DE2549329C2 - Schaltungsanordnung für einen Waffendetektor - Google Patents

Description

a) die Basis des Transistors (Tr1) unmittelbar an den Verbindungspunkt zwischen Diode (D 1) und Widerstand (R 2) des Spannungsteilers angeschlossen ist,

b) die Rückkopplungsspule (L 2) im Emitterpfad liegt,

c) der Arbeitspunkt des als Tonumsetzer geschalteten Transistors (Tr 4) über einen Spannungsteiler (R 12, R14) über seine Basisschwellspannung hinaus ins Negative verschoben und die Basis über ein ÄC-Glied (R 15, R 16, CS) vom Kollektor gegengekoppelt ist und

d) die von dem Oszillator dem Transistor (Tr 4) des Tonumsetzers im Ruhezustand zugeführte negative Richtspannung so hoch ist, daß der Transistor (Tr 4) soweit leitend wird, daß die von ihm erzeugten tonfrequenten Schwingungen gerade abreißen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors (Tr 4) durch Anschluß an einen Spannungsteiler aus einer Kapazität (C3) und einer in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode (D 5) vom Kollektor mitgekoppelt ist, wobei die Diode (D 5) ihren Innenwiderstand nach Maßgabe der Amplitude verändert derart, daß die Tonfrequenz bei zunehmender Amplitude abnimmt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Tonumsetzer geschaltete Transistor (Tr 4) über einen aus einer Diode (D 6) und einem Siebglied (R 23, C14) bestehenden, eine negative Regelspannung erzeugenden Gleichrichter vom Signalverstärker rückgekoppelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus zwei Transistoren (Tr 2, Tr 3) bestehende Kippschaltung mit ihrem Steuereingang über eine Diode (D 3) an Betriebsspannung angeschlossen ist, im Emitterpfad eines Transistors (Tr 3) eine Leuchtdiode (D 4) und im Emitterpfad des anderen Transistors (Tr 2) ein Widerstand (R 25) liegt und beide Emitter durch eine Kapazität (C 15) verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Tonumsetzer geschaltete Transistor (Tr4) an den Ausgang der Kippschaltung angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator auf eine Frequenz zwischen 17 und 25 kHz eingestellt ist

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverstärker zwei, galvanisch gekoppelte Transistoren (Tr 5, Tr 6) aufweist derart, daß die Summe ihrer Ströme konstant ist

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Waffendetektor der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Solche Waffendetektoren sind kleine tragbare Metallsuchgeräte. Sie weisen ein rohrförmiges Gehäuse auf, in dem die Schaltung untergebracht ist, und eine an einem Ende dieses Gehäuses befestigte Ringspule. Diese enthält die auf einen gemeinsamen Kern aufgewickelte Such- und Rückkopplungsspule. Diese Waffendetektoren können in einer Hand gehalten werden. Mit ihnen wird überprüft, ob Personen an ihrem Körper bzw. in ihrer Kleidung metallische Gegenstände besitzen. Auch werden Postsendungen und Fundstücke überprüft.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (DE-PS 20 27 408) liegt die Rückkopplungsspule an der Basis des den Oszillator bildenden Transistors. Im einzelnen gesehen liegt die Basis an einem Spannungsteiler aus einem Widerstand, der Rückkopplungsspule und einer temperaturabhängigen Diode. Die Basis liegt somit auf einem veränderlichen Wechselspannungspotential. Dies führt zu einer bei der bekannten Schaltungsanordnung gewünschten Hysterese. Die Schaltungsanordnung spricht nur bei einer bestimmten Mindestbedämpfung an. Sie erhält eine geringe Empfindlichkeit. Bei Annäherung des Schwingkreises an einen kleinen Metallgegenstand gibt sie kein Signal. Bei Annäherung an einen großen Metallgegenstand gibt sie plötzlich ein starkes Signal. Sie liefert eine Ja/Nein-Information.

Veränderliche Anzeigen bezüglich der Größe eines Metallgegenstandes und der Entfernung zu einem Metallgegenstand kann sie nicht liefern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Waffendetektor so auszubilden, daß dieser eine große Empfindlichkeit aufweist und gleichzeitig eine stetige hysteresefreie Anzeige liefert. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen.

