DE3217033A1 - Detektoreinrichtung fuer metallische objekte - Google Patents
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Description
GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER"
Aktiebolagt Bofors, Bofors / Schweden
Detektoreinrichtung für metallische Objekte
3217033 ■ europ*ean'patent attorneys
't-
| RICHARD GLAWE DR.-ING. |
KLAUS DELFS DlPL-ING. |
| WALTER MOLL DIPL-PHYS. DR. RER. NAT. OFF. BEST. DOLMETSCHER |
ULRICH MENGDEHL DIPL-CHEM. DR. RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL |
| 8000 MÜNCHEN 26 POSTFACH 162 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089)226548 TELEX 5 22 505 SPEZ TELECOPIER (089) 223938 |
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| MÜNCHEN | |
| A 05 |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine auf metallische Objekte ansprechende Detektoreinrichtung mit einem Spulensystem
aus einer Geberspule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes und einer Empfängerspule, die derart ange-5
ordnet ist, daß ein Signal bzw. eine elektromotorische Kraft in der Spule induziert wird, wenn die Spule von dem
von einem Metallobjekt erzeugten Feld und dem direkt von der Geberspule erzeugten Feld beeinflußt wird.
Auf Metallobjekte ansprechende Detektoreinrichtungen 10 dieser Art können z.B. verwendet werden in Geräten zum
BANK DRESDNER BANK HAMBURG. 4 030448 (BLZ 20080000) POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) TELEGRAMM: SPECHTZIES
Auffinden bzw. Lokalisieren von Metallgegenständen oder Metallansammlungen in der Erde, z.B. bei geophysikalischen
Erkundungen. Eine andere Anwendung sind Annäherungszünder zum Zünden der Ladung eines Explosivkörpers, z.B. einem
Geschoß, einer Granate, einer Rakete od.dgl., wenn diese in bestimmten Abstand an einem Metallobjekt vorbeifliegt.
Bei beiden Anwendungen sind Signalverarbeitungsmittel vorgesehen, die ein aktives Ausgangssignal erzeugen in Abhängigkeit
von der elektromotorischen Störkraft, die in der Empfängerspule durch das metallische Objekt erzeugt
wird.
In der schwedischen Patentanmeldung 77.06158-8 ist eine Detektorexnrxchtung für Metallobjekte der genannten
Art beschrieben zur Verwendung in einem elektromagnetischen Annäherungszünder zum Zünden der Explosivladung eines Ladungsträgers,
wenn dieser sich in einem bestimmten Abstand, vorzugsweise einem kleinen Abstand von 0,5 - 1,5m,
von einem Metallobjekt befindet. Der Vorteil der Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Verwendung in einem
Annäherungszünder besteht darin, daß der Zünder, im Gegensatz zu vorher bekannten magnetischen Annäherungszündern,
unabhängig vom Erdmagnetfeld und auch unabhängig davon, ob das Zielobjekt aus Eisen besteht, arbeitet.
Dieser vorbekannte Annäherungszünder ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerspule in
einem bestimmten Abstand vor der Geberspule, vorzugsweise in der Spitze des Geschosses od.dgl. Ladungsträgers angeordnet
ist, so daß in der Empfängerspule zusätzlich zu
der vom Zielobjekt induzierten elektromotorischen Störkraft auch eine elektromotorische Kraft unter dem direkten
Einfluß des von der Geberspule erzeugten elektromagnetischen Feldes induziert wird. Die Signalverarbeitungsmittel
sind so ausgebildet, daß sie die elektromotorische Störkraft von der direkt induzierten elektromotorischen
Kraft trennen und ein aktives Ausgangsssignal an Zündmittel zum Zünden der Ladung abgeben.
Bei geophysikalischen Anwendungen sowie auch in Annäherungszündern
ist es erwünscht, die Amplitude des erzeugten elektromagnetischen Feldes konstant zu halten, d.h.
unabhängig von der Frequenz, der Temperatur sowie verschiedenen Störfaktoren, die auf die Detektorexnrichtung
einwirken können. Es ist deshalb erwünscht, die Gebereinhext so auszubilden, daß das Erfordernis einer konstanten
Amplitude des Feldes besser als bisher erfüllt werden kann. Dies ist auch von Vorteil in Bezug auf die Herstellung der
Detektorexnrichtung, da die Toleranzforderungen z.B. für die Geberspule herabgesetzt werden können.
