DEP0027659DA - Metallsuchgerät nach der Gegeninduktivitätsmethode - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Geräte und Vorrichtungen, mit denen es möglich ist, in nichtmetallischen Medien metallische Fremdkörper einwandfrei nachzuweisen. Man hat an sich für diese Zwecke bereits magnetische Abscheidevorrichtungen konstruiert, deren Aufgabe es ist, die Fremdkörper nicht nur nachzuweisen, sondern auch durch ein Magnetfeld entsprechender Stärke aus dem nichtmetallischen Medium abzusondern. Mit Rücksicht auf die nur geringe Reichweite von elektrischen Magnetfeldern bzw. auch permanenten Magneten erfüllen die Magnetabscheider ihre Aufgabe nur bedingt und müssen völlig versagen, wenn die metallischen Fremdkörper aus nichtmagnetischen Legierungen bestehen. Man hat auch in der Kriegstechnik zum Aufsuchen von Minen bereits Geräte entwickelt, die akustisch das Vorhandensein von Minen im Erdboden nachweisen. Es handelt sich hierbei um relativ unempfindliche Geräte, die auf kleinste Eisenteile nicht ansprechen und auch entsprechend ihrem Zweck nicht ansprechen dürfen.

So erweisen sich auch die vielfach verwendeten Schwebungsmethoden als ungeeignet, da sie einerseits unstabil und andererseits zu unempfindlich sind. Feldänderungen in der Größenordnung 1 : 1000000 sind damit keinesfalls nachweisbar.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es aber gerade das Aufsuchen kleinster Metallteile, insbesondere solcher mit Gewichten von 1 Gramm und weniger, von außerordentlicher Wichtigkeit. Hingewiesen sei nur auf die Wichtigkeit des Nachweises von Metallsplittern in Schnittholz, weil derartige Metallsplitter, wenn sie nicht vor dem Sägen entfernt werden, die Sägeblätter zerstören. Ähnliches gilt auch für metallische Fremdkörper etwa in Rohbaumwolle, die empfindliche Teile des Reißwolfes leicht zerstören, wenn sie nicht vorher ausgesondert werden.

Unser Gerät arbeitet nach der an sich bekannten Gegeninduktivitätsmethode, bei der in ungestörtem Zustand der Kopplungsgrad zwischen Primär- und Sekundärspule erfindungsgemäß nahezu gleich Null bzw. ihre Gegeninduktivität nahezu gleich Null ist.

Unsere Erfindung sei an einem einfachen Beispiel erläutert:

Eine Primärspule A (Fig. 1), die aus einer Wechselspannungsquelle B gespeist wird, ist zu einer Sekundärspule C so angeordnet, dass bei störungsfreiem Betrieb im Eingriffsbereiche des magnetischen Feldes in die Spule C keine Spannung hineininduziert wird, d.h. die Kopplung der Spulen A und C ist Null bzw. ihre Gegeninduktivität ist Null. Wird nun das von der Spule A ausgehende Wechselfeld durch einen metallischen, entweder magnetischen oder nichtmagnetischen Fremdkörper verzerrt, so wird in der Spule C eine Spannung induziert. Es ist also damit der Zustand erreicht, dass ein an die Spule C angeschlossener Verstärker D entweder in seiner Eingangsspannung durch die Anwesenheit des Fremdkörpers ver- ändert wird oder besser noch, dass er vorzugsweise überhaupt erst durch die Anwesenheit des Fremdkörpers und die dadurch bedingte Verzerrung des von A ausgehenden Feldes mit Spannung beaufschlagt wird. Im Ausgang des Verstärkers D liegt ein Anzeigeinstrument E, welches einen der Eingangsspannung bzw. einen auf der Änderung der Eingangsspannung beruhenden proportionalen Ausschlag zeigt. Die Verwendung eines Anzeigeinstrumentes ist insofern gegenüber einer akustischen Anzeige von Vorteil, als die Ablesung des Instrumentes denjenigen, der mit der Durchführung des Absuchens beauftragt ist, weniger ermüdet, als wenn we mit einem Kopfhörer abhören müsste. Außerdem gestattet das Anzeigeinstrument, besser festzustellen, wie sich die Spulenanordnung bzw. ihr empfindlicher Bereich dem Fremdkörper nähert bzw. sich auch von diesem entfernt.

