DE3731329A1 - Metalldetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor für metallische Massen, bei dem die nicht gleichmäßige Verteilung elektro­ motorischer Kräfte (EMK) korrigiert wird. Diese elektro­ motorischen Kräfte werden in Empfängerwicklungen induziert, wenn eine derartige metallische Masse durch einen Kontroll­ posten hindurchgelangt, der mit einem derartigen Detektor versehen ist, welcher den Durchgang (und somit die Anwesen­ heit) metallischer Objekte, insbesondere von Waffen, an­ zeigen soll.

Es gibt in der Tat Metalldetektoren, welche den Durchgang einer metallischen Masse, insbesondere von Waffen, anzeigen können, wenn sie in Kontrollposten angeordnet sind. Diese Detektoren funktionieren auf der Basis des Prinzips induzierter elektromotorischer Kräfte (I.E.M.K.), welche in den elektrischen Empfängerwicklungen durch elektromagnetische Felder induziert werden.

Derartige Metalldetektoren sind insbesondere in der Lage, Änderungen der IEMK im Vergleich zu Bezugsgrößen anzugeben. Diese Änderungen beruhen auf Änderungen des elektro­ magnetischen Feldes, beispielsweise Änderungen, welche durch den Durchgang einer metallischen Masse durch den mit Hilfe des Detektors kontrollierten Raums hervorgerufen werden.

Unter Anwendung eines derartigen Prinzips stellt man mehr oder weniger komplizierte Detektoren her, um gleichzeitig die Empfindlichkeit und das Unterscheidungsvermögen zu erhöhen. Es wird die Fähigkeit erhöht, eine Störung, welche durch eine im Kontrollposten in Bewegung befindliche metallische Masse, insbesondere eine Waffe hervorgerufen wird, von einer Störung zu unterscheiden, welche durch geringe metallische Massen oder durch irgendeinen anderen externen Grund hervor­ gerufen werden, beispielsweise eine elektrische Entladung oder andere Störfaktoren.

In dem Fall, daß Störfaktoren vorliegen, erhält man nach dem Stand der Technik diese Unterscheidung mit Hilfe von Wicklungen, welche so ausgeführt sind, daß sie induzierte elektromotorische Kräfte im Empfänger hervorrufen, welche eine Aufeinanderfolge wechselseitig umgekehrter elektro­ magnetischer Polaritäten aufweisen.

Hierdurch wird allerdings das elektromagnetische Feld un­ gleichmäßig. Insbesondere aufgrund des Umstandes, daß die vom Sender produzierten elektromagnetischen Flußlinien in alternierenden Richtungen orientiert sind, gibt es korrespondierende Inversionszonen, wo das elektromagnetische Feld minimal ist, so daß es passieren kann, daß eine Waffe, die durch einen derartigen Bereich hindurchbefördert wird, aufgrund des geringen Wertes der induzierten Ströme nur eine minimale Änderung des Feldes hervorruft. Auf diese Weise kann die Waffe grundsätzlich nicht entdeckt werden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden andere Metall­ detektoren hergestellt, welche gekreuzte Senderwicklungen aufweisen, so beispielsweise der in der US-Patentschrift 30 77 996 beschriebene Detektor. Bei diesem sind zwei Sender­ wicklungen sequentiell angeordnet und erzeugen sequentiell zwei elektromagnetische Felder, dergestalt, daß bei mindestens einem der beiden das in Bewegung befindliche Metall zu Störungen führt, welche durch den Empfänger auf­ gezeigt werden können.

Zu verweisen ist auch auf die US-Patentschrift 37 58 849, bei der man zwei Senderwicklungen verwendet, die sich über­ kreuzen und die von demselben Träger gehalten werden, sowie zwei Empfängerwicklungen, die ebenfalls überkreuzt und gegen­ über den Senderwicklungen angeordnet sind (zu beiden Seiten des Kontrollpostens oder der Kontrollstation) und die von demselben Träger getragen werden.