Λ-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Detektoreinrichtung zu schaffen, bei der die Amplitude
des von der Geberspule erzeugten elektromagnetischen Feldes auf einfache Weise konstant gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit einem Oszillator zum Erzeugen eines
sinusförmigen Signals für die Geberspule, Mittel zum Steuern der Amplitude des sinusförmigen Signals, eine
Rückkopplungsschaltung mit Mitteln zum Gleichrichten eines von dem Spulensystem ausgesendeten Signals und
einer Einrichtung zum Vergleichen des gleichgerichteten Signals mit einer Bezugsspannung und zur Abgabe eines
von dem Vergleichsergebnis abhängigen Ausgangssignals zu den Mitteln zum Steuern der Amplitude des sinusförmigen
Signals. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das von der Empfängerspule aufgrund der darin direkt induzierten
elektromotorischen Kraft ausgesendete Signal als Rückkopplungssignal verwendet. In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird das von der Geberspule ausgesandte Signal als Rückkopplungssignal verwendet.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
δ.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 erläutert die grundsätzliche Wirkungsweise der Detektoreinrichtung gemäß
der Erfindung. Die Detektoreinrichtung kann z.B. verwendet werden in einem Metalldetektor für geophysikalische
Erkundungen, z.B. der Suche nach Bodenschätzen, oder in einem Annäherungszünder zum Zünden einer Explosivladung
in der Nähe eines metallischen Zielobjektes. In beiden Fällen ist ein Spulensystem vorgesehen mit einer Gebereinheit
in Form einer Geberspule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, welches sich nach bekannten physikaiischen
Gesetzen im Raum ausbreitet, und einer Empfängereinheit in Form einer Empfängerspule,die derart angeordnet
ist, daß sie von dem von dem metallischen Objekt erzeugten elektromagnetischen Feld beeinflußt wird, wobei
in der Spule eine elektromotorische Störkraft induziert wird. Die Empfängorspule ist auch so angeordnet, daß ein
Teil des von der Geberspule erzeugten elektromagnetischen Feldes direkt auf die Empfängerspule trifft und eine direkt
induzierte elektromotorische Kraft in der Spule erzeugt. Durch Signalverarbeitungsmittel wird die elektro-
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motorische Störkraft von der direkt induzierten elektromotorischen Kraft getrennt und ein lediglich
von der elektromotorischen Störkraft abhängiges Ausgangssignal erzeugt.
Die Signalverarbeitung der elektromotorischen Störkraft ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung
und wird daher nicht im einzelnen beschrieben. Insoweit wird auf die schwedische Patentanmeldung No.
77.06158-8 Bezug genommen. Die Erfindung bezieht sich auf die Gebereinheit der Detektoreinrichtung und umfaßt
eine Rückkopplungsschaltung, die es ermöglicht, die Amplitude des von der Geberspule erzeugten elektromagnetischen
Feldes konstant zu halten.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 umfaßt einen Oszillator 1 zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals X
von bestimmter Frequenz und Amplitude. Dieses Signal wird über einen variablen Dämpfungs- oder Verstärkerkreis
2 einem abgestimmten Kreis zugeführt, der einen stromrückgekoppelten Verstärker 3, einen Kondensator C,
20. eine Treiberschaltung 4 und eine Geber- oder Senderspule 5 umfaßt. Der Verstärker 3 und die Treiberschaltung
4 liefern den erforderlichen Strom I für die Geber-
spule 5. Die Geberspule erzeugt dann ein elektromagnetisches Feld mit der gleichen Frequenz wie das sinusförmige
Signal X. Dieses Feld breitet sich nach bekannten physikalsichen Gesetzen im Raum aus, und ein
Γ) Teil dos FeLdos auch auf einer Empfänge rs pule 6 fällt,
die nahe der Geberspule 5 in einem bestimmten, von der jeweiligen Anwendung abhängenden Abstand von dieser angeordnet
ist. Hierdurch wird eine elektromotorische Kraft in der Empfängerspule 6 induziert und verursacht
ein Empfangssignal I , welches einem Integrator 7 und einem Gleichrichter 8 zugeführt wird, in denen das Signal
integriert und gleichgerichtet wird. Danach wird das Signal mit einer Bezugsspannung U _ verglichen, und
wenn die Summe dos gleichgerichteten Signals und der Bezugsspannung
von Null abweicht, wird ein Fehlersignal erhalten, welches durch einen Integrator 9 integriert
wird, wonach das so erhaltene Signal Y zur Steuerung des variablen Dämpfungs- oder Verstärkungskreises 2 für das
sinusförmige Signal X verwendet wird.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 ist ähnlich dem nach Fig. 1, jedoch wird bei dieser zweiten Ausführungsform das Spannungssignal I' der Geberspule rückgekoppelt
*7 M
.H-
und durch den Gleichrichter 8 gleichgerichtet. Dabei ist die Rückkopplungsschleife mit dem Anschlußpunkt 11
zwischen dem Kondensator C und der Geberspule 5 des abgestimmten Kreises verbunden. Die Empfängerspule ist in
der Zeichnung nicht dargestellt.
