DE3139354C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes in einer Überwachungszone gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes ist beispielsweise aus der US-PS 37 47 086 bekannt. Bei diesem System zur Erkennung von permeablen Gegenständen in einer Überwachungszone wird in einer Überwachungszone ein Magnetfeld mit einer Grundfrequenz erzeugt. Das Vorhandensein eines Gegenstandes in der Überwachungszone wird dann erkannt, wenn in dem Magnetfeld Magnetfeld-Komponenten detektiert werden, die eine Frequenz von geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz besitzen. Aufgrund der Auswertung dieser Magnetfeld-Komponenten wird das Vorhandensein eines Gegenstandes in der Überwachungszone signalisiert.

Nachdem jedoch anstelle einer selektiven Auswertung der Magnetfeld-Komponenten die Auswertung durch Verhältnisbildung der beiden ungeradzahligen bzw. geradzahligen Harmonischen durchgeführt wird, können Materialien, in denen selektiv einzelne Harmonische unterdrückt werden, während andere selektiv durchgelassen werden, nur schwer oder überhaupt nicht erfaßt werden. Das System besitzt außerdem den wesentlichen Nachteil, daß es zur Erkennung ein breites Spektrum der verfügbaren Information über die Magnetfeld-Komponenten, z. B. über deren jeweilige Amplituden- und Phasenlage nicht verwendet, was eine niedrige Empfindlichkeit des Systems gegenüber Störungen des Erdmagnetfeldes zur Folge hat.

Eine weitere Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes in einer Überwachungszone ist aus der US-PS 35 59 201 bekannt, bei der die Tatsache, daß ein permeables Material aufgrund von geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz eines in der Überwachungszone erzeugten Magnetfeldes detektiert werden kann, nicht verwendet wird. Die offenbarte Vorrichtung verwendet einen Oszillator zur Erzeugung eines Magnetfeldes einer Grundfrequenz in der Überwachungszone und einen Phasendetektor. Störungen dieses erzeugten Magnetfeldes bei Vorhandensein eines Gegenstandes in dem erzeugten Magnetfeld werden von einer Empfangsrichtung an den Oszillator zurückgeführt, um die Oszillatorphase oder Frequenz zu ändern, und die sich ergebenden Veränderungen werden verwendet, um das Vorliegen eines Gegenstandes in der Überwachungszone zu signalisieren. Auch in diesem System wird lediglich ein Kriterium, d. h. die Phasenlage, verwendet, und wie in der oben beschriebenen Vorrichtung wird ein breites Spektrum der verfügbaren Information über die Magnetfeld-Komponenten nicht ausgewertet. Die US-PS 35 59 201, bei der eine Phasendetektion zur Erkennung eines Gegenstandes in einer Überwachungszone ausgenutzt wird, verwendet jedoch keinerlei Information über die erzeugten geradzahligen und ungeradzahligen Harmonischen in dem Magnetfeld zum Erkennen eines Gegenstandes.

Schließlich ist aus der FR-PS 7 63 681 eine Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes durch Veränderung eines Magnetfeldes bekannt. Wie schon in der US-PS 37 47 086, wie oben beschrieben, festgestellt, werden auch in der FR-PS 7 63 681 die unterschiedlichen Eigenschaften von Materialien, die magnetisch leitfähig sind, einen magnetischen Widerstand besitzen, niedrige und hohe Permeabilität haben, beschrieben und es ist beobachtet worden, daß in einem sich ändernden Magnetfeld magnetisiertes Eisen Störungen hervorruft, die geradzahlige Harmonische der Magnetfeldfrequenz enthalten, während anderes permeables Material Signale erzeugt, in denen ungeradzahlige Harmonische enthalten sind, wobei höhere Permeabilität Veranlassung zu Harmonischen höherer Ordnung gibt.

Das Ermitteln eines solchen Gegenstandes kann durch Messen der Amplitude und der Phase einer ungeradzahligen Harmonischen in Bezug auf das das Feld hervorrufende Grundfrequenzsignal vorgenommen werden. In dem beschriebenen Übertrager sind unerwünschte Harmonische dadurch ausgeschaltet, daß zunächst die Ubertragerspulen in einer Reihenresonanzschaltung abgestimmt sind. In einer Empfangseinrichtung eliminiert ein Filter die Grundfrequenz und alle unerwünschten Harmonischen und läßt selektiv nur die gewünschten Harmonischen durch. So kann beispielsweise ein Stück Permaloy dadurch festgestellt werden, daß die elfte Harmonische und höhere Harmonische durchgelassen werden. Andererseits kann ein magnetisiertes Metallstück durch Messen der geradzahligen Harmonischen festgestellt werden. Es ist auch beobachtet worden, daß man die Feststellung durch Quotientenbestimmung aus den werten der Grundfrequenz und seiner Harmonischen oder aus den Harmonischen allein treffen kann, wie beispielsweise schon in der US-PS 37 47 086 ausgenutzt.

