DE4002829A1 - Verfahren zum detektieren von metallgegenstaenden - Google Patents
Verfahren zum detektieren von metallgegenstaendenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren
von Metallgegenständen; insbesondere betrifft sie eine
verbesserte Diskriminierung (Unterscheidung) in einem
Metalldetektor.
Wenn man einen Metalldetektor zur Überprüfung großer
Personengruppen einsetzt, dann besteht der bemerkens
werteste Verlangsamungsfaktor des Verfahrens in den Fehl
alarmen, die von kleinen harmlosen Gegenständen hervor
gerufen werden. Wenn man die Ursache für diese Fehlalarme
herausfinden will, so kann dies zeitaufwendig sein und
zur Bildung von Schlangen an den Kontrollpunkten führen.
Gleichzeitig müssen Feuerwaffen natürlich einen Alarm
verursachen. Diese Fähigkeit des Metalldetektors zur
Unterscheidung eines gefährlichen, relativ großen Gegen
standes unter verschiedenen kleinen und harmlosen Objekten
wird Diskriminierung genannt.
Es wurde versucht, die Diskriminierung eines Metall
detektors mit Hilfe von einer Vielzahl unterschiedlicher
Verfahren zu verbessern, z.B. durch ein Ausgleichen der
Empfindlichkeitsverteilung mit Hilfe einer verbesserten
Spulenauslegung. Dies ist deswegen wichtig, weil die
Empfindlichkeit des Gerätes im allgemeinen nach Maßgabe
des Punktes mit geringster Empfindlichkeit eingestellt
wird. Deshalb, wenn die Empfindlichkeitsverteilung un
gleich ist, können bemerkenswert kleine Gegenstände einen
Alarm an den empfindlichsten Punkten des Tors verursachen.
Die Empfindlichkeitsverteilung wurde z.B. mit Hilfe eines
Zweikanalverfahrens verbessert, wie z.B. in der
US-PS 46 05 898, wo zwei Sätze von Übertrager/Empfänger
eingesetzt wurden. Darüber hinaus kann man die Empfindlich
keitsverteilung durch eine rechnergestützte Spulenaus
legung verbessern.
Die Diskriminierung kann auch durch Abstimmen des Zeit
verhaltens des Metalldetektors verstärkt werden. Jedoch
wird bei den eingesetzten Geräten üblicherweise nur ein
Meßfenster verwendet, welches hinter den Abschaltpunkt
des Übertragungsstromes angeordnet ist. Es ist deswegen
nicht möglich, in bezug auf die Diskriminierung mit Hilfe
dieses Verfahrens irgendeine wesentliche Verbesserung
zu erreichen.
Zur Diskriminierungsverbesserung können die Spulen
des Metalldetektors so gebaut sein, daß eine Gruppe von N
ähnlichen und über ein weites Gebiet verteilten Objekten
eine wesentlich geringere Antwort ergibt als die mit
N multiplizierte Antwort von einem solchen Objekt. Ein
entsprechendes System ist z.B. in der US-PS 46 05 898
beschrieben, welches aus benachbarten Schleifen aufgebaut
ist, die in entgegengesetzten Richtungen gespult sind.
Aus der finnischen Patentanmeldung 8 63 309 ist ein
Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen bekannt,
wobei die Antwort aus der Fläche des Abschaltpeaks bei
zwei unterschiedlichen Meßperioden abgetastet wird. Dieses
Verfahren betrifft eine Verbesserung hinsichtlich der
Empfindlichkeit und der Materialerkennung und kann nicht
für eine Diskriminierungsverbesserung eines Metall
detektors eingesetzt werden, weil gemäß diesem Verfahren
nur ein geringes Übersteigen der Alarmgrenze beobachtet
wird, nicht jedoch die Korrelation der Antwort aus der
Fläche des Abschaltpeaks mit der Antwort von außerhalb
der Fläche des Abschaltpeaks.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einige der
Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein
verbessertes Verfahren zum Detektieren von Metallgegen
ständen bereitzustellen, so daß unbeachtliche kleine
Gegenstände von gefährlichen großen Gegenständen unter
schieden werden können (Diskriminierung).
