DE3737774A1 - Metalldetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Metalldetektor mit magnetischer Überstreichung eines Volumens.

Dieser ist zur Verwendung bei Durchgangsbahnen bestimmt, um den Durchgang (die Anwesenheit) von Metallen, insbesondere von Waffen in dem durch den Detek­ tor kontrollierten Raum anzuzeigen.

Die aus dem Handel bekannten Metalldetektoren erlauben es, in Bewegung befindliche metallische Massen zu entdecken, da diese während ihres Durchganges Bereiche des Raumes unter­ brechen, in denen das induzierte elektromagnetische Feld in diesen metallischen Massen Ströme mit einer Intensität erzeugt, die ausreicht, um deren Entdeckung zu gestatten.

In den derzeitigen Systemen wendet man verschiedene Lösungen an, um die Wirkungen von externen Störfeldern zu reduzieren und um die Gleichmäßigkeit des durch die Sendergruppe hervor­ gerufenen elektromagnetischen Feldes zu verbessern, und um somit das Unterscheidungsvermögen in der kontrollierten Durch­ gangszone zu verbessern.

Die gewählten Lösungen basieren auf multipolaren Wicklungen, welche, obgleich sie eine gute Kompensation der Störfelder erlauben, gleichzeitig jedoch die Ungleichmäßigkeit des her­ vorgerufenen elektromagnetischen Feldes erhöhen.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, verwenden manche Konstruk­ teure mehrere Sender, die mit einem oder mehreren Sendern zu­ sammenarbeiten, welche gleichzeitig von in Phase befindlichen Strömen gespeist werden; alternativ verwendet man Systeme, welche zu einer räumlichen Konfiguration des elektromagneti­ schen Feldes führen, das zeitlich nicht veränderlich ist.

Mit diesen Lösungen ist die Anwesenheit von "Nullpunkten" verbunden (das heißt Bereichen, in denen das Feld minimal ist), wodurch es nicht möglich ist, statische oder in Bewegung be­ findliche metallische Massen zu entdecken, wenn sich diese in den entsprechenden Positionen befinden.

Aus diesem Grund befinden sich die mit Hilfe von Metalldetek­ toren kontrollierten Durchgangsbahnen, worin "interblockierte" Durchgänge verwendet werden, normalerweise unter der Aufsicht einer Person, welche die Verantwortung für die Sicherheit der Durchgangsbahn hat, oder wirken mit Volumenerfaßvorrich­ tungen (capteurs de volume) zusammen, um im Inneren der Durchgangsbahn aufgegebene oder nicht erfaßte (abandonn´es) metallische Massen anzuzeigen.

Die derzeitigen Metalldetektoren weisen daher mehr oder weni­ ger stark ausgeprägte Nachteile auf, welche nicht vermieden werden können, da diese mit dem Funktionsprinzip, auf dem sie basieren, eng verbunden sind.

Die Fehler und Nachteile der derzeitigen Metalldetektoren werden mit Hilfe des den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Metalldetektors vermieden. Dessen Funktion basiert auf der gleichzeitigen Bildung mehrerer magnetischer Felder, zwischen denen eine entsprechende Phasenverschiebung besteht. Hierdurch läßt sich ein resultierendes Feld erhalten, welches, unabhängig vom kontrollierten Volumenpunkt der Durchgangsbahn abhängig von der Zeit eine Aufeinanderfolge von Werten anneh­ men kann und welches auf unterschiedliche Weise orientiert sein kann. Dies hat zur Folge, daß die metallische Masse, un­ abhängig von ihrer Position und Orientierung entdeckt werden kann.

Wenn zwei oder mehrere getrennte Wicklungen von einem Strom durchflossen werden, bei dem mindestens die gegenseitige Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Zeit variiert (vgl. Fig. 1 und 3), ergibt sich daraus, daß in jedem Punkt des Raumes, der diesen umgibt, mindestens die Richtun­ gen der die einzelnen Felder darstellenden Vektoren sich ändern und daß folglich in jedem Punkt das resultierende Feld seine Intensität und Orientierung ändert (vgl. Fig. 2 und 4).

