NL8203535A - Elektromagnetisch detectiestelsel met niet-lineair respondercircuit. - Google Patents

Description

i « c * VO 3^97

Elektromagnetisch detectiestelsel met niet- ( lineair respondercircuit. +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

De uitvinding heeft betrekking op een elektromagnetisch detectiestelsel ingericht om in een detectiezone' een twee verschillende frequenties omvattend ondervragingsveld op te wekken, welke twee frequenties liggen binnen het resonantiegebied van een afgestemd responder-5 circuit, dat tevens een niet-lineair element omvat voor het vormen van een eveneens binnen het resonantiegbied liggende derde frequentie, die door de responder wordt uitgezonden en in een ontvanginrichting van het stelsel kan worden gedetecteerd.

Een dergelijk stelsel is bijvoorbeeld bekend uit het Duits 10 Offenlegungsschrift 2 750 863· Bij dit bekende stelsel kan, afhankelijk van de gebruikte frequenties, soms vals alarm optreden, doordat in metaalwerk in de omgeving, bijvoorbeeld van boodschappenwagentjes e.d., niet-lineaire contacten aanwezig zijn, die onder invloed van het ondervragingsveld signalen verschaffen, die de bovengenoemde derde frequentie kunnen 15 omvatten.

De uitvinding beoogt dit probleem te ondervangen. Hiertoe wordt volgens de uitvinding een elektromagnetisch detectiestelsel van de beschreven soort daardoor gekenmerkt, dat middelen aanwezig zijn om tenminste één van de twee genoemde frequenties periodiek te doen variëren 20 over een frequentiegebied, dat tenminste een aanzienlijk deel van de door de resonantiecurve van het afgestemde respondergebied bestreken fre-quentieband omvat.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekening van een uitvoeringsvoorbeeld. 25 Figuur 1 toont een blokschema van een stelsel volgens de uitvinding; en figuur 2 toont de relatieve ligging van in het stelsel optredende signaalfrequenties; en figuur 3 toont een andere uitvoeringsvorm van een stelsel 30 volgens de uitvinding.

8203535 -2-

Het in figuur 1 getoonde stelsel omvat een tweetal antennes 1 en 2, die bij bekrachtiging een ondervragingsveld opwekken, met behulp waarvan de aanwezigheid van een responder 3 in het ondervragingsveld kan worden gedetecteerd.

5 De responder omvat hiertoe een af gestemd circuit, dat een niet-lineair element omvat. Bij wijze van voorbeeld is een circuit bestaande uit een spoel L, een condensator C en een diode D getoond.

Een dergelijk circuit heeft zoals bekend een ongeveer klok-vormige resonantiecurve met als centrale frequentie de resonantie-10 frequentie fr.

Bij de beschreven bekende inrichting worden twee vaste zendfrequenties gebruikt die beide binnen de resonantiecurve liggen en wordt voor de detectie van een responder gebruik gemaakt van het feit, · dat het niet-lineaire element derde orde frequentiecomponenten vormt, 15 waarvan bijvoorbeeld de component of de component 2f^~f^ nog ruim binnen de resonantiecurve liggen, zodat door de responder opgewekte signalen met deze frequenties sterk genoeg zijn om betrouwbaar te worden gedetecteerd.

De op deze wijze ontvangen signalen kunnen echter slechts 20 aan de frequentie worden herkend, en kunnen derhalve moeilijk worden onderscheiden van niet van een responder afkomstige signalen met ongeveer dezelfde frequentie. In het verleden is getracht dit probleem te ondervangen door bijvoorbeeld de frequentie f pulsvormig in amplitude te moduleren. Deze modulatie vindt men dan terug in de derde orde frequen-25 tiecomponent en kan worden gebruikt om signalen, die niet van een responder afkomstig zijn te onderscheiden van signalen, die wel van een responder afkomstig zijn.

Echter, signalen, die veroorzaakt worden door niet-lineaire contacten in bijvoorbeeld boodschappenwagentjes hebben ongeveer dezelfde 30 modulatievorm als de van een responder afkomstige signalen en kunnen op deze wijze daarvan niet worden onderscheiden.