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß
Anspruch 1. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver
fahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird das durch den Metalldetektor lau
fende Material mit mindestens zwei unterschiedlichen
Verzögerungen auf Antwort untersucht, so daß mindestens
eine Antwort innerhalb der Fläche des Abschaltpeaks de
finiert ist bzw. mindestens eine Antwort außerhalb der
Fläche des Abschaltpeaks definiert ist, und daß die Kor
relation der Antworten innerhalb eines gegebenen Zeitab
schnitts untersucht wird. Somit verhält sich ein einiger
maßen großes Objekt anders als viele kleine Objekte,
und die Diskriminierung kann verbessert werden, indem
man die Korrelation vergleicht zwischen der von dem
Material mit langer Verzögerung gegebenen Antwort mit
der Antwort von kurzer Verzögerung. Wenn man bei der
Messung der Antworten Kanäle und/oder Frequenzen in
gleicher Zahl einsetzt, wie Antworten vorhanden sind,
können sowohl die Antworten mit langer als auch mit kurzer
Verzögerung im wesentlichen gleichzeitig bestimmt werden.
Wenn man die gemessenen Antworten mit Hilfe einer Zeit
variablen an die gleichen Koordinaten (Zeitvariable gegen
Antwort) setzt, kann bei einem einigermaßen großen Objekt
erreicht werden, daß sich die maximalen Absolutwerte
der Antworten mit unterschiedlichen Verzögerungen gleich
zeitig einstellen, wogegen bei einer Anzahl von Objekten,
wenn der Absolutwert der Antwort mit kurzer Verzögerung
sein Maximum erreicht, die Antwort mit langer Verzögerung
nicht weit von Null entfernt ist.
Bei einem Metalldetektor mit Pulstechnik besteht die
Übertragungs-Pulssequenz aus einer Anzahl von regelmäßig
wiederholten identischen Pulsen mit abwechselnder
Polarität mit einer Wiederholungsfrequenz von beispiels
weise 1 kHz, bzw. kann nach jeder Sequenz mit abwechseln
der Polarität abgetastet werden.
Ein solcher Detektor nimmt Störungen hin, die innerhalb
der Wiederholungsfrequenz liegen oder seine ungeradzahligen
harmonischen Oberschwingungen darstellen. Die rechnerische
Genauigkeit der Koeffizienten, die die Grundlage für die
Diskriminierung bilden, kann bei einem pulsbetriebenen
Gerät dadurch verbessert werden, indem man das Abtasten so
einrichtet, daß die Antworten mit langer und kurzer
Wiederholung unter Einsatz unterschiedlicher Wieder
holungsfrequenzen gemessen werden, die vorteilhaft zu
einander in ganzzahliger Beziehung stehen. Z.B. kann man
die Messung mit kurzer Verzögerung mit der Wieder
holungsfrequenz von 500 Hz, und die Messung der langen
Verzögerung mit einer Wiederholungsfrequenz von 1 kHz
durchführen. Bei der ersteren Messung liegen die hinge
nommenen Störungen bei den Frequenzen 500 Hz, 1,5 kHz,
2,5 kHz, 3,5 kHz usw., und bei der zweiten Messung bei den
Frequenzen 1 kHz, 3 kHz, 5 kHz usw.. Mit den bei unter
schiedlichen Verzögerungen gemessenen Antworten werden
somit Störungen unterschiedlicher Frequenzen verbunden,
wobei die Störungen bei der Bestimmung der kennzeichnenden
Parameter geschwächt werden. Um den Maximalpunkt des
Absolutwertes der kurzen Verzögerung erfindungsgemäß zu
bestimmen und dabei jegliches Meßrauschen zu vermeiden,
kann der Parameter a wie folgt entsprechend Gleichung (1)
definiert werden:
wobei A S und A L die bei kurzer und langer Verzögerung
gemessenen Antworten darstellen. In Gleichung (1) er
streckt sich die Integration über die Zeitvariable t
während das gemessene Material durch den Metalldetektor
läuft. Der Parameter a stellt einen Korrelationskoeffi
zienten dar, der auch vergleichbar ist mit der Größe
der Antwort mit langer Verzögerung. Der Absolutwert des
Parameters ist hoch, wenn die Antworten während der ge
samten Meßdauer im wesentlichen gleiche Vorzeichen auf
weisen, d.h. wenn sowohl die Antworten mit langer als
auch mit kurzer Verzögerung ihr Maximum und/oder ihr
Minimum im wesentlichen gleichzeitig erreichen. Dies
ist dann der Fall, wenn der zu detektierende Gegenstand
einfach und relativ groß ist. Wenn ein Koeinfluß verschie
dener Gegenstände gegeben ist, korrelieren die mit unter
schiedlichen Verspätungen gemessenen Antworten schlecht
miteinander, wobei der Absolutwert des Parameters a klein
bleibt, weil die Antworten der langen und kurzen Ver
zögerung das Maximum ihrer Absolutwerte nicht gleichzei
tig erreichen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein Alarm dann gegeben, wenn der Para
meter a eine voreingestellte Alarmschwelle übersteigt.
