DE102009052945A1

DE102009052945A1 - Vorrichtung zum elektronischen Detektieren eines Metallobjektes, Herstellungsvefahren für die Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102009052945A1
Application number: DE102009052945A
Authority: DE
Inventors: Andreas Krauss
Original assignee: Okm Ortungstechnik Kraus & Mueller GmbH; Okm Ortungstechnik Krauss & Mueller GmbH
Current assignee: Okm 04603 Windischleuba De GmbH; Okm De GmbH
Priority date: 2009-09-05
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektronischen Detektieren eines Metallobjektes mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion. Die Vorrichtung enthält einen äußeren Ring (1) und einen inneren Ring (2) mit mindestens einem den äußeren und den innere Ring verbindenden und durchschneidenden Steg (3), wobei der äußere Ring eine äußere PI-Ringspule (5) zum Ausführen einer PI-Detektion enthält und der innere Ring eine durch den Steg und einen ersten Ringabschnitt verlaufende VLF-Sendespule (6) und eine durch den Steg und einen zweiten Ringabschnitt verlaufende VLF-Empfängerspule (7) zum Ausführen einer VLF-Detektion aufweist. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung erfolgt ein Bereitstellen eines Gehäuses und Einlegen der PI-Ringspule, der VLF-Sendespule, der VLF-Empfängerspule und der elektronischen Komponenten zum Betreiben der Spulen in das Gehäuse, ein Lage- und Funktionsabgleich der eingelegten Spulen und anschließend ein Verfüllen des Gehäuses. Ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Detektion eines Metallobjektes mittels eines Umschaltens zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion zeichnet sich dadurch aus, dass eine VLF-Spuleneinheit aus einer VLF-Sendespule (6) und einer VLF-Empfängerspule (7) und eine PI-Spuleneinheit aus einer PI-Ringspule (5) in einer integrierten Anordnung verwendet werden, wobei durch eine Umschalteinheit folgende alternative Schaltzustände realisiert ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektronischen Detektieren eines Metallobjektes mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung nach Anspruch 17. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Detektion eines Metallobjektes mittels eines Umschaltens zwischen einer VLF- und einer PI-Detektion nach Anspruch 20.
Zur Detektion eines Metallobjektes im Boden, hinter Verkleidungen, Vermauerungen oder ähnlichen verbergenden Schichten sind zwei unterschiedliche Methoden bekannt.
Bei einer als VLF-Verfahren bezeichneten Methode beruht die Detektion des Metallobjektes auf einer Verstimmung eines äbgeglichenen Spulensystems aus einer Sendespule und einer Empfängerspule. Die beiden Spulen sind so zueinander ausgerichtet, dass sich deren Induktionsspannungen aufheben. Um die Empfindlichkeit und die Störunterdrückung der Spulenanordnung zu erhöhen, werden diese jeweils mit einem Kondensator in einen Parallelschwingkreis geschaltet und in Resonanz betrieben. Sie werden mit einer sehr niedrigen Frequenz (very low frequency, VLF) beaufschlagt.
Das VLF-Verfahren ermöglicht eine hohe Genauigkeit, es erlaubt eine Materialerkennung des Metallobjektes und zeichnet sich durch einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch aus. Allerdings ist ein hoher elektrischer Schaltungsaufwand erforderlich. Die gesamte Spulenanordnung muss aufwändig montiert und justiert werden. Die Effektivität des VLF-Verfahrens hängt außerdem in einer sehr sensiblen Weise von der Umgebungstemperatur ab.
Eine weitere Methode zur Detektion eines Metallobjektes besteht in dem so genannten Puls-Induktions-Verfahren (PI-Verfahren). Dabei wird eine Ringspule zunächst für eine gewisse Zeitdauer mit einem Ladestrom beaufschlagt. Anschließend erfolgt ein plötzliches Abschalten des Ladestroms. Während des Abschaltvorgangs verändert sich der magnetische Fluss durch den Querschnitt der Ringspule, wodurch schlagartig eine Spannung induziert wird. Ein Metallobjekt, das sich in der Nähe der Ringspule befindet, reagiert ebenfalls und sendet einen Gegenimpuls aus. Dieser Gegenimpuls verlängert das Abklingen der Induktionsspannung in der Ringspule. Über eine Messung der Abklingdauer des Impulses der Induktionsspannung kann somit die Gegenwart des Metallobjektes nachgewiesen werden.
Das PI-Verfahren ermöglicht eine hohe Eindringtiefe und ist somit besonders gut zur Detektion vergrabener Metallobjekte geeignet. Die elektronische Auswertung des Messsignals gestaltet sich im Vergleich zum VLF-Verfahren einfacher. Die Form der Ringspule und deren Anordnung sind im Vergleich zum VLF-Verfahren für die Genauigkeit der Detektion nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Das PI-Verfahren ist gegenüber schwankenden Umgebungstemperaturen stabil. Nachteilig ist beim PI-Verfahren allerdings, dass sich damit eine Materialunterscheidung des Metallobjektes nur schlecht ausführen lässt. Zudem weist das Verfahren einen hohen Energieverbrauch auf. Ein weiterer Nachteil des PI-Verfahrens sind mitunter beträchtliche Induktionsspannungen in anderen Schaltungsteilen, die aufwändige schaltungs- und schutztechnische Maßnahmen erfordern.
Eine Kombination des VLF-Verfahrens mit dem PI-Verfahrens erweist sich als kompliziert. Dabei treten Probleme auf, die durch eine Reihe nachteiliger gegenseitiger Beeinflussungen der VLF- und der PI-Komponenten, insbesondere der Spulen, entstehen. Weiterhin kommt es zu einer Überlastung der VLF-Spulen und ihrer elektronischen Komponenten durch den Strom- und Spannungsimpuls während des PI-Verfahrens. Zudem wird das VLF-Spulensystem durch die PI-Ringspule verstimmt. Die Kombination beider Verfahren führt damit zu einer Verschlechterung der Empfindlichkeit sowohl bei dem VLF-, als auch bei dem PI-Verfahren, wodurch die Vorteile der beiden Verfahren bislang nicht gleichzeitig genutzt werden können.
Es besteht somit die Aufgabe, eine Vorrichtung, ein Herstellungsverfahren für diese Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung anzugeben, mit der eine Kombination des VLF- und des PI-Verfahrens unter Vermeidung der genannten Nachteile möglich ist. Die VLF- und die PI-Komponenten sollen dabei möglichst kompakt miteinander vereinigt werden, sodass der Ausführende der Metalldetektion auf nur ein Gerät zurückgreifen muss.
Die Aufgabe wird vorrichtungsseitig mit einer Vorrichtung zum elektronischen Detektieren eines Metallobjektes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Herstellungsseitig erfolgt die Lösung der Aufgabe mit einem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20. Hinsichtlich des Verfahrensaspektes wird die Aufgabe mit einem Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Detektion eines Metallobjektes mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche enthalten zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung, des Herstellungsverfahrens oder des Betriebsverfahrens.