Ein weiterer Unterschied zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform bezieht sich auf den variablen
Dämpfungs- oder Verstärkungskreis 2. In der Ausführungsform
nach Fig. 2 besteht dieser Kreis aus einer Oszillator-Rückkopplungsschaltung, jedoch wird auch hier, wie bei der
ersten Ausführungsform, der variable Dämpfungs- oder Verstärkungskreis
durch das integrierte Fehlersignal Y gesteuert .
Es ist nicht immer erforderlich, einen Integrator in der Rückkopplungsschaltung anzuordnen, und Fig. 2 zeigt
ein Beispiel, bei dem ein solcher Integrator in der Schleife fehlt.
Die Vorteile der dargestellten Schaltungen bestehen unter anderem darin, daß der Toleranzbereich der Frequenzen
des Oszillators 1 und des abgestimmten Kreises vergrößert ist. Außerdem haben mögliche Schwankungen der
Verlustwiderstände der Geber- oder Senderspule oder Tem-
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peraturschwankungen des Kondensators C des abgestimmten
Kreises keinen Einfluß auf die Amplitude des von der Geberspule 5 erzeugten elektromagnetischen Feldes. Aufgrund
der Gleichrichtung des rückgekoppelten Signals bzw. des EmpfangsSignaIs ist die Detektoreinrichtung
auch unempfindlich gegenüber Phasenverschiebungen in den
Spulen und der Treiberschaltung 4. Die Amplitude des elektromagnetischen Feldes kann leicht mittels der Referenzgleichspannung
ü ,. gesteuert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen beschränkt,, sondern kann
in vielfacher Weise abgeändert werden.
Claims (5)
1. Auf Metallobjekte ansprechende Detoktoreinrichtung
mit einem Spulensystem aus einer Sender- oder Geberspule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes und einer
Empfängerspule, die so angeordnet ist, daß darin eine elktromotorische Kraft induziert wird, wenn die Spule von
dem von einem Metallobjekt erzeugten Feld und von dem direkt von der Geberspule übertragenen Feld beeinflußt wird,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Konstanthalten der Amplitude des von der Geberspule erzeugten
elektromagnetischen Feldes, bestehend aus einem Oszillator (1) zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals für die
Geberspule (5), einer Steuereinrichtung (2) zum Steuern
BANK. DRESDNER BANK, HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) TELEGRAMM: SPECHTZIES
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der Amplitude des sinusförmigen Signals, einer Rückkopplungsschaltung
(8) zum Gleichrichten eines von dem Spulensystem abgegebenen Signals (I , I1)/ und Mitteln
- ΓΠ S
(10) zum Vergleichen des gleichgerichteten Signals mit
einer Bezugsspannung (U f) sowie zum vergleichsabhängigen
Erzeugen eines Ausgangssignals an die Steuereinrichtung (2) zum Steuern der Amplitude des sinusförmigen
Signals.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , gekennze. ichnet
durch einen Integrator (7) und Gleichrichter (8) zum Integrieren und Gleichrichten des von dem Spulensystem ab- ■
gegebenen Signals.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch einen weiteren Integrator (9) zum Integrieren des von der Vergleichseinrichtung (10) erzeugten Signals.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet / daß das rückgekoppelte Signal das von der
Empfängerspule (6) aufgrund der darin direkt von der Geberspule
induzierten elektromotorischen Kraft erzeugte Signal (Im) ist.
— 2 —
.3-
5. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das rückgekoppelte Signal
ein von der Sender- oder Geberspule (5) abgegebenes Signal (I1) ist.
— 3 —
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