DE3217033C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine auf metallische Objekte ansprechende Detektoreinrichtung mit einem Spulensystem aus einer Geberspule zum Erzeugen eines elektromagneti­ schen Feldes und einer Empfängerspule, die derart ange­ ordnet ist, daß ein Signal bzw. eine elektromotorische Kraft in der Spule induziert wird, wenn die Spule von dem von einem Metallobjekt erzeugten Feld und dem direkt von der Geberspule erzeugten Feld beeinflußt wird.

Auf Metallobjekte ansprechende Detektoreinrichtungen dieser Art können z. B. verwendet werden in Geräten zum Auffinden bzw. Lokalisieren von Metallgegenständen oder Metallansammlungen in der Erde, z. B. bei geophysikalischen Erkundungen. Eine andere Anwendung sind Annäherungszünder zum Zünden der Ladung eines Explosivkörpers, z. B. einem Geschoß, einer Granate, einer Rakete od. dgl., wenn diese in bestimmten Abstand an einem Metallobjekt vorbeifliegt. Bei beiden Anwendungen sind Signalverarbeitungsmittel vor­ gesehen, die ein aktives Ausgangssignal erzeugen in Ab­ hängigkeit von der elektromotorischen Störkraft, die in der Empfängerspule durch das metallische Objekt erzeugt wird.

In der schwedischen Patentanmeldung 77 06 158-8 ist eine Detektoreinrichtung für Metallobjekte der genannten Art beschrieben zur Verwendung in einem elektromagnetischen Annäherungszünder zum Zünden der Explosivladung eines La­ dungsträgers, wenn dieser sich in einem bestimmten Ab­ stand, vorzugsweise einem kleinen Abstand von 0,5-1,5 m, von einem Metallobjekt befindet. Der Vorteil der Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Verwendung in einem Annäherungszünder besteht darin, daß der Zünder, im Gegen­ satz zu vorher bekannten magnetischen Annäherungszündern, unabhängig vom Erdmagnetfeld und auch unabhängig davon, ob das Zielobjekt aus Eisen besteht, arbeitet.

Dieser vorbekannte Annäherungszünder ist im wesent­ lichen dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerspule in einem bestimmten Abstand vor der Geberspule, vorzugsweise in der Spitze des Geschosses od. dgl. Ladungsträgers an­ geordnet ist, so daß in der Empfängerspule zusätzlich zu der vom Zielobjekt induzierten elektromotorischen Stör­ kraft auch eine elektromotorische Kraft unter dem direk­ ten Einfluß des von der Geberspule erzeugten elektroma­ gnetischen Feldes induziert wird. Die Signalverarbeitungs­ mittel sind so ausgebildet, daß sie die elektromotorische Störkraft von der direkt induzierten elektromotorischen Kraft trennen und ein aktives Ausgangssignal an Zünd­ mittel zum Zünden der Ladung abgeben.