Der Detektor gemäß der finnischen Patentschrift 8 13 502 ver­ wendet ebenfalls zwei überkreuzte Sender, welche auf dem­ selben Träger angeordnet sind, sowie zwei Empfängerwicklungen, die ebenfalls überkreuzt sind und auf einem zweiten, flachen Träger angeordnet sind, wobei die Sender zu unterschied­ lichen Zeiten wirken.

Die zuvor genannten Detektoren stellen Lösungen dar, welche darauf abzielen, den Nachteil aufgrund der Anwesenheit möglicher "leerer", d. h. nicht empfindlicher Zonen zu ver­ meiden. Hierbei soll eine Waffe unabhängig von ihrer Orientierung von mindestens dem von einem der beiden Sender hervorgerufenen elektromagnetischen Feld angezeigt werden, wodurch Störströme mit einer Intensität induziert werden, die ausreicht, um feststellbaren Störungen zu entsprechen.

Falls es zutrifft, daß die Konstrukteure der bekannten Metalldetektoren (einschließlich der oben beschriebenen) die Aufgabe hatten, diese unabhängig von der Position des zu kontrollierenden Objekts im Raum und unabhängig von der Orientierung des zu entdeckenden metallischen Objekts (Waffe) zu sensibilisieren, so trifft auch zu, daß der Unterschiedlichkeit der induzierten Signale bei einer Änderung der Laufbahn des metallischen Objekts nicht Rechnung getragen wird.

In der Tat sind die Änderungen der IEMK, die während des Durchgangs einer gegebenen metallischen Masse durch einen Kontrollposten auftreten, nicht dieselben für dasselbe metallische Objekt, man kann sie vielmehr als im wesent­ lichen umgekehrt proportional zum Abstand der in Bewegung befindlichen metallischen Masse und dem Empfänger oder Sender betrachten.

Hieraus ergibt sich, daß die Intensität dieser Änderungen beträchtlich ist. Folglich kann bei im wesentlichen gleichem Abstand vom Detektor ein und dieselbe metallische Masse den Detektor zum Ansprechen bringen oder auch nicht.

Hieraus ergibt sich, daß häufig falscher Alarm gegeben wird, der durch metallische Massen in geringer Dimension ausgelöst werden, beispielsweise durch Geldstücke oder Schlüssel, sobald diese in der Nähe des Empfängers oder des Senders passieren, wodurch dieselben Wirkungen wie beim Durchgang einer Waffe hervorgerufen werden, die vom Transduktor entfernt ist.

Hieraus ergibt sich ein schwerer Nachteil insofern, als die Bedienungspersonen dazu neigen, die Empfindlichkeit des Detektors hoch zu halten, insbesondere im Bemühen, auch den Durchgang kleinerer Waffen, die von den genannten Transduktoren entfernt sind anzuzeigen, wodurch die Fähig­ keit zur Unterscheidung verringert wird.

Diese Nachteile werden mit dem erfindungsgemäßen Detektor vermieden oder zumindest verringert. Das Konzept des er­ findungsgemäßen Detektors besteht darin, daß die Empfind­ lichkeit automatisch als Funktion der von der metallischen Masse durchlaufenden Bahn variiert wird, und zwar dergestalt, daß die Wirkung der Masse unabhängig von der durchlaufenen Bahn im Kontrollposten praktisch konstant gehalten wird.

Der erfindungsgemäße Detektor besteht im wesentlichen aus zwei Paaren von Windungen, wobei jedes Paar einen Sender und einen Empfänger umfaßt, die einander gegenüber und auf der­ selben Seite des Kontrolldurchgangs und auf beiden Seiten des Durchgangs angeordnet sind.

Diese Windungen können jeweils auf einem eigenen Träger angeordnet sein, dessen Form und Struktur insbesondere be­ liebig sein kann; alternativ können sie auf ein und dem­ selben Träger angeordnet sein.

Es ist vorteilhaft, wenn die Windungen eines jeden Paares unterschiedlich orientiert sind und/oder bezüglich der Windungen des anderen Paares phasenverschoben sind, so daß die von den Sendern erzeugten elektromagnetischen Felder in jedem Punkt unterschiedlich orientiert sind. Hierdurch wird vermieden, daß eine gegebenenfalls mitgeführte Waffe, welche durch den Kontrollposten getragen wird, bei unter­ schiedlicher Orientierung vom Detektor nicht bemerkt wird.