Erfindungsgemäß enthält die Vorrichtung zum Detektieren eines Metallobjektes mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion einen äußeren Ring und mindestens einen inneren Ring, wobei der äußere Ring eine erste, als PI-Ringspule oder als VLF-Sende- oder Empfängerspule betreibbare Spulenanordnung aufweist und der mindestens eine innere Ring eine Spulenanordnung zum Betreiben einer VLF-Empfänger- und/oder Sendespule enthält.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält die Vorrichtung zum Detektieren eines Metallobjektes mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion einen äußeren Ring und einen inneren Ring mit mindestens einem den äußeren und den inneren Ring verbindenden und durchschneidenden Steg. Der äußere Ring enthält eine äußere PI-Ringspule zum Ausführen einer PI-Detektion. Der innere Ring weist eine durch den Steg und einen ersten Ringabschnitt verlaufende VLF-Sendespule und eine durch den Steg und einen zweiten Ringabschnitt verlaufende VLF-Empfängerspule zum Ausführen einer VLF-Detektion auf.
Durch diese Geometrie wird erreicht, dass die von den VLF-Spulen erzeugten Magnetfelder sich gegenseitig aufheben können und so den Betrieb der PI-Ringspule nicht nachteilig beeinflussen. Zum anderen umgibt die PI-Ringspule die VLF-Spulen äußerlich und beeinflusst damit nicht die VLF-Anordnung nachteilig.
Der mindestens eine Steg enthält elektronische Mittel zum Betreiben und Schalten der PI-Ringspule und/oder der VLF-Sendespule und/oder der VLF-Empfängerspule. Er ermöglicht damit eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung und die Herausbildung einer integrierten Sensorkopfanordnung.
Der äußere Ring, der innere Ring und der mindestens eine Steg sind zweckmäßigerweise als ein einheitliches Gehäuse zum Einlegen der PI-Ringspule und der VLF-Sende- und Empfängerspule ausgebildet. Dabei sind die Spulen mit einem Verfüllmaterial bedeckt. Eine derartige Anordnung vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung beträchtlich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die PI-Ringspule, die VLF-Sendespule und/oder die VLF-Empfängerspule in einen Wannenkörper eingefügt. Dabei ist der Wannenkörper in das Gehäuse eingelegt und mittels elastischer Distanzkörper zu dem Gehäuse beabstandet gelagert. Bei diesem Aufbau ist die Spulengeometrie von der äußeren Form des Gehäuses mechanisch entkoppelt. Verformungen des Gehäuses, die beispielsweise bei einem Schlag oder Stoß, durch die Bewegungen der Vorrichtung über den Boden oder auch im Fertigungsprozess auftreten können, greifen damit nicht auf die sehr empfindliche Spulengeometrie durch.
Alternativ können bei einer weiteren Ausführungsform die PI-Ringspule und/oder eine der VLF-Spulen in einen umhüllenden Grundkörper eingegossen sein.
Es ist eine VLF-Sendeschaltung für die VLF-Sendespule, eine VLF-Empfangsschaltung für die VLF-Empfängerspule und eine PI-Impulsschaltung für die PI-Ringspule vorgesehen. Weiterhin ist ein Mittel zum umschaltenden Koppeln der VLF-Sendeschaltung mit der VLF-Sendespule und der VLF-Empfangsschaltung mit der VLF-Empfängerspule für eine VLF-Detektion einerseits und einem Koppeln der PI-Impulsschaltung mit der PI-Ringspule andererseits vorhanden.
Dadurch kann die Vorrichtung sowohl in einem VLF- als auch in einem PI-Betriebsmodus betrieben werden. Durch das Schaltmittel werden zum einen die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule mit ihren elektronischen Sende und Emfangsschaltungen gekoppelt und somit der VLF-Betriebsmodus ermöglicht. Andererseits lässt sich durch das Schaltmittel auch der PI-Betriebsmodus einstellen. Dabei sind die VLF-Spulen von ihren jeweiligen elektronischen Schaltungen getrennt, während die PI-Ringspule mit der PI-Impulsschaltung gekoppelt ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform liegt durch das Schaltmittel beim Koppeln der PI-Impulsschaltung mit der PI-Ringspule eine Schaltanordnung vor, bei der die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule in Reihe und gegenüber der PI-Ringspule parallel geschaltet sind. Dabei weisen die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule einen zueinander entgegengesetzt gerichteten Stromfluß auf. Der magnetische Fluss in der VLF-Sendespule ist dadurch zum magnetischen Fluss VLF-Empfängerspule entgegengesetzt gerichtet. Der resultierende Fluss durch die Spulen der VLF-Anordnung der Vorrichtung verschwindet dabei und beeinflusst somit nicht die PI-Ringspule und die PI-Detektion.
Das Schaltmittel ist zweckmäßigerweise als ein Relais ausgebildet. Dadurch wird eine galvanische Trennung der bei dem jeweiligen Betriebsmodus nicht kontaktierten Komponenten erreicht, wodurch Kriechströme vermieden werden können und die gesamte Anordnung gegen Spannungsdurchschläge widerstandsfähig ausgeführt ist.
Zweckmäßigerweise weist die VLF-Sendeschaltung eine DDS-Einheit zum Ausführen einer Direkten Digitalen Synthese und einen an die VLF-Sendespule anschließenden Verstärker auf. Die Frequenzbeaufschlagung der VLF-Sendespule erfolgt somit in digitaler Form.
Die VLF-Empfangsschaltung weist zweckmäßigerweise einen zweigeteilten Signalweg auf. Dabei sind in einem ersten Signalweg ein Phasenkomparator und in einem zweiten Signalweg ein Differenzverstärker und ein Synchrongleichrichter vorgesehen. Beide Signalwege münden in einen A/D-Wandler.
Der Phasenkomparator und der Differenzverstärker sind jeweils mit der DDS-Einheit gekoppelt. Damit wird die VLF-Sendeschaltung und die VLF-Empfangsschaltung jeweils mit der gleichen Frequenz beaufschlagt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die PI-Ringspule bei Bedarf als eine frequenzvariable Oszillatorspule einer Schwebungssummerschaltung betreibbar. Dadurch kann die Vorrichtung mit einem weiteren Betriebsmodus betrieben werden.
Bei einer Ausführungsform enthält die Schwebungssummerschaltung ein Mischglied zum Erzeugen einer Differenzmischfrequenz und/oder einer Additionsmischfrequenz zwischen einer Frequenz der frequenzvariablen Oszillatorspule und einer Frequenz eines Schwingkreises.
