DE4417931C1 - Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von Metallgegenständen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von MetallgegenständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von
Metallgegenständen, die sich in größerer Tiefe unter dem Erdboden oder an sonstigen der
unmittelbaren Beobachtung unzugänglichen Stellen befinden, unter Verwendung mehrerer
induktiver Leiterschleifen.
Es ist bereit seit langem bekannt, daß die Wahrnehmung von Metallgegenständen mit einer in
duktiven Stromleiterschleife zahlreiche Vorteile aufweist. Insbesondere kann bei der Wahrneh
mung der zu überwachende kaum sehr gut abgegrenzt werden. Ferner können durch
Änderung der Schleifenabmessungen die Wahrnehmungsgrenzen geändert werden. Ein
weiterer Vorteil liegt darin, daß elektrisch nichtleitende Gegenstände keine Störungen auf die
Messung ausüben.
Bei diesen bekannten Verfahren bildet die Fühlerschleife im allgemeinen das induktive Glied
eines elektrischen Schwingkreises, der zumeist auf eine Frequenz über 10 kHz abgestimmt ist.
Die Wahrnehmung selbst beruht auf der Erscheinung, daß in der Nähe der Schleife liegende
elektrisch leitende Gegenstände die Induktivität der Schleife verändern. Infolge der Änderung
der Induktivität ändert sich auch die Resonanzfrequenz, wobei diese Änderung von der
Entfernung, in der sich der Gegenstand befindet, und weiteren Parametern abhängt.
Ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 3 943 339 beschrieben. Ein hinsichtlich der Signal
verarbeitung abweichendes, aber ebenfalls eine induktive Schleife verwendendes Verfahren
ist in den US-PS 2 943 306 und 3 164 802, sowie in der DE-PS 28 17 670 beschrieben.
Die beschriebenen Verfahren weisen jedoch neben den beschriebenen Vorteilen auch die fol
genden Mängel auf:
Sofern die vom Metallgegenstand hervorgerufene Änderung der Schleifeninduktivität infolge des geringen Volumens des Metallgegenstandes oder eines großen Abstandes klein ist, ist eine durch absolute Induktivitätsmessung erfolgende Wahrnehmung mit erheblichen Schwierigkei ten verbunden und kann über eine gewisse Grenze hinaus überhaupt nicht mehr realisiert wer den.
Sofern die vom Metallgegenstand hervorgerufene Änderung der Schleifeninduktivität infolge des geringen Volumens des Metallgegenstandes oder eines großen Abstandes klein ist, ist eine durch absolute Induktivitätsmessung erfolgende Wahrnehmung mit erheblichen Schwierigkei ten verbunden und kann über eine gewisse Grenze hinaus überhaupt nicht mehr realisiert wer den.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wird in dem DD-AP 202 475 ein Verfahren und
eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, bei der eine
induktive Erregungsschleife bis zum Erreichen eines stationären Zustandes mit Gleichstrom
gespeist wird, was den Aufbau eines Magnetfeldes zur Folge hat. Durch anschließendes
Unterbrechen des Stromkreises und das daraus folgende Zusammenbrechen des Magnetfeldes
wird im Metallgegenstand ein zeitlich abklingender Wirbelstrom induziert, der seinerseits in
einer weiteren induktiven Leiterschleife (Empfängerschleife) eine Spannung induziert, die
Informationen über den wahrzunehmenden Metallgegenstand liefert.
In der DE-OS 37 27 416 ist eine Ausgestaltung dieses Verfahrens beschrieben, die eine von
einem Mikroprozessor gesteuerte Kompensationsschaltung nutzt, um die zwischen der
Erregungsschleife und der Empfängerschleife stets vorhandene Gegeninduktivität zu
kompensieren.
Eine spezielle Ausgestaltung dieses Verfahrens für die Metallsuche bei der Personenkontrolle
auf Flugplätzen ist in der DE-OS 40 02 829 beschrieben. Dabei wird durch eine mehrkanalige
Messung die Diskriminierung von Ansammlungen von vielen kleinen Metallteilen (z. B.
Schlüssel, Münzen usw.) gegenüber größeren Metallobjekten (z. B. Feuerwaffen,
Explosivkörper) erzielt.
