DE3139354A1

DE3139354A1 - Magnetisches ueberwachungssystem mit erkennung geradzahliger und ungeradzahliger harmonischer und phasendiskriminierung

Info

Publication number: DE3139354A1
Application number: DE19813139354
Authority: DE
Inventors: Jon N. 33343 Boca Raton Fla. Weaver
Original assignee: Sensormatic Electronics Corp
Current assignee: Sensormatic Electronics Corp
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1982-07-29
Also published as: SE8105791L; NL8104499A; MX150140A; GB2086192B; FR2491631A1; DE3139354C2; BR8106297A; JPS5790181A; SE456459B; JPH0358072B2; IE51819B1; CA1173931A; BE890493A; IE812188L; ES505738A0; GB2086192A; US4309697A; FR2491631B1; ES8303714A1

Description

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SENSORMATIC ELECTRONICS CORPORATION Deerfield Beach, Florida/USA
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Magnetisches Uberwachungssystem mit Erkennung geradzahliger und ungeradzahliger Harmonischer und Phasendiskriminierung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Apparatur zum Erkennen eines Objektes innerhalb eines Überwachungsbereiches und betrifft genauer gesagt eine solche Apparatur, in der ein variierendes magnetisches Feld benützt wird, um einen Körper aus einem Material hoher Permeabilität zu erkennen.

In der FR-PS 763 681 ist eine Vorrichtung zum Orten von Objekten durch Veränderung eines Magnetfeldes beschrieben. Die unterschiedlichen Eigenschaften von Materialien, die magnetisch leitfähig sind, einen magnetischen Widerstand haben, niedrige und hohe Permeabilität haben, sind erläutert, 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 Materials wird gewöhnlich durch Messen der Amplitude und der Phase einer ungeradzahligen Harmonischen in bezug auf das das Feld hervorrufende Grundfrequenzsignal vorgenommen. In dem beschriebenen Übertrager sind unerwünschte Harmonische dadurch ausgeschaltet, daß

zunächst die Übertragerspulen in einer Reihenresonanzschaltung abgestimmt sind. Im Empfänger eliminiert ein Filter die Grundfrequenz und alle unerwünschten Harmonischen und läßt selektiv nur die gewünschten Harmonischen durch. So kann z. B. ein Stück Permalloy 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.

In der genannten französischen Patentschrift sind verschiedene Spulenkonstruktionen für Aussendung und Empfang des elektromagnetischen Signals beschrieben. Bei 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 Sendefunkion hat und der "8"-förmige Rahmen zum Empfang dient.

Weitere Verbesserungen der in der genannten FR-PS beschriebenen Einrichtung sind beispielsweise in der US-PS 3 983 552 beschrieben, in der von einer Diebstahlabschreckungs-Markierung mit laminiertem Aufbau die Rede ist, welche eine leicht magnetisierte Schicht aus Permalloy 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 Be-

«» -"·-*· ·»" .:- 3T39354

zugssignals verglichen, und wenn die empfangene Phase entweder mit dem Bezugssignal gleich oder um 180 ⁹ verkehrt ist und einen gegebenen Amplitudenwert übersteigt, wird ein Alarm ausgehst. Es wird in der Patentschrift noch 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 Erdmagnetfelds oder anderer magnetischer Gegenstände zurückbleibt.

In der US-PS 4 063 230 ist ein System beschrieben, mit dem sowohl die Amplitude als auch die Phase des ankommenden Signals überwacht wird und das einen Alarm auslöst, wenn diese beiden Größen in einen vorbestimmten Bereich fallen. Die Patentschrift gibt keine Frequenzen oder Harmonischen an, mit denen gearbeitet wird. Die Antennen oder Spulen sind in Flächen angeordnet, die sich zueinander parallel auf gegenüberliegenden Seiten eines zu kontrollierenden .

Durchganges befinden.

Ziel der bekannten Einrichtungen ist es, die Zuverlässigkeit der Erkennung von speziellen, hochpermeablen Anhängern oder Marken zuverlässiger zu machen und Fehlälarme zu vermeiden, die durch andere Gegenstände· ausgelöst werden können, die zwar .ähnliche, aber nicht identische Leitfähigkeitsund Magneteigenschaften haben. Unglücklicherweise führen einige der eingesetzten Einrichtungen zu anderen Problemen, die mit der Diebstahlüberwachung 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 ausgesendeten Leistung und durch Auswahl einer passenden Richtspulengeome.trie bewerkstelligt werden. Dieses Problem ist jedoch nicht einfach zu lösen, weil es auch nötig ist, das Vorhandensein einer Marke wirksam unabhängig von ihrer Orientierung gegenüber den Sende- und Empfangsspulen in der Überwachungszone festzustellen.

Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem variierenden Magnetfeldprinzip für das Erkennen einer Marke zu schaffen, die innerhalb einer überwachungszone praktisch unabhängig von der Ausrichtung der Marke mit dieser wirksam koppelt und die mit vergleichsweise geringer Energie arbeitet, wenn die verwendeten Frequenzen in Betracht gezogen werden, so daß das überwachende Feld praktisch auf die überwachungszone eingeschränkt ist.

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 Unterscheidung 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.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erkennen der Anwesenheit eines Körpers aus hochpermeablem Material in einer Überwachungszone geschaffen, wobei der Körper aus hochpermeablem Material so konstruiert ist, daß, wenn er in diese Zone gelangt, in der ein sich mit einer Grundfrequenz veränderndes Feld und ein praktisch konstantes Erd-. magnetfeld befinden, ein feststellbares Signal erzeugt, in dem ungeradzahlige und geradzahlige Harmonische der Grundfrequenz enthalten sind; die Vorrichtung enthält Einrichtungen, mit denen in der überwachungszone ein variierendes magnetisches Feld erzeugt wird, Einrichtungen, die mit der Zone gekoppelt sind, um durch den Körper erzeugte Signale aufzunehmen, Einrichtungen, die wiederum mit den Kopplungsmitteln gekoppelt sind, um in den aufgenommenen Signalen getrennt die jeweilige Amplitude einer ersten und einer zweiten Komponente festzustellen, deren Frequenzen zwei unterschiedlichen Harmonischen der Grundfrequenz gleich sind, wobei eine Harmonische ungeradzahlig und eine geradzahlig ist und diese Bestimmungsmittel Einrichtungen zur Bestimmung der Phase der ersten Komponente enthalten, und mit allen diesen ReStimmungseinrichtungen gekoppelte Mittel, dde.eine Anzeige darüber hervorbringen, ob der Körper sich innerhalb der Zone befindet, sobald die festgestellten Amplituden und Phasen gleichzeitig innerhalb entsprechender bestimmter Grenzen liegen.

Des weiteren enthalten nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Mittel zur Bildung eines variierenden Magnetfeldes und die Mittel zum Erkennen der durch den Körper aus hochpermeablem Material erzeugten Signale ein integriertes Antennengebilde mit Sende-.und Empfangsspulen, die gleichmäßig zwischen zwei Platten oder Tafeln aufgeteilt sind, die in zueinander parallelen Ebenen zu beiden Seiten eines Durchganges angebracht sind, der die überwachungszone enthält; die Platten weisen jeweils eine Sende-

spule in Form eines Parallelogramms und eine Empfangsspule in Gestalt einer "8" auf, wobei letztere so abgestimmt ist, daß die Signale, die von der mit ihr räumlich verbundenen Sendespule ausgehen, unterdrückt werden.

Anhand der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung wird eine genauere Erläuterung vorgenommen. Im einzelnen zeigen:

10

15

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung zweier parällelförmiger Platten, die die Sende- und Empfangsspulen enthalten, und die zu beiden Seiten eines eine überwachungazone enthaltenden Durchgangs angebracht werden;

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Fig. 2

Fig. 3

eine diagrammartige Darstellung der gegenseitigen Ausrichtung der einen Platte gegenüber der anderen Platte;

ein Schemabild der in den parallelogrammförmiqen Platten enthaltenen Sende- und Empfangsspulen;

25

Fig. 4

das. Blockdiagramm eines die Erfindung enthaltenden Systems; und

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Fig. 5

ein weiteres elektrisches Blockdiagramm einer Einzelheit aus der Fig.. 4.

Fig. 1 zeigt ein Paar parallelogrammförmiger Platten 10 und 11 in ihrer Anbringung in parallelen Ebenen auf gegenüberliegenden Seiten eines Durchgangs 12, in dem die zu überwachende Zone sich befindet. 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 Turfutters gebildet sein können. Werden gesonderte Säulen verwendet, können sie zugleich die elektronisehe 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 bzw. 18, 19 der Platte Genauer gesagt, liegen die beiden kürzeren Diagonalen 15 in einer auf den Ebenen der Parallelogramme 10 und 11 senkrecht 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 strichpunktiert angedeutet. Sie enthalten integrierte Antennen, bestehend aus Sende- und Empfangsspulen, die zwischen den beiden Platten gleichmäßig aufgeteilt sind. Die Sendespulen 21 und 22, die schematisch in Fig. 3 dargestellt sind, haben ebenfalls Parallelogrammform und befinden sich nahe den Umfangsrändern 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 geschaltet sind, der Strom während der wechselnden Halbperio-