Mit einem derartigen System erhält jeder Punkt des zu kontrollierenden Volumens der Durchgangsbahn eine Detektions­ empfindlichkeit, welche mit den Speisebedingungen (Phasenwin­ kel und Amplitude) zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variabel ist, wodurch eine Untersuchung Punkt für Punkt der unter Kontrolle befindlichen Durchgangsbahn möglich ist. Man erzielt hierbei die folgenden Vorteile:

• 1. Eliminierung der Nullpunkte der induzierten elektromoto­ rischen Kraft (i.E.M.K.) und somit der Bereiche geringer Sensibilität;
• 2. Bessere Gleichmäßigkeit, im Vergleich zu den Systemen des Standes der Technik, was als Folge einer Erhöhung des Unterscheidungsvermögens mit sich bringt;
• 3. Die Möglichkeit, eine Messung des von immobilen metalli­ schen Objekten im Inneren des in Betracht bezogenen Be­ reiches absorbierten elektromagnetischen Feldes vorzuneh­ men; dies ist von besonderer Bedeutung in automatisch betriebenen Systemen, da auf diese Weise die Notwendig­ keit entfällt, andere Volumenbestimmungsvorrichtungen (capteurs de volume) zu verwenden.

Im erfindungsgemäßen System bleibt die Häufigkeit der Unter­ suchung der aufgenommenen Signale (im Vergleich zu den klassischen Systemen) konstant, ebenso wie die Geschwindigkeit, mit der die Objekte, welche durch die Durchgangsbahn passie­ ren, aufgefangen und analysiert werden.

Der erfindungsgemäße Detektor umfaßt eine Sendergruppe, welche mit zwei oder mehreren getrennten Wicklungen versehen ist, die beispielsweise im Inneren einer ebenen Stützplatte angeordnet sind und von elektrischen Strömen gespeist werden, bei denen mindestens die gegenseitige Phasenverschiebung variabel ist. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Empfän­ gergruppe, welche eine Anzahl von Wicklungen umfaßt, die gleich oder verschieden bezüglich der Wicklungen der Sender­ gruppe ist.

Darüber hinaus umfaßt der Detektor eine elektronische Betä­ tigungsgruppe, welche gleichzeitig während der Emission mindestens die Phasenverschiebung zwischen den Speiseströmen steuert sowie eine Behandlungs-Logikeinheit für die Analyse der i.E.M.K. in den Empfängerwicklungen und den Vergleich dieser Werte bezüglich Werten, die dort gespeichert sind und sich auf dieselben Speisebedingungen beziehen, um die An­ wesenheit oder Abwesenheit von Störungsmitteln festzustellen und im zutreffenden Falle die Betätigung von Signalgebervor­ richtungen zu bewirken.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Metalldetektor mit magnetischer Überstreichung des Volumens eines Durchgangs­ kanals, gekennzeichnet durch

• - mehrere getrennte elektrische Senderwicklungen;
• - ein oder mehrere elektrische Empfängerwicklungen;
• - zwei Gruppen von Phasenveränderungseinrichtungen, welche zur Veränderung der Phasenverschiebung zwischen den Speiseströmen dienen;
• - eine Behandlungs-Logikeinheit zum Vergleich der in den Empfängerwicklungen induzierten Signale mit Bezugs­ signalen;
• - eine Elektronikgruppe zur Steuerung der Veränderungsein­ richtungen für die genannten Phasen, sowie der Behandlungs- Logikeinheit;
• - eine Signalgebergruppe, die durch die Logikeinheit be­ tätigt wird.

Erfindungsgemäß umfaßt der Detektor zwei oder mehrere Sender­ wicklungen, die untereinander geometrisch versetzt oder ver­ schoben sind, um in jedem Punkt der zu kontrollierenden Durch­ gangsbahn zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Magnetfelder zu erzeugen.

Erfindungsgemäß werden die Senderwicklungen durch elektrische Ströme gespeist, von denen mindestens die reziproke Phasen­ verschiebung sequentiell mit Hilfe eines Programmes gesteuert wird dergestalt, daß das in jedem Punkt der zu kontrollieren­ den Durchgangsbahn resultierende magnetische Feld verändert wird.

Erfindungsgemäß weist der Detektor mehrere Empfängerwicklun­ gen auf, welche von Strömen gespeist werden, die sich von­ einander hinsichtlich der gegenseitigen Phasenverschiebung und/oder Amplitude unterscheiden und in der Lage sind, in jedem Punkt des zu kontrollierenden Volumens eine Veränderung der Intensität, der Richtung und der Orientierung oder des Vorzeichens (sens) des resultierenden magnetischen Feldes wirken zu können.

Erfindungsgemäß führt die Behandlungs-Logikeinheit, welche zum Vergleich der in den Empfängerwicklungen induzierten Signale mit den in der Logikeinheit gespeicherten Bezugswer­ ten bestimmt ist, diesen Verleich bei jeder gegenseitigen Phasenverschiebung zwischen den Speiseströmen durch.

Ebenfalls erfindungsgemäß weist die Steuergruppe für die gegenseitigen Phasenverschiebungen zwischen den Speiseströ­ men der Senderwicklungen, sowie die Behandlungs-Logikeinheit zum Vergleich der entsprechenden elektrischen Signale einen Mikroprozessor oder eine äquivalente elektronische Vorrich­ tung auf.

