SE456459B - Anordning for detektering i ett overvakningsomrade av en kropp med hog permeabilitet - Google Patents

Description

456 459 10 l5 20 25 30 35 2 form är spolramarna utbytta, varvid den rektangulära ramen användes för sändning och den åttformiga ramen användes för mottagning.

Efter beviljandet av nämnda franska patent har andra försökt att förbättra det s k magnetiska detekterings- systemet. I US patentskriften 3 983 552 avslöjas exempel- 'vis en snatteriavskräckande märkenhet av laminerad konstruktion, vilken enhet innehåller ett lätt magnetiserat skikt av Permalloy samt ett styrskikt av Vicalloy eller Remendur, som är svårt att magnetisera. När styrskiktet är magnetiserat, detekteras en sådan märkenhet medelst en krets, som reagerar för amplituden och fasen hos den mottagna andra övertonens signal. Fasen hos den inkomande signalen jämföras närmare bestämt med fasen hos en lokal referenssignal, och om den är antingen i fas eller l80° ur fas samt överstiger en given amplitud så utlöses ett larm. I sistnämnda patentskrift noteras att då styrelemen- tet är avmagnetiserat det finns praktiskt taget inget bidrag från de jämna övertonerna. Det som förefinns är uppenbarligen ej detekterbart och antages möjligen bero på det förhållandet att en liten förspänning fortfarande kan kvarstå som följd av jordens magnetfält eller andra magnetiserade föremål.

I Us patentskriften 4 063 230 beskrives ett system, vilket övervakar både amplituden och fasen hos den inkom- mande signalen och utlöser ett larm, när båda storheterna ligger inom ett förutbestämt område. Patentskriften av- slöjar ej de frekvenser eller övertoner som utnyttjas.

Antennerna eller spolarna är placerade i "fasader", belägna i parallellt förhållande på motstående sidor av en passage, som skall kontrolleras.

Alla de tidigare upphovsmännens syfte har varit att förbättra tillförlitligheten i detekteringen av de sär- skilda märkanordningarna eller märkenheterna med hög permeabilitet och samtidigt undvika falska larm i förening med andra föremål med liknande men ej identiska lednings- egenskaper och magnetiska egenskaper. Olyckligtvis ger vissa av de utnyttjade teknikerna upphov till att andra Ir. 10 l5 20 25 30 35 456 459 3 problem uppkommer vid snatterikontroll. Ett användbart system måste tillförlitligt reagera på märkenheten, när denna befinner sig inom övervakningsområdet, men får ej utlösas av märkenheter utanför området, och det måste vara möjligt att inskränka området till en rimlig area.

En inskränkning av den täckta arean kan åstadkommas genom minimering av den utsända effekten och genom val av spolgeometri med lämplig riktverkan. Detta är emeller- tid inget enkelt problem att lösa, eftersom det också är nödvändigt att systemet är effektivt för detektering av närvaron av en märkenhet oberoende av dess orientering inom övervakningsomrâdet relativt sändnings~ och mottagnings- spolarna.

Med tanke på det ovanstående är ett ändamål med före- liggande uppfinning att åstakomma en anordning, som utnyttjar principen med varierande magnetfält för detekte- ring av en märkenhet, vilken anordning är inrättad att ge effektiv koppling till märkenheter inom ett övervaknings- område i huvudsak oberoende av märkenheternas orientering och vilken anordning fungerar med jämförelsevis låg effekt med beaktande av de inbegripna frekvenserna för att inskränka avfrâgningsfältet till i huvudsak övervak- ningsområdet.