Die Antworten des erfindungsgemäßen Verfahrens führen
auch zu anderen Parametern, wie sie in den Gleichungen (2)
und (3) dargestellt sind.
Der Parameter c der Gleichung (3) ist ein echter Kor
relationskoeffizient, der Werte innerhalb des Bereiches
(-1, +1) enthält. Weil der Parameter c mit der Größe
der Antwort nicht vergleichbar ist, kann er nicht alleine
als kennzeichnender Parameter verwendet werden, jedoch
kann der Parameter c zusammen mit Parameter b zur Be
stimmung der Gruppe von Gegenständen verwendet werden.
Der Parameter b der Gleichung (2) ist vergleichbar mit dem
Parameter b und auch der Antwort mit langer Verzögerung.
Damit unterscheidet sich Parameter c von der Antwort mit
langer Verzögerung um den Teil, der mit der Antwort mit
kurzer Verzögerung korreliert. Weil der Parameter B auch
mit der Signalgröße vergleichbar ist, kann die Detektion
von Metallgegenständen darauf gegründet werden.
Beim Berechnen der Koeffizienten der Gleichungen (1)
bis (3) wird eine vorbestimmte Integrationszeit angewen
det. Der Metalldetektor kann mit einem Fotozellensystem
ausgerüstet werden, welches ein Signal abgibt, wenn die
zu untersuchende Person das Tor betritt. Der Start der
Integration kann an diesen Zeitpunkt geknüpft werden. Bei
einem Alternativsystem beobachtet man eine Antwort mit
kurzer Verzögerung und es wird der Maximalpunkt von dessen
Absolutwert bestimmt. In diesem Fall wird die Integration
an beiden Seiten dieses Zeitpunktes ausgeführt, wobei man
die aufgezeichneten Meßergebnisse verwendet. Wenn die
zeitliche Integration um den Maximalpunkt der Antwort mit
kurzer Verzögerung durchgeführt wird, kann die Diskrimi
nierung im Vergleich zum Stand der Technik auch durch
Verwendung einer kurzen Integrationszeit (weniger als
100 ms) verbessert werden, weil die Maxima der langen und
kurzen Antworten bei einem einfachen großen Gegenstand
sich zum gleichen Zeitpunkt ereignen, bei verschiedenen
kleineren Gegenständen jedoch zu unterschiedlichen Zeiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der Zeitabschnitt so gewählt, daß die beobachtete Zeit
spanne die Zeit ist, wenn das durch den Metalldetektor
laufende Material innerhalb der Detektionszone verbleibt,
wobei dessen Länge von 1 bis 2 s variiert.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch
verschiedene Proben mit unterschiedlichen Verzögerungen
abgetastet werden, wobei auf der Grundlage dieser Proben
mehrere kennzeichnende Parameter und/oder auf diesen
Parametern aufbauende Koeffizienten definiert werden
können, um die Anzahl von Gegenständen zu detektieren, die
in dem untersuchten Material enthalten sind. Bei der
Bildung des Alarms kann eine Kombination von mehreren
Parametern verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in weiteren Einzelheiten
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen er
läutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Antwort, erhalten durch Einsatz einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung und mit Hilfe von Computersimulation
als Funktion der Zeit, wenn ein größerer Metall
gegenstand durch den Metalldetektor gelaufen ist,;
und
Fig. 2 eine Antwort, erhalten durch Einsatz der bevor
zugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und mit
Hilfe von Computersimulation als Funktion der
Zeit, wenn eine Gruppe von mehreren kleinen
Metallgegenständen durch den Metalldetektor ge
laufen sind.