den des Speisungssignals so fließt, wie mit den Pfeilen angedeutet. Die Empfangsspulen sind mit 25 und 26 bezeichnet/ haben die Form einer "8" und liegen innerhalb der Sendespulen. 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 Richtung 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 Symmetrie sind die Empfangsspulen außerdem so bezüglich irgendwelcher 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 Induktivität 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 eines hochpermeablen Materials bestehen, zeigt die Parallelogrammgestalt der Antennenspulen ein besonders gutes Aufspürergebnis, wenn die Marken vertikal orientiert sind.

Als nächstes wird die Fig. 4 betrachtet, aus der erkenntlich ist, daß der. Kondensator 24 mit dem Ausgang eines Leistungsverstärkers 28 verbunden ist, der ein Sinussignal von 520 Hz über die Leitung 29 von einer kristalloszillatorgesteuerten Quelle 30 erhält.

Fig. 5 zeigt die kristalloszillatorgesteuerte Quelle 30, die einen Kristalloszillator 31 enthält, der mit einer Frequenz von 4 9 920 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.
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Das Signal auf Leitung 35 wird durch Teilen des Signals auf der Leitung 33 durch Drei erhalten, so daß die Frequenz 8 320 Hz beträgt. Diese Frequenz wird durch Acht geteilt, so daß auf der Leitung 36 die Frequenz 1 040 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 Harmonischen -im Signal auf der Leitung 29 wird durch die Ab- . Stimmung der Sendeantennenspulen 21 und 22 mit Hilfe des Kondensators 24' unterdrückt.

In der Fig. 4 erkennt man, daß die Empfangsspulen 25 und über die Leitung 27 mit dem Eingang eines Hochpass-f ilters 39 verbunden sind, dessen Ausgang auf den Eingang eines 35 db rauscharmen Verstärkers 40 gegeben wird, von dem das Signal parallel auf entsprechende Eingänge von Bandpassfiltern 41 und 42 geleitet wird. Das Bandpassfilter 41 hat 1040 Hz Mittenfrequenz, während das Bandpassfilter 42 eine Mittenfrequenz von 1.560 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 einen

70 db-Verstärker 43 zum Eingang eines Kommutierungsfilters

44 gegegeben. Das Filter 44 erhält ein Rechteckwellensignal von 1 040 Hz über eine Leitung vom Ausgang einer Teilerschaltung 46, die mit 8 320 Hz RechteckwellGnsignal über die Leitung 35 versorgt wird. Die Teilerschaltung 4 6 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 Eingang über eine Leitung 49 mit einem Rechteckwellensignäl der Frequenz 1 560 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 Mittenfrequenz von 1 560 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 1 040 Hz abgestimmt. Sein Sinusweilenausgangssignal wird über die Leitung 58 durch einen AC/ /DC-Wandler 59 zu einem Aus Schnittspannung skomp--:r a tor 60 ge geben» Das Ausgangssignal des Ausschnittspannungskomparato 60 wird über eine Leitung 61 auf einen Eingang einer

schaltung 62 geführt, die über ihre Auäcfangsleitung 63 den zweiten -Eingang des UND-Gatters 55 versorgt.

Das Ausgangssignal vom Kommutierungsfilter 44 wird über die Leitung 58 und außerdem über eine Leitung 64 zum Eingang eines Rechteckwellenverstärkers 65 gegeben, der ein Rechteckwellensignal erzeugt, das über Leitung 66 zum Eingang eines Phasenkomparators 67 gelangt." Am anderen Eingang erhält der Phasenkomparator 67 über Leitung 68 das Ausgangssignal eines variablen Phasenschiebers 69. Die Ausgangsgröße des Phasenkomparators 6 7 wird über Leitung 10 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 Schieberegister ausgebildet sein, das sein Taktsignal über Leitung · 33- und sein Eingangssignal über Leitung 36 erhält, die anhand der Fig. 5 bereits beschrieben sind.