Die Windungen sind mit geeigneten Verstärkern versehen, so­ wie mit einer Logikeinheit zur Analyse und Steuerung, in der die erhaltenen Signale verglichen werden. Hierdurch kann man eventuellen Unterschieden der Signale Rechnung tragen oder den Eingang der genannten Verstärker so steuern, daß die Unterschiedlichkeit der IEMK in den Empfängerwicklungen welche durch die unterschiedlichen Abstände von der in Be­ wegung befindlichen metallischen Masse hervorgerufen wird, kompensiert wird.

Die Logikeinheit zur Analyse und Steuerung ist mit äußeren Anordnungen verbunden, beispielsweise Alarmeinrichtungen, einem Steuerpult und einer manuellen Einstellvorrichtung für die Empfindlichkeit.

Wenn man die Senderwicklungen zu unterschiedlichen Zeiten betätigt, beispielsweise durch Verwendung von Impuls­ signalen, welche einander überkreuzen, kann die Logikeinheit zur Analyse und Steuerung auch zwei Schalter steuern. Diese sind in der Lage, die zwei auf derselben Seite des Kontroll­ postens angeordneten Windungen als Empfänger funktionieren zu lassen, wenn sich auf der anderen Seite eine Windung als Sender verhält.

Auf diese Weise wird der Empfang im wesentlichen unabhängig von der Orientierung der in Bewegung befindlichen metallischen Masse, vorausgesetzt, die zwei Windungen sind unterschiedlich orientiert. Außerdem ist es durch die Analyse der von der genannten Logikeinheit bewirkten Signale möglich, mit Hilfe geeigneter Korrekturkoeffizienten die Einflüsse der Nicht-Gleichförmigkeit aufgrund der unter­ schiedlichen Abstände zwischen der in Bewegung befindlichen Masse und den seitlichen Trägern zu optimieren.

Auf diese Weise erhält man über Kreuz eine Bewertung der IEMK und hieraus die Festlegung der Durchgangsposition der metallischen Masse.

In dieser zweiten Ausführungsform kann man auch die Windung angrenzend zur Senderwindung verwenden, um andere Analyse­ funktionen zu erhalten, die brauchbar sind, um die Wirkung des Detektors zu verbessern und um andere Parameter zu steuern, beispielsweise die Amplitude der emittierten elektromagnetischen Felder.

Außer den vorstehenden Anordnungen umfaßt die Erfindung auch andere Anordnungen, welche sich aus der nachstehenden Be­ schreibung ergeben.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 ein Blockschema des Detektors, worin vier Wicklungen auf zwei Trägern an­ geordnet sind, wobei zwei Wicklungen als Sender wirken und zwei andere die Funktion von Empfängern ausüben;

Fig. 2 ein Blockschema des Detektors, worin zwei Wicklungspaare, die jeweils beiderseits vom Kontrollposten ange­ ordnet sind, so geschaltet sind, daß jede Senderwicklung zum Empfänger wird, wenn die andere in Sendefunktion ist;

Fig. 3 und 4 in schematischer Weise Speisesignale der Senderwicklungen.

Die Zeichnungen und die entsprechende Beschreibung dienen lediglich zur Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung, ohne diese in irgendeiner Weise zu beschränken.

In der Fig. 1 ist mit Tx ₁ bzw. Rx ₁ eine Senderwicklung bzw. eine Empfängerwicklung bezeichnet, die einander gegenüber­ liegend und beiderseits des Kontrollpostens angeordnet sind. Die Bezugszeichen Tx ₂ und Rx ₂ bedeuten ein zweites Paar analoger Wicklungen.

Die auf derselben Seite angeordneten Wicklungen können je­ weils ihren eigenen Träger aufweisen. Dieser kann eben sein oder eine andere Gestalt aufweisen. Sie können aber auch den­ selben Träger gebrauchen, wobei sie geometrisch verschieden bleiben (sie können aber auch übereinandergelagert sein). Die Wicklungen sind unterschiedlich orientiert und können vorzugsweise phasenverschoben sein.

