DE326467C - Einrichtung zur Auffindung und Feststellung verborgener oder unzugaenglicher Metalle - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Auffindung und Feststellung verborgener oder unzugänglicher Metalle. Es ist bereits bekannt, verborgene Metalle dadurch aufzufinden, daß man sie dem Felde einer von Wechselstrom durchflossenen primären Spule, welche auf eine sekundäre Spule induzierend wirkt, aussetzt und die durch die Wirbelströme der Metallmassen verursachte Änderung der Induktion beobachtet. Diese Methode versagt, wenn es sich um sehr kleine Metallmassen handelt, oder wenn das Feld nicht sehr nahe an die Spule herangebracht werden kann, oder wenn in Fällen besonderer Anwendungsarten die Spulen sehr große Abmessungen erhalten müssen. In diesen Fällen wird die gestellte Aufgabe durch die Schaltungen der Erfindung gelöst, welche viel größere Empfindlichkeit besitzen. Auch hier wird das aufzusuchende Metall in das Feld einer oder zweier von Wechselstrom oder Hochfrequenzschwingungen durchflossenen Spulen gebracht; aber es wird nicht die Änderung der Induktion auf eine .siekundäre Spule, sondern die auftretende Änderung des eigenen induktiven Widerstandes oder des effektiven Ohmschen Widerstandes (Dämpfung) der Spule oder die Änderung der Eigenperiode eines Schwingungskreises, bestehend aus dieser Spule und einem Kondensator, zur Beobachtung herangezogen. Auch kann das Metall statt in das magnetische Feld einer Spule in das elektrische Wechselfeld eines Kondensators gebracht werden. Um die Empfindlichkeit der Beobachtung besonders zu erhöhen, wird der induktive Widerstand der Spulen durch Kapazitäten kompensiert; es werden also auch in jenen Fällen, wo es sich nicht um die Beobachtung der Änderung der- Eigenperiode handelt, Schwingungskreise gebildet, bestehend aus Selbstinduktionen und Kapazitäten.
• Der wechselnde Strom kann einer Nieder-oder Hochfrequenzmaschine entnommen werden, oder es kann -irgendeine der Methoden zur Erzeugung von gedämpften oder ungedämpften Schwingungen dem gewünschten Zwecke dienen. So kann z. B. der Wechselstrom von einem Lichtbogengenerator oder von einer Elektronenröhre in ihrer Generatorschaltung geliefert werden, oder es können elektrische Schwingungen verwendet werden, wie sie durch Ausschwingen von elektrischen oder magnetischen Energien, die .in Kondensatoren .(Funkenentladung) oder in Selbstinduktionen (Summererregung) aufgespeichert sind, erzeugt werden.
• Zur Erhöhung der Beobachtungsempfindlichkeit können alle in Betracht kommenden Mittel herangezogen werden. Hierher gehören Differential- und Brückenschaltungen, Abstimmungen, Empfangsverstärkungen, Interferenzschaltungen, Erregung eines Empfangs,detektors durch eine Hilfsspannung oder durch eine kleine Verstimmung und ähnliches. Die Fig. i bis 5 stellen verschiedene Beispiele von Ausführungen solcher Einrichtungen dar.
• In Fig. i ist eine Brückenschaltung dargestellt, deren vier Zweige aus . Selbstinduktionen I_" @2, L3, L4 mit j e einem bezüglich des zugeführten Stromes auf Resonanz abgestimmten Kondensator Cl, C2, Cg, C, bestehen. Bei A und B werden nieder- oder hochfrequenter Wechselstrom oder elektrische Schwingungen zugeführt. In der Brücke MN befindet sich eine Anzeigeeinrichtung T, bei Wechselströmen mit hörbaren Frequenzen etwa unmittelbar ein Telephon, bei hochfrequenten Strömen eine der Detektorschaltungen, wie ,sie durch die drahtlose .Telegraphie bekannt geworden sind und wie solche in den Fig. 2 und 5 dargestellt sind. Die Brückenzweige sind so abgeglichen, daß der Brückenstrom Null oder sehr klein ist. Das aufzusuchende Metall wird der Einwirkung des Feldes einer der Spulen ausgesetzt, wodurch eine Änderung der Potentialdifferenz an den Abzweigpunkten- des Brückenkreises eintritt, welche in diesem zur Anzeige kommt. Man kann auch zwei Spulen in gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung (z. B. L1, LJ gleichzeitig durch das Metall beeinflussen. Da die Widerstände der Brückenzweige infolge der Kompensation der induktiven Widerstände durch die Kondensatoren klein sind, so spricht diese Einrichtung auf kleinste Widerstandsänderungen an.
