DE2350067A1

DE2350067A1 - Anordnung zur erfassung von in ein abgegrenztes gebiet eindringenden gegenstaenden und/oder personen

Info

Publication number: DE2350067A1
Application number: DE19732350067
Authority: DE
Inventors: Jun Walter J Carr; Robert C Miller
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1974-04-18
Also published as: ES419479A1; US3812484A; IT997407B; JPS4973000A; SE385163B; TR18180A; NL7313839A; BR7307791D0; FR2202330A1; FR2202330B1; GB1435370A; BE805810A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 3.Okt. 1973

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa./ V.St.A.

Anordnung zur Erfassung von in ein abgegrenztes' Gebiet eindringenden Gegenständen und/oder Personen

Es besteht ein ständig zunehmender Bedarf für Sicherheitseinrichtungen. Eine besonders schwerwiegende Sicherheitsforderung besteht hinsichtlich Erfassungssystemen, die in der Lage sind, die Bewegung von Personen und Fahrzeugen, insbesondere die Bewegung von Personen und Fahrzeugen, die Waffen mit sich führen, überwachen zu können. Die Kosten für die unterhaltung von Sicherheitsposten sowie die Anschaffung und Wartung vieler unabhängiger elektronischer überwachungseinrichtungen stellen ein erhebliches Hindernis dar, das bei der Schaffung von zufriedenstellenden Einrichtungen für die überwachung von in ein abgegrenztes Gebiet eindringenden Gegenständen und/oder Personen überwunden werden muß. Da die meisten Waffen, vor allem Gewehre, aus magnetisch durchlässigem Material hergestellt sind, bildet ein System, das in der Lage ist, auf die Gegenwart solchen Materials anzusprechen, eine wichtige Möglichkeit zur Sicherheitsüberwachung.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ein abgegrenztes Gebiet auf der Basis magnetisch durchlässiger Gegenständer die zu einer Störung des Erdmagnetfeldes führen, hinsichtlich des Eindringens von Personen oder

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Gegenständen überwacht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung zur Erfassung von in ein abgegrenztes Gebiet eindringenden Gegenständen oder Personen, die die Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegen-Standes anzeigt, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen/langgestreckten Kernteil und einen um diesen herumgewickelten Spulenkörper aufweisenden Aufbau, der im Verhältnis zur Erdoberfläche so angeordnet ist, daß er auf Änderungen des Erdmagnetfeldes anspricht? einen mit dem Spulenkörper gekoppelten Wechselspannungs-Erregerkreis zur Sättigung des Kernteils,, so daß der Spulenkörper auf Änderungen des Erdmagnetfeldes infolge der Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes unter Erzeugung von Wechselspannungs-Ausgangssignalen anspricht; sowie durch einen an den Spulenkörper angeschlossenen Überwachungskreis, der auf den für die Stärke des magnetischen Gleichfeldes maßgeblichen Gehalt der Wechselspannungs-Ausgangssignale anspricht.

Es werden verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung erörtert. Während bei der einfachsten Ausführungsform ein einzelner Spulenkörper verwendet wird, arbeitet eine bevorzugte Ausführungs— form mit einer Sekundärwicklung, die wirkungsmäßig mit dem langgestreckten Kernteil gekoppelt ist, um das für die Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes repräsentative Signal zu erzeugen. Weitere Systemgenauigkeit wird erzielt, indem dem System ein Gegenstrom zugeordnet wird, um so die Auswirkung des ungestörten Erdmagnetfeldes auf das in der Sekundärwicklung induzierte Signal aufzuheben.

Bei einer weiteren Abwandlungsmöglichkeit der Erfindung sind mehrere Anzapfungen längs der Sekundärwicklung vorgesehen, um so Ausgangssignale zu erzeugen, die für bestimmte Abschnitte des Überwachungssystems repräsentativ sind, um so nicht nur das Eindringen längs des gesamten, von dem Überwachungssystem erfaßten Omfangs schlechthin zu erfassen, sondern den Eindringvorgang auf bestimmte Bereiche des ümfangs einzugrenzen.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung?