Der Empfängerteil der Schaltung wird durch eine Einschalt-Rücksetzschaltung 73 vervollständigt, deren Ausgangssignal über eine Leitung 74 zu einem weiteren Eingang der Alarmschaltung 57 geleitet wird. Der Kristalloszillator 31 kann ein- kristallgesteuerter Multivibrator sein, der ein Rechteckwellensignal an die Kalibrierschaltungen 32 abgibt. Das Hochpaßfilter 39 in Fig. 4 kann passiv sein und Frequenzen unter 1 kHz abdampfen. Hierdurch werden alle Störsignale mit Frequenzen unterhalb der zweiten Harmonisehen 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 156O Hz, durchgelassen werden. Eine weitere Verstärkung wird dann mit Hilfe der Verstärker 43 und 4 7 derart vorgenommen, daß die Gesamtverstärkung vom Hochpaßfilter 39 bis zum Eingang der Kommutierungsfilter 44 und in jedem Kanal in der Größenordnung von 105 dB liegt.

Die Kummutierungsfilter 44 und 48 bilden den Hauptwiderstand 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 Kommutierungsfilter 44 und 48 enthält sein entsprechendes Bandpaßfilter mit niedrigem "Q", um Harmonische, die durch den Bienenwabeneffekt der Konmiutierungsfilter entstehen, zu verringern. Es wird hier angenommen, daß derartige Bienenwaben-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 gezeigtl werden die Signale den Ausschnittsspannungs-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 Eingang innerhalb eines bestimmten Bereiches auftreten. Ein solcher Bereich ist vorherbestimmt aufgrund der Charakteristik 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. Jer Phasenkomparator 67 kann als Exklusiv-ODER-Gatter ausgebildet se;=:»,

Sein Ausgang wird dem Ausschnitts-Spannungskomparator 71 zugeführt, der ebenfalls auf einen vorbestimmten Bereich der Eingangssignale reagiert und auf Leitung 72 sein Ausgangssignal 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 Einschaltrück -setz schaltung 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 Senderspulen 21 und 22 mit etwa 8 Watt Effektivleistung gespeist wurden. Die relative Geometrie von Empfänger- und Senderspulen und ihre Anbringung geben 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. 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 verwendet wird, 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 beschriebene Marke zwischen den Antennenplatten in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, die festgestellte Signalstärke der zweiten Harmonischen etwa -45 db beträgt, während bei einer 10 °-Neigung der Marke aus der Vertikalen die Signalstärke der zweiten Harmonischen nun annähernd - 20 db

beträgt. Man sieht also, daß bei nur einer geringen Abweichung aus der Vertikalen ein erheblicher Anstieg des
festgestellten Signals zu verzeichnen ist, so daß ein Anhänger oder eine Marke zuverlässig festgestellt werden kann.

Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich,daß für
den Fall, daß die. Marke mit Mit LcIn ausgestattet .ist,
die gerade die Komponente der zweiten HarmonJ sehen dos
Signals unterdrückt, es möglich ist, die Marke nach Belieben und 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 Phase eingestellt, bis ein minimaler Gleichspannungspegel am Ausgang des Phasenkomparatorε 67 auftritt. Dieser minimale Ausgangswert bedeutet, daß die empfangene Signalkomponente der zweiten Harmonischen gegenüber dem
Bezugssignal um 180 ° phasenverschoben ist.

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Claims

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Magnetisches Überwachungssystem mit Erkennung geradzahliger und unge.radzahliger Harmonischer und Phasendiskriminierung

Patentansprüche

1J Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes aus hochpermeablem Material in einer Überwachungszone, welcher Gegenstand, wenn er in der Überwachungszone sowohl mit einem Magnetfeld von sich ändernder Grundfrequenz und dem.im wesentlichen konstanten Erdmagnetfeld gekoppelt ist, ein feststellbares Signal erzeugt, das geradzahlige und ungeradzahlige Harmonische der Grundfrequenz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zum Aufbau des variierenden Magnetfeldes in der Zone, Mittel (10, 11) für die Kopplung mit der Zone, um durch den Gegenstand erzeugte Signale festzustellen, Mittel, die mit den Kopplungsmitteln (10, 11) verbunden sind, um gesondert für sich aus dem festgestellten Signal die jeweilige Amplitude einer ersten und einer zweiten Komponente zu bestimmen, deren Frequenzen diejenigen zweier verschiedener Harmonischer der Grundfrequenz sind, wobei eine Harmonische ungeradzahlig und die andere geradzahlig ist, und die Bestimmungsmittel solche zur Bestimmung der Phase der ersten Komponente enthalten, und Mittel (57) aufweist, die mit sämtlichen Bestimmungsmitteln verbunden sind, um eine Anzeige hervorzurufen, wenn der Gegenstand sich innerhalb der Zone befindet, sobald die Amplituden und die Phase gleichzeitig in die Spanne vorbestimmter Grenzen fallen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der ersten Komponente, eine geradzahlige Harmonische der Grundfrequenz ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der ersten Komponente der zweiten Harmonisehen der Grundfrequenz zugehört.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zweiten Komponente die der dritten Harmonischen der Grundfrequenz ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz etwa 520 Hz beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der ersten Komponente etwa 1040 Hz betragt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zweiten Komponente etwa 1560 Hz beträgt.
8. Vorrichtung zum Erkennen eines Gegenstandes aus hoch-