Ebenfalls erfindungsgemäß betätigt die Behandlungs-Logikein­ heit eine Signalgebergruppe, sobald sich Unterschiede zwischen den auf repetitive Weise und/oder nach einem vorge­ gebenen Programm verglichenen Signalen manifestieren.

Außer den vorstehenden Merkmalen umfaßt die Erfindung auch andere Merkmale, welche sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung ergeben.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen weiter erläutert, worin

Fig. 1 bzw. 2 zwei sinusförmige, in Phase befindliche Ströme und die Zusammensetzung in einem beliebigen Punkt P von Magnetfeldern darstellen, welche von diesen Strömen gebildet wurden, wobei diese Ströme zwei Segmente von zwei fadenförmigen Stromkreisen durchlaufen;

Fig. 3 und 4 den Fig. 1 und 2 analog sind und sich dadurch unterscheiden, daß die zwei Ströme in entgegengesetzter Phase vor­ liegen;

Fig. 5 eine schematische Ansicht von zwei ge­ trennten Wicklungen darstellt, die im Inneren einer Trägerplatte angeordnet sind;

Fig. 6 eine Ausführungsform von Senderwicklungen darstellt, welche mit umgekehrten Polari­ täten im Inneren einer Stützplatte ange­ ordnet sind, um die Einflüsse auf die äußeren metallischen Strukturen zu ver­ ringern, und

Fig. 7 ein Blockschema des erfindungsgemäßen Detektors darstellt.

Die Zeichnungen und entsprechenden Beschreibungsteile sind selbstverständlich lediglich zur Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen, ohne dies in irgendeiner Weise einzuschränken.

Die Fig. 1 bis 4 erläutern das Funktionsprinzip der Er­ findung. In der Fig. 2 sind zwei fadenförmige Stromkreise undefinierter Länge dargestellt, welche von zwei sinusförmi­ gen Strömen i ₁ (t, R ₁) und i ₂ (t, R ₂) (vgl. Fig. 1) durch­ laufen sind, die sich in Phase befinden (R ₁ = R ₂) und die beim Durchgang durch die Bereiche (₁ und ₂) im Punkt P zum Feld ₁ und dH₂ führen welche sich vereinigen, um das Feld zu bilden. In den Fig. 3 und 4 ist der Strom i ₁ (t, R ₁) derselbe, während der Strom i ₂ einen Phasenwinkel R′₂ = (R ₂ + π) aufweist dergestalt, daß im Punkt P das magnetische Feld seine Intensität, Richtung und Orientie­ rung ändert. das magnetische Feld seine Intensität, Richtung und Orientie­ rung ändert.

Darstellungen, die zu den in den Fig. 1-2 und 3-4 erläuter­ ten Darstellungen analog sind, lassen sich bezüglich Ströme machen, die sich hinsichtlich der Werte von Intensität und reziprokem Phasenverschiebungswinkel unterscheiden, um zu bestätigen, daß in jedem Falle in demselben Punkt P ein resul­ tierendes magnetisches Feld erhalten wird, dessen Intensität zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variiert und dessen Orientierung zwischen den Strahlen eines Sterns mit dem Punkt P als Zentrum variiert.

In der Fig. 6 bedeuten die Bezugszeichen 2 und 3 Sender­ wicklungen mit umgekehrten Polaritäten, welche vom Generator 6 über zwei Verstärkungsgruppen 4 und 5 und zwei Phasenverände­ rungsgruppen ΔΦ ₁ und ΔΦ ₂ gespeist werden; der Generator 6 kann vom Impulstyp sein oder ein quadratisches oder sinus­ förmiges Signal oder ein Signal irgendeiner anderen Form produzieren.

Die Phasenveränderungsgruppen ΔΦ ₁ und ΔΦ ₂ werden von einem Mikroprozessor 7 oder irgendeiner anderen äquivalenten Vor­ richtung, welche zur zeitlichen Steuerung der Phasenverschie­ bung zwischen den die Wicklungen 2 und 3 speisenden Ströme und somit indirekt zur Veränderung der Amplitude und der Richtung des elektromagnetischen Feldes an jedem Punkt des zu kontrollierenden Raumes, gesteuert. Man kann dafür auch sagen, daß sich eine Situation ergibt, die analog ist zu einer Exploration oder einer Überstreichung Punkt für Punkt.

Die Bezugszeichen 8 und 9 beziehen sich auf Empfängerwicklun­ gen, deren Zahl verschieden von der Zahl der Senderwicklun­ gen 2 und 3 sein kann, ebenso wie ihre reziproke Position; in jedem Falle ist es vorteilhaft, daß jede der Wicklungen mehrere Polaritäten aufweist, die verschoben sind, um die Gesamtempfindlichkeit des Empfanges zu verbessern.