Es ist in der Praxis nicht ganz einfach, die beiden Spulen A und C ohne Verwendung metallischer Verbindungsglieder so stabil und überhaupt so genau gegeneinander zu fixieren, dass die Eingangsspannung am Verstärker D, wie das erwünscht ist, genau Null wird. Besonders bei den großen Metallmassen der Eisenkonstruktionen für Förderbänder werden sich diese Metallmassen dahingehend auswirken, dass man eine Spannung am Verstärkereingang erhält, die durch die komplexe Kopplung von Spule A und Spule C infolge der Metallmassen entsteht.

Man kann daher erfindungsgemäß diesen Zustand einer Eingangsspannung Null auch dadurch erreichen, dass man in Reihe mit der in C induzierten Spannung etwa über 2 Nebenwiderstände oder auf andere Weise zwei regelbare und mit der Frequenz der Spannungsquelle B synchrone Spannungen einfügt, die gegeneinander größenanordnungsmäßig und vorzugsweise um 90° phasenverschoben sind. Unter der Voraussetzung, dass man die im störungsfreien Betrieb induzierte Spannung in C kleiner ist als die durch F und G regulierfähige Spannung, lässt sich bei kleinen Abweichungen der Zustand einer Eingangsspannung Null im Verstärker D in einfachster Weise einregulieren, wie das Abb. 2 im Blockschaltbild und Abb. 3 im Vektorbild andeuten. In Abb. 3 bedeutet u(sub)1. sin(<Formel>) die durch komplexe Kopplung infolge Metallmassen noch verbleibende Eingangsrestspannung und u(sub)3. sin(<Formel>) sowie u(sub)2. sin(<Formel>) die eingefügten, nach Phase und Betrag änderbaren Spannungen.

Zweckmäßig ist, zur Erhöhung der Empfindlichkeit den Sekundärkreis durch Zuschaltung eines Parallelkondensators im Eingang des Verstärkers auf Resonanz der Spannungsquelle B abzustimmen. Hierbei kann man zur Erreichung des oben angegebenen Effektes etwa die Spannung F in den sich so ergebenden Schwingungskreis auf der Sekundärseite hereinlegen bzw. diese Spannungsquelle phasengetreu von dort abgreifen, während man dann die zweite Spannung, also die Spannung G in Reihe mit dem Kreis, also etwa zwischen dem Abstimmkondensator und dem Gitter der ersten Röhre (vgl. Abb. 2, in der die Schaltung des Gerätes schematisiert ist) einfügen.

Zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit und gleichzeitig um den Verstärker D von betriebsfremden, etwa in C eininduzierten Spannungen frei zu machen, wird erfindungsgemäß der Verstärker abgestimmt, so dass er vorzugsweise die Sendefrequenz oder eine von deren Oberwellen verstärkt und allen anderen Frequenzen unterdrückt.

Neben dem in Abb. 2 genannten Röhrensender kann auch ein Synchrongenerator Verwendung finden. In diesem Falle kann erfindungsgemäß die am Ende des Verstärkers D vor dem Eingang in das vorzugsweise als Drehspulinstrument ausgebildete Anzeigeinstrument E liegende Wiedergleichrichtung in der Weise ausgeführt werden, dass auf der Achse des Synchrongenerators ein an sich bekannter mechanischer Wiedergleichrichter etwa in Form eines Kollektors angeordnet ist. Man kann auch die Sendespannung B in an sich bekannter Weise aus Gleichstrom durch einen Wechselrichter vorzugsweise mechanischer Bauart erzeugen und die Wiedergleichrichtung ebenfalls durch synchron schwingende Zungen oder synchron rotierende Kollektoren ausführen.

Aus mechanischen Stabilitätsgründen ist es speziell, wenn die beiden Spulen A und C sehr groß sein müssen, und dies ist beispielsweise bei Förderbändern erforderlich, unangenehm, wenn die Spule aus vielen Windungen besteht. Man kann erfindungsgemäß die Anlage dann dadurch bedeutend vereinfachen, dass man Empfangs- und Sendespulen aus Einwindungsspulen, vorzugsweise aus Rohr, herstellt und diese über Transformatoren anpasst, so dass man als wirksame Induktivitäten Werte von mehreren Henry erhalten kann.