Durch diese Verfahren können einige der oben genannten Schwierigkeiten überwunden wer
den. Trotzdem verbleiben aber einige Nachteile, die sich in einer für die Wahrnehmung sehr
tief unter der Erdoberfläche liegender Metallgegenstände nicht ausreichenden Empfindlichkeit
und in der Unmöglichkeit einer vollständigen dreidimensionalen Ortung des
Metallgegenstandes äußern.
Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die gegenüber den bekannten
Anordnungen eine höhere Empfindlichkeit besitzt, und nicht nur die Wahrnehmung sondern
auch eine vollständige dreidimensionale Ortung relativ weit entfernter Metallgegenstände er
möglicht und dabei kompakt und leicht transportabel ist.
Das gesetzte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Stromleiterschleife, die so
genannte Erregungsschleife vorgesehen ist, die in an sich bekannter Weise bis zur Einstellung
eines stationären Magnetfeldes mit Gleichstrom erregt wird und in der anschließend die Erre
gung durch Unterbrechen des Stromflusses abgebaut wird, wobei das zusammenbrechende
Magnetfeld im wahrzunehmenden Metallkörper Wirbelströme induziert, deren Abklingen
langsamer erfolgt als der Zusammenbruch des ursprünglichen Magnetfeldes. Die
Nachweisempfindlichkeit einer solchen Anordnung hängt ganz wesentlich von der
magnetischen Feldstärke am Ort des wahrzunehmenden Metallgegenstandes ab, die ihrerseits
vom magnetischen Moment der Leiterschleife abhängt. Dieses magnetische Moment ergibt
sich aus dem Produkt des Stromes der Windungszahl und der von den Windungen berandeten
Fläche. Da sich weder der Strom noch die Fläche der Leiterschleife über gewisse Grenzen
hinaus steigern lassen, insbesondere wenn die Anordnung kompakt und transportabel sein
soll, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Erregungsschleife nicht als einzelne Leiterschleife
sondern als Spule mit mehreren bis vielen Windungen auszuführen.
Auf der anderen Seite führt diese Erhöhung der Windungszahl zu einer beträchtlichen Erhö
hung der Selbstinduktivität, die bekanntlich mit dem Quadrat der Windungszahl anwächst.
Die höhere Selbstinduktivität steht aber einem möglichst raschen Zusammenbruch des
Magnetfeldes beim Unterbrechen des Stromes durch die Erregerspule entgegen. Deshalb ist
erfindungsgemäß vorgesehen, die Erregerspule in zwei oder mehr Erregerspulen aufzuteilen,
die elektrisch in Reihe geschaltet und räumlich so angeordnet sind, daß die magnetische
Kopplung zwischen ihnen relativ gering ist, was zu einem günstigeren Verhältnis zwischen
magnetischem Moment und Selbstinduktivität führt. Trotzdem ist natürlich ein Anstieg der
Selbstinduktivität mit der Windungszahl nicht zu vermeiden, deshalb ist erfindungsgemäß
weiterhin vorgesehen, eine sehr hohe Induktionsspannung an der Erregerspule beim
Abschalten des Stromes zuzulassen, aber trotzdem das zum Schalten des Stromes verwendete
Schalterbauelement zuverlässig zu schützen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß
der eine Pol der Erregerspule mit einem Pol einer elektrischen Spannungsquelle relativ
niedriger Spannung - vorzugsweise im Bereich zwischen 10 V und 30 V - verbunden ist, daß
der andere Pol der Erregerspule über einen Halbleiter-Leistungsschalter sehr hoher
Spannungsbelastbarkeit - vorzugsweise im Bereich zwischen 1000 V und 2000 V - mit dem
anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, daß dem Halbleiter-Leistungsschalter eine
Reihenschaltung aus einer Halbleiterdiode mit sehr hoher Sperrspannung - vorzugsweise im
Bereich zwischen 1000 V und 2000 V - und einem Kondensator mit hoher Spannungsbelast
barkeit - ebenfalls vorzugsweise im Bereich zwischen 1000 V und 2000 V - parallel geschaltet
ist, wobei die Halbleiterdiode so gepolt ist, daß der in der Erregerspule fließende Strom beim
Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters auf besagten Kondensator geführt wird, und daß
letzterem Kondensator ein Widerstand oder ein sonstiger elektrischer Verbraucher parallel
geschaltet ist, der den Kondensator mit einem zeitlich nahezu konstanten Strom entlädt, wobei
der Widerstand oder der sonstige Verbraucher so dimensioniert ist, daß die am Halbleiter-
Leistungsschalter maximal zulässige Spannung nicht überschritten wird.