Weiterhin kann ein akustischer Signalgeber zum Ausgeben eines Schwebungssignals der Schwebungssummerschaltung und/oder der Differenzfrequenz und/oder der Additionsfrequenz vorgesehen sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein am Gehäuse angeordneter Gassensor vorgesehen. Die Vorrichtung kann damit auch zur Gasdetektion eingesetzt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine am Gehäuse angeordnete Lichtquelle vorgesehen. Dadurch kann die Vorrichtung auch bei Dunkelheit oder in schlecht beleuchteten Räumen eingesetzt werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist ein auf die Lage der Vorrichtung ansprechender Kippschalter vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist ein am Gehäuse angeordneter Beschleunigungssensor vorgesehen. Dieser Sensor signalisiert eine zu rasche Bewegung der Detektorvorrichtung und eine damit einhergehende mögliche negative Beeinflussung der Spulengeometrie.
Bei einem Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
Als erstes erfolgt ein Bereitstellen des Gehäuses und Einlegen der PI-Ringspule, der VLF-Sendespule, der VLF-Empfängerspule und der elektronischen Komponenten zum Betreiben der Spulen in das Gehäuse. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Lage- und Funktionsabgleich der eingelegten Spulen. Im Anschluss daran wird das Gehäuse verfüllt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einlegen der PI-Ringspule und/oder der VLF-Sendespule und/oder der VLF-Empfängerspule mit folgenden Verfahrensschritten: Als erstes wird eine spulenartige Leiteranordnung in einem Wannenkörper angeordnet und vergossen. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Einfügen mechanisch entkoppelnder, insbesondere elastisch verformbarer Distanzelemente in das Gehäuse. Der Wannenkörper mit der vergossenen Leiteranordnung wird nun auf die in dem Gehäuse eingefügten Distanzelemente gelegt. Das Gehäuse wird dann geschlossen.
Der Lage- und Funktionsabgleich wird zweckmäßigerweise mit folgenden Schritten ausgeführt:
In einem ersten Schritt erfolgt ein Beaufschlagen der eingelegten VLF-Sendespule mit einem Signal in einer Sendefrequenz. Gleichzeitig erfolgt ein Aufnehmen eines Empfangssignals an der VLF-Empängerspule. Die eingelegte VLF-Empfängerspule bis zum Eintritt eines minimalen Pegels des Empfangssignals verschoben. Es erfolgt ein Fixieren der VLF-Empfängerspule am Ort des minimalen Pegels.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Detektion eines Metallobjektes mittels eines Umschaltens zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Schritte aus:
Es wird eine VLF-Spuleneinheit aus einer VLF-Sendespule und einer VLF-Empfängerspule und eine PI-Spuleneinheit aus einer PI-Ringspule in einer integrierten Anordnung verwendet, wobei durch eine Umschalteinheit folgende alternative Schaltzustände realisiert werden:
Ein erster Schaltzustand ist ein PI-Schaltzustand zum Ausführen der PI-Detektion. Dabei ist die PI-Ringspule an eine PI-Impulseinheit gekoppelt und die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule galvanisch abgetrennt.
Ein zweiter Schaltzustand ist ein VLF-Schaltzustand zum Ausführen der VLF-Detektion. Dabei ist die VLF-Sendespule an eine VLF-Sendeeinheit und die VLF-Empfängerspule an eine VLF Empfangseinheit gekoppelt und ein induzierter Stromfluss in der PI-Ringspule über einen Ohmschen Widerstand gedämpft.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist im PI-Schaltzustand die PI-Ringspule an die PI-Impulseinheit gekoppelt und die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule in Reihe und parallel zur PI-Ringspule geschaltet. Die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule weisen bei dieser Schaltung einen zueinander entgegengesetzt gerichteten Stromfluß auf.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird im VLF-Schaltzustand die VLF-Sendespule bei einer zweckmäßigen Ausführungsform mit einem aus einer direkten digitalen Synthese erzeugten niederfrequenten DDS-Signal beaufschlagt. Dabei erfolgt an der VLF-Empfängerspule eine auf zwei Signalwege gesplittete Signalverarbeitung. Bei dieser Signalverarbeitung erfolgt auf einem ersten Signalweg eine Phasenkomparation und auf einem zweiten Signalweg eine Differenzverstärkung und eine Synchrongleichrichtung, wobei das DDS-Signal in die Phasenkomparation und die Differenzverstärkung eingekoppelt wird.
Zweckmäßigerweise wird im PI-Schaltzustand eine in der PI-Ringspule nach einem Impuls abklingende Induktionsspannung verstärkt und eine Spannungsdifferenz zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Werten der Induktionsspannung gemessen. Der dabei erhaltene Messwert bildet einen Hinweis auf das zu detektierende Metallobjekt.
Bei einem Überschreiten eines außerhalb eines Normbereiches liegenden Signalwertes in der VLF-Spuleneinheit und/oder der PI-Spuleneinheit wird bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens ein akustisches und/oder optisches Signal zur Aufforderung zu einer notwendigen Lageveränderung aus der Messposition des Sensorkopfes ausgegeben. Dabei registriert eine Lageerkennungseinheit die Lageveränderung des Sensorkopfes und gibt bei einem wieder im Normbereich liegenden Messsignalwert ein optisches und/oder akustisches Signal zum Wiedereinnehmen der Messposition aus.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die PI-Ringspule wahlweise zum Ausführen eines BFO-Suchverfahrens verwendet. Dabei wird die PI-Ringspule als Teil einer frequenzvariablen Oszillatorschaltung betrieben, deren Oszillatorfrequenz mit der Frequenz eines frequenzstabilen Schwingkreises überlagert wird und ein daraus entstehendes Schwebungssignal ausgegeben wird. Das ausgegebene Schwebungssignal ist ein Indikator für eine sich ändernde Induktivität in der PI-Ringspule und damit für ein geortetes Metallobjekt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein aktives Mischen der Oszillatorfrequenz mit der Schwingkreisfrequenz in einem Mischungsglied. Dabei wird eine Additionsmischfrequenz und/oder eine Differenzmischfrequenz erzeugt und auf einem Signalgeber ausgegeben.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 10. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigt:
1 eine Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses,
2a einen Teil des Gehäuses mit eingelegten Distanzkörpern,
2b eine Schnittdarstellung mit einem in das Gehäuse eingelegten Wannenkörper,
2c eine Schnittdarstellung eines verschlossenen Gehäuseabschnittes,
2d eine Gesamtansicht eines verschlossenen Gehäuses
3 eine beispielhafte Komponentenverschaltung für einen VLF-Betriebsmodus,
4 eine beispielhafte Komponentenverschaltung für einen PI-Betriebsmodus,
5 eine Darstellung der Stromrichtungen innerhalb der VLF-Spulenanordnung und der PI-Ringspule während eines PI-Betriebsmodus,
5a eine weitere beispielhafte Komponentenverschaltung für den PI-Betriebsmodus,
5b weitere mögliche Spulenanordnungen für die Detektionsvorrichtung,
6 eine beispielhafte Darstellung einer VLF-Sendespule mit einer VLF-Sendeeinheit,
7 eine beispielhafte Darstellung einer VLF-Empfängerspule mit einer VLF-Empfangseinheit,
8 eine beispielhafte Darstellung eines Spannungsverlaufs während einer PI-Detektion
9 eine beispielhafte Schwebungssummerschaltung zum Ausführen einer BFO-Detektion,
10 eine beispielhafte Schaltung zum Ausführen eines Verfahrens der aktiven Frequenzmischung.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung. Diese besteht aus einem äußeren Ring 1 und einem inneren Ring 2. Der äußere und der innere Ring sind über einen Steg 3 und einen Steg 4 miteinander verbunden und liegen zweckmäßigerweise in einer Ebene. Der Steg 3 verläuft im Bereich eines Durchmessers des äußeren Ringes und unterteilt damit beide Ringe.