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer Grundausführung des Systems der Fig . 1;

Fig. 3 ein etwas abgewandeltes elektrisches Schaltbild für das System der Fig, 1;

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild einer speziellen Ausgestaltung der Sekundärwicklung der Ausführung nach Fig. 1; und

Fig·. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer mit Anzapfungen versehenen Sekundärwicklung für die Ausführung nach Fig.i,

Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch ein überwachungssystem für

abgegrenztes Gebiet, das vier zur Erfassung von Eindringlingen

geeignete Einrichtungen aufweist, die längs des Umfangs eines geschützten, eingegrenzten Gebietes PA angeordnet sind, wobei sich in dem Gebiet PA ein Gebäude befindet, das im wesentlichen parallel zur Erdoberfläche P verläuft. Die Detektor-Einrichtung 20 ist in drei verschiedenen Ausführungsformen wiedergegeben, wobei in einem Fall die Einrichtung unter der Erdoberfläche vergraben ist, eine zweite Einrichtung 20 auf dem Erdboden angeordnet ist und gemäß einer dritten Ausführung die Einrichtung 20 an einem Zaun befestigt ist. Da jede der mit Fig. T wiedergegebenen Detektor-Einrichtungen im wesentlichen gleich ausgestaltet ist, soll die nachstehende Erläuterung auf die Ausführungsform beschränkt werden, bei der die Detektor-Einrichtung 20 in der Erde vergraben ist.

Die Detektor-Einrichtung 20 weist einen Kernteil 22 und einen spiralförmig darum herumgewickelten Spulenkörper 24 auf. Der Kern-

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teil 22 kann die Form eines feinen Drahtes oder eines dünnen Bandes aus magnetisch durchlässigem Material wie Weicheisen haben. Der Aufbau aus Kernteil 22 und Spulenkörper 24 ist in einem Gehäuse 26 untergebracht, das den Kernteil und den Spulenkörper gegenüber schädlichen Wettereinwirkungen etc. isoliert. Eine typische Ausführungsform einer Detektor-Einrichtung 2o hat einen Kernteil aus einem Draht, der etwa 2,3 mm stark ist und eine Länge von 3 m bis 3o m hat, sowie aus einem Spulenkörper, dessen Draht einen Durchmesser von etwa 1 mm hat. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß Längen zwischen 3 m bis etwa 1oo m aus durchgehendem Kernteil- und Spulenkörper-Material geeignete Signale liefern, um feststellen zu können, ob ein magnetisch durchlässiger Gegenstand in das abgegrenzte Gebiet eindringt.

Ein Wechselspannungs-Erregerlcreis 3o mit einer Wechselspannungsquelle ist mit dem Spulenkörper 24 der Detektor-Einrichtung 2o verbunden. Der Wechselspannungs-Erregerkreis '3ο dient dazu, den Spulenkörper 24 mit einem ausreichenden Wechselstrom zu versorgen, so daß der-Kernteil 22 in die Sättigung gelangt. Mit dem Spulenkörper 24 ist ein überwachungskreis 4o verbunden, um den Zweite Harmonische-Anteil des in dem Spulenkörper 24 aufgrund der Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes in der Nähe der Detektor-Einrichtung 2o induzierten Signals zu überwachen. Der überwachungskreis 4o ist so eingestellt, daß er auf einen vorgegebenen Wert des Zweite Harmonische-Signals anspricht, das repräsentativ für eine bestimmte Klasse oder Gruppe magnetisch durchlässiger Gegenstände ist. Wird das Überwachungssystem 1o nach der Erfindung eingesetzt, um Waffen mit sich führende Personen zu kontrollieren, so wird der überwachungskreis 4o so eingestellt, daß er auf den Schwellwert des induzierten Zweite Harmonische-Signals in dem Spulenkörper 24 anspricht, der für Waffen repräsentativ ist. Jede der vier längs des Umfangs des geschützten Gebietes PA gezeigten Detektor-Einrichtungen hat einen gesonderten Wechselspannungs-Erregerkreis, jedoch versteht es sich, daß ein einzelner Wechselspannungs-Erregerkreis ausreichen würde, um die Kernteile der verschiedenen Detektor-Einrlfctungen in die Sättigung zu bringen. Die vier gesonderten Detektor~Einriehtungen der Fig. 1

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könnten außerdem durch eine einzige Eindring-Detektor-Einrichtung ersetzt werden, die ein Kernteil und einen Spulenkörper mit einer Länge hätte, die ausreicht, um sich längs des ümfangs des geschützten Gebietes PA zu erstrecken, so daß nur ein Wechselspannungs—Erregerkreis 3o und auch nur ein Überwachungskreis 4ö notwendig sind.