• Es ist eine selbstverständliche Maßnahme bei dieser wie bei den späteren Schaltungen, den Brückenstrom unmittelbar oder durch irgendeine Kopplung auf die Anzeigeeinrichtung wirken . zu lassen. Auch kann der Empfangs- oder Meßkreis MTN zu einem abgestimmten periodischen Kreise ausgestaltet werden, Fig. 2 stellt zwei Schwingungskreise L" C, und L2, C, in Reihenschaltung dar, die beispielsweise durch einen Lichtbogengenerator erregt werden. Bei A und B ist ein Empfangskreis angeschaltet, bestehend aus dem Empfänger U (Tikker, Thermoelement, Detektor oder ähnlichem) und dem Anzeigeinstrument T (Telephon, Galvanometer). K ist eine Kopplungsspule, die auch .fehlen oder aus zwei getrennten Wicklungen bestehen kann. Die beiden Schwingungskreise L" C, und L2, C2 sind auf Resonanz mit dem einwirkenden Wechselstrom abgeglichen. A und B sind Punkte gleich oder nahezu gleichen Potentiales; wird in das Feld einer der Spulen eine Metallmasse gebracht, so wird durch die Wirbelströme derselben ihr induktiver Widerstand geändert - und damit die Kompensation von Selbstinduktion und Kapazität des einen Kreises gestört; überdies erscheint auch im Kreise ein Ohmscher Widerstand', welcher der Wirbelstromleisitung entspricht, so daß zwischen A und B ein Spannungsunterschied auftritt, der im Brückenkreise NUT zur Beobachtung gelangt.
• Die Fig:3 stellt eine Schaltung ähnlich wie Fig.,2 dar, nur erfolhier die Stromversorgung der ganzen Einrichtung durch die Schwingungen einer K°on.densatorenentladung. Es stellt hierbei J einen Induktor, F eine Funkenstrecke und K eine Übertragungskopplung vor.4 Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist dieselbe, wie nach Fig. a.
• Während bisher die Stromversorgung der für die Beobachtung dienenden L,-C-Kreise mit Wechselstrom *der Schwingungen gegebener Periodenzahl erfolgte, schwingen die L-C-Kreise .der Schaltungen nach Fig. 4 und 5 mit ihren Eigenperioden. Es hat dies I den weiteren Erfolg, daß durch die Beeinflussung eines der Kreise durch die Wirbelströme genäherter Metalle auch die Eigen-, periode geändert wird, was eine Erhöhung der Störung in der Abgleichung zweier solcher Kreise mit sich bringt.
• Es tritt dies zwar auch schon bei -der Schaltung nach Fig. 3 ein, wenn man als primären Erregerkreis einen solchen mit einer Löschfunkenstrecke F anwendet,. welcher nur den Anstoß für die freien Schwingungen der beiden Kreise L1, C1 und: L2, C2 gibt.
• Nach Fig.4 werden zwei parallel geschaltete, abgestimmte Schwingungskreise Lx, C, und L2, C2 durch den Induktor l und die Funkenstrecke F zu Eigenschwingungen veranlaßt, So lange die beiden Perioden N1 und N2 gleich sind, sind auch die Punkte a und b Punkte gleichen Potentiales. Wenn jedoch in das Feld von L, Metallmassen gebracht werden, so wird die Eigenperiode von L,, Cl geändert, was sich im Brückenstrom AB anzeigt; gleichzeitig erhöht sich auch die Dämpfung im Kreise L,, Cl, was weiterhin zur Änderung des Spannungsunterschiedes der Punkte A und B beiträgt.
• Eine einfache Erregung der Eigenschwingungen von Schwingungskreisen ist in Fig. 5 benutzt. Zwei Schwingungskreise L1, C, und L2, C2, werden 'so zusammengeschaltet, daß ihre Selbstinduktionen L" L2 bei C und ihre Kapazitäten C,, C2 bei D unmittelbar aneinander geschaltet sind. Bei A und B wird ein Strom i, zweckmäßig ein Gleichstrom, zugeführt, der durch einen Unterbrecher (in der Figur nicht gezeichnet) oftmals und rasch unterbrochen wird. Bei jeder Unterbrechung von i gelangen die in L, und L, aufgespeicherten Energien L2, i2 und L2, i2 zum Ausschwingen. Es stellt diese Schaltung eine Ausbildung der für einfache Schwingungskreise 'in der Schwingungstechnik bekannten Summererregung .dar. Zwischen 21 und N ist eine Brücke K geschaltet, durch welche jeder der beiden Kreise mit seiner. Eigenschwingung hindurchschwingen kann. Sind die beiden Kreise auf gleiche Wellenlänge abgestimmt und auch in ihrer Dämpfung gleich, so ist der Brückenstrom Null, da beide Schwingungen "' gewissermaßen gleich stark, aber entgegengcsetztdurch die Brücke verlaufen. Wird irk*eirle der Spulen, z. B. L1, eine Metallmasse g4$fächt, so wird die Wellenlänge und die Dämpfung des betreffenden Kreises geändert und es fließt durch die Brücke K ein Strom. Dieser Strom wird beobachtet. In Fig. 5 ist die Brücke durch eine Spule K gebildet, finit der ein Detektor D und ein Telephon T mit parallelem Kondensator induktiv gekoppelt ist. Die Kopplung des Detektorkreises mit dem Brückenstrom kann jedoch auch anders erfolgen oder es kann auch unmittelbar in den Brückenzweig MN ein Detektor (z. B. ein 'Thermoelement mit Galvanometer) an Stelle von K geschaltet werden.