Bei Fig. 1 handelt es sich bei dem durch den
Metalldetektor gelaufenen Gegenstand um ein gefährliches
großes Metallobjekt wie z.B. eine Feuerwaffe. Beim
Durchlauf des Metallgegenstandes durch den Metalldetektor
wurde die von ihm abgegebene Antwort mit zwei unterschied
lichen Verzögerungen gemessen, d.h. mit 40 µs und 100 µs
nach Abschalten des Strompulses. Damit fällt die kurze
Verzögerung (40 µs) in die Fläche des Abschaltpeaks des
Pulses. Der Abschaltpeak dauert etwa 50 bis 60 µs. Damit
liegt die zweite gemessene Verzögerung (100 µs) außerhalb
der Fläche des Abschaltpeaks des Pulses. Die computer
simulierten Antworten von einem größeren Metallgegenstand
werden mit Hilfe einer Zeitvariablen gem. Fig. 1 in die
gleichen Koordinaten gesetzt. Weil die von außerhalb der
Fläche des Abschaltpeaks des Pulses gebildete Antwort
wesentlich kleiner ist als die Antwort mit kurzer
Verzögerung, wird die Antwort mit langer Verzögerung in
den Koordinaten als mit einem Faktor von 5 multipliziert
dargestellt, um die Erkennbarkeit zu verbessern. Aus
Fig. 1 ergibt sich, daß die mit unterschiedlichen
Verzögerungen erhaltenen Antworten eine ähnliche Form
haben, und daß ihre Absolutwerte ihr Maximum bei einem im
wesentlichen gleichen Wert der Zeitvariablen ausbilden.
Fig. 2 erläutert die Ergebnisse gem. Fig. 1 in einem
Fall, wo eine große Gruppe mehrerer kleiner und harmloser,
zumindest teilweise metallischer Gegenstände durch den
Metalldetektor gelaufen sind. Bei solchen Metallgegen
ständen kann es sich z.B. handeln um einen Schlüsselbund,
einen Taschenrechner, ein Taschenmesser, ein Feuerzeug,
eine Gürtelschnalle, kleine Mengen von Wechselgeld, eine
Brille und Schuhe - d.h. Gegenstände, die eine durch den
Metalldetektor schreitende Person bei sich tragen darf.
Zur Definition der Antworten von Fig. 2 ist zu sagen, daß
die Gegenstände in bezug auf den Metalldetektor so
angeordnet sind, daß sie sich bezüglich der Höhe bei
normaler Lage um den menschlichen Körper befinden, wie
z.B. ein Schlüsselbund in einer Hosentasche. Aus Fig. 2
ist zu entnehmen, daß die mit unterschiedlichen Ver
zögerungen erhaltenen Antworten sich in ihrer Form
wesentlich unterscheiden, wobei die Maxima der Absolut
werte der Antworten an wesentlich voneinander abweichenden
Stellen auftreten.
Aus den in Fig. 1 und 2 dargestellten Antworten kann
mit Hilfe von Gleichung (1) ein kennzeichnender Para
meter a gebildet werden, wenn man in Gleichung (1) A S
durch die Antwort ersetzt, die mit einer Verzögerung von
40 µs erhalten wird, und wenn man A L ersetzt durch die
Antwort, die man mit der Verzögerung von 100 µs erhält. Die
Integration von Gleichung (1) kann als Funktion der Zeit
innerhalb des Bereiches von (-320 ms, 320 ms) durchgeführt
werden. Nachfolgend sind in relativen Einheiten die
Maximalwerte aufgeführt, die man mit unterschiedlichen
Verzögerungen erhält, wie auch die kennzeichnenden Para
meter gem. Gleichung (1):
Den Werten des Parameters a kann entnommen werden, daß
bei Durchlauf eines größeren Metallgegenstandes, wie z.B.
einer Feuerwaffe durch den Metalldetektor, der Absolutwert
des Parameters a groß ist, während der Absolutwert des
Parameters a klein ist, wenn kleine Gegenstände durch den
Metalldetektor laufen. Es kann somit für den Parameter a
ein Wert vorbestimmt werden, der bei Überschreitung einen
Alarm auslöst (sog. Alarmschwelle). Damit wird nur im
Falle eines größeren einzelnen Gegenstandes Alarm gegeben.