Durch die Anschaltung der Basis des den Oszillator bildenden Transistors unmittelbar an den Verbindungspunkt zwischen der Diode und dem Widerstand des Spannungsteilers wird die Basis auf ein konstantes Gleichspannungspotential und nur an ein solches angelegt. Sie erhält keinerlei Wechselspannung. Damit fließt durch den Transistor ein konstanter Strom. Damit bleibt auch der Arbeitspunkt des Transistors auf seiner Kennlinie fest. Die Rückkopplungsspule liegt erfindungsgemäß nun im Emitterpfad. Hieraus ergeben sich nun konstante Strom- und Rückkopplungsverhältnisse.

Damit erhält der Oszillator eine hohe Empfindlichkeit bei einem weichen und hysteresefreien Schwingungseinsatz. Bei Annäherung der Induktivität bzw. Suchspule schon an kleine Metallgegenstände wirkt sich die daraus

ergebende Bedämpfung sofort in eine Änderung der Schwingungsamplitude aus. Es gibt keinen relativ hohen Schwellwert, unter dem sich die Schwingungsamplitude nicht ändert

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Arbeitspunkt des als Tonumsetzer geschalteten Transistors über einen Spannungsteiler über seine Basisschwellspannung hinaus ins Negative verschoben und die Basis über ein ÄC-Glied vom Kollektor gegengekoppelt ist Dieser Transistor ist als Phasenschieber geschaltet Er wandelt die ihm vom Oszillator zugeführte Spannung in eine Tonfrequenz um. Mit den genannten Maßnahmen werden die Empfindlichkeit und die Weichheit des Tonfrequenzschwingungseinsatzes weiter gesteigert Wenn die dem Transistor des Tonumsetzers zugeführte Steuerspannung infolge Bedämpfung der Suchspule mit einem großen Metallgegenstand auf Null abfallen würde, würden keine Tonfrequenzen erzeugt Dies würde die Bedienungsperson des Waffendetektors verunsichern und ist damit nachteilig. Über den Spannungsteiler wird der Basis in diesem Fall jedoch ein negatives Potential solcher Höhe angeboten, daß der Transistor weiterschwingt Der weiche Schwingungseinsatz ergibt sich nun wie folgt: Sinkt die Steuerspannung infolge einer Bedämpfung der Suchspule, gelangt dieser als Tonumsetzer geschaltete Transistor in seinen Arbeitspunkt und die Schwingungen setzen ein. An sich müßten diese ruckartig einsetzen. Über die Gegenkopplung vom Kollektor wird der Basis jedoch eine Gegenspannung zugeführt Diese bewirkt eine Kompensation und führt zu eineisi extrem weichen Einsatz der Schwingungen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Basis des als Tonumsetzer geschalteten Transistors durch Anschluß an einen Spannungsteiler aus einer Kapazität und einer in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode vom Kollektor mitgekoppelt ist, wobei die Diode ihren Innenwiderstand nach Maßgabe der Amplitude verändert derart, daß die Tonfrequenz bei zunehmender Amplitude abnimmt. Bei Annäherung an Metallteile ändert sich damit nicht nur die Lautstärke, sondern auch die Frequenz des vom Signalverstärker abgegebenen Tones. Hierdurch wird das Erkennen bzw. Auffinden von Metallteilen leichter erkennbar angezeigt.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der als Tonumsetzer geschaltete Transistor über einen aus einer Diode und einem Siebglied bestehenden, eine negative Regelspannung erzeugenden Gleichrichter vom Signalverstärker rückgekoppelt ist. Mit dieser Regelspannung werden elektrische Änderungen im Gerät ausgeglichen. Weiter ergibt sich eine automatische Regelung der Empfindlichkeit.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine aus zwei Transistoren bestehende Kippschaltung mit ihrem Steuereingang über eine Diode an Betriebsspannung angeschlossen ist, im Emitterpfad eines Transistors eine Leuchtdiode und im Emitterpfad des anderen Transistors ein Widerstand liegt und beide Emitter durch eine Kapazität verbunden sind. Mit dieser Kippschaltung wird die Betriebsspannung automatisch überwacht. Bei Absinken der Betriebsspannung unter einen Sollwert beginnt die Kippschaltung zu arbeiten und die Leuchtdiode leuchtet intermittierend auf. Dies ist das Signal für einen notwendigen Batteriewechsel.

Zur akustischen Anzeige kann in einer weiteren Ausgestaltung der als Tonumsetzer geschaltete Transistor an den Ausgang der Kippschaltung angeschlossen werden.