Det har upptäckts, att under lämpliga exciterings- förhållanden jordens magnetfält är tillräckligt för att bringa en kropp av högpermeabelt material att åstadkomma fältstörningar, som innehåller tillräckligt med energi i jämna och udda övertoner, särskilt den andra och den tredje övertonen, för att denna energi skall kunna användas som en tillförlitlig grund för att särskilja ett särskilt dimensionerat prov av nämnda material samt rutinmässigt påträffade metallföremâl. Tack vare den selektivitet som ifrågavarande anordning uppvisar kan den utstrålade eller utsända effekten hållas jämförelsevis låg. Ett omsorgsfullt utformat spolarrangemang ger en effektiv koppling till en sådan kropp i huvudsak oberoende av kroppens orientering i övervakningsområdet.

En övervakningsanordning enligt föreliggande uppfinning 456 459 -1 l0 20 25 30 35 4 _ har de kännetecken som framgår av något eller några av de efterföljande patentkraven.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l är en perspektivvy, som visar två romboidformade skivor, vilka innehåller sändnings- och mottagningsspolarna, såsom de skulle framträda monterade på motsatta sidor av en passage, som innehåller ett övervakningsomrâde.

Pig 2 är en schematisk vy, som visar den relativa oriente- ringen av en skiva i förhâllande till den andra skivan.

Fig 3 visar schematiskt hur sändnings- och mottagnings- spolarna är anordnade i romboidskivorna. Fig 4 är ett elektriskt blockschema över anordningen enligt föreliggande uppfinning. Pig 5 är ytterligare ett elektriskt blockschema, som åskådliggör en detalj i anordningen enligt fig 4.

I fig l, vartill nu hänvisas, visas ett par romboid- formade skivor 10 och ll monterade i parallella plan på motsatta sidor om en passage 12, som innehåller det område som skall hållas under övervakning. I âskâdliggörande syfte är skivorna l0 och ll visade monterade på var sin pelare eller vart sitt stöd 13, 14, som vartdera kan vara anordnade var för sig i syfte att utgöra del av sidostyckena i en dörröppning eller liknande. Då separata pelare utnyttjas, kan de också inrymma de elektroniska kretsar som skall beskrivas längre fram. I en för närvarande föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning kan skivorna 10 och ll vara skilda åt ungefär 90 cm.

Skivorna 10 och ll är så utformade och placerade,att de då de betraktas längs en linje vinkelrätt mot deras respektive plan, kommer att framträda pâ det i fig 2 visade sättet. För tydlighets skull har i fig 2 skivan 10 åskådliggjorts med streckade linjer, medan skivan ll har visats med heldragna linjer. Det framgår att skivorna 10 och ll är kongruenta och att den kortare diagonalen, representerad av den punktstreckade linjen 15, i vardera romboiden är vinkelrät mot de kortare sidorna, nämligen sidorna 16 och l7 för skivan 10 och sidorna 18 och 19 för skivan ll. Med den âskâdliggjorda monteringen ligger de 10 l5 20 25 30 35 456 459 5 kortare diagonalerna l5 i ett gemensamt plan vinkelrätt mot planen för romboiderna 10 och ll. Ehuru ej särskilt åskådliggjort är det uppenbart, att romboidernas 10 och ll längre diagonaler ligger i var sitt plan, som skär varandra och det tidigare identifierade gemensamma planet längs en gemensam rät linje, som går genom en punkt 20.

Av fig 3, vartill nu hänvisas och där skivorna 10 och ll är visade med punktstreckade linjer, framgår det att skivorna 10 och ll innefattar en integrerad antenn- konstruktion, som innehåller både sändande och mottagande spolar lika fördelade mellan de två skivorna. De i fig 3 schematiskt visade sändningsspolarna 21 och 22 är vardera romboidformade och kan vara nära parallella med periferin hos respektive skiva 10 och ll. Var och en av spoldelarna 2l och 22 kan bestå av en serie varv, som är så lindade, att då spolen 21 är kopplad i serie med spolen 22 mellan jord vid hänvisningsnumret 23 och en kondensator 24 strömmen kommer att flyta i pilarnas riktning under varannan halvperiod hos den aktiverande signalen. Mottagningsspolarna är visade vid hänvisnings- numren 25 och 26 och är vardera åttformiga samt belägna inuti respektive sändningsspole, såsom visat. Mottagnings- spolarna 25 och 26 är kopplade i serie mellan jord 23 och en ledare 27, varvid lindningarna är så orienterade, att under varannan halvperiod av en mottagen signal strömmen kommer att flyta i den riktning som visas av pilarna på ritningen. Mottagningsspolarna 25 och 26 skall vara balan- serade för att åstadkomma utsläckning av varje signal som mottages direkt från tillhörande sändningsspole 21 resp 22. Med rätt symmetri kommer mottagningsspolarna också att vara balanserade med avseende på varje allmän omgivningsstörning som ej är så riktad att den påverkar spolens enskilda delar olikartat.