• Die vorliegenden Schaltungen führen auch zu dem gewünschten- Ergebnis, wenn man die festzustellenden -Metalle nicht in das magnetische Feld einer Spule, sondern in das elektrische Feld eines Kondensators bringt; denn auch in diesem Falle treten die den Beobachtungen zugrunde liegenden Änderungen auf (Dämpfung, Wellenlängen, induktiver Widerstand). Es wird dann nur der Kondensator entsprechend auszugestalten sein, indem man seine Belegungen aus großen Platten, Netz oder Gitterwänden in solcher Entfernung bildet, daß man das aufzusuchende Metall in das elektrische Feld einbringen kann.
• Es ist in allen vorbeschriebenen Schaltungen -vorteilhaft, die Widerstände und Dämpfungen der Schwingungskreise klein zu gestalten. Auch empfiehlt es sich, die verschiedenen Schwingungskreise nicht bloß untereinander abzustimmen (L,, C, = L2, C2), sondern sie in ihren einzelnen Größen einander gleich zu machen (also L, - L2, C, - G').
• Für besondere Fälle, in denen es sich, wie z. B. in Metallfabriken, um die Untersuchung von Menschen oder Gepäckstücken nach verborgenen Metallen handelt, ergeben sich besondere Ausbildungen. Hier wird man zweckmäßig eine große Spule oder Windung anordnen, durch die der zu untersuchende Mensch hindurchzugehen hat, oder das Gepäckstück hindurchgeschoben wird, während gleichzeitig die Beobachtung gemacht wird. Diese Spule bildet einen Teil der im, früheren beschriebenen Schaltungsanordnungen. Oder es können große Kondensatoren angeordnet werden, zwischen deren Belegungen das zu untersuchende Objekt gebracht wird.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Auffindung und Feststellung vorbörgener oder unzugänglicher Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungskreise, die aus Selbstinduktionen und Kapazitäten bestehen und von nieder- oder hochfrequenten Wechselströmen durchflossen werden, derart untereinander verbunden sind,, daß die Änderungen, welche beim Einbringen von Metallmassen in das elektrische oder magnetische Feld einer oder zweier der Schwingungskreise in dem Werte des induktiven oder des effektiven Ohmschen Widerstandes (Dämpfung) oder in der Eigenschwingungszahl der betreffenden Kreise hervorgerufen werden, Potentialunterschiede zur Folge haben, welche nach bekannten Methoden zur Messung oder Beobachtung gelangen. a. Einrichtung nach Anspruch i, da-.durch gekennzeichnet, daß vier je aus einer Selbstinduktion (L) und einer. mit ihr auf Resonanz abgestimmten Kapazität (C) bestehende Kreise als Zweige einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet sind, der an zwei Punkten Wechselstrom oder elektrische Schwingungen zugeführt werden, während in der Brücke eine geeignete Anzeigevorrichtung vorhanden ist, welche die beim Einbringen von Metallmassen in das Feld einer oder zweier gegenüberliegenden Schwingungskreise auftretende Änderung .des beobachteten Brückenstromes erkennen läßt (Fig. i). 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei abgestimmte Schwingungskreise hintereinander geschaltet und von Wechselstrom (Schwingungen) gespeist werden, und an zwei Punkten gleichen oder nahezu gleichen Potentiales ein Meßkreis mit geeigneter Einrichtung angeschlossen ist, welche Änderungen in den elektrischen Größen eines der beiden Kreise, die durch die- herangebrachten Metallmassen, hervorgerufen werden, zur Anzeige bringt (Fig. z und 3). q.. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei abgestimmten Schwingungskreisen durch Energieaufladung ihrer Kapazitäten -(Fig. d.) oder ihrer Selbstinduktionen (Fig.5) freie elektrische Schwingungen erzeugt werden, die auf eine in einer Brücke geschaltete Meß- oder Anzeigeeinrichtung eine Differenzwirkung ausüben, so daß bei vorheriger Abgleichung der beiden Kreise Änderungen der elektrischen Größen des einen Kreises (Dämpfung, Schwingungszahl) durch die in sein Feld gebrachte Metallmassen -in dem Brückenzweige zur Anzeige gebracht werden. -5. Einrichtung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, däß bei beweglichen Körpern (z. B. Koffern o. dgl.), welche auf etwa in ihnen verborgene Metalle untersucht werden sollen, derart bemessene Spulen verwendet werden, daß die Körper, von den Spulen umgeben werden, wobei die Spulen eine der Selbstinduktionen der Schaltungen nach Anspruch 2 bis 4 bilden.