In der obengenannten französischen Patentschrift sind verschiedene Sendeeinrichtungen mit Spulenkonstruktionen für Aussendung und Empfang des elektromagnetischen Feldes bzw. Signals beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel wird ein "8"-förmiger Spulenrahmen für das Aussenden und ein rechteckiger Spulenrahmen für den Empfang benutzt, während bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Spulenrahmen vertauscht sind, so daß der rechteckige Rahmen die Sendefunktion hat und der "8"-förmige Rahmen zum Empfang dient.

Weitere Verbesserungen der in der genannten FR-PS 7 63 681 beschriebenen Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes sind beispielsweise in der US-PS 39 83 552 beschrieben, in der von einer Diebstahl-Abschreckungsmarkierung mit laminiertem Aufbau die Rede ist, welcher eine leicht magnetisierte Schicht aus Permaloi und eine Steuerschicht aus schwer zu magnetisierendem Vicalloy oder Remendur enthält. Derartige Marken lassen sich, wenn die Kontrollschicht magnetisiert ist, durch eine Schaltung feststellen, die auf Amplitude und Phase des empfangenen Signals der zweiten Harmonischen reagiert. Die Phase des ankommenden Signals wird mit der Phase eines örtlichen Bezugssignals verglichen, und wenn die empfangene Phase entweder mit dem Bezugssignal übereinstimmt oder um 180° gedreht ist und einen gegebenen Amplitudenwert übersteigt, wird ein Alarm zur Signalisierung des Vorliegens des Gegenstandes ausgelöst. ln der Patentschrift wird ferner festgestellt, daß dann, wenn das Kontrollelement entmagnetisiert ist, praktisch kein Anteil von geradzahligen Harmonischen vorhanden ist. Was noch auftritt, ist offensichtlich nicht feststellbar und wird darauf zurückgeführt, daß immer noch eine geringe Ausrichtung aufgrund des Erdmagnetfeldes oder anderer magnetischer Gegenstande zurückbleibt.

Die US-PS 40 63 230 beschreibt eine Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes, bei dem sowohl die Amplitude als auch die Phase des ankommenden Signals überwacht wird. Es wird ein Alarm ausgelöst, wenn diese beiden Größen in einen vorbestimmten Bereich fallen. Die Patentschrift gibt jedoch keine Frequenzen oder Harmonischen an, mit denen gearbeitet wird. Die Antennen oder Spulen sind in Flächen angeordnet, die sich zueinander parallel auf gegenüberliegenden Seiten einer Überwachungszone befinden.

Die bekannten Einrichtungen sind somit insbesondere darauf gerichtet, die Zuverlässigkeit der Erkennung von speziellen, hochpermeablen Anhängern oder Marken zuverlässiger zu machen und Fehlalarme zu vermeiden; die durch andere Gegenstände ausgelöst werden können, die zwar ähnliche, aber nicht identische magnetische und Leitfähigkeits­ eigenschaften besitzen.

Unglücklicherweise führen jedoch einige der eingesetzten Einrichtungen zu weiteren Problemen, die mit der Diebstahl-Überwachung zusammenhängen. Ein brauchbares System muß zuverlässig auf die Marke ansprechen; wenn sie sich innerhalb der Überwachungszone befindet, darf jedoch von Marken außerhalb dieser Zone nicht ausgelöst werden, und es muß möglich sein, diese Überwachungszone auf einen vernünftigen Bereich einzuschränken. Das Einschränken des abgedeckten Bereichs kann durch Minimierung der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Leistung und durch Auswahl einer passenden Empfangseinrichtung mit einer Richtspulengeometrie bewerkstelligt werden. Dieses Problem ist jedoch nicht einfach zu lösen, weil es zudem notwendig ist, das Vorhandensein einer Marke wirksam unabhängig von ihrer Orientierung gegenüber der Sende- und Empfangseinrichtung in der Überwachungszone festzustellen.

Wenn also nur die Phase und die Amplitude einer geradzahligen oder ungeradzahligen Magnetfeld-Komponente zur Erkennung eines Gegenstandes verwendet wird, muß zur sicheren Erkennung ein starkes Magnetfeld durch Aussendung einer hohen Leistung erzeugt werden. Auf der anderer Seite verursacht jedoch das Aussenden einer großen Leistung, daß die Überwachungszone nicht auf einen vernünftigen Bereich eingeschränkt ist, so daß die Vorrichtung auch durch Gegenstände ausgelöst werden kann, die sich außerhalb dieser Zone befinden.

Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen liegt nun der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes in einer Überwachungszone der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit einem geringen Magnetfeld in der Überwachungszone beliebig ausgerichtete Gegenstände in der Überwachungszone sicher erkannt werden können und die Vorrichtung von Gegenständen außerhalb der Überwachungszone nicht ausgelöst wird.

Die obige Aufgabe wird gelöst von einer Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes in einer Überwachungszone, die die Merkmale a) bis f) des Patentanspruchs 1 umfaßt.

Insbesondere wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auswerteeinrichtung zwei Signalkomponenten, die den jeweiligen festgestellten Magnetfeld-Komponenten mit dem ungeradzahligen bzw. geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entsprechen, sowie die Phasenabweichung der beiden Signalkomponenten von der Phase eines Referenzsignals zur Auswertung verwendet werden. Da diese drei Informationen verwendet werden, um einen Alarm bei Vorliegen des Gegenstandes in der Überwachungszone auszulösen, kann ein geringeres Magnetfeld verwendet werden, und somit wird der Energieverbrauch der Vorrichtung herabgesetzt. Eine sichere Erkennung ist trotz des niedrigen Magnetfeldes möglich, da der Gegenstand bei Vorhandensein in der Überwachungszone charakteristische Änderungen beispielsweise der zweiten und dritten Harmonischen sowie der Phasen der beiden Harmonischen verursacht. Die Möglichkeit der Verwendung eines geringeren Magnetfeldes hat außerdem zur Folge, daß die Vorrichtung nicht von Gegenständen ausgelöst werden kann, die sich außerhalb der gewünschten Überwachungszone befinden.

Es wurde beobachtet, daß unter geeigneten Erregungsbedingungen das Erdmagnetfeld genügt, damit ein Körper aus einem Material hoher Permeabilität Feldstörungen hervorruft, in denen ausreichend Energie von geradzahligen und ungeradzahligen Harmonischen, insbesondere der zweiten und dritten Harmonischen, vorhanden ist, und daß diese Energie als zuverlässige Grundlage für eine Entscheidung zwischen speziell dimensionierten Probenkörpern aus diesem Material und gewöhnlichen Metallobjekten in dem Feld ausgenutzt werden kann. Mit Hilfe einer speziell auf den Gegenstand abgestimmten Apparatur kann die abgestrahlte oder ausgesendete Energie vergleichsweise gering gehalten werden. Eine sorgfältig gestaltete Spulenanordnung kann mit einem derartigen Körper praktisch unabhängig von seiner Ausrichtung innerhalb der Überwachungszone wirksam koppeln.

Ferner enthält nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Sendeeinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes und die Empfangseinrichtung zum Empfang des Magnetfeldes eine integrierte Antennenstruktur aus Sende- und Aufnahmespulen, die auf zwei Platten gleichmäßig aufgeteilt sind, welche in parallelen Ebenen auf gegenüberliegenden Seiten der Überwachungszone angeordnet sind, wobei jede Platte eine Sendespule in Form eines Parallelogramms und eine Empfängerspule in Gestalt einer "8" enthält, und letztere so abgestimmt ist, daß die von der mit ihr räumlich verbundenen Sendespule unmittelbar ausgehenden Signale unterdrückt werden.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung mit zwei parallelogrammförmige Platten, die Sende- bzw. Empfangsspulen enthalten und dazwischen eine Überwachungszone definieren;

Fig. 2 eine diagrammartige Darstellung der gegenseitigen Ausrichtung der Platten aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Schemabild der in den parallelogrammförmigen Platten enthaltenen Sende- und Empfangsspulen;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung; und

Fig. 5 ein weiteres elektrisches Blockschaltbild eines Teils einer in Fig. 4 dargestellten Sende-Einrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Paar parallelogrammförmiger Platten 10 und 11 in ihrer Anbringung in parallelen Ebenen auf gegenüberliegenden Seiten eines Durchgangs 12, in dem eine Überwachungszone definiert ist. Nur zum Zwecke der Darstellung sind die beiden Platten 10 und 11 an Säulen 13, 14 befestigt, die einzeln stehen können, aber auch durch die vertikalen Schenkel eines Türfutters gebildet sein können. Werden geson­ derte Säulen verwendet, können sie zugleich die elektroni­ sche Schaltung enthalten, die später noch beschrieben wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Platten 10 und 11 einen Abstand von etwa 90 cm.