Kondensatorn 24 är vald att ge resonans med induktan- sen hos sändarspolarna 21 och 22 och åstadkomma en serie- resonanskrets med ett Q-värde på ungefär 10. Då den användes tillsammans med mål som består av raka remsor av högpermeabelt material resulterar antennspolens romboid- 456 459 10 15 20 25 30 35 6 form i förbättrad detektering av vertikalt orienterade mål.

Av fig 4, vartill nu hänvisas, framgår det att konden- 3 satorn 24 är kopplad till utgången av en effektförstärkare 28, som matas med en sinusformad signal med en frekvens på 520 Hz via en ledning 29 från en kristalloscillatorstyrd källa 30.

Såsom visat i fig 5 innehåller den kristalloscillator- styrda källan 30 en kristalloscillator 31, som arbetar vid en frekvens på 49 920 Hz och matar en serie delnings- kretsar 32, vilka alstrar fyrkantsvâgsignaler på ledare 33, 34, 35, 36 och 37 med frekvenser enligt figuren.

Efter delning med två har således signalen på ledaren 33 en frekvens på 24 960 Hz och efter ytterligare delning med två har signalen på ledaren 34 en frekvens på 12 480 Hz.

Signalen på ledaren 35 åstadkommas genom delning med tre av den signal som uppträder på ledaren 33, så ašt ledaren 35 får en signal med en frekvens på 8 320 Hz.

Denna senare delas med åtta för âstadkommande av en signal på ledaren 36 med en frekvens på l 040 Hz, vilken i sin tur delas med tvâ för âstadkommande av en signal på ledaren 37 med en frekvens på 520 Hz.

Fyrkantsvågsignalen med frekvensen 520 Hz på ledaren 37 matas via två bikvadratiska bandpassfilter 38 för att på ledaren 29 lämna en sinusvâgsignal med en frekvens på 520 Hz, vilken signal är relativt övertonsfri. Eventuellt kvarvarande övertoner i signalen på ledaren 29 kommer att undertryckas ytterligare genom avstämningen av sändar- antennspolarna 21 och 22 medelst kondensatorn 24.

Av fig 4 åter framgår att mottagningsspolarna 25 och 26 är kopplade via en ledare 27 till ingången till ett högpassfilter 39, vars utgång är ansluten till ingången till en lågbrusförstärkare 40 med en förstärkning på 35 dB, 'ii från vilken förstärkare signalen matas parallellt till de olika ingångarna till bandpassfilter 41 och 42. Band- passfiltret 4l har en mittfrekvens på l 040 Hz, medan i bandpassfiltret 42 har en mittfrekvens på l 560 Hz.

Bandpassfiltret 41 är med andra ord avstämt till den andra 10 15 20 25 30 35 456 459 7 övertonen till sändarfrekvensen på 520 Hz, medan band- passfiltret 42 är avstämt till den frekvensens tredje överton.

Utsignalen från bandpassfiltret 41 matas via en förstärkare 43 med en förstärkning på 70 dB till ingången till ett kommuteringsfilter 44. Filtret 44 matas med en fyrkantsvågsignal med en frekvens på l 040 Hz via en ledare 45 från en utgång från en delningskrets 46, som tillföres fyrkantsvågsignalen med frekvensen 8 320 Hz från ledaren 35. Det är således klart, att delnings- kretsen 46 delar insignalen från ledaren 35 med åtta för âstadkommande av utsignalen på ledaren 45.