Volgens de uitvinding wordt nu gebruik gemaakt van de vorm van de resonantiecurve van het afgestemde circuit om de ontvangen signalen te identificeren en te onderscheiden van stoorsignalen. Hiertoe worden 8203535 -3- volgens een eerste uitvoeringsvorm de beide frequenties en f2 periodiek gevariëerd over een frequentiegebied, dat tenminste een aanzienlijk deel van de door de resonantiecurve bestreken frequentieband omvat. De teruggezonden signalen met derde orde frequentiecomponenten zwaaien 5 derhalve ook over tenminste een deel van de door de resonantiecurve bestreken band, en hebben daardoor een amplitudeverloop, dat overeenkomt met de vorm van de resonantiecurve. Het teruggezonden signaal wordt als het ware gemoduleerd door de resonantiecurve.

Daar stoorsignalen een dergelijke modulatie niet hebben is 10 het derhalve mogelijk stoorsignalen te onderscheiden van respondersignalen.

Aan de antenne 1 van het in figuur 1 getoonde stelsel wordt een signaal met een zwaaiende frequentie f^ toegevoerd, terwijl aan de antenne 2 een signaal met een zwaaiende frequentie fg wordt toegevoerd.

Hoewel zulks niet strikt noodzakelijk is, wordt tussen de 15 f^ en fg op elk moment een vast verschil gehandhaafd.

Opgemerkt wordt dat de antennes 1 en 2 ook tot een enkele antenne gecombineerd zouden kunnen worden, of dat aan beide antennes zowel signalen met frequentie f^ als signalen met. frequentie f2 zouden kunnen worden toegevoerd onder gebruikmaking van geschikte duplexscha-20 kelingen.

Figuur 2 toont bij wijze van voorbeeld de relatieve ligging van de frequenties f en f2 en van de derde orde componenten f^ en f^ ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de resonantiecurve RC. In dit voorbeeld is f1 de laagste frequentie en ligt f2 ^ kïï hoger. f^f-j-fg 25 is dan b kH lager dan f , terwijl f^=2f2~f1 U kHz hoger is dan fg.

In de in figuur 1 getoonde schakeling wordt van dit laatste signaal gebruik gemaakt.

Voorts is in figuur 2 de frequentiezwaai FZ aangegeven.

Aan de ontvangzijde wordt het zogenaamde direkte conversie-30 principe toegepast. Het door tenminste een van de antennes, in het afge-beelde voorbeeld antenne 2, ontvangersignaal wordt via een duplexinrichting I4., en een bandfilter 5 toegevoerd aan een menginrichting 6. Opgemerkt wordt, dat ook een aparte ontvangantenne zou kunnen worden toegepast. De duplex-inrichting kan dan achterwege blijven.

820 3 535 _i+_

Aan de menginrichting wordt tevens als hulpsignaal het signaal met de variërende frequentie f^ toegevoerd. De menginrichting vormt onder meer een uitgangssignaal met een frequentie welke het verschil is tussen f1 en f^. In het onderhavige voorbeeld bedraagt dit verschil 8 kHz.

5 Dit 8 kHz signaal wordt met behulp van een bandfilter 7 uit het uitgangssignaal van de menginrichting geselecteerd en vervolgens, na versterking in een versterker 8, synchroon gedetecteerd in een menginrichting 9· Hiertoe wordt aan de menginrichting 9 een tweede signaal met een frequentie, welke het verschil is tussen f^ en f^, in het onderhavige voorbeeld dus een 8 kHz sig-10 naai, toegevoerd. Dit tweede 8 kHz signaal kan middels een afzonderlijke oscillator worden verkregen, doch wordt bij voorkeur afgeleid van één der voor het opwekken van het ondervragingsveld reeds aanwezige oscillatoren, zoals/

In de menginrichting 9 wordt derhalve het van de responder afkomstige, gemoduleerde 8 kHz signaal gedemoduleerd, zodat het uitgangs-15 signaal van de menginrichting 9 bestaat uit pulsen, die de vorm van de resonantiecurve RC hebben, indien zich in het ondervragingsveld een responder bevindt.