In den Verlauf des äußeren Ringes 1 ist eine PI-Ringspule 5 mit einer oder mehreren Spulenwindungen eingelegt. Die PI-Ringspule verläuft über den gesamten Umfang des äußeren Ringes. Der innere Ring enthält eine VLF-Sendespule 6 und eine VLF-Empfängerspule 7. Diese verlaufen jeweils über einen einander gegenüber liegenden halben Umfang des inneren Ringes und durch den innerhalb des inneren Ringes gelegenen Teil des durchgehenden Steges 3. Die VLF-Sende- und die VLF-Empfängerspule weisen damit einen jeweils D-förmigen Querschnitt auf, wobei sich deren Querschnitte zu einem Kreis ergänzen. Beide VLF-Spulen sind voneinander elektrisch isoliert.
Die Ringe 1 und 2 und vor allem die Stege 3 und 4 nehmen zusätzliche elektronische Komponenten auf. In dem hier gezeigten Beispiel sind dies eine Hauptelektronik 8, die Schaltungen und Einheiten zum Auswerten und Umformen der von den Spulen 5, 6 und 7 gelieferten Signale enthält, sowie ein VLF-Vorverstärker 9 zum Betreiben der VLF-Spulen 6 und 7. Zum Betreiben der PI-Ringspule 5 beim Ausführen einer PI-Detektion ist ein Impulsgeber 10 innerhalb des Steges 4 vorgesehen. Eine Umschaltelektronik 11 ermöglicht ein Umschalten zwischen der VLF- und der PI-Detektion. Die Verdrahtung der genannten elektronischen Komponenten mit den Spulen ist über möglichst kurze Wege ausgeführt und befindet sich zweckmäßigerweise im Bereich des inneren bzw. des äußeren Ringes und damit im Bereich der Spulenkörper selbst.
Zusätzlich können auch noch eine LED-Beleuchtungseinrichtung, ein Beschleunigungssensor und weitere elektronische oder elektrische Komponenten in den Ringaufbau integriert sein. Die LED-Beleuchtungseinrichtung wird bei einer zweckmäßigen Ausführungsform genau dann aktiviert, wenn durch die Spulenanordnungen ein Metallobjekt detektiert worden ist. Dadurch kann durch einen Lichtblitz der Fundort visuell deutlich markiert werden. Dies ist insbesondere bei Detektionsläufen in der Dunkelheit oder der Dämmerung sehr vorteilhaft.
Der Beschleunigungssensor misst die an der Detektoranordnung momentan anliegende Geschwindigkeitsänderung, um negative Beeinflussungen des VLF-Betriebsmodus zu verhindern. Der Beschleunigungssensor detektiert vor allem plötzliche oder starke Erschütterungen oder Beschleunigungen und gibt einen Alarm aus, wenn die Beschleunigungsparameter einen bestimmten Grenzwert überschreiten. Der Benutzer wird durch ein entsprechendes optisches oder akustisches Signal darauf hingewiesen, den Detektor langsamer zu bewegen, um die Detektion mit einer größtmöglichen Genauigkeit auszuführen.
2 zeigt ein beispielhaftes Gehäuse 12 für die vorhergehend erläuterte Anordnung. Das Gehäuse besteht aus einem auf einer Oberseite offenen Formteil. Das Formteil weist eine der Spulenanordnung entsprechende Gestaltung auf. So sind der äußere Ring 1 und der innere Ring 2 sowie die Stege 3 und 4 an dem Formteil ausgebildet. Das Formteil ist auf einer Seite offen und weist auf der dazu entgegengesetzten Seite eine geschlossene Grundfläche auf. Damit entsteht ein U-Profil, in das bei der Fertigung der Vorrichtung die Spulenwicklungen und die elektronischen Komponenten eingelegt und in ihrer Lage justierend verändert werden können.
2a zeigt einen Ausschnitt des Gehäuses 12 mit einer Reihe von in den inneren Ring 2 eingelegten Distanzstücken 12a. Diese dienen einer Lagerung einer darauf aufgelegten Spulenanordnung, insbesondere der VLF-Spulenanordnung. Die Distanzstücke weisen eine elastische Beschaffenheit auf, die es ermöglicht, mechanische Bewegungen des Gehäuses, Schläge, Stöße oder Verformungen von der im Inneren des Gehäuses angeordneten Spulenanordnung zu entkoppeln. Dadurch wird ein genaueres und höher aufgelöstes Detektieren mit der Spulenanordnung möglich.
Die Distanzstücke bestehen zweckmäßigerweise aus einem Schaumstoff. Alternativ können auch weiche Gummimaterialien verwendet werden.
2b zeigt in einer Schnittdarstellung die Lagerung der Spulenanordnung im Gehäuse unter Verwendung der Distanzstücke. Die VLF-Spulen 6 und 7 sind bei dieser Ausführungsform in einen Wannenkörper 12b eingebettet und in diesem eingegossen. Der Wannenkörper ist auf die im Gehäuse 12 eingesetzten Distanzstücke 12a aufgesetzt und wird durch diese schwimmend gelagert. Es verbleibt ein Luftspalt 12c zwischen dem Wannenkörper und dem Gehäuse. Dadurch ist der Wannenkörper von dem Gehäuse mechanisch entkoppelt.
2c zeigt in einer Schnittdarstellung den endgültigen Aufbau der Spulenanordnung. Der in 2b gezeigte Aufbau ist hier mit einer Gehäuseabdeckung 12d überdeckt. Die Gehäuseabdeckung ist bei dem hier gezeigten Beispiel ebenfalls durch ein zwischengeschobenes Distanzstück von dem Wannenkörper mit der darin eingelegten Spule mechanisch entkoppelt.