Bei geophysikalischen Anwendungen sowie auch in An­ näherungszündern ist es erwünscht, die Amplitude des er­ zeugten elektromagnetischen Feldes konstant zu halten, d. h. unabhängig von der Frequenz, der Temperatur sowie ver­ schiedenen Störfaktoren, die auf die Detektoreinrichtung einwirken können. Es ist deshalb erwünscht, die Geberein­ heit so auszubilden, daß das Erfordernis einer konstanten Amplitude des Feldes besser als bisher erfüllt werden kann. Dies ist auch von Vorteil in bezug auf die Herstellung der Detektoreinrichtung, da die Toleranzforderungen z. B. für die Geberspule herabgesetzt werden können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Detektoreinrichtung zu schaffen, bei der die Ampli­ tude des von der Geberspule erzeugten elektromagnetischen Feldes auf einfache Weise konstant gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit einem Oszillator zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals für die Geberspule, Mittel zum Steuern der Amplitude des sinusförmigen Signals, eine Rückkopplungsschaltung mit Mitteln zum Gleichrichten eines von dem Spulensystem ausgesendeten Signals und einer Einrichtung zum Vergleichen des gleichgerichteten Signals mit einer Bezugsspannung und zur Abgabe eines von dem Vergleichsergebnis abhängigen Ausgangssignals zu den Mitteln zum Steuern der Amplitude des sinusförmi­ gen Signals. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das von der Empfängerspule aufgrund der darin direkt in­ duzierten elektromotorischen Kraft ausgesendete Signal als Rückkopplungssignal verwendet. In einer anderen Aus­ führungsform der Erfindung wird das von der Geberspule ausgesandte Signal als Rückkopplungssignal verwendet.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausfüh­ rungsform.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 erläutert die grundsätzliche Wirkungsweise der Detektoreinrichtung ge­ mäß der Erfindung. Die Detektoreinrichtung kann z. B. ver­ wendet werden in einem Metalldetektor für geopphysikali­ sche Erkundungen, z. B. der Suche nach Bodenschätzen, oder in einem Annäherungszünder zum Zünden einer Explosivladung in der Nähe eines metallischen Zielobjektes. In beiden Fällen ist ein Spulensystem vorgesehen mit einer Geber­ einheit in Form einer Geberspule zum Erzeugen eines elek­ tromagnetischen Feldes, welches sich nach bekannten physi­ kalischen Gesetzen im Raum ausbreitet, und einer Empfänger­ einheit in Form einer Empfängerspule, die derart angeord­ net ist, daß sie von dem von dem metallischen Objekt er­ zeugten elektromagnetischen Feld beeinflußt wird, wobei in der Spule eine elektromotorische Störkraft induziert wird. Die Empfängerspule ist auch so angeordnet, daß ein Teil des von der Geberspule erzeugten elektromagnetischen Feldes direkt auf die Empfängerspule trifft und eine di­ rekt induzierte elektromotorische Kraft in der Spule er­ zeugt. Durch Signalverarbeitungsmittel wird die elektro­ motorische Störkraft von der direkt induzierten elektromotorischen Kraft getrennt und ein ledig­ lich von der elektromotorischen Störkraft abhängi­ ges Ausgangssignal erzeugt.

Die Signalverarbeitung der elektromotorischen Störkraft ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht im einzelnen beschrieben. In­ soweit wird auf die schwedische Patentanmeldung 77 06 158-8 Bezug genommen. Die Erfindung bezieht sich auf die Gebereinheit der Detektoreinrichtung und um­ faßt eine Rückkopplungsschaltung, die es ermöglicht, die Amplitude des von der Geberspule erzeugten elektro­ magnetischen Feldes konstant zu halten.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 umfaßt einen Oszillator 1 zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals X von bestimmter Frequenz und Amplitude. Dieses Signal wird über einen variablen Dämpfungs- oder Verstärker­ kreis 2 einem abgestimmten Kreis zugeführt, der einen stromrückgekoppelten Verstärker 3, einen Kondensator C, eine Treiberschaltung 4 und eine Geber- oder Sender­ spule 5 umfaßt. Der Verstärker 3 und die Treiberschal­ tung 4 liefern den erforderlichen Strom I_S für die Geber­ spule 5. Die Geberspule erzeugt dann ein elektroma­ gnetisches Feld mit der gleichen Frequenz wie das sinus­ förmige Signal X. Dieses Feld breitet sich nach be­ kannten physikalischen Gesetzen im Raum aus, und ein Teil des Feldes auch auf einer Empfängerspule 6 fällt, die nahe der Geberspule 5 in einem bestimmten, von der jeweiligen Anwendung abhängenden Abstand von dieser an­ geordnet ist. Hierdurch wird eine elektromotorische Kraft in der Empfängerspule 6 induziert und verursacht ein Empfangssignal I_m, welches einem Integrator 7 und einem Gleichrichter 8 zugeführt wird, in denen das Si­ gnal integriert und gleichgerichtet wird. Danach wird das Signal mit einer Bezugsspannung U_ref verglichen, und wenn die Summe des gleichgerichteten Signals und der Be­ zugsspannung von Null abweicht, wird ein Fehlersignal erhalten, welches durch einen Integrator 9 integriert wird, wonach das so erhaltene Signal Y zur Steuerung des variablen Dämpfungs- oder Verstärkungskreises 2 für das sinusförmige Signal X verwendet wird.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 ist ähnlich dem nach Fig. 1, jedoch wird bei dieser zweiten Ausführungs­ form das Spannungssignal I_S′ der Geberspule rückgekoppelt und durch den Gleichrichter 8 gleichgerichtet. Dabei ist die Rückkopplungsschleife mit dem Anschlußpunkt 11 zwischen dem Kondensator C und der Geberspule 5 des ab­ gestimmten Kreises verbunden. Die Empfängerspule ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Ein weiterer Unterschied zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform bezieht sich auf den variablen Dämpfungs- oder Verstärkungskreis 2. In der Ausführungs­ form nach Fig. 2 besteht dieser Kreis aus einer Oszillator- Rückkopplungsschaltung, jedoch wird auch hier, wie bei der ersten Ausführungsform, der variable Dämpfungs- oder Ver­ stärkungskreis durch das integrierte Fehlersignal Y ge­ steuert.