De vorm van deze pulsen wordt gecontroleerd in een vorm-controleschakeling '10, die kan bestaan uit een synchrone schakelaar, die 20 wordt bestuurd door hetzelfde signaal dat de frequenties f^ en doet zwaaien.

Het uitgangssignaal van de vormcontroleschakeling 10 wordt toegevoerd aan een integrator 11, die, nadat een voorafbepaald aantal signalen met de juiste vorm is ontvangen, een alarminrichting 12 acti-25 veert.

Voor het opwekken van het ondervragingsveld is een basis-oscillator 13 aanwezig, die een signaal met een frequentie Uf^ opwekt en die in frequentie gemoduleerd wordt met een sinusvormige zwaai-spanning van 125 Hz.

30 Het uitgangssignaal van de oscillator 13 wordt toegevoerd aan een frequentiedeler ~11, die de frequentie door vier deelt zodat een signaal met een met 125 Hz variërende frequentie f^ ontstaat, welk signaal via een versterker 15 wordt toegevoerd aan de antenne 1.

Het sinusvormige 125 Hz signaal wordt verkregen door het /in het volgende nog nader zal worden beschreven.

8 2 0 3 5 3 5 • -5- l uitgangssignaal van een 16 kHz oscillator 16 in een frequentiedeler 17 door honderachtentwintig te delen. Vervolgens wordt dit 125 Hz signaal via een blok-sinusomzetter 18 toegevoerd aan de oscillator 13.

Het uitgangssignaal van de oscillator 16 wordt voorts toe-5 gevoerd aan een door twee delende frequentiedeler 19 ter verkrijging van het. voor de menginrichting 9 benodigde signaal van 8 kHz.

De deler 17 verschaft voorts via een leiding 20 het best urings signaal voor de vormcontrole-inrichting 10.

Voor het opwekken van het signaal met frequentie f is 10 een oscillator 21 aanwezig, die een signaal met een frequentie kf^ afgeeft, dat wordt toegevoerd aan een door vier delende frequentiedeler 22 en vervolgens via een versterker 23 wordt toegevoerd aan de antenne 2. Het uitgangssignaal van de oscillator 21 heeft een frequentie die 16 kHz hoger ligt dan het uitgangsignaal van de oscillator 13.

15 Ook het signaal van de oscillator 21 wordt door het uit gangssignaal van de blok-sinusomzetter 18 in frequentie gemoduleerd.

De oscillator 21 is voorts opgenomen in een fasevergrendel-lus, welke een menginrichting 2b, een fasevergelijker 25 en een lusfilter 26 omvat. Aan de menginrichting 2b worden het uitgangssignaal van de os-20 cillator 13 en het uitgangssignaal van de oscillator 21 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de menginrichting heeft dan een frequentie van 16 kHz, waarvan de fase in de fasevergelijkingsinrichting wordt vergeleken met de fase van het door de oscillator 16 .verschafte 16 kHz signaal. De fasevergelijkingsinrichting is voorts via het lusfilter 26 verbonden met de 25 oscillator 21.

Op deze wijze wordt bewerkstelligd dat de frequenties f^ en f^ eaact synchroon variëren. Daar bovendien het uitgangssignaal van de frequentiedeler 1U als hulpsignaal via een leiding 27 wordt toegevoerd aan de menginrichting 6 varieert ook de afstemming van het ontvanggedeelte 30 van detectiestelsel synchroon met de frequentiezwaai van het ondervra-ginsgveld.

Volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt slechts êén der frequenties, bijvoorbeeld f ,periodiek gevarieerd. De andere frequentie f^ wordt dan gelijk gekozen aan de resonantiefrequentie 8203535 -6- fr. De variatie van zou. bijvoorbeeld kunnen plaatsvinden tussen f -k kHz en f^-AOk kHz. Het te detecteren signaal met frequentie treedt dan alleen op als dicht bij f^ ligt en zowel f als f^ in het resonantiegebied van het afgestemde circuit liggen. Bij 5 een dergelijk stelsel dienen derhalve strenge eisen te worden gesteld ten aanzien van de resonantiefrequentie van het afgestemde circuit.

Figuur 3 toont schematisch' een stelsel waarbij slechts één der zendfrequenties periodiek wordt gevarieerd. Bij wijze van voorbeeld is in figuur 3 een aantal frequentiewaarden aangegeven.