Weiterhin ist zur Steigerung der Empfindlichkeit der gesamten Meßanordnung vorgesehen,
daß auch die Empfängerschleife durch eine Spule mit mehreren bis vielen Windungen ersetzt
wird, wobei sich die induzierte Spannung proportional der Windungszahl erhöht.
Die großen Windungszahlen sowohl der Erregerspule als auch der Empfängerspule haben
außer der vorteilhaften Wirkung der Erhöhung der Empfindlichkeit aber auch Nachteile. Es
erhöhen sich in beachtlichem Maße die parasitären Kapazitäten dieser Schleifen. Dadurch
bilden sowohl Erregerspule als auch Empfängerspule Resonanzkreise, die durch die raschen
zeitlichen Änderungen der Spannungen zu Eigenschwingungen angestoßen werden können,
was die Meßergebnisse beeinträchtigen kann. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen,
sowohl die Erregerspule als auch die Empfängerspule mit zweckentsprechend gewählten
Dämpfungswiderständen zu überbrücken, um solche Eigenresonanzen zu vermeiden.
Die Erregerspule und die Empfängerspule sind im allgemeinen Fall nicht nur über den wahr
zunehmenden Metallgegenstand sondern auch magnetisch direkt miteinander gekoppelt. Das
führt dazu, daß während des Zusammenbruches des Magnetfeldes in der Empfängerspule
Spannungen induziert werden können, die diejenigen, die vom wahrzunehmenden
Metallgegenstand herrühren, in der Amplitude um viele Größenordnungen übertreffen
können.
Das kann dazu führen, daß der mit der Empfängerspule verbundene Verstärker so stark
übersteuert wird, daß er nicht mehr in der Lage ist, das vom wahrzunehmenden
Metallgegenstand herrührende Signal, das später eintrifft als das direkte Signal, korrekt zu
verarbeiten. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Empfängerspule räumlich in
Bezug auf die Erregerspule so angeordnet ist, daß beide voneinander weitestgehend
magnetisch entkoppelt sind.
Die gegenseitigen Positionen von Erregerspule und Empfängerspule für eine solche weitest
gehende magnetische Entkopplung sind äußerst scharf definiert. Nun unterliegt aber jede me
chanische Konstruktion infolge des Eigengewichtes und infolge von Temperaturänderungen
gewissen Deformationen. Das kann dazu führen, daß die Empfängerspule aus der
entkoppelten Stellung herausgeführt wird. Um daraus resultierende Schwierigkeiten zu
vermeiden, ist erfindungsgemäß eine zusätzliche einstellbare magnetische Kopplung
zwischen Erregerspule und Empfängerspule vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie die
Kompensation einer durch mechanische Deformation entstandenen zusätzlichen magnetischen
Kopplung entweder von Hand oder mittels eines automatischen elektronischen Regelkreises
ermöglicht.
Außer über das magnetische Feld sind die Erregerspule und die Empfängerspule auch über die
stets zwischen ihnen vorhandenen parasitären Kapazitäten miteinander gekoppelt. Deshalb ist
erfindungsgemäß vorgesehen, daß entweder die Erregerspule oder die Empfängerspule oder
beide mit einer elektrisch leitenden Abschirmung umgeben sind, daß diese Abschirmung(en)
mit dem Erdpotential verbunden ist(sind) und daß dieselbe(n) so ausgeführt ist, daß die Ent
stehung von durch die Abschirmung(en) hervorgerufenen Wirbelströmen weitestgehend ver
mieden wird. Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß diese Abschirmung(en) aus
einer großen Zahl einzelner und voneinander elektrisch isolierter Drahtschleifen mit sehr klei
nem Drahtdurchmesser besteht(bestehen), die die abzuschirmende(n) Spule(n) vollständig
umgeben, wobei alle diese Drahtschleifen jeweils nur an einem Punkt mit dem Erdpotential
verbunden sind.