Es ist nicht immer erforderlich, einen Integrator 7 in der Rückkopplungsschaltung anzuordnen, und Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem ein solcher Integrator in der Schleife fehlt.

Die Vorteile der dargestellten Schaltungen bestehen unter anderem darin, daß der Toleranzbereich der Frequen­ zen des Oszillators 1 und des abgestimmten Kreises ver­ größert ist. Außerdem haben mögliche Schwankungen der Verlustwiderstände der Geber- oder Senderspule oder Tem­ peraturschwankungen des Kondensators C des abgestimmten Kreises keinen Einfluß auf die Amplitude des von der Ge­ berspule 5 erzeugten elektromagnetischen Feldes. Auf­ grund der Gleichrichtung des rückgekoppelten Signals bzw. des Empfangssignals ist die Detektoreinrichtung auch unempfindlich gegenüber Phasenverschiebungen in den Spulen und der Treiberschaltung 4. Die Amplitude des elektromagnetischen Feldes kann leicht mittels der Re­ ferenzgleichspannung U_ref gesteuert werden.

Claims (5)

1. Auf Metallobjekte ansprechende Detektoreinrichtung mit einem Spulensystem aus einer Sender- oder Geberspule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes und einer Empfängerspule, die so angeordnet ist, daß darin eine elektromotorische Kraft induziert wird, wenn die Spule von dem von einem Metallobjekt erzeugten Feld und von dem di­ rekt von der Geberspule übertragenen Feld beeinflußt wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Konstanthalten der Amplitude des von der Geberspule erzeug­ ten elektromagnetischen Feldes, bestehend aus einem Oszilla­ tor (1) zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals für die Geberspule (5), einer Steuereinrichtung (2) zum Steuern der Amplitude des sinusförmigen Signals, einer Rück­ kopplungsschaltung (8) zum Gleichrichten eines von dem Spulensystem abgegebenen Signals (I_m, I_s′) und Mitteln (10) zum Vergleichen des gleichgerichteten Signals mit einer Bezugsspannung (U_ref) sowie zum vergleichsabhän­ gigen Erzeugen eines Ausgangssignals an die Steuerein­ richtung (2) zum Steuern der Amplitude des sinusförmigen Signals.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch einen Integrator (7) und Gleichrichter (8) zum Integrieren und Gleichrichten des von dem Spulensystem ab­ gegebenen Signals.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich­ net durch einen weiteren Integrator (9) zum Integrieren des von der Vergleichseinrichtung (10) erzeugten Signals.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das rückgekoppelte Signal das von der Empfängerspule (6) aufgrund der darin direkt von der Geber­ spule induzierten elektromotorischen Kraft erzeugte Signal (I_m) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rückgekoppelte Signal ein von der Sender- oder Geberspule (5) abgegebenes Signal (I_s′) ist.