2d zeigt den Detektorkörper in einer Gesamtansicht. Dieser besteht wie bereits beschrieben aus dem Gehäuse 12, dem darin untergebrachten Spulensystem mit Wannenkörper und der darüber aufgesetzten Abdeckung 12d. Weiterhin ist eine Schelle 12e vorgesehen, an der ein Stab mit einem Griffstück befestigt werden kann, der es erlaubt, in der bekannten Weise den Detektorkörper im Stehen über den Erdboden oder ein sonstiges abzusuchendes Gelände zu führen.
Zur Herstellung der Vorrichtung wird zunächst im äußeren Ring die PI-Ringspule eingebracht. Dies erfolgt entweder durch ein Einsetzen eines mit dem Spulendraht bereits besetzten Wannenkörpers in diesen Bereich oder durch ein direktes Einlegen des Spulendrahtes in das Gehäuse mit einem anschließenden Vergießen. Im inneren Ring werden die beiden D-förmigen VLF-Spulen platziert. Hierzu werden die oder der Wannenkörper wie beschrieben in das Gehäuse eingesetzt. Die elektronischen Komponenten werden in die Stege zwischen den Kreisen untergebracht. Die Verdrahtung der Komponenten erfolgt in der Spule.
Nach dem Einbringen der Spulen und der restlichen Bauteile wird das Gehäuse entweder verfüllt, insbesondere mit einem Gießharz ausgegossen, oder mit der Gehäuseabdeckung verschlossen. Das ist nötig, um ein Verrutschen der Spulen und ein damit verbundenes Verstimmen des VLF-Systems zu verhindern.
Die PI-Ringspule und die VLF-Spulen müssen sich auf einer Ebene in der Form befinden, da sich sonst die magnetische Kopplung verschlechtert und ein Abstimmen bzw. Ausgleichen der magnetischen Spulenflüsse nur ungenau ausgeführt werden kann. Dabei ist auf einen gewissen Abstand zwischen beiden Spulensystemen zu achten, da sonst die Beeinflussungen der Spulen nicht mehr kompensierbar sind.
Der Abgleich des Gesamtsystems der Spulen wird ausgeführt, wenn alle Komponenten in das Gehäuse des Sensorkopfes eingebracht sind. Anderenfalls würde jedes metallische Objekt, was nachträglich eingefügt wird, die Empfindlichkeit drastisch verschlechtern.
Es ist vorteilhaft, wenn die PI- und die VLF-Sendespule direkt in den Werkstoff, aus dem das Gehäuse besteht, eingegossen wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein nachträgliches Vergießen dieser Spulenabschnitte entfällt und die VLF-Empfängerspule besser auf der dann glatten Oberfläche ausgerichtet werden kann.
Der Abgleich der Spulen erfolgt nach der Endmontage aller Komponenten. Zum Abgleichen wird das Spulensystem auf den VLF-Betriebsmodus umgeschaltet. Die VLF-Sendespule wird mit der dafür vorgesehenen Sendefrequenz beaufschlagt. Währenddessen wird entweder die VLF-Empfängerspule oder der diese Spule enthaltene Wannenkörper solange verschoben bis sich ein Signalminimum an deren Ausgang einstellt. Die VLF-Empfängerspule wird dann entweder im Gehäuse mit Gießharz an dieser Stelle vergossen oder es wird der Wannenkörper mit der darin enthaltenen VLF-Empfängerspule auf den Distanzstücken fixiert, insbesondere festgeklebt.
3 zeigt eine beispielhafte Verschaltung der PI-Ringspule 5 sowie der VLF-Spulen 6 und 7 im VLF-Betriebsmodus. 4 zeigt eine beispielhafte Verschaltung der Spulen im PI-Betriebsmodus. Im VLF-Betriebsmodus ist eine VLF-Sendeschaltung 13 und eine VLF-Empfangsschaltung 14 aktiviert, während eine PI-Impulsschaltung 15 unterbrochen ist. Das jeweilige Umschalten zwischen den Betriebsmodi wird durch ein Umschaltrelais 16 bewirkt. Das Umschaltrelais ist in der Figur durch eine durchgezogene Linie angedeutet.
Die Verwendung eines Relais hat mehrere Gründe. Das Relais bewirkt eine galvanische Trennung des VLF-Sende- und VLF Empfangsverstärkers von den jeweiligen VLF-Spulen im PI-Betriebsmodus. Diese ist notwendig, um deren Zerstörung durch die hohe Induktionsspannung während des Pulses zu verhindern. Darüber hinaus muss im PI-Betriebsmodus auf eine kapazitätsarme Verbindung der Spulen geachtet werden, da es sonst zu unerwünschten und nachteiligen Resonanzeffekten kommt. Ein weiterer Grund für die Verwendung des Relais besteht darin, dass die im PI-Betriebsmodus auftretende sehr hohe Spannung in der Größenordnung von bis zu mehreren 100 V zur Zerstörung anderer Schaltmittel, insbesondere von Halbleiterschaltern und Transistoren, führen würde.
Die VLF-Sendeschaltung 13 besteht aus der VLF-Sendespule 6 und einem mit der VLF-Sendespule gekoppelten VLF-Sendeverstärker 17. Die VLF-Empfängerschaltung 14 besteht aus der VLF-Empfängerspule 7 und einem VLF-Empfangsverstärker 18. Die PI-Ringspule 5 ist galvanisch von einer PI-Impulseinheit 19 getrennt. Deren Stromfluss ist durch einen Ohmschen Widerstand R gedämpft.
Der PI-Betriebsmodus ist in 4 und 5 dargestellt. Bei der hier gezeigten Schaltung sind die VLF-Sende- und Empfangsverstärker 13 und 14 galvanisch von den Spulen 5, 6 und 7 getrennt. Die VLF-Sendespule 6 ist mit der VLF-Empfängerspule 7 in Reihe geschaltet. Sie liegen parallel zur PI-Ringspule 5. Aus 5 geht hervor, dass in diesem Schaltzustand die Stromflüsse in beiden Spulen 6 und 7 entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Die damit verbundenen Richtungen der durch beide Spulen hindurchtretenden magnetischen Flüsse heben sich dadurch gegenseitig auf. Der resultierende magnetische Fluss im VLF-Spulensystem ist in seiner Summe gleich Null.
Gleichzeitig tragen aber die VLF-Spulen auch zur aktiven Suchfläche bei. Ein Metallobjekt, das sich im Bereich der VLF-Spulen befindet, verändert auch während der PI-Detektion die Eigenschaften der VLF-Spulen und beeinflusst somit die Kompensation im VLF-Spulensystem insgesamt, womit sich die PI-Detektion unterstützen lässt.