På likartat sätt matas signalen från bandpassfiltret 42 via en förstärkare 47 med en förstärkning på 70 dB till en ingång till ett kommuteringsfilter 48, vars andra ingång via en ledare 49 matas med en fyrkantsvågsignal med en frekvens på l 560 Hz. Den senare signalen erhålles från en delningskrets 50, vars ingång är kopplad till ledaren 34. Delningskretsen 50 delar också sin insignal med åtta.

Kommuteringsfiltret 48 har en överföringskarakteristik med ett högt Q-värde noggrant avstämd till en mittfrekvens på l 560 Hz. Dess sinusvågsutsignal över en ledare 51 avges via en växelströms-1ikströmsomvandlare 52 till en spänningsintervallskomparator 53. Utsignalen från spän- ningsintervallskomparatorn 53 matas över en ledare 54 till en ingång till en OCH-grind 55, vars utgång 56 är kopplad till en larmkrets 57.

Kommuteringsfiltret 44 har likaledes en överförings- karakteristik med ett högt Q-värde noggrant avstämd till en mittfrekvens på 1 040 Hz och dess sinusvågsutsignal matas över en ledare 58 via en växelströms-likströms- omvandlare 59 till en spänningsintervallskomparator 60.

Utsignalen från spänningsintervallskomparatorn 60 avges via en ledare 61 till en ingång till en adderingskrets 62, vars utgång via en ledare 63 är kopplad till den andra ingången till OCH-grinden 55.

Utsignalen från kommuteringsfiltret 44 på ledaren 58 456 459 10 15 20 25 30 35 8 avges också via en ledare 64 till ingången till en fyrkants- vågsbildande förstärkare 65 för alstring av en fyrkantsvåg- signal, som matas via en ledare 66 till en ingång till en faskomparator 67. Den andra insignalen till faskomparatorn 67 erhålles över en ledare 68 från en utgång från en variabel fasskiftare 69. Utsignalen från faskomparatorn '67 matas via en ledare 70 genom en spänningsintervalls- komparator 71 till en ledare 72, som är ansluten till den andra ingången till adderingskretsen 62.

Den variabla fasskiftaren 69 kan ha formen av ett digitalt skiftregister, som mottager sin klocksignal över ledaren 33 och sin insignal över ledaren 36, tidigare beskriven under hänvisning till fig 5.

Kretsens mottagningsdel fullständigas av en startåter- ställningskrets 73, vars utsignal matas via en ledare 74 till en annan ingång till larmkretsen 57.

Kristalloscillatorn 31 i fig 5 kan ha formen av en kristallstyrd multivibrator för åstadkommande av en fyrkantsvâgsignal till delningskretsarna 32.

Högpassfiltret 39 i fig 4 kan vara av passiv konstruk- tion och âr anordnat att dämpa frekvenser under l kHz.

Detta tjänar till att eliminera eventuella störsignaler med frekvenser under den andra övertonen till sändar- frekvensen på 520 Hz. Detta inbegriper eliminering av eventuell störsignal med frekvensen 50 Hz och de lägre övertonerna till denna.

Den efterföljande lågbrusförstärkaren 40 ger förstärk- ning och isolering för matning av de parallella ingångarna till de två bandpassfiltren 41 och 42. De senare filtren kan också vara passiva och ytterligare minska oönskade signaler samtidigt som de släpper fram signaler vid de önskade andra och tredje övertonsfrekvenserna på l 04Q och l 560 Hz. - Ytterligare förstärkning åstadkommas sedan medelst förstärkarna 43 och 47, så att den totala förstärkningen från högpassfiltret 39 till ingången till kommuterings- filtren 44 och 48 i vardera kanalen är av storleksordningen l05 dB. \1 3,1 vi 10 15 20 25 30 35 456 459 9 Kommuteringsfiltren 44 och 48 ger den huvudsakliga spärrningen av ej önskade signaler. Samtidigt bringas dessa filter att följa signalerna från källan 30 för att kompensera eventuella variationer i den sända frekvensen.