permeablem Material in einer Überwachungszone, welcher Gegenstand, wenn er in der überwachungszone sowohl mit einem Magnetfeld von sich ändernder Grundfrequenz und dem im wesentlichen konstanten Erdmagnetfeld gekoppelt ist, ein feststellbares Signal erzeugt, das geradzahlige und ungeradzahlige Harmonische der Grundfrequenz enthält, gekennzeichnet durch folgende Merkmale der Vorrichtung: Mittel (21, 22), um in der Zone das variierende Magnetfeld zu erzeugen; Mittel (25,

26) zum Ankoppeln an die Zone, um durch den Gegenstand hervorgebrachte Signale festzustellen; erste Filtermittel, die mit den Ankopplungsmitteln verbunden sind und alle Signale abdampfen, deren Frequenz unter der der zweiten Harmonischen der Grundfrequenz liegt; zweite Filtermittel, die mit dem Ausgang der ersten Filtermittel verbunden sind> um nur diejenigen Signale passieren zu lassen, deren Frequenz praktisch gleich der dritten Harmonischen der Grundfrequenz ist; dritte Filtermittel, die mit einem Ausgang der ersten Filtermittel verbunden sind und nur solche Signale passieren lassen, deren Frequenz praktisch gleich der der zweiten Harmonischen der Grundfrequenz ist;- mit einem Ausgang der zweiten Filtermittel verbundene Mittel zum Bestimmen, ob die von letzteren kommenden Signale eine Amplitude innerhalbeines gewissen Bereichs haben; mit einem Ausgang der dritten Filtermittel gekoppelte Mittel zum Bestimmen, ob die Signale aus den dritten Filtermitteln eine Amplitude innerhalb eines gegebenen Bereichs haben; weitere mit dem Ausgang der dritten Filtermittel verbundene Mittel zur Erzeugung von Rechteckwellensignalen und zum Bestimmen, ob die Phasenabweichung dieser Rechteckwellensignale von der Phase eines Bezugssignals in einem gegebenen Bereich fällt; und Mittel, die mit allen diesen bestimmenden Mitteln verbunden sind, um die Anwesenheit des Gegenstandes innerhalb der Zone anzuzeigen, wenn alle diese Signale innerhalb ihrer jeweiligen vorgegebenen Bereiche liegen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zweiten und dritten Filtermittel ein kommutierendes Kammfilter (44, 48) enthalten, die mit den Mitteln zur Erzeugung des variierenden Magnetfeldes sychronisiert sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zum Erzeugen des variierenden Magnetfeldes und die Mittel zum Aufnehmen von durch den Gegenstand erzeugten Signalen 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 eines Durchgangs (12), in dem sich die Überwachungszone befindet, angeordnet sind, wobei jede Platte (10, 11) eine Senderspule (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 Senderspule (21, 22) unmittelbar ausgehenden Signale unterdrückt werden. "
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch, gekennzeichnet,

daß die Senderspulen (21, 22) kongruent sind und die kurzen Diagonalen (15) senkrecht auf den kurzen Parallelogrammseiten (16 bis 19) stehen und daß die Platten 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 einander auf einer Geraden in der gemeinsamen Ebene der kurzen Diagonalen schneiden.

ψ «
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zur Erzeugung des variierenden Magnetfeldes eine Signalquelle (31, 32) für die Grundfrequenz und Mittel zum Verbinden der Sendespulen (21, 22) der zwei Platten (10,

11) in einer Reihen-Resonanzschaltung mit dem Ausgang der Signalquelle aufweist.

, 10
13. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,
■^;- daß die Mittel zum Erzeugen des variierenden Magnetfeldes

ein Paar Senderspulen (21, 22), eine Signalquelle (31, 32)

j für die Grundfrequenz und Mittel zum Verbinden der Sender-

.\ 15 spulen (21, 22) in einer Reihenresonanzschaltung mit dem

: Ausgang der Signalquelle aufweisen.

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