In der bisher beschriebenen Form ist die Schaltungsanordnung zwar für die empfindliche
Wahrnehmung eines Metallgegenstandes geeignet, nicht aber für eine dreidimensionale
Ortung, denn diese Ortung erfordert die Kenntnis aller drei Komponenten des magnetischen
Feldvektors der im wahrzunehmenden Metallgegenstand fließenden Wirbelströme.
Deshalb sind erfindungsgemäß drei Empfängerspulen vorgesehen, deren Schleifenebenen mit
den drei Koordinatenebenen eines kartesischen Koordinatensystems übereinstimmen.
In einer Weiterbildung der Erfindung für die gleichzeitige Ortung mehrerer
Metallgegenstände ist vorgesehen, mehrere solcher Empfängerspulentripel räumlich
voneinander entfernt aufzustellen.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung für die großräumige Detektion von
Metallgegenständen - insbesondere für das Absuchen von Minenfeldern - ist vorgesehen, daß
mehrere Erregerspulen und mehrere Empfängerspulen auf einem gemeinsamen Träger
nebeneinander so angeordnet sind, daß zu jeder Erregerspule jeweils zwei entkoppelte
Empfängerspulen gehören, wobei die Erregerspulen zeitlich nacheinander in zyklischer Folge
erregt werden und die Signale der zugehörigen Empfängerspulen ebenfalls in gleicher
zyklischer Folge ausgeweitet werden. Dabei ist weiterhin vorgesehen, daß der Träger auf
einem geeigneten Fahrzeug montiert ist und mit diesem über das abzusuchende Feld gefahren
werden kann.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand einiger vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher
erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt
Fig. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit in zwei Teilspulen aufgeteilter
abgeschirmter Erregerspule und einer koppelfrei angeordneten, ebenfalls abgeschirmten Emp
fängerspule,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren Erregerspulen und
mehreren Empfängerspulen zur großflächigen Absuche von Minenfelder.
In der zugehörigen Zeichnung Fig. 1 ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung dar
gestellt. Die Erregerspule 2, die außerdem mit einem ohmschen Verlustwiderstand und einer
parasitären Kapazität behaftet ist, ist einerseits mit einer Gleichspannungsquelle 1 und
andererseits mit einem Leistungsschalter 8 verbunden. Weiterhin ist ihr zur Vermeidung
parasitärer Resonanzen der erfindungsgemäße Dämpfungswiderstand 3 parallel geschaltet.
Der Leistungsschalter 8 wird an seiner Steuerelektrode mit einer rechteckwellenförmigen
Spannung beaufschlagt, die von der Generatorschaltung 7 geliefert wird. Der
Verbindungspunkt der Erregerspule 2 mit dem Leistungsschalter 8 ist über eine
Halbleiterdiode 9 mit hoher Sperrspannung mit einem Pol eines Kondensators 10 mit hoher
Spannungsbelastbarkeit verbunden. Der andere Pol dieses Kondensators befindet sich auf
Erdpotential. Diesem Kondensator 10 ist ein Entladewiderstand 11 parallel geschaltet. Die
Empfängerspule 4, die hier ebenso wie die Erregerspule mit ihrem ohmschen
Verlustwiderstand und ihrer parasitären Kapazität gezeichnet ist, befindet sich mit einem Pol
auf Erdpotential, während der andere Pol mit dem Eingang eines Verstärkers 12 verbunden
ist. Am Ausgang dieses Verstärkers steht das verstärkte und die Information über den
Metallgegenstand enthaltende Signal zur Verfügung.
Die Erregerspule 2 und die Empfängerspule 4 sind räumlich so zueinander angeordnet, daß ih
re gegenseitige magnetische Kopplung nahezu verschwindend klein ist. Weiterhin ist in Fig. 1
ein Modell 6 des zu suchenden Metallgegenstandes in Form einer über einen sehr kleinen
Widerstand kurzgeschlossenen Induktivität dargestellt. Die Wirkungsweise der Anordnung ist
die folgende. Wird der Leistungsschalter 8 vom Rechteckwellengenerator 7 mit einer
Rechteckwellenspannung beaufschlagt, so beginnt Strom zu fließen, wenn die Polarität dieser
Spannung positiv ist.