Varje kommuteringsfilter 44 och 48 innehåller ett särskilt bandpassfilter med lågt Q-värde för minskning av övertoner, _vilka alstras genom kommuteringsfiltrets "kameffekt".

Sådana komuteringsfilter av kamtyp är välkända digitala komponenter och behöver ej beskrivas ytterligare här.

De sinusformiga signalerna på kommuteringsfiltrens utgång omvandlas sedan till likström på något konventionellt sätt medelst omvandlarna 52 resp 59. Efter lämplig isolering (ej visad) matas signalerna till spänningsintervalls- komparatorerna 53 och 60, vilka är förinställda att släppa fram signalerna till sina respektive utgångsledare 54 och 51 enbart då signalerna på deras ingång uppträder inom ett förutbestämt omrâde. Detta område är förutbestämt på grundval av egenskapen hos målet, som skall detekteras.

Såsom tidigare nämnts alstrar den fyrkantsvågsbildande (squaring) förstärkaren 54 en fyrkantsvåg ur den sinus- formiga signalen på ingången för att avge fyrkantsvågen till faskomparatorn 67. Faskomparatorn 67 kan ha formen av en EXELLER-grind. Dess utsignal avges till spännings- intervallskomparatorn 71, som också reagerar för ett förutbestämt insignalsområde för åstadkommande av sin utsignal på ledaren 72 till adderingskretsen 62. Enbart när utsignalerna från alla tre spänningsintervallskompara- torerna 53, 60 och 7l samtidigt uppträder kommer OCH- grinden 55 att avge en utsignal via ledaren 56 för aktive- ring av larmkretsen 57. Startåterställníngskretsens 73 funktion är att overksamgöra larmet 57 under en kort period, t ex sex sekunder, då ström först kopplas in till systemet. Detta är för att förhindra alstring av ett falskt larm under denna startperiod.

I ett typiskt system, konstruerat i överensstämmelse med föreliggande uppfinning, var effektförstärkaren 28 anordnad att mata sändarspolarna 21 och 22 med en effekt (RMS) på ungefär 8 W. Mottagar- och sändarspolarnas relativa 456 459 10 15 20 25 30 35 10 geometri med stöden gav en dämpning på 40-80 dB ifråga om den direkta banan dem emellan. Jordens magnetfält antages ligga inom området på ungefär 40 A/m. Till- fredsställande funktion uppnåddes genom utnyttjande av en märkanordning eller en märkenhet med en stomme av högpermeabelt material i form av ett band eller en remsa 'med en längd av 7,6 cm, en bredd av 0,178 cm och en tjocklek av 0,0058 cm, bildad av ett material med en maximal permeabilitet på ungefär 180 000. Nämnda materials koercivitet är ungefär 2,8 A/m. Här denna kropp införes i utrymmet mellan skivorna 10 och ll och systemet är strömmatat kommer ett larm att utlösas. Det har experimentellt fastställts, att med den beskrivna antenn- konfigurationen och med den ovan beskrivna märkanordningen orienterad mellan antennskivorna i vertikal riktning den detekterade signalstyrkan för den andra övertonen kommer att vara ungefär -45 dB, medan med endast en lutning på 100 av märkanordningen mot lodlinjen den andra övertonssignalens styrka kommer att vara ungefär -20 dB. Det är således klart att med en mycket liten avvikelse från lodlinjen en betydande ökning av den detekte- rade signalen uppnås, vilket ger tillförlitlig detektering av märkanordningen eller målet.