10 Figuur 3 toont, een vaste (kristal-)oscillator 30, die de frequentie kf opwekt, welke door een vierdeler 31 in f^ wordt omgezet.

Het f^-signaal bereikt via een versterker 23 en een duplexinrichting U op soortgelijke wijze als met betrekking tot figuur 1 is beschreven een antenne 2. In dit voorbeeld is voor f^ 13,560 MHz gekozen.

15 Op'soortgelijke wijze als getoond in figuur 1 is een oscilla tor 13 aanwezig die een signaal met variërende frequentie Uf opwekt, dat na deling door een vierdeler 1U een versterker 15 aan de antenne 1 wordt toegevoerd. In dit voorbeeld varieert de uitgangsfrequentie van de oscillator 13 tussen 5^,22** en 53,82^ MHz.

20 Bij aanwezigheid van een afgestemd circuit 3 in het door de antennes 1 en 2 opgewekte ondervragingsveld vo'ert de duplöcinrichting k het door de antenne 2 opgevangen, van het afgestemde circuit afkomstige signaal met frequentie f ^=2^-^ toe aan bandfilter 5· Het gefilterde uitgangssignaal van het bandfilter 5 wordt toegevoerd aan menginrichting 6, waaraan 25 tevens als hulpsignaal het van een locale oscillator 32 afkomstige signaal

met It-f__ na deling door U in een vierdeler 33 ter verkrijging van een signaal LQ

met frequentie f^Q wordt toegevoerd. De menginrichting 6 brengt de sig-naalfrequentie terug naar een vaste middenfrequentie, in dit voorbeeld 8 kHz. Dit 8 kHz-signaal wordt weer via bandfilter 7 en versterker 8 toe-30 gevoerd aan een als synchrone detector werkende menginrichting 9· Aan de menginrichting 9 wordt hiertoe een tweede signaal met frequentie van 8 kHz toegevoerd. Het uitgangssignaal van de menginrichting 9 wordt weer via vormcontroleschakeling 10 toegevoerd aan een integrator 11, die, na ontvangst van een voorafbepaald aantal signalen met de juiste vorm, een 8203535 -7- alarminrichting 12 activeert.

Daar de frequentie f^ steeds evenveel kHz hoger is dan als de variërende frequentie f^ lager is dan f^, dient ook de frequentie

f van het Lokale oscillatorsignaal mee te variëren, zodanig dat LU

5 (in dit voorbeeld) geldt f^=f^ + 8 kHz. Hiertoe variëert de frequentie van de Lokale oscillator 32 tussen 5k»288 en 5k,688 MHz, zodat f ^ variëert tussen 13,572 en 13,672 MHz.

In een menginrichting 3k wordt het k.f^Q-signaal gemengd met een signaal van een vaste hulposcillator 35 met een frequentie van 5k,272 MHz, 10 zodat een tussen 16 en U16 kHz variërend uitgangssignaal ontstaat. Ook de frequentie van de kf^-oscillator 13 zwaait mee met de oscillator 32, doch tegengesteld.

Een fasevergrendellus, bestaande uit een menginrichting 36, een fasevergelijker 37, en een lusfiler 38 bewerkstelligt, dat het frequentieverschil tussen kf en kf^ gelijk wordt aan dat tussen 15 kfLQ en 5k,272 MHz. Dus kf -kf.= kfLQ-5k,272 MHz of f -f^f^-13,568 MHz.

Het frequentieverschil tussen de vaste oscillatoren 30 en 35 bedraagt 32 kHz, hetgeen viermaal de middenfrequentie van het ontvang-gedeelte van de inrichting is. Het aan de menginrichting 9 toe te voeren referentiesignaal wordt derhalve gevormd door uitgangssignalen van de 20 oscillator 30 en de oscillator 35 te mengen in een menginrichting 39, zodat een verschilsignaal van 32 kHz ontstaat, en door dit 32 kHz-signaal te delen door vier in een deler ko.

Voor het verschaffen van de stuurspanning voor de variabele oscillatoren 13 en 32 is een zwaaigenerator kl aanwezig, die tevens de 25 vormcontroleschakeling 10, welke als synchrone schakelaar is uitgevoerd, bestuurt.