Zweckmäßig schwingt der Oszillator auf einer Frequenz zwischen 17 und 25 kHz.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Signalverstärker zwei galvanisch gekoppelte Transistoren aufweist derart, daß die Summe ihrer Ströme konstant ist Von sämtlichen Transistoren haben die des Signalverstärkers den höchsten Stromverbrauch. Bei abnehmender Batteriespannung bzw. hohem Innenwiderstand der Batterie führt daher ein schwankender Strombedarf des Signalverstärkers zu einer insgesamt schwankenden Betriebsspannung. Dies führt dazu, daß bei bekannten Waffendetektoren getrennte Batterien bzw. Betriebsspaimungsquellen für den Signalverstärker und die anderen Transistoren verwendet werden. Erfindungsgemäß sind die den Signalverstärker bildenden Transistoren jedoch so geschaltet daß die Summe ihrer Ströme konstant ist Deshalb sind die Batterie- bzw. die Betriebsspannung unabhängig vom Betrieb des Signalverstärkers.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Schaltungsanordnung wird die Erfindung nun weiter beschrieben. An wesentlichen Baugruppen enthält sie den Oszillator, den Tonumsetzer, den Signalverstärker, eine Regeleinrichtung, eine BetriebsspannungsqueHe und eine Kippschaltung zum Überwachen der Betriebsspannung.

Der Oszillator enthält den Transistor Tr 1. An seinem Kollektor liegt ein Schwingkreis aus der Suchspule L 1, Kapazitäten Cl und C2 und einem Widerstand Ri. Kn seinem Emitter liegt die Rückkopplungsspule L 2. Beide Spulen L 1 und L 2 sind gemeinsam auf einen Ferritkern gewickelt Im Emitterpfad liegt weiter ein einstellbarer Widerstand aus einem Widerstand R 3, einem Potentiometer P2 und einem fest einstellbaren Widerstand Pl. An der rechts in der Schaltung angezeichneten Betriebsspannungsquelle, einer Batterie, liegt ein Spannungsteiler aus einem Widerstand R 2 und einer Diode Di. Der Transistor Tr 1 und die Diode Di haben gegenläufige Temperaturgänge. Die Basis des Transistors Tr 1 ist über diesen Spannungsteiler an die Betriebsspannung angeschlossen. Der Oszillator schwingt auf einer Frequenz zwischen 17 und 25 kHz.

Die von dem Oszillator abgegebene Spannung gelangt über ein Siebglied aus einem Widerstand R 8 und einer Kapazität zur Basis des Transistors TrA. In diesem Weg liegt noch ein Widerstand All. Der Transistor TrA arbeitet über die Kapazitäten C3, CA, C5, C6 und die Widerstände R9, R 10 und R 12. Sein Kollektor erhält die Betriebsspannung über einen Widerstand R 14. Der Transistor 7>4 weist noch eine von seinem Kollektor zu seiner Basis führende Rückkopplung mit demWiderstand Λ 15, der Kapazität C8 und dem Widerstand R 16 auf. Zu erwähnen ist weiter ein Spannungsteiler aus einem Widerstand R 13, einer Diode D 5 und einem fest einstellbaren Widerstand P3. Der Tonumsetzer wandelt, was noch ausgeführt wird, die ihm über Ä8 angebotene Steuerspannung in eine Tonfrequenz um.

Der Signalverstärker enthält die beiden Transistoren Tr5 und 7r6. Die vom Tonumsetzer abgegebene Steuerspannung gelangt über die Kapazität CS zur Basis Hes Transistors Tr5. Über einen Spannungsteiler aus den Widerständen R18, R19 und einem fest einstellbaren Widerstand PA ist sie weiter an Betriebsspannung angeschlossen. In den Emitterpfaden der beiden Transistoren Tr 5 und Tr 6 liegen noch ÄC-Kreise aus dem Widerstand R 20 und der Kapazität

C9 bzw. dem Widerstand R 22 und der Kapazität ClO. Im Emitterpfad des Transistors 7>6 liegt weiter ein als Signalgeber bezeichneter kleiner Lautsprecher. Der Kollektor des Transistors 7V5 liegt über einem Widerstand R 21 an Betriebsspannung. An diesem wird die Steuerspannung für die Basis des Transistors Tr6 abgegriffen.