Als zweckmäßig sehen wir es noch an, im Ausgang des Verstärkers E durch eine an sich bekannte Regelschaltung zu große Amplituden im Anzeigeinstrument, die zur Zerstörung desselben oder auch zur Zerstörung des vorgeschalteten Gleichrichters führen können, zu vermeiden. Solche großen Amplituden können leicht dann auftreten, wenn irgendwie sehr große Metallmassen versehentlich in die Nähe der Spulenanordnung gebracht werden.

Weiterhin erscheint es uns zweckmäßig, diejenigen Anordnungen, ais denen die zur Kompensation der Restspannung in C erforderlichen Spannungen F und G gewonnen werden, so auszubilden, dass sie auch bei variabler Sendefrequenz ihre Phasenlage gegenüber der Sendespannung unabhängig erhalten.

Die Geräte zum Aufsuchen metallischer Fremdkörper in nichtmetallischen Medien können beispielsweise eingebaut werden in Förderbändern, bei Massenfertigung im Bandbetrieb, in Schiffen, in schleppfähigen Unterwasseranordnungen usw.

Als vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes können selbstverständlich Relaisanordnungen angeschlossen werden, die gestatten, Signale auszulösen, mechanische Ausscheidungsvorrichtungen in Betrieb zu setzen oder Förderbänder zum Stillstand zu bringen.

Claims (10)

1.) Metallsuchgerät, bei dem in der an sich bekannten Gegeninduktionsmethode durch den nachzuweisenden metallischen Fremdkörper zwischen einer oder mehreren Primärspulen und einer oder mehrerer Empfängerspulen die Gegeninduktivität bzw. der Kopplungsgrad geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fehlen des Suchkörpers der Kopplungsgrad sich möglichst nahe bei Null befindet.

2.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch besonders gekennzeichnet, dass zur absoluten Einstellung der Ausgangsspannung Null auf der Sekundärseite des Gerätes der beim Fehlen des Fremdkörpers noch vorhandene unvermeidbare Rest an eingekoppelter Spannung durch zwei unabhängig voneinander regelbare und um etwa 90° gegeneinander verschobene Spannungen kompensiert wird.

3.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch besonders gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis durch Zuschaltung eines Parallelkondensators auf Resonanz mit der Sendefrequenz abgestimmt ist und hierbei zur Erreichung des in Anspruch 2 angegebenen Effektes die eine Spannung in den Kreis eingeführt wird, während die andere mit dem Kreis in Reihe liegt.

4.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein etwa hinter die Sekundärspule geschalteter Verstärkung abgestimmt ist, also nur die Sendefrequenz oder eine von deren Oberwellen verstärkt und alle anderen Frequenzen unterdrückt.

5.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle ein nach Art eines Synchrongenerators gebauter Wechselstromgenerator Verwendung findet.

6.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Anzeigeinstrument im Ausgang notwendige Wiedergleichrichtung durch einen auf der Achse des Synchrongenerators liegenden mechanischen Wiedergleichrichter ausgeführt wird.

7.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch besonders gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle eine Gleichspannung verwendet wird, deren Strom in an sich bekannter Weise durch mechanische Wechselrichter in Wechselstrom verwandelt wird und im Ausgang eine synchrone mechanische Wiedergleichrichtung erfolgt.

8.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendespule bzw. Empfangsspule oder auch Sendespulen bzw. Empfangsspulen Einwindungsspulen vorzugsweise aus Rohr verwendet werden, die über Übertrager angepasst sind, so dass wirksame Induktivitäten in der Größe von mehreren Henry hergestellt werden können.

9.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zur Kompensation gemäß Anspruch 3 verwendeten Spannung ihre Phasenlage unabhängig von der Frequenz dieser Spannungen gegeneinander halten.

10.) Metallsuchgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgang durch eine an sich bekannte Regelschaltung zu große Amplituden im Anzeigeinstrument unterdrückt werden.