein, das verhindet, daß die Metallsuchsonde direkten Kontakt mit dem Untergrund erhält. Dadurch ist die Metallsuchsonde vor Zerstörung durch heftigen Bodenkontakt geschützt.

Die Metallsuchsonde weist mindestens eine Spule 23 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist sie zwei Spulen 23 auf, die mit einem Abstand a voneinander entfernt nebenein­ ander angeordnet sind. Die Spulen 23 sind flache Spulen, deren Durchmesser d wesentlich größer als ihre Höhe h ist. Der Spulendurchmesser d ist größer als die halbe Breite des Fahrzeugs 2. Der Abstand a der Spulen voneinander ist kleiner als der halbe Spulendurchmesser d. Die Spulen 23 sind wärmeisoliert, damit sich bei Temperaturänderungen ihre elektrischen Werte, insbesondere der elektrische Widerstand, nicht ändert.

Das Fahrzeug 2 kann eine Panzerung aufweisen, die das Bedienungspersonal vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Kampfmitteleinwirkungen, schützt. Das Fahrzeug 2 weist eine Bremseinrichtung auf, die auf Signale reagiert, die von der Metallsuchsonde beeinflußbar sind.

Fig. 4 zeigt das elektrische Prinzipschaltbild der Vorrich­ tung zum Aufsuchen von Metallen. Die Spulen 23 werden durch das Symbol einer Induktivität 11 dargestellt, die zusammen mit einem Kondensator 12 einen Parallelschwingkreis 13 bildet. Dieser Parallelschwingkreis 13 wird von einer Erre­ gereinrichtung 14 gespeist, die einen Wechselstrom mit einer Frequenz liefert, die nahe der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises 13 liegt. Wenn die Erregungsfrequenz nicht genau mit der Resonanzfrequenz des Parallelschwing­ kreises 13 zusammenfällt, sondern nur in deren Nähe liegt, ist es möglich, festzustellen, ob das aufgespürte Metall feromagnetische Eigenschaften hat oder nicht.

Der durch den Parallelschwingkreis 13 durchfließende Strom wird mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung 16 gemessen. Die Auswerteeinrichtung 16 umfaßt einen Strom/Spannungswandler 17, beispielsweise einen Shunt, einer Verstärkungseinrich­ tung 18, eine Gleichrichteinrichtung 19, eine Glättungsein­ richtung 20, eine Differenzierungseinrichtung 21 und eine Anzeige- und/oder Ausgabeeinrichtung 22. Der durch den Parallelschwingkreis 13 tretende Strom wird im Strom/Span­ nungswandler 17 in ein Spannungssignal umgewandelt, das in der Verstärkungseinrichtung 18 verstärkt wird, in der Gleichrichteinrichtung 19 gleichgerichtet und in der Glät­ tungseinrichtung 20 geglättet wird, so daß ein im wesent­ lichen gleichspannungsförmiges Signal entsteht. Gerät nun ein Metall in das Magnetfeld der Spule 23, ändert sich ihre Induktivität 11 und somit der durch den Parallelschwing­ kreis 13 fließende Strom. Dadurch ändert sich die am Aus­ gang der Glättungseinrichtung 20 anliegende Spannung plötzlich, so daß auf der Ausgangsseite des Differenzie­ rungsgliedes 21 eine Spannungsspitze entsteht. Langsame Änderungen des Stromes durch den Parallelschwingkreis 13, wie sie beispielsweise durch Temperaturschwankungen in der Metallsuchsonde 1 hevorgerufen werden, machen sich hingegen auf der Ausgangseite des Differenzierungsgliedes 21 nicht bemerkbar. Die Anzeige- und/oder Ausgabeeinrichtung 22 weist eine Aufzeichnungseinrichtung auf, beispielsweise ein Meßschreiber oder ein Bandaufzeichnungsgerät, in dem die Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 2 gekoppelt ist. Dadurch läßt sich anhand des Aufzeichnungsträgers die Fundstelle von Metallen exakt feststellen.

Die Anzeige- und/oder Ausgabeeinrichtung 22 kann bei Auf­ treten eines Spannungsimpulses auf der Ausgangsseite der Differenzierungseinrichtung 21 ein Signal an die Bremsein­ richtung des Fahrzeuges 2 weitergeben, das das sofortige Anhalten des Fahrzeugs 2 veranlaßt. Dies ist insbesondere bei der Suche von metallhaltigen Kampfmitteln, wie Minen, von Vorteil. Das Fahrzeug kommt zum Stehen, bevor beim Vorderrad die Mine auslöst.