5a zeigt eine weitere Möglichkeit der Spulenverschaltung im PI-Betriebsmodus. Bei dieser Variante werden die VLF-Spulen 6 und 7 nicht mit der PI-Spule beschaltet. Diese Ausführungsform ist dann praktikabel, wenn die VLF-Spulen eine nur sehr kleine parasitäre Eigenkapazität und Eigeninduktivität aufweisen. Bei der hier gezeigten Verschaltung sind die VLF-Spulen galvanisch von allen übrigen elektronischen Komponenten getrennt. Diese galvanische Trennung wird bevorzugt über einen unterbrochenen Relaiskontakt realisiert. Der bei dem PI-Impuls in den VLF-Spulen erzeugte Stromfluss ist vernachlässigbar klein und wirkt sich nicht störend auf die PI-Detektion aus. Die galvanische Trennung ist notwendig, um verfälschende Ströme über die Messelektronik zu vermeiden und um die elektronischen Komponenten vor Überlastungen infolge von Überspannungen zu schützen.
5b zeigt weitere mögliche Spulenkonfigurationen für die Detektoranordnung. Die Anordnung A stellt die hier hauptsächlich erläuterte Anordnung dar. Dabei sind die VLF-Spulen 6 und 7 jeweils mit einem D-förmigen Querschnitt ausgeführt und befinden sich innerhalb der sie umgebenden PI-Ringspule 5.
Bei der Anordnung B sind zwei im wesentlichen konzentrisch angeordnete Spulen vorgesehen. Dabei wird die äußere Spule im PI-Betriebsmodus als PI-Ringspule 5 betrieben und bildet nach dem Umschalten in den VLF-Betriebsmodus die VLF-Empfängerspule 7 für die im Inneren angeordnete VLF-Sendespule 6. Natürlich ist es auch möglich, bei dieser Konfiguration die VLF-Empfängerspule im Inneren anzuordnen und die äußere Spule als VLF-Sendespule zu betreiben.
Bei der Anordnung C sind drei im wesentlichen konzentrische Spulenanordnungen vorgesehen. Die äußere Spule wird wieder durch die PI-Ringspule 5 gebildet. Im Inneren befinden sich die VLF-Sendespule 6 und die VLF-Empfängerspule 7, die konzentrisch ineinander angeordnet sind.
Natürlich ist es auch ohne weiteres möglich, bei den konzentrischen Spulenkonfigurationen die PI-Ringspule in der Mitte oder ganz im Inneren des Spulenaufbaus vorzusehen.
6 zeigt ein beispielhaftes Schaltbild einer Anordnung zum Betreiben der VLF-Sendespule 6. Die Erzeugung der VLF Sendefrequenz erfolgt mittels einer DDS-Einheit 20 in Form einer Direkten Digitalen Synthese. Das erzeugte Signal wird in dem Sendeverstärker 17 auf einen erforderlichen Sendepegel angehoben und an die VLF-Sendespule 6 geschickt. Die DDS-Einheit 20 und der VLF-Sendeverstärker 17 bilden in dieser Ausführungsform eine VLF-Sendeeinheit 20a.
7 zeigt ein beispielhaftes Schaltbild einer Anordnung zum Betreiben der VLF-Empfängerspule 7. Das von der VLF-Empfängerspule 7 erzeugte Signal wird in dem VLF-Empfangsverstärker 18 verstärkt und anschließend auf zwei Signalwege aufgesplittet. Es gelangt auf einem ersten Signalweg zu einem Komparator 21. Dieser ermittelt aus dem Messsignal eine Phaseninformation. Auf einem zweiten Signalweg wird das Messsignal an einen Differenzverstärker 22 übertragen. Dieser ermittelt eine Amplituden- und Phaseninformation aus dem Messsignal. Als Quelle des für den Differenzverstärker und für den Komparator notwendigen Vergleichssignals dient die DDS-Einheit 20. Diese wird zu Beginn der Messung so eingestellt, dass das Vergleichssignal in Phase sowie dessen Amplitude synchron zum Empfangssignal ist. Als Alternative kann auch eine von der DDS-Einheit 20 unabhängige zweite DDS-Einheit vorgesehen sein.
Ein dem Differenzverstärker 22 nachgeschalteter Synchrongleichrichter 23 wandelt eine aus dem Differenzverstärker ausgegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung. Er ermöglicht es, dass durch ein synchrones Abtasten des Signals Störungen unterdrückt werden können. Die beiden Signalwege vereinigen sich in einem A/D-Wandler 24. Dieser digitalisiert die gewonnen Daten und übergibt diese an einen hier nicht dargestellten Rechner. Die Komponenten von dem VLF-Empfangsverstärker 19 bis zu dem A/D-Wandler 24 bilden eine VLF-Empfangseinheit 24a.
8 zeigt in einem Diagramm die Signalauswertung im PI-Betriebsmodus. Zur Signalauswertung wird die nach einem Anfangsimpuls I auftretende abklingende Induktionsspannung verstärkt. Es wird die Differenz ΔU und das zugehörige Zeitintervall Δt im abklingenden Induktionspuls gemessen. Die Höhe der Differenzspannung ΔU oder die Länge des Zeitintervalls Δt ist ein Maß für das Abklingverhalten der induzierten Spannung innerhalb der PI-Ringspule und zeigt ein möglicherweise vorhandenes Metallobjekt an.
Die Kombination der genannten VLF- und PI-Komponenten ergibt einen Detektor, der zum einen in dem relativ robusten und störunempfindlichen PI-Betriebsmodus betrieben werden kann und dabei zum großflächigen Absuchen eines gegebenen Abschnittes geeignet ist. Zur genauen Analyse des gefundenen Metallobjektes kann auf den VLF Modus umgeschaltet werden. Dieser ermöglicht es, die Metallart des Objektes ermitteln. Wegen der größeren Empfindlichkeit lassen sich im VLF-Modus auch noch kleinere Teile im Boden lokalisieren.
8 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild zum Betreiben eines der PI-Ringspule innerhalb eines BFO-Detektionsverfahrens. Die Abkürzung „BFO” steht dabei für den englischen Begriff „best frequency oscillator”. Hierfür ist im Deutschen die Bezeichnung „Schwebungssummer” gebräuchlich.
Zum Ausführen des Verfahrens wird die PI-Ringspule 5 als Teil eines Schwingkreises 25 betrieben, wobei der vorhergehend erwähnte Bedämpfungswiderstand von der Schaltung abgekoppelt ist. Der Schwingkreis 25 wird mit einer Frequenz f_osz betrieben. Durch ein in der Nähe der Ringspule befindliches Metallobjekt wird die Induktivität der PI-Ringspule und damit die Frequenz des Schwingkreises 25 beeinflusst.
Weiterhin ist ein weiterer Schwingkreis 26 vorgesehen, der als lokaler frequenzstabiler Oszillator mit einer festen Frequenz f_S betrieben wird. Die Schaltung ist so gestaltet, dass die Frequenzen f_osz und f_S gleich sind, sofern die PI-Ringspule 5 nicht durch ein Metallobjekt in ihrer Induktivität beeinflusst ist.