Dieser Strom steigt mit einer Zeitkonstante, die durch die speziellen Werte der Induktivität
und des Verlustwiderstandes gegeben ist auf einen Wert an, der sich aus der speziellen Wahl
der Spannung an der Gleichspannungsquelle 1 und dem Verlustwiderstand ergibt. Die
Frequenz der Rechteckwellenspannung ist dabei so gewählt, daß der Strom seinen stationären
Wert während der positiven Halbwelle der Rechteckwellenspannung erreicht. Vorzugsweise
liegt diese Frequenz im Bereich zwischen 10 Hz und 500 Hz. Wechselt die Rechteckwellen
spannung in die negative Halbwelle, so wird der Stromfluß durch den Leistungsschalter 8 in
nerhalb sehr kurzer Zeit (einige Mikrosekunden und weniger) unterbrochen und der durch die
Erregerspule 2 fließende Strom fließt über die Halbleiterdiode 9 auf den Kondensator 10. Da
sich der beschriebene Vorgang periodisch wiederholt, baut sich am Kondensator 10 eine
immer höhere Spannung auf. Um diese Spannung in ihrer Höhe zu begrenzen ist der
Widerstand 11 vorgesehen, der einen um so höheren Strom abführt, je höher die Spannung am
Kondensator 10 ansteigt. Er ist in seinem Wert so dimensioniert, daß im eingeschwungenen
Zustand am Kondensator 10 eine Spannung von etwa 1000 Volt anliegt. Durch diese hohe
Gegenspannung erfolgt der Zusammenbruch des magnetischen Feldes in der Erregerspule 2
sehr schnell (innerhalb von 10 µs bei einer Induktivität von 1 mH und einem ursprünglichen
Strom von 10 Ampere).
Ohne das Vorhandensein des Metallgegenstandes 6 ist beim Zusammenbrechen des
Magnetfeldes am Ausgang des Verstärkers (nahezu) kein Signal nachweisbar, da die
Erregerspule 2 und die Empfängerspule 4 (nahezu) vollständig entkoppelt sind. Der
Metallgegenstand 6 bewirkt nun je nach seiner Entfernung von den Spulen eine zusätzliche
magnetische Kopplung. Das hat zur Folge daß beim Zusammenbruch des Magnetfeldes in
ihm Wirbelströme induziert werden, die zeitlich nach einer e-Funktion abklingen, wobei die
Zeitkonstante dieser e-Funktion vom Verhältnis von Induktivität des Metallgegenstandes zu
seinem Verlustwiderstand bestimmt wird. Das Abklingen dieser Wirbelströme erfolgt
wesentlich langsamer als der Zusammenbruch des ursprünglichen Feldes in der Erregerspule
2. Die zeitliche Änderung dieser Wirbelströme induziert in der Empfängerspule eine
Spannung, die vom Verstärker 12 verstärkt wird und am Ausgang dieses Verstärkers
ausgeweitet werden kann.
In der zugehörigen Zeichnung Fig. 2 ist eine schematische konstruktive Anordnung von
Erregerspule 2 und Empfängerspule 4 dargestellt. Die Erregerspule 2 ist in zwei räumlich
voneinander getrennte Teilspulen 2a und 2b aufgeteilt, wodurch sich die Induktivität
gegenüber der konzentrierten Anordnung verringert. Die Empfängerspule 4 befindet sich
zwischen den beiden Teilspulen und ist so angeordnet, daß sich die beiden Spulenebenen
teilweise überlappen. Dadurch kann eine nahezu vollständige magnetische Entkopplung der
Spulen erreicht werden. Der Spulenquerschnitt A der Empfängerspule 4 ist in Fig. 2 auf der
rechten Seite vergrößert dargestellt. Dabei zeigt die innere quadratische Anordnung die
einzelnen Windungen (in diesem Fall 25) der eigentlichen Spule und die äußere quadratische
Anordnung die einzelnen voneinander isolierten Leiterschleifen die in ihrer Gesamtheit die
Abschirmung bilden. Alle diese Leiteischleifen sind offen und nur an einem einzigen Punkt
mit dem Erdpotential verbunden. Je nach der angestrebten Empfindlichkeit kann entweder die
Erregerspule oder die Empfängerspule oder es kommen auch beide Spulen auf diese Art
geschirmt sein.