Die Platten 10 und 11 sind so geformt und angeordnet, daß sie, wenn man senkrecht auf ihre Plattenebenen schaut, so erscheinen, wie in Fig. 2 gezeigt. In der Fig. 2 ist die Platte 10 gestrichelt, die Platte 11 mit ausgezogenen Linien dargestellt. Die beiden Platten 10 und 11 sind kongruent, und ihre kurzen Diagonalen 15, die strichpunktiert gezeich­ net sind, fallen zusammen und stehen senkrecht auf den kürzeren Seiten 16, 17 der Platte (10) bzw. 18, 19 der Platte 11. Genauer gesagt, liegen die beiden kürzeren Diagonalen 15 in einer auf den Ebenen der Parallelogramme 10 und 11 senk­ recht stehenden Ebene. Es versteht sich, daß die beiden längeren Diagonalen in zwei verschiedenen Ebenen liegen, die sich in der Mitte der kürzeren Diagonalen im Punkt 20 schneiden.

In der Fig. 3 sind die Platten 10 und 11 selbst strichpunk­ tiert angedeutet. Sie enthalten integrierte Antennen, be­ stehend aus Sende- und Empfangsspulen, die zwischen den bei­ den Platten gleichmäßig aufgeteilt sind. Die Sendespulen 21 und 22, die schematisch in Fig. 3 dargestellt sind, haben ebenfalls Parallelogrammform und befinden sich nahe den Um­ fangsrändern der Platten 10 und 11. Die beiden Spulenteile 21 und 22 können aus zahlreichen Windungen bestehen, die so gewickelt sind, daß , wenn die Spule 21 mit der Spule 22 zwischen Erde bei 23 und einem Kondensator 24 in Reihe ge­ schaltet sind, der Strom während der wechselnden Halbperio­ den des Speisungssignals so fließt, wie mit den Pfeilen angedeutet. Die Einpfangsspulen sind mit 25 und 26 bezeich­ net, haben die Form einer "8" und liegen innerhalb der Sen­ despulen. Die Empfangsspulen 25 und 26 sind zwischen Erde 23 und einer Abgangsleitung 27 in Reihe geschaltet, wobei die Windungen so gerichtet sind, daß während abwechselnder Halbperioden eines empfangenen Signals der Strom in Rich­ tung der in der Zeichnung angegebenen Pfeile fließt. Die Empfangsspulen 25 und 26 sollten so abgeglichen sein, daß die direkt von der sie umgebenden Sendespule 21 bzw. 22 ausgehenden Signale unterdrückt werden. Bei richtiger Symme­ trie sind die Empfangsspulen außerdem so bezüglich irgend­ welcher auftretenden Umgebungsinterferenz abgeglichen, die nicht so gerichtet ist, daß unterschiedliche individuelle Abschnitte der Spule beeinflußt werden.

Der Kondensator 24 ist so gewählt, daß er mit der Indukti­ vität der Senderspulen 21 und 22 einen Reihenresonanzkreis mit einem Gütefaktor Q von etwa 10 bildet. Bei Verwendung mit Marken oder Etiquetten, die aus geraden Streifen ei­ nes hochpermeablen Materials bestehen, zeigt die Parallelo­ grammgestalt der Antennenspulen ein besonders gutes Auf­ spürergebnis, wenn die Marken vertikal orientiert sind.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes dargestellt. In Fig. 4 besteht die Sendeeinrichtung aus den Spulen 21, 22, dem Kondensator 24, dem Leistungsverstärker 28 sowie aus der kristalloszillatorgesteuerten Quelle 30. Eine Empfangseinrichtung zum Empfang des Magnetfeldes besteht aus den Spulen 25, 26, einem Hochpaßfilter 39 und einem rauscharmen Verstärker 40. Eine Detektiereinrichtung zur Feststellung der Magnetfeld-Komponenten des empfangenen Magnetfeldes wird aus den Bandpaßfiltern 41, 42, den 10-dB-Verstärkern 43, 47 und den Kommutierungsfiltern 44, 48 gebildet. Die Auswerteeinrichtung zur Auswertung des Steuersignals besteht aus AC/DC-Wandlern 52, 57, Ausschnitts-Spannungskomparatoren 53, 60, einem Rechteckwellenverstärker 65, einem Phasenkomparator 67, einem variablen Phasenschieber 69 und einem Spannungskomparator 71.