Die Bezugszeichen A ₁ und A ₂ betreffen Verstärkerblöcke, welche zur Verstärkung der von den Wicklungen Rx ₁ und Rx ₂ empfangenen Signale dienen, bevor diese zu einer Logikein­ heit LAC ₁ zur Analyse und Steuerung geleitet werden.

Die Bezugszeichen D ₁ und D ₂ beziehen sich auf Verstärker, welche die Transmissionssignale aus den Sendern/Empfängern empfangen. Sie können getrennt sein oder in die Einheit LAC ₁ inkorporiert sein, wobei diese deren Synchronismus steuern kann und sie nach der Verstärkung nach Tx ₁ bzw. Tx ₂ lenkt.

Die Logikeinheit zur Analyse und Steuerung LAC ₁ kann mit den Verstärkern A ₁ und A ₂ verbunden sein, um auf ihren Ein­ gang einzuwirken und zwar über zwei Korrekturkoeffizienten K ₁ und K ₂, durch welche die Amplitude der IEMK korrigiert wird, um dem Durchgang der metallischen Massen entlang einer nicht-zentralen Laufbahn im Kontrollposten Rechnung zu tragen.

Eine derartige Korrektur kann auch im Inneren der genannten Logikeinheiten erfolgen.

Bei einer anderen Ausführungsform läßt sich eine derartige Korrektur dadurch bewirken, daß man auf die Amplitude des übertragenen Signals einwirkt, um die erhaltenen Signale konstant zu machen, wenn sich die von ein und derselben metallischen Masse durchlaufende Bahn ändert.

Immer noch unter Bezugnahme auf Fig. 1 betreffen S, T, L und R den manuellen Empfindlichkeitsregler, das Steuerpult zur Einführung von Größen in die Logikeinheit LAC ₁, die Leuchtsignalanzeige für den Alarm, bzw. das Relais, welches die Schutz- und Alarmmittel auslöst, mit welchen der er­ findungsgemäße Detektor versehen ist.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wirken die zwei Wicklungen (aneinander angrenzend, wenn sie auf zwei getrennten Trägern angeordnet sind, oder übereinanderge­ lagert, wenn sie auf demselben Träger angeordnet sind), welche auf jeder Seite des Kontrollpostens angeordnet sind, alternativ als Empfänger und als Sender. In dieser Figur be­ ziehen sich die Bezugszeichen T _xa und T _xb auf zwei Wickel­ paare, welche auf jeder Seite des Kontrollpostens angeordnet sind, während sich die Bezugszeichen L _{1 a} und L _{2 a} auf Wicklungen beziehen, welche auf der entgegengesetzten Seite angeordnet sind, auf welcher sich das Wicklungspaar T _xa , L _{1 b} und L _{2 b} befinden, wobei die Wicklungen auf der Seite angeordnet sind, welche der Seite gegenüberliegt, auf welche sich das Wicklungspaar T _xb befindet.

Die Bezugszeichen A _{1 a} und A _{2 a} , A _{1 b} und A _{2 b} stellen Ver­ stärkerblöcke für die von L _{1 a} , L _{2 a} , L _{1 b} und L _{2 b} erhaltenen Signal dar, während K _{1 a} , K _{2 a} , K _{1 b} und K _{2 b} Korrektur­ koeffizienten darstellen, welche den Eingang der Verstärker über die Logikeinheit zur Analyse und Steuerung LAC ₂ dar­ stellen.

Die Bezugszeichen C _a und C _b betreffen Schaltblöcke, welche durch die Logikeinheit LAC ₂ gesteuert werden und dazu be­ stimmt sind, die Klemmen der Wicklung L _{1 b} so zu schalten, daß sie einen Durchlaß vom Verstärker A _{1 b} zum (Hilfs-)Sender T ₁ gestatten, um die Empfängerwicklung L _{1 b} in eine Sender­ wicklung zu transformieren, während der Schalter C _b eine analoge Schaltung für die Wicklung L _{2 a} bezüglich des Blocks A _{2 a} und T ₁ vorsieht.