Opgemerkt wordt, dat het niet noodzakelijk is van de frequenties kf^ en kfg uit te gaan. Het biedt echter voordelen om zulks te doen, omdat in het toegepaste fasevergrendelcircuit een menginrichting 30 voorkomt, die de verschilfrequentie vormt. Indien direkt zou worden uit-gegaan van f^ en f en de verschilfrequentie bijvoorbeeld k kHz is, ontstaat in de menginrichting ook een frequentie f^+k kHz, welke frequentie juist gelijk is aan f^. Via parasitaire kanalen zou deze uit de menginrichting van het fasevergrendelcircuit afkomstige frequentie de ontvanger 8203535 , . -ö- kunnen "bereiken en aanleiding kunnen geven tot stoorsignalen.

Een soortgelijk effect, kan optreden indien van 2f1 en 2f^ zou worden uitgegaan omdat dan een verschilfrequentie van 8 kHz zou ontstaan .

5 Teneinde vergaande signaalontkoppelingsmaatregelen te voorkomen wordt daarom "bij voorkeur uitgegaan van frequenties tf^ en

Opgemerkt wordt, dat diverse modificaties van de "beschreven uitvoeringsvoorbeelden voor de hand liggen. Dergelijke modificaties worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.

8203535

Claims (21)

1. Elektromagnetisch detectiestelsel, ingericht om in een detectiezone een twee verschillende frequenties omvattend ondervragings-veld op te wekken, welke twee frequenties liggen hinnen het resonantie-gebied van een afgestemd respondercircuit, dat tevens een niet-lineair 5 element omvat voor het vormen van een eveneens binnen het resonantie-gebied liggende derde frequentie, die door de responder, indien deze zich in het ondervragingsveld bevindt, wordt uitgezonden en in een ontvang-inrichting van het stelsel kan worden gedetecteerd, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn om tenminste één van de twee genoemde 10 frequenties periodiek te doen variëren over een frequentiegebied, dat tenminste een aanzienlijk deel van de door de resonantiecurve van het afgestemde respondergebied bestreken frequentieband omvat.

2. Stelsel volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn om beide genoemde frequenties onder handhaving 15 van een vast frequentieverschil tussen beide frequenties te doen variëren.

3· Stelsel volgens conclusie 1 of 2, m e t het ken merk, dat de derde frequentie gelijk is aan tweemaal de eerste van de twee voor het vormen van het ondervragingsveld uitgezonden frequenties minus éénmaal de tweede van deze twee frequenties. 20 l+. Stelsel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de eerste frequentie de laagste van de twee frequenties is.

5. Stelsel volgens conclusie 3 of it, met het kenmerk, dat de ontvanginrichting een eerste menginrichting omvat, waaraan het van de responder afkomstige signaal met de derde frequentie wordt toegevoerd 25 alsmede een hulpsignaal met de eerste of tweede frequentie voor het vormen van een uitgangssignaal met de verschilfrequentie van de frequenties van de aan de menginrichting toegevoerde signalen.

6. Stelsel volgens conclusie 5, m e t het kenmerk, dat het uit de eerste menginrichting afkomstige signaal met behulp van 8203535 * -10- een tweede menginrichtingaan.synchrone detectie wordt onderworpen, waartoe aan de tweede menginrichting tevens een extra signaal met een frequentie, die gelijk is aan de verschilfrequentie, wordt toegevoerd.

7· Stelsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, 5 dat het uitgangssignaal van de tweede menginrichting op vorm wordt gecontroleerd middels een vormcontroleschakeling.

8. Stelsel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de vormcontroleschakeling een synchrone schakelaar omvat, die wordt "bestuurd door een van de middelen voor het periodiek doen variëren van 10 de eerste twee frequenties afgeleid signaal.

9· Stelsel volgens conclusie 7 of 8,met het ken merk, dat het uitgangssignaal van de vormcontroleschakeling wordt toegevoerd aan een integrator, die "bij het "bereiken van een voorafbepaalde drempelwaarde een alarminmchting kan bekrachtigen.