Det framgår av ovanstående beskrivning, att om märk- anordningen förses med organ för selektiv undertryckning i av den andra övertonskomponenten av signalen det är möjligt att aktivera eller inaktivera märkanordningen alltefter önskan. Sådana organ synes vara väl kända.

När mottagaren justeras utan någon märkanordning eller något mål i övervakningsområdet, inställes signalen från den variabla fasskiftaren 69 till sin fas, tills en minsta likspänningsnivå uppträder på faskomparatorns 67 utgång. En minimiutsignal medför att den mottagna andra övertonssignalskomponenten är l80° ur fas relativt referenssignalen.

H m

Claims (9)

w 10 15 20 25 30 35 4=~ m cr- e- fr: »o ll PATENTKRAV

1. Anordning för detektering av närvaron i ett över- vakningsområde av en kropp av ett material med hög permea~ bilitet, vilken kropp är konstruerad att,dâ den i området är kopplad både till ett magnetfält, som varierar vid en grundfrekvens, och jordens i huvudsak konstanta magnet- fält, alstra en detekterbar signal, som innehåller både udda och jämna övertoner till grundfrekvensen, k ä n n e - t e c k n a d av organ för att i området upprätta det varierande magnetfältet, organ för koppling till området för detektering av signaler, som alstras av nämnda kropp, till kopplingsorganen kopplade organ för att var för sig för en detekterad signal bestämma amplituden av en första och en andra komponent av signalen, vilka komponenters frekvenser är lika med tvâ övertoner till grundfrekvensen, varvid en överton.är udda och den andra jämn, vilka be- stämningsorgan innefattar organ för bestämning av den första komponentens fas, samt organ, som är kopplade till alla bestämningsorganen för avgivande av en indikering av närvaron av kroppen i omrâdet, närhelst amplituderna och fasen samtidigt ligger inom var sina förutbestämda gränser.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att den första komponentens frekvens är lika med en jämn överton till grundfrekvensen.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att den första komponentens frekvens är lika med den andra övertonen till grundfrekvensen.

4. Anordning enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n - n e t e c k n a d därav, att den andra komponentens frekvens är lika med den tredje övertonen till grund- frekvensen.

5. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att grundfrekvensen är ungefär 520 Hz.

6. Anordning enligt något av patentkraven l-5, k ä n - 456 459 10 15 20 25 30 12 n e t e c k n a d därav, att organen för upprättande av det varierande magnetfältet och organen för detektering av signaler, som alstras av nämnda kropp, innefattar en integrerad antennkonstruktion, som innehåller både sänd- ningsspolar och mottagningsspolar, vilka är lika fördelade mellan tvâ skivor, som är konstruerade och anordnade.att monteras i parallella plan pâ motstående sidor om en passage, som innehåller övervakningsområdet, varvid skivorna vardera innehåller en romboidformig sändnings- spole och en åttformig mottagningsspole, vilken senare är balanserad för att åstadkomma utsläckning av varje signal som mottages direkt från den tillhörande sändnings- spolen.

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - p t e c k n a d därav, att sändningsspolarna är kongruenta, att vardera romboidens kortare diagonal är vinkelrät mot romboidens kortare sidor och att skivorna är konstrue- rade och anordnade att monteras med de kortare diagonalerna liggande i ett gemensamt plan, som är vinkelrätt mot romboidernas plan, och med de längre diagonalerna hos romboiderna liggande i var sina plan, som skär varandra och det gemensamma planet längs en gemensam rät linje.

8. Anordning enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att organen för upprättande av det varierande magnetfältet vidare innefattar en källa för signaler vid grundfrekvensen samt organ för koppling av de två skivornas sändningsspolar i en serie- resonanskrets till en utgång från källan.

9. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d därav, att organen för upprättande av det varierande magnetfältet innefattar två sändnings-- spolar, en källa för signaler av grundfrekvensen samt organ för koppling av sändningsspolarna i en serieresonans- krets till en utgâng från källan. an* 7A/