Die zugehörige Zeichnung Fig. 3 zeigt das Prinzip einer Anordnung zur großflächigen Absu
che von Minenfeldern. Die vier Erregerspulen 2a, 2b, 2c, und 2d sind linear nebeneinander auf
einem hier nicht gezeigten Träger angeordnet. Die fünf Empfängerspulen 4a, 4b, 4c, 4d und
4e sind in bezug auf die Erregerspulen so angeordnet, daß sie jeweils von der benachbarten
Erregerspule (nahezu) vollständig entkoppelt sind. Zu jeder Erregerspule gehört eine
Steuereinheit 13a bis 13d und zu jeder Empfängerspule eine Nachweiseinheit 14a bis 14e. Ein
geeigneter Muttertaktgenerator 15 gewährleistet die zyklische Ansteuerung der
Steuereinheiten.
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von Metallgegenständen, die sich
in größerer Tiefe unter dem Erdboden oder an sonstigen der unmittelbaren Beobachtung unzu
gänglichen Stellen befinden, mittels einer Stromleiterschleifenanordnung, der sogenannten
Erregerschleifenanordnung, die bis zur Einstellung eines stationären Magnetfeldes mit
Gleichstrom erregt wird und in der anschließend die Erregung durch Unterbrechung des
Stromflusses abgebaut wird, wobei das zusammenbrechende Magnetfeld im
wahrzunehmenden Metallgegenstand Wirbelströme induziert, deren Abklingen langsamer
erfolgt als der Zusammenbruch des ursprünglichen Magnetfeldes, und einer weiteren
Stromleiterschleifenanordnung, der sogenannten Empfängerschleifenanordnung, in der durch
die Wirkung der im wahrzunehmenden Metallgegenstand abklingenden Wirbelströme eine
elektrische Spannung induziert wird, die Informationen über den wahrzunehmenden
Gegenstand liefert, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Erregerschleife durch eine Erregerspule und eine Empfängerschleife durch eine Empfängerspule mit jeweils mehreren bis vielen Windungen ersetzt sind,
daß der eine Pol einer Erregerspule mit einem Pol einer elektrischen Spannungsquelle mit einer relativ niedrigen Spannung im Bereich von ca. 10 V bis 30 V verbunden ist,
daß der andere Pol einer Erregerspule über einen Halbleiter-Leistungsschalter hoher Spannungsbelastbarkeit im Bereich von ca. 1000 V bis 2000 V mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist,
daß die Steuerelektrode des Halbleiter-Leistungsschalters aus einem Generator mit einer Rechteckwellenspannung beaufschlagt wird,
daß dem Halbleiter-Leistungsschalter eine Reihenschaltung aus einer Halbleiterdiode mit hoher Sperrspannung im Bereich von ca. 1000 V bis 2000 V und einem Kondensator mit hoher Spannungsbelastbarkeit im Bereich von ca. 1000 V bis 2000 V parallel geschaltet ist, wobei die Halbleiterdiode so gepolt ist, daß der in der Erregerspule fließende Strom beim Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters auf besagten Kondensator geführt wird,
daß letzterem Kondensator ein Widerstand oder ein sonstiger elektrischer Verbraucher paral lel geschaltet ist, der den Kondensator mit einem zeitlich nahezu konstanten Strom entlädt,
daß mehrere Empfängerspulen vorgesehen sind, deren Klemmen jeweils mit den Eingangs klemmen eines zugehörigen Verstärkers verbunden sind,
daß diese Empfängerspulen an verschiedenen Stellen des Raumes so angeordnet sind, daß sie von der Erregerspulenanordnung weitestgehend magnetisch entkoppelt sind und
daß die Ausgänge dieser Verstärker mit zweckentsprechenden Signalauswerteeinrichtungen verbunden sind, deren Ausgangsgrößen die Bestimmung der Richtung des vom zu ortenden Metallgegenstand herrührenden Magnetfeldvektors und damit eine Ortung gestatten.