10. Stelsel volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door een eerste oscillator, waarvan de uitgangsfrequentie kan worden gevarieerd, en die een uitgangssignaal met een frequentie gelijk aan n maal (n= geheel getal) de eerste voor het vormen van een ondervragings-veld uitgezonden frequenties is; en door een tweede oscillator, waarvan 20 de uitgangsfrequentie kan worden gevarieerd en die een uitgangssignaal met een frequentie gelijk aan n maal (n= geheel getal) de tweede voor het vormen van een ondervragingsveld uitgezonden frequenties is.

11. Stelsel volgens conclusie 10,met het kenmerk, dat n=i+.

12. Stelsel volgens conclusie 10 of 11, m e t het ken merk, dat de eerste of tweede oscillator is verbonden in een fasever-grendellus, waaraan als referentiesignaal het uitgangssignaal van de tweede of eerste oscillator wordt toegevoerd.

13. Stelsel volgens conclusie 12,met het kenmerk, dat 30 de fasevergrendellus een derde menginrichting, een fasevergelijker en een lusfilter omvat, waarbij aan de derde menginrichting het uitgangssignaal van beide oscillatoren wordt toegevoerd, terwijl aan de fasevergelijker het uitgangssignaal van de derde menginrichting alsmede een referentiesignaal met een frequentie, die gelijk is aan de verschilfre- 8203535 -11- quentie van de uitgangssignalen van beide oscillatoren wordt toegevoerd. 1^. Stelsel volgens conclusie 13,met het kenmerk, dat het referentiesignaal wordt opgewekt met behulp van een derde oscillator.

15. Stelsel volgens conclusie 1^, m e t het kenmerk, dat uit het uitgangssignaal van de derde oscillator het signaal voor het doen variëren van de twee frequenties van het ondervragingsveld is afgeleid.

16. Stelsel volgens conclusie 1U of 15, met het ken-10 me r k, dat uit het uitgangssignaal van de derde oscillator het extra signaal voor de tweede menginrichting is afgeleid.

17. Stelsel volgens een der conclusies lU, 15 of 16, met het kenmerk, dat de vormcontroleschakeling wordt bestuurd door een van het uitgangssignaal van de derde oscillator afgeleid signaal.

18. Stelsel volgens een der conclusies 10 t/m IJ, m e t het kenmerk, dat de uitgangen van de eerste en de tweede oscillator elk zijn gekoppeld met een door n (n= geheel getal) delende frequentiedeler voor het vormen van.signalen met de eerste en tweede frequentie.

19. Stelsel volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het jiitgangssignaal van ëén der door n delende frequentiedelers wordt toegevoerd aan de eerste menginrichting.

20. Stelsel volgens ëén der voorgaande conclusies, m e t h e t kenmerk, dat één der zendfrequenties (f^) vast is, terwijl de andere 25 zendfrequentie (f^) periodiek wordt gevariëerd; em dat voor het vormen van het aan de eerste menginrichting van de ontvanginrichting toegevoerde hulp-signaal een lokale oscillator met een in frequentie variërend uitgangssignaal aanwezig is.

21. Stelsel volgens conclusie 20, met het kenmerk, 30'dat de lokale oscillator en signaalfrequentie welke n maal (n= geheel getal) de gewenste frequentie bedraagt, afgeeft en dat een n-deler aanwezig is om de gewenste frequentie te vormen.

22. Stelsel volgens conclusie 21,met het kenmerk, dat n=i+. 8203535 i , « ' -12-

23. Stelsel'volgens conclusie 21 of 22, met het ken merk, dat het uitgangssignaal van de lokale oscillator aan de fasevergelijker van de fasevergrendellus wordt toegevoerd via een vierde meninrichting (3Ms waaraan tevens het uitgangssignaal van een vaste 5 hulposcillator (35) wordt toegevoerd. y 2k. Stelsel volgens conclusie 23,met het kenmerk, dat het uitgangssignaal van de vaste hulposcillator via een vijfde menginrichtin^ 39), waaraan tevens het signaal met frequentie nf^ wordt toegevoerd, en via een n-deler wordt toegevoerd aan de tweede, synchroon 10 detecterende, menginrichting. 8203535