Der Hilfssender T ₁ kann mit der Logikeinheit LAC ₂ verbunden sein, wobei diese auch einen Block P aufnehmen kann, welcher Signaleinrichtungen, Bedienungspulte und Schaltkreise um­ faßt, auf welche eine Bedienungsperson einwirken kann, um den Funktionszustand des Detektors zu modifizieren, sowie Schaltkreise, welche durch die Logikeinheit LAC ₂ selbst gesteuert werden, damit ein Dialog mit der Bedienungsperson möglich ist.

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich, ist die Erfindung keinesfalls auf ihre Ausführungsformen und Anwendungen beschränkt, welche ausführlich beschrieben wurden; sie um­ faßt im Gegenteil alle Variationen, die im Können des Fach­ mannes liegen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Er­ findung verlassen wird.

Claims (8)

1. Detektor für metallische Massen mit Sender- und Empfängerwicklungen (Tx ₁, Rx ₁, Tx ₂, Rx ₂), welche die nicht gleichmäßige Verteilung der elektromotorischen Kräfte (EMK) korrigieren, die in Empfängerwicklungen beim Passieren einer metallischen Masse durch einen Kontrollposten induziert werden, wobei der Detektor so angeordnet ist, daß er die Passage von metallischen Gegenständen, insbesondere von Waffen, anzeigt

• - zwei Paar Wicklungen (Tx ₁, Rx ₁, Tx ₂, Rx ₂), jeweils aus einem Sender und einem Empfänger, die einander gegenüber und beiderseits des Kontrollpostens ange­ ordnet sind, wobei Sender und Empfänger auf den gegenüberliegenden Seiten des Kontrollpostens ange­ ordnet sind,
• - Verstärkerblöcken (A ₁, A ₂, A _{1 a} , A _{2 a} , A _{1 b} , A _{2 b} ), welche auf die erhaltenen Signale einwirken, die wiederum von
• - einer Logikeinheit (LAC ₁) zur Analyse und Steuerung gesteuert werden,

wobei die Logikeinheit (LAC ₁) zur Analyse und Steuerung befähigt ist, mindestens die in den Empfängerwicklungen induzierten Signale zu verarbeiten, und gegebenenfalls die Verstärker zu beeinflussen, welche die Signale mit Hilfe von Koeffizienten proportional zu ihrer Differenz einer Korrektur unterwerfen, oder auf irgendeine andere Weise auf die empfangenen Signale einzuwirken, um sie im wesentlichen unabhängig vom Abstand der in Bewegung befindlichen metallischen Masse zu den Empfänger­ wicklungen zu machen.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Paare von Sender-/Empfängerwicklungen auf derselben Seite des Kontrollpostens angeordnet und auf getrennten und benachbarten Trägern angrenzend befestigt sind.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Paare von Sender-/Empfängerwicklungen auf der­ selben Seite des Kontrollpostens angeordnet und auf demselben Träger übereinander befestigt sind.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (LAC ₁) zur Analyse und Steuerung durch Koeffizienten zur Amplitudenkorrektur von Sig­ nalen so auf die Verstärker einwirkt, daß diese von der Laufbahn, welche die in Bewegung befindliche metallische Masse verfolgt, unabhängig werden.

5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Schalterblöcke (C _a und C _b ) umfaßt, welche durch die Logikeinheit (LAC ₂) zur Analyse und Steuerung gesteuert werden, die so ausgebildet sind, daß sie die auf derselben Seite des Kontrollpostens befindlichen Wicklungen alternativ zu Empfängern und Sendern machen.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Wicklungen, die auf derselben Seite des Kontrollpostens angeordnet sind, als Empfänger­ wicklungen wirken, eine der Senderwicklungen wegge­ lassen werden kann.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Logikeinheit zur Analyse und Steuerung auch in der Lage ist, durch eine Bedienungs­ person eingegebene Größen anzunehmen und Alarm- oder Signaleinrichtung zu steuern.