daß eine Erregerschleife durch eine Erregerspule und eine Empfängerschleife durch eine Empfängerspule mit jeweils mehreren bis vielen Windungen ersetzt sind,
daß der eine Pol einer Erregerspule mit einem Pol einer elektrischen Spannungsquelle mit einer relativ niedrigen Spannung im Bereich von ca. 10 V bis 30 V verbunden ist,
daß der andere Pol einer Erregerspule über einen Halbleiter-Leistungsschalter hoher Spannungsbelastbarkeit im Bereich von ca. 1000 V bis 2000 V mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist,
daß die Steuerelektrode des Halbleiter-Leistungsschalters aus einem Generator mit einer Rechteckwellenspannung beaufschlagt wird,
daß dem Halbleiter-Leistungsschalter eine Reihenschaltung aus einer Halbleiterdiode mit hoher Sperrspannung im Bereich von ca. 1000 V bis 2000 V und einem Kondensator mit hoher Spannungsbelastbarkeit im Bereich von ca. 1000 V bis 2000 V parallel geschaltet ist, wobei die Halbleiterdiode so gepolt ist, daß der in der Erregerspule fließende Strom beim Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters auf besagten Kondensator geführt wird,
daß letzterem Kondensator ein Widerstand oder ein sonstiger elektrischer Verbraucher paral lel geschaltet ist, der den Kondensator mit einem zeitlich nahezu konstanten Strom entlädt,
daß mehrere Empfängerspulen vorgesehen sind, deren Klemmen jeweils mit den Eingangs klemmen eines zugehörigen Verstärkers verbunden sind,
daß diese Empfängerspulen an verschiedenen Stellen des Raumes so angeordnet sind, daß sie von der Erregerspulenanordnung weitestgehend magnetisch entkoppelt sind und
daß die Ausgänge dieser Verstärker mit zweckentsprechenden Signalauswerteeinrichtungen verbunden sind, deren Ausgangsgrößen die Bestimmung der Richtung des vom zu ortenden Metallgegenstand herrührenden Magnetfeldvektors und damit eine Ortung gestatten.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erregerspulenanordnung in zwei oder mehrere räumlich voneinander entfernte
Erregerspulen aufgeteilt ist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vermeidung parasitärer kapazitiver Kopplungen zwischen Erregerspule und
Empfängerspule entweder die Erregerspule oder die Empfängerspule oder beide mit einer
elektrisch leitenden Abschirmung umgeben sind und daß diese Abschirmung(en) aus einer
großen Zahl einzelner und voneinander elektrisch isolierter Drahtschleifen mit sehr kleinem
Drahtdurchmesser besteht(bestehen), die die abzuschirmende Spule(n) vollständig umgeben,
wobei alle diese Drahtschleifen jeweils nur an einem Punkt mit dem Erdpotential verbunden
sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vermeidung von Eigenresonanzen, die durch die stets sowohl der Erregerspule als
auch der Empfängerspule parallel liegenden parasitären Kapazitäten bedingt sind, sowohl der
Erregerspule als auch den Empfängerspulen ohmsche Dämpfungswiderstände parallel ge
schaltet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß für eine dreidimensionale Ortung des wahrzunehmenden Metallgegenstandes drei Emp
fängerspulen vorgesehen sind, deren Schleifenebenen mit den drei Koordinatene
benen eines kartesischen Koordinatensystems übereinstimmen.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß für die gleichzeitige Ortung mehrerer Metallgegenstände mehrere aus jeweils drei Emp
fängerspulen bestehende Empfängerspulentripel vorgesehen sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Erregerspulen und mehrere Empfängerspulen auf einem gemeinsamen Träger
nebeneinander so angeordnet sind, daß zu jeder Erregerspule jeweils zwei entkoppelte
Empfängerspulen gehören, wobei die Erregerspulen zeitlich nacheinander in zyklischer Folge
erregt werden und die Signale der zugehörigen Empfängerspulen ebenfalls in gleicher
zyklischer Folge ausgewertet werden und daß der Träger auf einem geeigneten Fahrzeug
montiert ist und mit diesem über das abzusuchende Feld gefahren werden kann.
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---|---|---|---|
DE19944417931 DE4417931C1 (de) | 1994-05-19 | 1994-05-19 | Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von Metallgegenständen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19944417931 DE4417931C1 (de) | 1994-05-19 | 1994-05-19 | Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von Metallgegenständen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4417931C1 true DE4417931C1 (de) | 1995-08-17 |
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DE19944417931 Expired - Fee Related DE4417931C1 (de) | 1994-05-19 | 1994-05-19 | Schaltungsanordnung zur Wahrnehmung und Ortung von Metallgegenständen |
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DE (1) | DE4417931C1 (de) |
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