Die erste, zweite und dritte Vergleichseinrichtung wird durch einen AC-Wandler 59 und einen Ausschnitts-Spannungskomparator 60 bzw. einen AC/DC-Wandler 52 und einen Ausschnitts-Spannungskomparator 53 bzw. einen Rechteckwellenverstärker 65, einen Phasenkomparator 67, einen variablen Phasenschieber 69 und einen Spannungskomparator 71 gebildet. In der in Fig. 4 dargestellten Schaltung wird ein Alarm in einer Alarmeinrichtung 57 erzeugt, wenn die Größe der ersten und zweiten Signal-Komponenten 51, 58 innerhalb des ersten und zweiten Signalbereichs und die Phasenabweichung innerhalb des vorgegebenen Phasenbereichs liegen. Im folgenden wird nun die Funktionsweise des Blockschaltbilds in Fig. 4 näher erläutert.

In Fig. 4 ist der Kondensator 24 mit dem Ausgang eines Leistungsverstärkers 28 verbunden, der ein Sinussignal von 520 Hz über die Leitung 29 von der kristalloszillatorgesteuerten Quelle 30 erhält.

Fig. 5 zeigt eine derartige kristalloszillatorgesteuerte Quelle 30, die einen Kristalloszillator 31 enthält, der mit einer Frequenz von 49 920 Hz eine Reihe von Kalibrierschaltungen 32 versorgt, die auf den Leitungen 33, 34, 35, 36 und 37 Rechtecksignale mit den in der Zeichnung angegebenen Frequenzen abgeben. Nach einer Teilung durch den Faktor Zwei hat das Signal auf Leitung 33 die Frequenz 24 960 Hz, und nach Tei­ lung abermals durch Zwei herrschen auf der Leitung 34 12 480 Hz.

Das Signal auf Leitung 35 wird durch Teilen des Signals auf der Leitung 33 durch Drei erhalten, so daß die Frequenz 8320 Hz beträgt. Diese Frequenz wird durch Acht geteilt, so daß auf der Leitung 36 die Frequenz 1040 Hz herrscht, während durch abermaliges Teilen durch Zwei das Signal auf der Leitung 37 mit 520 Hz entsteht.

Das Rechteckwellensignal mit der Frequenz 520 Hz auf der Leitung 37 wird durch zwei biquadratische Bandpaßfilter 38 geleitet, um die Leitung 29 mit einem Sinuswellensignal der Frequenz 520 Hz zu versorgen, welches relativ frei von Harmonischen ist. Ein noch vorhandener Rest von Harmo­ nischen im Signal auf der Leitung 29 wird durch die Ab­ stimmung der Sendeantennenspulen 21 und 22 mit Hilfe des Kon­ densators 24 unterdrückt.

In der Fig. 4 erkennt man, daß die Empfangsspulen 25 und 26 über die Leitung 27 mit dem Eingang des Hochpaßfilters 39 verbunden sind, dessen Ausgang auf den Eingang des 35 db rauscharmen Verstärkers 40 gegeben wird, von dem das Signal parallel auf entsprechende Eingange der Bandpaßfil­ ter 41 und 42 geleitet wird. Das Bandpaßfilter 41 hat 1040 Hz Mittenfrequenz, während das Bandpaßfilter 42 eine Mittenfrequenz von 1560 Hz hat. Das Bandpaßfilter 41 ist also auf die zweite Harmonische der Senderfrequenz von 520 Hz abgestimmt, während das Bandpaßfilter 42 auf die dritte Harmonische abgestimmt ist.

Das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter 41 wird über den 70 db-Verstärker 43 zum Eingang des Kommutierungsfilters 44 gegegeben. Das Filter 44 erhält ein Rechteckwellensignal von 1040 Hz über eine Leitung vom Ausgang einer Teiler­ schaltung 46, die mit 8320 Hz Rechteckwellensignal über die Leitung 35 versorgt wird. Die Teilerschaltung 46 teilt also das ankommende Signal von der Leitung 35 durch Acht und gibt das entsprechende Ausgangssignal auf der Leitung 45 ab.

In gleicher Weise wird das Signal vom Bandpaßfilter 42 durch einen 70 db-Verstärker 47 auf einen Eingang eines Kommutierungsfilters 48 gegeben, der an einem zweiten Ein­ gang über eine Leitung 49 mit einem Rechteckwellensignal der Frequenz 1560 Hz versorgt wird. Letzteres Signal wird von einer Teilerschaltung 50 zugeführt, deren Eingang an die Leitung 34 angeschlossen ist. Die Teilerschaltung 50 teilt das Eingangssignal durch Acht.