Die Schwingungen der Schwingkreise 25 und 26 werden in einer Schwebungssummerschaltung 27 zur Überlagerung gebracht. Dabei wird ein Signal S erzeugt, welches an einem akustischen Signalgeber 28 ausgegeben wird. In Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz f_osz des Schwingkreises 25 und der Frequenz f_S des Schwingkreises 26 zeichnet sich das Signal S durch eine hörbare Schwebung mit einer Schwebungsfrequenz f_schw aus. Die Schwebung verschwindet genau dann, wenn sich kein Metallobjekt im Erfassungsbereich der PI-Ringspule befindet.
10 zeigt eine beispielhafte Schaltung zum Ausführen eines Verfahrens der aktiven Frequenzmischung. Hierbei werden die Frequenzen f_osz und f_S der Schwingkreise 25 und 26 in einem Mischglied 29 zusammengeführt. Das Mischglied erzeugt ein Signal, das an dem akustischen Signalgeber 28 ausgegeben wird. Das von dem Mischglied erzeugte Mischsignal setzt sich aus einem ersten Anteil mit einer Differenzfrequenz f_diff = f_osz – f_S und einer Additionsfrequenz f_add = f_osz + f_S zusammen. Dabei werden die Frequenzen der Schwingkreise zweckmäßigerweise so gewählt, dass sowohl f_osz als auch f_S im nicht hörbaren Hochfrequenzbereich liegen. Unter dieser Bedingung ist nur der Differenzanteil f_diff des Mischsignals am Signalgeber akustisch wahrnehmbar. Dieser tritt genau dann auf, wenn der Schwingkreis 25 infolge eines in der Nähe befindlichen Metallobjektes verstimmt wird.
Der Detektorkörper kann weiterhin einen hier nicht gezeigten eingebauten Gassensor enthalten. Dieser gibt bei einer ansteigenden Kohlenmonoxid- oder Methankonzentration eine Warnung aus. Des weiteren können leuchtstarke LED's oder sonstige Leuchtmittel am Detektorkörper angeordnet sein. Diese erhellen entweder den Fundort eines Objektes oder können als Taschenlampe genutzt werden.
Um den Detektor optimal auf die zu untersuchende Umgebung abzugleichen ist für den Detektorbetrieb ein automatischer Eichmodus vorgesehen. Bei diesem Betriebsmodus erkennt das Messsystem selbsttätig, wenn bestimmte Parameter, beispielsweise die induzierte Spannung im PI-Betriebsmodus, die zulässigen Grenzen überschreiten und signalisiert dieses dem Benutzer. In diesem Fall wird der Benutzer angewiesen, den Sensorkopf für eine bestimmte Zeitdauer aus dem Detektionsbereich zu entfernen und ihn beispielsweise in die Luft halten. Währenddessen wird in der Elektronik ein Eichvorgang gestartet, mit dem die Störungen ausgeglichen werden, bis sich der anormale Parameter wieder normalisiert. Im Sensorkopf ist dazu zweckmäßigerweise ein Kippschalter integriert, der sensitiv auf die Lage des Sensors ist. Sobald der Abgleich erfolgt ist, wird ein weiteres Signal ausgegeben, das dem Benutzer signalisiert, dass der Sensorkopf wieder in den Detektionsbereich gebracht und somit der Detektionsvorgang fortgesetzt werden kann.
Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausführungsformen möglich. Diese ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste

1: äußerer Ring
2: innerer Ring
3: durchgehender Steg
4: Steg
5: PI-Ringspule
6: VLF-Sendespule
7: VLF-Empfängerspule
8: Hauptelektronik
9: VLF-Vorverstärker
10: Impulsgeber
11: Umschaltelektronik
12: Gehäuse
12a: Distanzstück
12b: Wannenkörper
12c: Luftspalt
12d: Gehäuseabdeckung
12e: Schelle
13: VLF-Sendeschaltung
14: VLF-Empfangsschaltung
15: PI-Impulsschaltung
16: Umschaltrelais
17: VLF-Sendeverstärker
18: VLF-Empfangsverstärker
19: PI-Impulseinheit
20: DDS-Einheit
20a: VLF-Sendeeinheit
21: Komparator
22: Differenzverstärker
23: Synchrongleichrichter
24: A/D-Wandler
24a: VLF-Empfangseinheit

Claims

Vorrichtung zum elektronischen Detektieren eines Metallobjektes mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion, enthaltend einen äußeren Ring (1) und mindestens einen inneren Ring (2), wobei der äußere Ring eine erste, als PI-Ringspule (5) oder als VLF-Sende- oder Empfängerspule betreibbare Spulenanordnung aufweist und der mindestens eine innere Ring (2) eine Spulenanordnung zum Betreiben einer VLF-Empfänger- und/oder Sendespule enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring (1) und der innere Ring (2) mit mindestens einem den äußeren und den inneren Ring verbindenden und durchschneidenden Steg (3) verbunden ist, wobei der äußere Ring die PI-Ringspule (5) zum Ausführen einer PI-Detektion enthält und der innere Ring eine durch den Steg und einen ersten Ringabschnitt verlaufende VLF-Sendespule (6) und eine durch den Steg und einen zweiten Ringabschnitt verlaufende VLF-Empfängerspule (7) zum Ausführen einer VLF-Detektion aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring, der innere Ring und/oder der mindestens eine Steg (3) elektronische Mittel (8, 9, 10, 11) zum Betreiben und Schalten der PI-Ringspule und/oder der VLF-Sendespule und/oder der VLF-Empfängerspule enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring (1), der innere Ring (2) und der mindestens eine Steg (3) als ein einheitliches Gehäuse (12) zum Einlegen der PI-Ringspule (5) und der VLF-Sende- und Empfängerspule (6, 7) ausgebildet ist, wobei die Spulen mit einem Verfüllmaterial bedeckt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PI-Ringspule (5), die VLF-Sendespule (6) und/oder die VLF-Empfängerspule (7) in einen Wannenkörper (12b) eingefügt sind, wobei der Wannenkörper in das Gehäuse (12) eingelegt und mittels elastischer Distanzkörper (12a) zu dem Gehäuse beabstandet gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PI-Ringspule (5) und/oder eine der VLF-Spulen (6, 7) in das Gehäuse (12) eingegossen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine VLF-Sendeschaltung (13) für die VLF-Sendespule (6), eine VLF-Empfangsschaltung (14) für die VLF-Empfängerspule (7) und eine PI-Impulsschaltung (15) für die PI-Ringspule (5) sowie ein Schaltmittel (16) zum umschaltenden Koppeln der VLF-Sendeschaltung mit der VLF-Sendespule und der VLF-Empfangsschaltung mit der VLF-Empfängerspule für eine VLF-Detektion einerseits und einem Koppeln der PI-Impulsschaltung mit der PI-Ringspule andererseits vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der PI-Impulsschaltung (15) mit der PI-Ringspule (5) eine Schaltanordnung vorliegt, bei der die VLF-Sendespule (6) und die VLF-Empfängerspule (7) in Reihe und gegenüber der PI-Ringspule parallel geschaltet sind, wobei die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule einen zueinander entgegengesetzt gerichteten Stromfluss aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (16) als ein Relais ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die VLF-Sendeschaltung (13) mit einer DDS-Einheit (20) für eine