Der Aufbau der Fig. 1 veranschaulicht die grundsätzliche Arbeitsweise des Überwachungssystems 1o, jedoch sind Abwandlungen dieser grundsätzlichen Ausführung möglich, um so etwa die Auswirkung von Änderungen im Erdmagnetfeld zu eliminieren, die durch entfernte, in keiner Beziehung zu der Anwesenheit magnetisch durchlässiger Gegenstände stehende umstände hervorgerufen werden, und um außerdem für eine Identifizierung eines bestimmten Abschnittes oder bestimmter Abschnitte des. überwachungssystems, innerhalb dessen ein Eindringvorgang stattfindet, zu sorgen.

Mit Fig. 2 ist schematisch die grundsätzliche Ausführung des Überwachungssystems der Fig. 1 wiedergegeben, die eine veränderliche Gleichspannungsquelle V, , einen Kondensator C und eine mit dem Spulenkörper 24 verbundene Induktivität L aufweist. Die Gleichspannungsquelle V- hat die Aufgabe, einen Gegen- oder Nullstrom zu erzeugen, dessen Wert ausreicht, um die Wirkung des ungestörten Erdmagnetfeldes auf das Signal im wesentlichen zu eliminieren, das in Abhängigkeit von der Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes in der Nähe der Detektor-Einrichtung 2o an den Überwachungskreis 4o übertragen wird. Der Wert des Nullstroms wird so eingestellt, daß bei dem Fehlen eines Eindringvorgangs kein Zweite Harmonische-Signal an den Erfassungskreis 44 übertragen wird. Unter diesen Bedingungen wird dann eine kleine Änderung im Magnetfeld aufgrund eines Eindringvorgangs leichter ermittelt. Der Kondensator C und die Induktivität L bilden Pfade für die Wechselspannungs- und Gleichspannungssignale, bei gleichzeitiger Isolierung der Wechselspannungs- und Gleichspannungs-Kreise.

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Der Überwachungskreis 4o enthält einen Pilterkreis 42, um die Grundwelle der in dem Spulenkörper 24 induzierten Spannung im wesentlichen auszusieben, sowie einen Zweite Harmonische-Erfassungskreis 44, um ein für den Wert des in dem Spulenkörper 24 erzeugten Zweite Harmonische-Signal repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen. Der Zweite Harmonische-Erfassungskreis 44 kann etwa durch einen Phasendetektor-Kreis Typ HR 8 der Princeton Applied Research verwirklicht werden.

Wenngleich mit einem eine Einzelwindung aufweisenden Aufbau gearbeitet werden kann, so ist doch mit Fig. 3 eine v/eitere Ausführungsform der Detektor-Einrichtung 2o wiedergegeben, die eine Primärwicklung 52, eine Sekundärwicklung 54 sowie eine Gegenwicklung 56 aufweist. Der typischerweise von einem Oszillatorkreis gebildete Wechselspannungs-Erregerkreis 3o ist mit der Primärwicklung 52 verbunden, während die Gegen-Gleichspannungsquelle V, mit der Gegenwicklung 56 in Verbindung steht. Der Aufbau aus Filterkreis 42 und Zweite Harmonische-Erfassungskreis 44 ist mit der Sekundärwicklung 54 verbunden und arbeitet, wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert.

Mit Fig. 4 ist schematisch eine Sekundärwicklung 6o der Detektor-Einrichtung der Fig. 3 gezeigt, wobei die Sekundärwicklung mehrere Teil-Windungen aufweist, die abwechselnd entgegengerichtet in Reihe geschaltet sind. Diese Reihenschaltung mit abwechselnd entgegengerichteten Abschnitten der Sekundärwicklung dient dazu, die Auswirkung von Änderungen im Erdmagnetfeld, wie sie durch entfernte Umstände wie Blitze etc. hervorgerufen werden können, zu eliminieren. Diese Eliminierung ergibt sich aus der Tatsache, daß die entgegengerichtet miteinander verbundenen benachbarten Abschnitte der Wicklung identische induzierte Signale erzeugen, die jedoch entgegengesetzte Polarität haben.