In einer anderen Ausführungsform ist der Parallelschwing­ kreis 13 über eine Impedanzwandel- und/oder Verstärkungs­ einrichtung 15 mit der Erregereinrichtung 14 gekoppelt. Dadurch ist eine einfache Anpassung der Erregereinrichtung 14 an die Gegebenheiten des Parallelschwingkreises 13, insbesondere an die geometrischen Abmessungen und elek­ trischen Größen der Spulen 23, möglich. Die Einrichtung 15 kann beispielsweise eine Übertrager aufweisen.

Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, Magnetfeld­ änderungen bis zu einer Genauigkeit von 0,01 % zu messen. Daraus ist ersichtlich, daß auch entfernt liegende Metall­ teile, beispielsweise in größerer Tiefe liegende, erfaßt werden. In gleicher Weise erweitert sich damit die Breite, die abgesucht werden kann.

Die zur Energieversorgung der Schaltung notwendige elek­ trische Leistung kann von einem auf dem Fahrzeug 2 mitge­ führten elektrischen Generator erzeugt werden. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung nochmals erweitert, da man den beschränkten Energievorrat eines Handgerätes nicht mehr in Betracht ziehen muß.

Vorteilhafterweise wird die in in Fig. 4 und 5 angegebene Schaltung für jede der Spulen 23 der Metallsuchsonde 1 eingesetzt. Durch die zeitliche Verschiebung der Spannungs­ spitzen am Ausgang des jeweiligen Differenzierungsgliedes 21 lassen sich dann zusätzlich Aussagen über die Lage von Metallteilen in Bezug auf die Fahrzeuglage machen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Auffinden von Metall, insbesondere von Minen in Wüstenregionen, mit einer aktiven Metallsuch­ sonde, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Metall­ suchsonde (1) auf einem selbstfahrenden Landfahrzeug (2) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsuchsonde (1) wärmeisoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallsuchsonde (1) in einer Entfer­ nung vor einem in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs vorde­ ren Berührungspunkt (3) des Fahrzeugs (2) mit dem Unter­ grund angeordnet ist, die größer ist als der Bremsweg des Fahrzeuges (2).

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsuchsonde (1) durch Einrichtungen (4) nur gesteuert bewegbar ist und ungesteuerte Relativbewegungen der Metallsuchsonde (1) zum Fahrzeug (2) durch die Einrichtungen (4) ausge­ schlossen sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsuchsonde (1) eine oder mehrere Spulen (23) aufweist, die starr zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (23) der Metallsuchsonde (1) einen Durchmes­ ser d aufweisen, der größer ist als die halbe Breite des Fahrzeugs (2).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulendurchmesser d wesentlich größer ist als die Spulenhöhe h.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (23) einen Ab­ stand a voneinander aufweisen, der kleiner ist als der halbe Spulendurchmesser d.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsuchsonde (1) Einrichtungen (5) zur Verhinderung einer Bodenberührung aufweist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (2) eine Panze­ rung aufweist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (2) eine Bremseinrichtung aufweist, die durch ein von der Metall­ suchsonde (1) beeinflußbares Signal steuerbar ist.

12. Metallsuchsonde, insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in der eine oder mehrere Spulen (11) parallel zu jeweils einem oder mehreren Kondensatoren (12) angeordnet sind und die Impedanzänderung eines durch diese Anordnung gebildeten Parallelschwingkreises (13) meßbar ist, gekennzeichnet durch eine den Parallelschwingkreis (13) speisende Erre­ gereinrichtung (14), die eine Frequenz nahe der Reso­ nanzfrequenz des Parallelschwingkreises (13) aufweist, und eine die Änderung des Stromes durch den Parallel­ schwingkreis (13) messende Auswerteeinrichtung (16).

13. Metallsuchsonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Parallelschwingkreis (13) über eine Impe­ danzwandel- und/oder Verstärkereinrichtung (15) mit der Erregereinrichtung (14) verbunden ist.

14. Metallsuchsonde nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (16) eine Strom/Spannungswandeleinrichtung (17), eine Verstär­ kungseinrichtung (18), eine Gleichrichteinrichtung (19), eine Glättungseinrichtung (20), eine Differenzierungs­ einrichtung (21) und Anzeige- und/oder Ausgabeeinrich­ tung (22) aufweist, die in Reihen miteinander verbunden sind.

15. Metallsuchsonde nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrich­ tung (22) eine Aufzeichnungseinrichtung aufweist, deren Vorschub des Aufzeichnungsträgers mit der Fahrzeugbewe­ gung gekoppelt ist.

16. Verfahren zum Auffinden von Metall, bei dem eine aktive Metallsuchsonde über die abzusuchende Fläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Sonde beeinflußtes Wechselstromeignal in ein Wechselspannungs­ signal umgewandelt, verstärkt, gleichgerichtet, geglät­ tet, differentiert und angezeigt wird.