Das Kommutierungsfilter 48 hat eine Übertragungscharakteris­ tik mit hohem Gütefaktor "Q" und ist scharf auf eine Mit­ tenfrequenz von 1560 Hz abgestimmt. Sein Sinuswellenaus­ gang über die Leitung 51 wird durch einen AC/DC-Wandler 52 auf einen Ausschnittspannungskomparator 53 gegeben. Der Ausgang dieses Ausschnittspannungskomparators 53 wird über eine Leitung 54 dem Eingang eines UND-Gatters 55 zugeführt, dessen Ausgang 56 mit einer Alarmschaltung 57 verbunden ist.

Das Kommutierungsfilter 44 hat ebenfalls eine Übertragungs­ charakteristik mit hohem Gütefaktor "Q" und ist scharf auf eine Mittenfrequenz auf 1040 Hz abgestimmt. Sein Sinuswel­ lenausgangssignal wird über die Leitung 58 durch einen AC/ /DC-Wandler 59 zu einem Ausschnittspannungskomparator 60 ge­ geben. Das Ausgangssignal des Ausschnittspannungskomparators 60 wird über eine Leitung 61 auf einen Eingang einer Addier­ schaltung 62 geführt, die über ihre Ausgangsleitung 63 den zweiten Eingang des UND-Gatters 55 versorgt. Die Signale auf den Leitungen 51, 58 stellen zusammen das Steuersignal dar, wobei, wie oben ausgeführt, die erste Signal-Komponente auf der Leitung 51 und die zweite Signal-Komponente auf der Leitung 58 vorliegt.

Das Ausgangssignal vom Kommutierungsfilter 44 wird über die Leitung 58 und außerdem über eine Leitung 64 zum Eingang eines Rechteckwellenverstärkers 65 gegeben, der ein Recht­ eckwellensignal erzeugt, das über Leitung 66 zum Eingang ei­ nes Phasenkomparators 67 gelangt. Am anderen Eingang erhält der Phasenkomparator 67 über Leitung 68 das Ausgangssignal eines variablen Phasenschiebers 69. Die Ausgangsgröße des Phasenkomparators 67 wird über Leitung 70 und durch einen Ausschnittsspannungskomparator 71 auf Leitung 72 gegeben, über die es auf den zweiten Eingang der Addierschaltung 62 kommt.

Der variable Phasenschieber 69 kann als digitales Schiebe­ register ausgebildet sein, das sein Taktsignal über Leitung 33 und sein Eingangssignal über Leitung 36 erhält, die an­ hand der Fig. 5 bereits beschrieben sind.

Die Auswerte-Einrichtung der Schaltung wird durch eine Einschalt- Rücksetzschaltung 73 vervollständigt, deren Ausgangssignal über eine Leitung 74 zu einem weiteren Eingang der Alarm­ schaltung 57 geleitet wird. Der Kristalloszillator 31 kann ein kristallgesteuerter Multivibrator sein, der ein Rechteckwellensignal an die Kalibrierschaltungen 32 ab­ gibt. Das Hochpaßfilter 39 in Fig. 4 kann passiv sein und Frequenzen unter 1 kHz abdämpfen. Hierdurch werden alle Störsignale mit Frequenzen unterhalb der zweiten Harmoni­ schen der Senderfrequenz von 520 kHz ausgeschaltet. Auch Störsignale, die von der Netzfrequenz stammen, sowie deren untere Harmonische werden eliminiert.

Der anschließende rauscharme Verstärker 40 bringt Ver­ stärkung und Pufferwirkung, um parallele Eingangssignale auf die zwei Bandpaßfilter 41 und 42 zu geben. Letztere Filter können auch passiv sein und weiterhin unerwünschte Signale reduzieren, während Signale mit den gewünschten Frequenzen der zweiten und dritten Harmonischen, also 1040 und 1560 Hz, durchgelassen werden. Eine weitere Ver­ stärkung wird dann mit Hilfe der Verstärker 43 und 47 der­ art vorgenommen, daß die Gesamtverstärkung vom Hochpaß­ filter 39 bis zum Eingang der Kommutierungsfilter 44 und 48 in jedem Kanal in der Größenordnung von 105 dB liegt.

Die Kommutierungsfilter 44 und 48 bilden den Hauptwider­ stand für unerwünschte Signale. Gleichzeitig werden diese Filter so betrieben, daß sie die Signale von der Quelle 30 in Gleichlauf bringen, damit jegliche Schwankungen in der ausgesendeten Frequenz kompensiert werden. Jedes Kommutie­ rungsfilter 44 und 48 enthält sein entsprechendes-Bandpaß­ filter mit niedrigem "Q", um Harmonische, die durch den Bienenwabeneffekt der Kommutierungsfilter entstehen, zu verringern. Es wird hier angenommen, daß derartige Bienen­ waben-Kommutierungsfilter bekannte Digital-Bauelemente sind, die nicht weiter beschrieben zu werden brauchen.