Die Sekundärwicklung in Fig. 5 weist eine Reihe im Abstand voneinander angeordneter Anzapfungen T auf. Die induzierten Signale, die in der Sekundärwicklung in den Intervallen oder Abschnitten .erzeugt

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werden, wie sie durch die benachbarten Anzapfungen T festgelegt sind, werden über Leitungen 62 zu einem sequentiell arbeitenden Abtastmechanismus geleitet, der hier als Schrittschalter 7o wiedergegeben ist. Der Schrittschalter 7o wird durch einen Antriebskreis 71 aktiviert, so daß der Reihe nach benachbarte Abschnittspaare der Sekundärwicklung abgetastet werden, und die induzierten, in den benachbarten Abschnitten befindlichen Signale werden einem Differenzverstärker 72 zugeführt» Eine Differenz in den benachbarten Signalen, die eine Änderung in dem Erdmagnetfeld der entsprechenden Abschnitte anzeigt, wie das etwa durch die Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes in der Nachbarschaft eines der Abschnitte hervorgerufen würde, l=öst ein Ausgangssignal vom Differenzverstärker 72 an den Zweite, Harmonische-Erfassungskreis 74 aus. Der Zweite Harmonische-Erfassungskreis 74 liefert ein Ausgangssignal, das der Differenz des Zweite Harmonische-Signalgehalts des Ausgangssignais von dem Differenzverstärker 72 proportional ist, an einen Vergieicherkreis 76₀Der Vergleicherkreis 76 vergleicht den Eingang von dem Zweite Harmonische-Erfassungskreis 74 mit einer Referenz R, die für das Zweite Harmonische-Signal repräsentativ ist, das einer bestimmten Gruppe interessierender, magnetisch durchlässiger Gegenstände., d.h. Waffen _s zugeordnet werden kann. Wenn der Eingang von einem Zweite Harmonische-Erfassungskreis 74 der vorgewählten Gruppe Gegenstände entspricht, so aktiviert der Vergleicherkreis 76 einen Alarmkreis 78„ Die Ausgangssignale vom Vergleicherkreis 76 werden als Eingangssignale ebenfalls einem Trend-Recorder 8o zugeführt _g der aufeinander=folgend die Eindringinformation aufzeichnet und somit eine Anzeige hinsichtlich der Anzahl der Segmente der Sekundärwicklung liefert, die durch das Eindringen eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes betroffen sind, wobei diese Aufzeichnung Information hinsichtlich der Größe des magnetisch durchlässigen Gegenstandes liefert.

Patentansprüche s 409816/0394 ■

Claims

- 8 Patentansprüche;

1. Anordnung zur Erfassung von in ein abgegrenztes Gebiet eindringenden Gegenständen und/oder Personen, die die Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes anzeigt, gekennzeichnet durch einen einen langgestreckten Kernteil (22) und einen. um diesen herumgewickelten Spulenkörper (24) aufweisenden Aufbau, der im Verhältnis zur Erdoberfläche (P) so angeordnet ist^ daß er auf eine Änderung des Erdmagnetfeldes anspricht; einen mit" dem Spulenkörper (24)gekoppelten Wechselspannungs-Erregerkreis (3o)zur Sättigung des Kernteils (22), so daß der Spulenkörper auf Änderungen des Erdmagnetfeldes infolge der Anwesenheit eines magnetisch durchlässigen Gegenstandes unter Erzeugung von Wechselspannungs-Ausgangssignalen anspricht; sowie durch einen an den Spulenkörper angeschlossenen überwachungskreis (4o), der auf den für die Stärke des magnetischen Gleichfeldes maßgeblichen Gehalt der Wechselspannungs-Ausgangssignale anspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper eine spiralförmig um den Kernteil (22) herumgewickelte Primär- sowie Sekundär-Wicklung aufweist und daß der Wechselspannungs-Erregerkreis mit der Primärwicklung, und der überwachungskreis (4o) mit der mehrere Abschnitte aufweisenden Sekundär-Wicklung verbunden sind und daß der überwachungskreis (4o) die in den jeweiligen Abschnitten erzeugten Wechselspannungs-Signale überwacht, um so den Abschnitt oder die -Abschnitte zu ermitteln, die den magnetisch durchlässigen Gegenständen am nächsten sind.

KN/sd

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