Direkte Digitale Synthese gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die VLF-Empfangsschaltung (14) an einen zweigeteilten Signalweg gekoppelt ist, wobei in einem ersten Signalweg ein Phasenkomparator (21) und in einem zweiten Signalweg ein Differenzverstärker (22) und ein Synchrongleichrichter (23) vorgesehen sind und die Signalwege in einen A/D-Wandler (24) münden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenkomparator (21) und der Differenzverstärker (22) mit der DDS-Einheit (20) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PI-Ringspule (5) als eine frequenzvariable Oszillatorspule mit einer Schwebungssummerschaltung (27) koppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischglied (29) zum Erzeugen einer Differenzmischfrequenz (f_diff) und/oder einer Additionsmischfrequenz (f_add) zwischen einer Frequenz der frequenzvariablen Oszillatorspule (f_osz) und einer Frequenz eines frequenz stabilen Schwingkreises (f_S) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustischer Signalgeber (28) zum Ausgeben eines Schwebungssignals (S) der Schwebungssummerschaltung und/oder der Differenzfrequenz (f_diff) und/oder der Additionsfrequenz (f_add) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Gehäuse angeordneter Gassensor vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Gehäuse angeordnete Lichtquelle vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf die Lage der Vorrichtung ansprechender Kippschalter vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Gehäuse angeordneter Beschleunigungssensor vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit den Verfahrensschritten Bereitstellen des Gehäuses und Einlegen der PI-Ringspule, der VLF-Sendespule, der VLF-Empfängerspule und der elektronischen Komponenten zum Betreiben der Spulen in das Gehäuse, Lage- und Funktionsabgleich der eingelegten Spulen, Verfüllen und/oder Verschließen des Gehäuses.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Einlegen der PI-Ringspule und/oder der VLF-Sendespule und/oder der VLF-Empfängerspule mit folgenden Verfahrensschritten erfolgt: – Vergießen einer spulenartigen Leiteranordnung in einem Wannenkörper (12b), – Einfügen mechanisch entkoppelnder, insbesondere elastisch verformbarer Distanzelemente (12) in das Gehäuse, – Einlegen des Wannenkörpers mit der vergossenen Leiteranordnung auf die in dem Gehäuse eingefügten Distanzelemente, – Verschließen des Gehäuses.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Lage- und Funktionsabgleich mit folgenden Schritten ausgeführt wird: Beaufschlagen der eingelegten VLF-Sendespule mit einem Signal in einer Sendefrequenz, Aufnehmen eines Empfangssignals an der VLF-Empängerspule und Verschieben der eingelegten VLF-Empfängerspule bis zum Eintritt eines minimalen Pegels des Empfangssignals, Fixieren der VLF-Empfängerspule am Ort des minimalen Pegels.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur elektronischen Detektion eines Metallobjektes mittels eines Umschaltens zwischen einer VLF-Detektion und einer PI-Detektion, dadurch gekennzeichnet, dass eine VLF-Spuleneinheit aus einer VLF-Sendespule (6) und einer VLF-Empfängerspule (7) und eine PI-Spuleneinheit aus einer PI-Ringspule (5) in einer integrierten Anordnung verwendet wird, wobei durch eine Umschalteinheit folgende alternative Schaltzustände realisiert werden: – ein PI-Schaltzustand zum Ausführen der PI-Detektion, wobei die PI-Ringspule an eine PI-Impulseinheit (19) gekoppelt ist, und die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule galvanisch abgetrennt sind, oder – ein VLF-Schaltzustand zum Ausführen der VLF-Detektion, wobei die VLF-Sendespule an eine VLF-Sendeeinheit (20a) und die VLF-Empfängerspule an eine VLF Empfangseinheit (24a) gekoppelt ist und ein induzierter Stromfluss in der PI-Ringspule über einen Ohmschen Widerstand gedämpft ist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem PI-Schaltzustand die PI-Ringspule an die PI-Impulseinheit (19) gekoppelt ist, und die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule in Reihe und parallel zur PI-Ringspule geschaltet sind, wobei die VLF-Sendespule und die VLF-Empfängerspule bei dieser Schaltung einen zueinander entgegengesetzt gerichteten Stromfluß aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass im VLF-Schaltzustand die VLF-Sendespule (6) mit einem aus einer direkten digitalen Synthese erzeugten niederfrequenten DDS-Signal beaufschlagt wird, wobei an der VLF-Empfängerspule (7) eine auf zwei Signalwege gesplittete Signalverarbeitung erfolgt, bei der auf einem ersten Signalweg eine Phasenkomparation und auf einem zweiten Signalweg eine Differenzverstärkung und eine Synchrongleichrichtung erfolgen, wobei das DDS-Signal in die Phasenkomparation und die Differenzverstärkung eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass im PI-Schaltzustand eine in der PI-Ringspule nach einem Impuls (I) abklingende Induktionsspannung (U) verstärkt und eine Spannungsdifferenz (ΔU) zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Werten der Induktionsspannung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten eines außerhalb eines Normbereiches liegenden Messsignalwertes in der VLF-Spuleneinheit und/oder der PI-Spuleneinheit ein akustisches und/oder optisches Signal zur Aufforderung zu einer notwendigen Lageveränderung aus der Messposition des Sensorkopfes ausgegeben wird, wobei eine Lageerkennungseinheit die Lageveränderung des Sensorkopfes registriert und bei einem wieder im Normbereich liegenden Messsignalwert ein optisches und/oder akustisches Signal zum Wiedereinnehmen der Messposition ausgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Beschleunigungssensor fortlaufend Beschleunigungswerte der Bewegung der VLF-Spuleneinheit und/oder der PI-Spuleneinheit erfasst werden, wobei bei einem Überschreiten eines außerhalb eines Normbereiches liegenden Beschleunigungswertes ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die PI-Ringspule (5) wahlweise zum Ausführen eines BFO-Suchverfahrens verwendet wird, wobei die PI-Ringspule als Teil einer frequenzvariablen Oszillatorschaltung (25) betrieben wird, deren Oszillatorfrequenz (f_osz) mit der Frequenz eines frequenzstabilen Schwingkreises (f_S) überlagert wird und ein daraus entstehendes Schwebungssignal (S) ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktives Mischen der Oszillatorfrequenz (f_osz) mit der Schwingkreisfrequenz (f_S) in einem Mischungsglied (29) erfolgt, wobei eine Additionsmischfrequenz (f_add) und/oder eine Differenzmischfrequenz (f_diff) erzeugt und auf einem Signalgeber ausgegeben wird.