Die in den Wicklungen 8 und 9 induzierten Signale werden über Verstärkergruppen 10 und 11 verstärkt und in der Behandlungs-Logikeinheit 12 analysiert. Diese ist mit den Phasenveränderungsgruppen ΔΦ ₂ und ΔΦ ₂ über die Gruppe 7 synchronisiert.

Im Inneren der Logikeinheit 12 werden die erhaltenen Signale mit Bezugssignalen verglichen, die in Abwesenheit einer sta­ tischen oder in Bewegung befindlicher metallischen Masse in der Durchgangsbahn erhalten wurden, und dies unter denselben Einspeisbedingungen und für dieselben Werte ΔΦ ₁ und ΔΦ ₂, die dort gespeichert sind.

Irgendein Unterschied zwischen den erhaltenen Signalen und den Bezugssignalen, insbesondere ein Unterschied, der sich zeitlich wiederholt, kann in Abhängigkeit der Programmierung zur Betätigung der Signalgebervorrichtung führen. Diese kann von beliebiger Art sein, nämlich optisch, akustisch oder mechanisch.

Die Erfindung ist keinesfalls auf diejenigen Ausführungsfor­ men beschränkt, welche ausführlich beschrieben wurden, sie umfaßt vielmehr sämtliche Variationen, die sich für den Fach­ mann ergeben, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Insbesondere soll die Anzahl der Wicklungen keinerlei limitierenden Charakter darstellen, ebenso die Anzahl der Träger, welche die Wicklungen enthalten.

Darüber hinaus läßt sich der elektronische Schaltkreis in seinen Komponenten modifizieren, ohne daß die von ihm durch­ geführte Funktion geändert wird.

Claims (7)

1. Metalldetektor mit magnetischer Überstreichung des Volumens eines Durchgangskanals, gekennzeichnet durch:

• - mehrere getrennte elektrische Senderwicklungen (2, 3),
• - eine oder mehrere elektrische Empfängerwicklungen (8, 9),
• - zwei Gruppen von Phasenveränderungseinrichtungen (ΔΦ ₁, ΔΦ ₂) zur Veränderung der Phasenverschiebung zwischen den Speiseströmen,
• - eine Behandlungs-Logikeinheit (12) zum Vergleich der in den Empfängerwicklungen induzierten Signale mit Bezugssignalen,
• - eine Elektronikgruppe (7) zur Steuerung der Verände­ rungseinrichtungen für die genannten Phasen sowie der Be­ handlungs-Logikeinheit (12),
• - eine Signalgebergruppe (18), die durch die Logikeinheit (12) betätigt wird.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei oder mehrere Senderwicklungen (2, 3) aufweist, die untereinander geometrisch versetzt sind, um in jedem Punkt des zu kontrollierenden Durchgangskanals zu unterschiedlichen Momenten unterschiedliche Magnetfelder zu erzeugen.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderwicklungen (2, 3) durch elektrische Ströme ge­ speist werden, bei denen zumindest die reziproke Phasen­ verschiebung mit Hilfe eines Programms so gesteuert wird, daß das in jedem Punkt des zu kontrollierenden Durchgangs­ kanals resultierende magnetische Feld verändert wird.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Empfängerwicklungen aufweist, die von Strömen ge­ speist werden, welche sich voneinander hinsichtlich der gegenseitigen Phasenverschiebung und/oder Amplitude unterscheiden und in jedem Punkt des zu kontrollierenden Volumens eine Veränderung der Intensität, der Richtung und Orientierung des resultierenden magnetischen Felds bewirken können.

5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs-Logikeinheit (12), welche zum Vergleich der in den Empfängerwicklungen (8, 9) induzierten Signale mit den in der Logikeinheit (12) gespeicherten Bezugswer­ ten bestimmt ist, diesen Vergleich bei jeder gegenseiti­ gen Phasenverschiebung zwischen den Speiseströmen durch­ führt.

6. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergruppe für die gegenseitigen Phasenverschiebun­ gen zwischen den Speiseströmen der Sendewicklungen (2, 3) und die Behandlungs-Logikeinheit (12) zum Vergleich der entsprechenden elektrischen Signale einen Mikroprozessor oder eine äquivalente elektronische Vorrichtung (7) auf­ weisen.

7. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs-Logikein­ heit (12) eine Signalgebergruppe (13) betätigt, sobald sich Unterschiede zwischen den auf repetitive Weise und/ oder nach einem vorgegebenen Programm verglichenen Signa­ len manifestieren.