Die Sinussignale am Ausgang der Kommutierungsfilter werden dann durch entsprechende Wandler 52 und 59 von beliebiger Gestalt in Gleichstromsignale umgesetzt. Nach geeigneter Pufferung (nicht gezeigt) werden die Signale den Ausschnitts­ spannungs-Komparatoren 52 und 60 zugeführt, die vorbereitet sind, um die Signale den jeweiligen Ausgangsleitungen 54 und 61 nur dann zuzuleiten, wenn die Signale an ihrem Ein­ gang innerhalb eines bestimmten Bereiches auftreten. Ein solcher Bereich ist vorherbestimmt aufgrund der Charakteri­ stik der Suchmarke, die festgestellt werden soll.

Wie früher erwähnt, erzeugen die Rechteckverstärker 65 eine Rechtweckwelle aus dem Sinussignal an ihrem Eingang, die sie dann dem Phasenkomparator 67 zuleiten. Der Phasen­ komparator 67 kann als Exklusiv-ODER-Gatter ausgebildet sein.

Sein Ausgang wird dem Ausschnitts-Spannungskomparator 71 zugeführt, der ebenfalls auf einen vorbestimmten Bereich der Eingangssignale reagiert und auf Leitung 72 sein Aus­ gangssignal an die Addierschaltung 62 abgibt. Nur wenn die Ausgangssignale von allen drei Ausschnitts-Spannungskompara­ toren 53, 60 und 71 gleichzeitig auftreten, gibt das UND- Gatter 55 über die Leitung 56 ein Ausgangssignal ab, durch das die Alarmschaltung 57 erregt wird. Die Einschalt­ rücknetzschaltung 73 dient dazu, die Alarmschaltung 57 für kurze Zeit, z. B. 6 s, außer Wirkung zu setzen, wenn die Anlage anfangs mit Strom versorgt wird. Dies dient dazu, während der Anfangsperiode einen Fehlalarm zu unterbinden.

In einem gemäß der Erfindung aufgebauten System war der Leistungsverstärker 28 so eingerichtet, daß die Senderspu­ len 21 und 22 mit etwa 8 Watt Effektivleistung gespeist wur­ den. Die relative Geometrie von Empfänger- und Senderspulen und ihre Anbringung erzeugten eine Dämpfung von 40 bis 80 dB bezüglich des direkten Durchgangs zwischen ihnen. Es kann angenommen werden, daß das Erdmagnetfeld in den Bereich von 0,5 Oersted fällt. Eine zufriedenstellende Wirkung wurde erzielt, wenn ein Etikett oder eine Marke verwendet wurde, deren Rumpfteil aus hochpermeablem Material in Form eines Bandes oder Streifens von 7,5 cm Länge, 1,5 mm Breite und 0,6 mm Stärke ausgeführt ist, dessen maximale Permeabilität etwa 180 000 beträgt. Die Koerzitivkraft dieses Materials ist etwa 0,035 Oersted. Wenn ein solcher Gegenstand in den Raum zwischen den Platten 10 und 11 eingebracht wird, und das System eingeschaltet ist, wird ein Alarm ausgelöst. Es konnte experimentell festgestellt werden, daß mit der beschriebenen Antennengestaltung dann, wenn die beschrie­ bene Marke zwischen den Antennenplatten in vertikaler Rich­ tung ausgerichtet ist, die festgestellte Signalstärke der zweiten Harmonischen etwa -45db beträgt, während bei ei­ ner 10°-Neigung der Marke aus der Vertikalen die Signal­ stärke der zweiten Harmonischen nun annähernd -20 db beträgt. Man sieht also, daß bei nur einer geringen Abwei­ chung aus der Vertikalen ein erheblicher Anstieg des festgestellten Signal zu verzeichnen ist, so daß ein Anhän­ ger oder eine Marke auch bei beliebiger Ausrichtung zuverlässig festgestellt werden kann.

Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, daß für den Fall, daß die Marke mit Mitteln ausgestattet ist, die gerade die Komponente der zweiten Harmonischen des Signals unterdrückt, es möglich ist, die Marke nach Belie­ ben zu aktivieren oder zu deaktivieren. Derartige Mittel sind bekannt.