Das am Emitter des Transistors Tr% auftretende verstärkte Tonsignal wird noch über eine Regelschaltung zum Transistor 7>4 zurückgeführt. Das Tonsignal wird abgegriffen mit einer Kapazität C12. Eine an diese angeschlossene Diode D 6 richtet das Tonsignal gleich und führt zu einer negativen Gleichspannung. Eine Kapazität CIl dient zur Glättung. Die negative Gleichspannung gelangt über ein /?C-Glied aus einem Widerstand R 23 und einer Kapazität C 14 zu einem Widerstand R 17. Dieser führt zur Basis des Transistors Tr 4.

Die Schaltungsanordnung enthält noch eine Kippschaltung mit den Transistoren Tr 2 und Tr 3. Sie sind über einen Widerstand R 7 gekoppelt. Die Basis des Transistors Tr 2 ist über einen Widerstand R 24 an einen an der Betriebsspannung anliegenden Spannungsteiler aus der Diode D 3 und dem Widerstand R 5 angeschaltet. Der Emitter des Transistors Tr2 ist über einen Widerstand R 25 und sein Kollektor über einen Widerstand R 4 angeschlossen. Im Emitterpfad des Transistors Tr 3 liegt eine Leuchtdiode D 4 und in seinem Kollektorpfad ein Widerstand R 8. Beide Emitter sind noch über eine Kapazität C15 verbunden.

Im Betrieb arbeitet die Schaltung wie folgt: Nach dem Einschalten des rechts dargestellten Schalters beginnt der Oszillator bzw. der Transistor Tr 1 zu schwingen. Dabei liegt an seiner Basis eine konstante Gleichspannung und nur diese Gleichspannung. Dabei wird das Potential der Basis durch die Diode D 1 festgehalten. Diese hat einen zum Transistor gegenläufigen Temperaturkoeffizienten. Wegen des konstanten Basispotentials fließt auch durch den Emitter ein konstanter Strom. Dieser wird durch Verstellen von P1 und P2 eingestellt. Hiermit wird die Empfindlichkeit des gesamten Waffendetektors eingestellt. Die Suchspule L1 und die Rückkopplungsspule L 2 sind miteinander gekoppelt und bringen den Oszillator zum Schwingen. Bei Annäherung dieser beiden Spulen an ein Metallteil wird der Oszillator bedämpft Weich und hysteresefrei ändert sich die Schwingungsamplitude und wird nach einer Gleichrichtung durch die Diode D 2 durch den Widerstand R 8 zum Tonumsetzer gegeben.

Ein Vorteil des Oszillators besteht noch darin, daß so Träger von Herzschrittmachern durch das Wechselfeld des Osziiiators nicht gefährdet werden. Die Betriebsfrequenz und Feldstärke des Oszillators sind so dimensioniert, daß störende Induktionen auf die Schrittmachersonde, die von der linken Achselvene bis zu den Herzvorhöfen verläuft, nicht auftreten. Betriebsfrequenzen zwischen 17 und 25 kHz haben sich als besonders günstig erwiesen, wodurch auch der Einfluß langweiliger Sender ausgeschlossen ist

Ein weiterer Sicherheitsfaktor ist dadurch gegeben, daß die Schwingungsamplitude und Feldstärke im Nahbereich vorhandener Metallteile abnimmt Ein Vorteil, der sich auch bei der Untersuchung sprengstoffverdächtiger Gegenstände auswirkt da eine auslösende Energieübertragung auf einfache elektrische Zündsysteme, zum Beispiel Koppelschleife mit empfindlichem Brückenzünder oder Glühlampenwendel, ausgeschlossen ist Jeder größere Energieentzug löst ein besonders starkes Anzeigesignal aus. Eine »elektronische Zündung« entsprechend präparierter Gegenstände kann jedoch nicht ausgeschlossen werden.