Obwohl die Erfindung vorstehend in einem pulsbetrie
benen Metalldetektor eingesetzt wurde, kann sie auch in
kontinuierlich betriebenen Metalldetektoren ohne wesent
liche Verschlechterung Einsatz finden. In diesem Fall wird
die A S Messung durch eine Messung im Frequenzbereich von
200 bis 500 Hz ersetzt (vorteilhaft ist eine Frequenz von
300 Hz), und die A L Messung wird ersetzt durch eine
Messung innerhalb des Frequenzbereiches von 20 bis 50 kHz
(vorteilhaft ist eine Messung bei 30 kHz). Die vorstehend
erläuterten kennzeichnenden Parameter können dann in
ähnlicher Weise eingesetzt werden.
Claims (14)
1. Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen
insbesondere zur Verbesserung der Diskriminierung in einem
Metalldetektor, wobei an durch den Metalldetektor laufen
den Metallgegenständen mindestens zwei unterschiedliche
Antworten gemessen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation der Antworten in dem Metalldetektor
innerhalb einer gegebenen Zeitspanne untersucht, und daß
man auf der Grundlage der erhaltenen Antworten mindestens
einen kennzeichnenden Parameter bildet, um die Gruppe von
Gegenständen zu bestimmen, die die Antwort ausgelöst hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
man zur Definition der Korrelation zwischen den Antworten
eine Messung der Antworten bei unterschiedlichen Fre
quenzen und/oder bei unterschiedlichen Meßverzögerungen
vornimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines
Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, wo die mit
kurzer Verzögerung oder bei niedriger Frequenz gemessene
Antwort das Maximum ihres Absolutwertes erreicht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines
Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, wobei die
Länge dieses Bereiches weniger als 100 ms beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines
Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, in dem das
durch den Metalldetektor laufende Material durch den
Detektionsbereich läuft.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines
Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, wobei die
Länge des Bereiches 1 bis 2 s beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
man bei einem pulsbetriebenen Metalldetektor zur Unter
suchung der Korrelation zwischen den Antworten mindestens
eine der Antworten innerhalb der Fläche des Abschaltpeaks
mißt, und daß man mindestens eine Antwort außerhalb der
Fläche des Abschaltpeaks mißt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation zwischen den Antworten mit Hilfe eines
kennzeichnenden Parameters mißt, der bei einer außerhalb
der Fläche des Abschaltpeaks bei langer Verzögerung ge
messenen Antwort sich durch den Teil unterscheidet, der
mit der Antwort korreliert, die innerhalb der Fläche des
Abschaltpeaks bei kurzer Verzögerung gemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verzögerung der Antwort aus der Fläche des Abschalt
peaks 40 µs beträgt und daß die Verzögerung der Antwort
von außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks 100 µs beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abtastfrequenz der Antwort innerhalb der Fläche des
Abschaltpeaks und die Abtastfrequenz der Antwort außerhalb
der Fläche des Abschaltpeaks zueinander in ganzzahliger
Beziehung stehen.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abtastfrequenz der Antwort innerhalb der Fläche des
Abschaltpeaks 500 Hz beträgt, und daß die Abtastfrequenz
der Antwort außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks 1 kHz
beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
man bei einem kontinuierlich betriebenen Metalldetektor
mindestens eine Antwort innerhalb des Frequenzbereiches
von 200 bis 500 Hz definiert, und daß man mindestens
eine Antwort innerhalb des Frequenzbereiches von
20 bis 50 kHz definiert, um die Korrelation zwischen
den Antworten zu untersuchen.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
man mindestens eine Antwort bei der Frequenz von 300 Hz
und mindestens eine Antwort bei der Frequenz von 30 kHz
mißt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Korrelation zwischen den Antworten mit Hilfe
eines Parameters untersucht, der bezüglich der im Hoch
frequenzbereich gemessenen Antwort den Teil unterschei
det, der mit der Antwort korreliert, die im Nieder
frequenzbereich gemessen wird.
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