Wenn der Empfänger ohne Marke in der Überwachungszone eingestellt wird, wird das Signal vom variablen Phasenschieber 69 so in die Phase eingestellt, bis ein minimaler Gleichspannungspegel am Ausgang des Phasenkomparators 67 auftritt. Dieser minimale Ausgangswert bedeutet, daß die empfangene Signalkomponente der zweiten Harmonischen gegenüber dem Bezugssignal um 180° phasenverschoben ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes aus permeablem Material in einer Überwachungszone (12) mit:

• a) einer Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer vorgegebenen Grundfrequenz in der Überwachungszone (12), wobei das Magnetfeld durch den Gegenstand derart veränderbar ist, daß es Magnetfeld-Komponenten mit einem geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz enthält;
• b) einer Empfangs-Einrichtung (25, 26, 39, 40) zum Empfang des Magnetfeldes;
• c) einer Detektier-Einrichtung (41, 42, 43, 44, 47, 48) zur Feststellung der Magnetfeld-Komponenten des empfangenen Magnetfeldes mit dem geradzahligen und ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz, sowie zur Abgabe eines Steuersignals (51, 58) entsprechend den Magnetfeld-Komponenten; und
• d) eine Auswerte-Einrichtung (52, 53, 55, 59, 60, 62, 65, 67, 69, 71) zur Auswertung des Steuersignals (51, 58) für die festgestellten Magnetfeld-Komponenten, und zur Signalisierung des im Überwachungsbereich befindlichen Gegenstands als Folge der Auswertung des Steuersignals (51, 58) aufgrund der festgestellten Magnetfeld-Komponenten;

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) die Auswerte-Einrichtung (52, 53, 55, 59, 60, 62, 65, 67, 69, 71)
  • e1) in einer ersten Vergleichs-Einrichtung (59, 60) bestimmt, ob die Größe einer ersten Signalkomponente (58) des Steuersignals (51, 58), die der festgestellten Magnetfeld-Komponente mit dem geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entspricht, in einem ersten vorgegebenen Signalbereich liegt;
  • e2) in einer zweiten Vergleichs-Einrichtung (52, 53) bestimmt, ob die Größe einer zweiten Signal-Komponente (51) des Steuersignals (51, 58), die der festgestellten Magnetfeld-Komponente mit dem ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entspricht, in einem zweiten vorgegebenen Signalbereich liegt; und
  • e3) in einer dritten Vergleichs-Einrichtung (65, 67, 69, 71) bestimmt, ob die Abweichung der Phase der ersten oder zweiten Signal-Komponente (51, 58) von der Phase eines Referenzsignals (68) in einem vorgegebenen Phasen-Bereich liegt; und
• f) ein Alarmsignal zur Signalisierung erzeugt wird, wenn die Größe der ersten und zweiten Signal-Komponente (51, 58) innerhalb des ersten und zweiten Signalbereichs, und die Phasenabweichung innerhalb des vorgegebenen Phasenbereichs liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz im Bereich von 520 Hz liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektier-Einrichtung (41, 42, 43, 44, 47, 48) jeweils ein kommutierendes Kammfilter (44 bzw. 48) für die jeweilige Magnetfeld-Komponente enthält und mit der Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) synchronisiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) und die Empfangs-Einrichtung (25, 26, 39, 40) eine integrierte Antennenstruktur aus Sende- und Aufnahmespulen (21, 22; 25, 26) aufweisen, die auf zwei Platten (10, 11) gleichmäßig aufgeteilt sind, welche in parallelen Ebenen auf gegenüberliegenden Seiten der Überwachungszone (12) angeordnet sind, wobei jede Platte (10, 11) eine Sendespule (21, 22) in Form eines Parallelogramms und eine Empfängerspule (25, 26) in Gestalt einer "8" enthält und letztere so abgestimmt ist, daß die von der mit ihr räumlich verbundenen Sendespule (21, 22) unmittelbar ausgehenden Signale unterdrückt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespulen (21, 22) kongruent sind und ihre kurzen Diagonalen (15) senkrecht auf ihren kurzen Parallelogrammseiten (16-19) stehen, und daß die Platten (10, 11) so gestaltet und angeordnet sind, daß die kurzen Diagonalen (15) in einer gemeinsamen Ebene liegen, die auf den Parallelogrammebenen senkrecht steht, und die langen Diagonalen der Parallelogramme in getrennten Ebenen liegen, die sich auf einer Geraden in der gemeinsamen Ebene der kurzen Diagonalen (15) schneiden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Einrichtung (21, 22, 24, 28, 30) eine Einrichtung zum Verbinden der Sendespulen (21, 22) der beiden Platten (10, 11) in einer Reihenresonanzschaltung (21, 22, 24) mit einem Ausgang einer Signalquelle (31, 32) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erkennende Gegenstand aus einem hochpermeablen Material besteht.