Der Transistor Tr4 arbeitet als Phasenschieber. Er wandelt die an seine Basis angelegte Spannung in eine Tonfrequenz um. Im Ruhezustand des Waffendetektors ist die von dem Oszillator erzeugte und an der Basis des Transistors Tr 4 liegende Spannung so hoch, daß dieser durchschaltet und damit außerhalb seiner Verstärkerkennlinie liegt. Werden jedoch dann die beiden Spulen L 1 und L 2 bedämpft, sinkt die über den Widerstand Λ 11 zugeführte Steuerspannung so weit ab, daß der Transistor 7>4 seinen ÄC-Arbeitspunkt erreicht und Schwingungen einsetzen. Hier wird die DC-Gegenkopplung über die Widerstände R 15 und R 16 und die Kapazität C8 wirksam. Über diese Gegenkopplung wird der Basis eine DC-Gegenspannung zugeführt. Sie wirkt wie eine Kompensationsspannung. Dies hat zur Folge, daß die Tonschwingungen sehr weich einsetzen. Die Gegenkopplung bewirkt weiter, daß die Tonfrequenzschwingungen auch bei Ausfall der Steuerspannung an Λ11 beibehalten werden. Fehlt die negative Steuerspannung, steigt das Potential am Kollektor durch die Spannungsteilung über die Widerstände R 14, R 15, R 16 und R 12 auf einen negativen Betrag, der den Arbeitspunkt des Transistors festhält und diesen im schwingenden Zustand beläßt.

Der Schwingungseinsatz erfolgt mit einer hohen Frequenz und kleiner Amplitude. Diese nimmt bei sinkender Steuerspannung zu, während die Frequenz abnimmt. Bei einer starken Bedämpfung bzw. in der Nähe eines Metallteiles erfolgt eine zusätzliche Änderung der Frequenz dadurch, daß die über den Widerstand Λ 13 vorgespannte Diode D 5 durch die über die Kapazität C3 einwirkende Rückkopplungsspannung ihren Innenwiderstand nach Maßgabe der Amplitudenhöhe verändert Die Diode D 5 hat demnach einen von der Amplitudenhöhe abhängigen Widerstand. Damit wird erreicht daß das Tonsignal bei Erfassen großer Metallgegenstände nicht nur seine Amplitude, sondern auch seine Frequenz ändert Diese Art der Tonumsetzung ist so wirkungsvoll, daß noch ein innerhalb kleinerer Metallgegenstände befindliches großes metallisches Teil erkannt werden kann.

Ober die Kapazität C 9 gelangt das Tonsignal auf die Basis des Transistors Tr 5. Dieser ist mit dem Transistor Tr % so zusammengeschaltet, daß der durch die beiden Transistoren fließende Strom von der Batteriespannung weitgehend unabhängig ist und nur von der Einstellung des Widerstandes P4 bestimmt wird. Die Summe der beiden Ströme ist ebenso unabhängig von der an C 9 Hegenden Sieutxspannung. Dadurch werden Rückwirkungen auf den Tonumsetzer bzw. den Transistor Tr 4 vermieden.

Das Tonsignal wird in dem im Emitterpfad des Transistors Tr 6 liegenden Lautsprecher hörbar. Gleichzeitig wird es über die Kapazität C12 und die Diode"!? 6 in eine negative Gleichspannung umgewandelt Diese wird mit der sich aus dem Widerstand Ä23 und der Kapazität C14 ergebenden Zeitkonstante über den Widerstand R 17 zum Transistor Tr 4 zurückgeleitet Mit dieser Gegenkopplung werden langsame elektrische Änderungen ausgeglichen.

Die Schaltungsanordnung enthält auch noch die aus den Transistoren Tr 2 und Tr 3 bestehende Kippschaltung. Im Ruhezustand hat diese einen nur sehr minimalen Strombedarf. Bei Absinken der Batteriespannung unter ihren Sollwert beginnen Kippschwingungen.

Die Leuchtdiode D 4 leuchtet intermittierend auf. Dies zeigt, daß die Batterien ausgewechselt werden müssen. Der Kippimpuls kann auch dem Transistor Tr 4 zugeführt werden. Damit wird das Absinken der Batteriespannung auch akustisch erkennbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen Waffendetektor mit einem Oszillator mit einem Transistor mit einem Schwingkreis mit einer Induktivität aus einer Such- und einer Rückkopplungsspule, die miteinander gekoppelt sind, und mit einer Kapazität, wobei die Suchspule und die Kapazität am Kollektor liegen, mit einer Temperaturstabilisierung des Transistors durch Anschluß von dessen Basis ar. einen an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler aus einer temperaturabhängigen Diode und einem Widerstand mit einem einstellbaren Widerstand im Emitterpfad des Transistors, mit einem an den Oszillator angeschlossenen Tonumsetzer mit einem Transistor und einem an diesen angeschlossenen Signalverstärker mit mindestens einem Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß