DE4436078A1 - High resolution imaging sensor system for detection, location and identification of metallic objects - Google Patents

High resolution imaging sensor system for detection, location and identification of metallic objects

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Abstract

The invention relates to a high-resolution sensor system for detecting, locating and identifying metal objects beneath the earth's surface. It comprises at least one active gradient metal detector.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur elektronischen Detektion von metallischen Objekten, die sich unter der Erdoberfläche befinden.The invention relates to a sensor system for the electronic detection of metallic Objects that are under the surface of the earth.

Metallische Objekte unter der Erdoberfläche können beispielsweise militärische und industrielle Altlasten sein, die eine höhe Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen.Metallic objects beneath the surface of the earth can be military and industrial contaminated sites that pose a high risk to people and the environment.

Zur Abwendung dieser Gefahr werden nach dem Stand der Technik belastete Gelände mit Metalldetektoren per Hand abgesucht und jedes gefundene Objekt ausgegraben. Neben den gefährlichen Objekten befinden sich im Boden oftmals noch eine große Zahl ungefährlicher metallischer Objekte wie Nägel, Dosen und Verschlüsse, die mit herkömmlichen Metalldetektoren nicht von gefährlichen Objekten unterschieden werden können. Daher müssen nach dem Stand der Technik alle gefundenen Objekte geborgen werden, obwohl die weit überwiegende Menge ungefährlich ist und im Boden verbleiben könnte. In vielen belasteten Geländen kommt im Schnitt auf ca. 1000 metallische Objekte nur ein zu bergendes gefährliches Objekt. Die daraus resultierende Alarmrate hat in einem solchen Fall die tausendfache Ausgrabezeit im Vergleich zum Idealfall zur Folge, in dem genau das einzige gefährliche Objekt gefunden und ausgegraben wird.In order to avoid this danger, contaminated areas are used according to the state of the art searched by hand with metal detectors and dug up every found object. In addition to the dangerous objects, there is often a large one in the ground Number of non-hazardous metallic objects such as nails, cans and closures that come with conventional metal detectors are not distinguished from dangerous objects can be. Therefore, according to the state of the art, all objects found be recovered, although the vast majority is harmless and in the ground could remain. In many contaminated areas there is an average of approx. 1000 metallic objects just a dangerous object to be recovered. The one from it In such a case, the resulting alarm rate has a thousand times the excavation time in the Compared to the ideal case, in which exactly the only dangerous object is found and excavated.

Da alle Objekte eine Mindestmenge an Metallen enthalten, besteht das zu lösende Problem darin, durch magnetische Messungen gefährliche Objekte von ungefährlichen zu unterscheiden. Besonders schwierige Verhältnisse liegen vor, wenn die gefährlichen Objekte sehr klein sind, und diese auch noch in der unmittelbaren Nachbarschaft von großen anderen Objekten liegen.Since all objects contain a minimum amount of metals, there is something to be solved Problem in magnetic objects dangerous objects of harmless to distinguish. Conditions are particularly difficult when the dangerous ones Objects are very small, and these are also in the immediate vicinity of large other objects.

Aufgaben der Erfindung sind die hochauflösende magnetische Messung der oberen Erdschicht, die Echtzeitdarstellung der gewonnenen Meßwerte auf einer Karte und die Klassifizierung der gefundenen Objekte. Die Klassifizierung ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Anzahl auszugrabender Objekte. Zeit und Kosten für die Bodensanierung sowie Gefahren für das Räumpersonal werden beträchtlich vermindert. Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des Hauptanspruchs und der Unteransprüche.The objects of the invention are the high-resolution magnetic measurement of the upper one Earth layer, the real-time representation of the measured values obtained on a map and the Classification of the objects found. The classification enables a clear Reduction in the number of objects to be excavated. Time and cost for that Soil remediation and dangers for cleaning staff are considerable reduced. The solution to the problem is the subject of the main claim and Subclaims.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die laterale und vertikale Auflösung herkömmlicher Metalldetektoren und Magnetfeldsonden erheblich verbessert wird. Diese erhöhte Auflösung wird dadurch realisiert, daß einerseits die Sensorsignale mit einem höheren Dynamikumfang von 22 mit entsprechend 130 dB ausgewertet werden und andererseits eine Modellrechnung zur Rekonstruktion der Meßsignale durchgeführt wird. Bei dieser Modellrechnung werden die dreidimensionale Position von Gegenständen, deren Form und Größe, aber auch ihre elektrischen und magnetischen Materialparameter bestimmt. Aus diesen errechneten Daten von Tiefe, Größe, Form und Material der metallischen Objekte führt das erfindungsgemäße Sensorsystem eine Klassifizierung der gefundenen Objekte durch, die die wesentliche Entscheidung ermöglicht, welche Objekte als ungefährlich oder uninteressant im Boden verbleiben können.The object is achieved in that the lateral and vertical resolution conventional metal detectors and magnetic field probes is significantly improved. This increased resolution is realized in that on the one hand the sensor signals with a higher dynamic range of 22 with 130 dB can be evaluated and on the other hand a model calculation for the reconstruction of the measurement signals is carried out. With this model calculation, the three-dimensional position of objects, their shape and size, but also their electrical and magnetic material parameters determined. From this calculated depth data, The size, shape and material of the metallic objects are carried out by the invention Sensor system classifies the objects found by the essential Decision allows which objects in the floor as harmless or uninteresting  can remain.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 schematische Darstellung eines zum Stand der Technik gehörenden aktiven Metalldetektors, Fig. 1 shows a schematic representation of a metal belonging to the prior art active metal detector,

Fig. 2 schematische Darstellung eines erfinderischen aktiven Gradienten- Metalldetektors, Fig. 2 shows a schematic representation of an inventive active gradient metal detector,

Fig. 3 typische Signalform für einen zum Stand der Technik gehörenden Metalldetektor mit dem Durchmesser D beim Überfahren einer Metallkugel, Fig. 3 shows typical waveform for a belonging to the prior art metal detector with the diameter D when passing over a metal ball

Fig. 4 typische Signalform für einen erfindungsgemäßen Gradienten-Metalldetektor mit dem Durchmesser D beim Überfahren einer Metallkugel, Fig. 4 shows typical waveform for an inventive gradient metal detector with the diameter D when passing over a metal ball,

Fig. 5 schematische Darstellung eines aktiven Doppel-Gradienten-Metalldetektors, Fig. 5 shows a schematic illustration of an active double gradient metal detector,

Fig. 6 eine lineare zweidimensionale Array-Anordnung mit Doppel-Gradienten- Metalldetektoren und Drei-Achsen-Fluxgate-Magnetometer, Fig. 6 is a two-dimensional linear array arrangement with double-gradient metal detectors and three-axis fluxgate magnetometer,

Fig. 7 kreisförmige Anordnung der Sensoren von Fig. 6, Fig. 7 circular arrangement of the sensors of Fig. 6,

Fig. 8 eine Darstellung des erfinderischen Sensorsystems und seiner Beschaffenheit und Fig. 8 is an illustration of the inventive sensor system and its nature and

Fig. 9 eine Darstellung des Sensormoduls. Fig. 9 shows the sensor module.

1. Magnetsensorik1. Magnetic sensors

Um das magnetische Bild des zu untersuchenden Geländes aufzunehmen, werden sowohl aktive Sensoren (Metalldetektoren) als auch passive Sensoren (Magnetfeldsonden) eingesetzt.In order to record the magnetic image of the area to be examined, both active sensors (metal detectors) and passive sensors (Magnetic field probes) used.

a) Metalldetektorena) Metal detectors

Als Metalldetektoren werden Gradienten-Metalldetektoren benutzt. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Metalldetektoren (Fig. 1) dadurch, daß die Aufnehmerspule in zwei gegeneinander geschaltete Spulen (Spulenpaar) aufgeteilt ist (Fig. 2) und damit eine Feld-Gradientenkomponente gemessen wird. Die Meßsignale eines herkömmlichen Metalldetektors und eine Gradienten-Metalldetektors für eine Metallkugel sind in den Fig. 3 und Fig. 4 gegenübergestellt. Der Signalhub unterscheidet sich für die beiden Varianten nicht, allerdings halbiert sich die Halbwertsbreite der Signale und damit die laterale Auflösung beim Gradienten- Metalldetektor auf die Größe des halben Durchmessers der Erregerspule. Der Vorteil der Auflösungsverbesserung wird jedoch nur dann voll genutzt, wenn der Feldgradient in beiden horizontalen Richtungen gemessen wird. Das bedeutet, daß ein zweites Aufnehmerspulenpaar, das in der Meßebene senkrecht zum ersten Spulenpaar orientiert ist, vorhanden sein muß und mitgemessen wird. Dieser Doppel-Gradienten- Metalldetektor (Fig. 5) wird von einer gemeinsamen Erregerspule betrieben . Diese Anordnung wird im folgenden als Hardware-Gradiometer bezeichnet.Gradient metal detectors are used as metal detectors. They differ from conventional metal detectors ( FIG. 1) in that the pickup coil is divided into two coils (pair of coils) connected to one another ( FIG. 2) and thus a field gradient component is measured. The measuring signals of a conventional metal detector and a gradient metal detector for a metal ball are compared in FIGS. 3 and Fig. 4. The signal swing does not differ for the two variants, but the half-width of the signals and thus the lateral resolution in the gradient metal detector is halved to the size of half the diameter of the excitation coil. However, the advantage of the resolution improvement is only fully exploited if the field gradient is measured in both horizontal directions. This means that a second pair of pickup coils, which is oriented in the measuring plane perpendicular to the first pair of coils, must be present and is also measured. This double gradient metal detector ( Fig. 5) is operated by a common excitation coil. This arrangement is referred to below as a hardware gradiometer.

Durch rechnerische Differenzierung der Meßwerte, die man durch zweidimensionales Rastern mit einem herkömmlichen Metalldetektor erhält, errechnet man dieselben Gradientenkomponenten die auch ein Doppel-Gradienten-Metalldetektor mißt. Der Unterschied zwischen diesem "Software-Gradiometer" und dem Hardware-Gradiometer besteht darin, daß beim Hardware-Gradiometer kohärente Störsignale durch die simultane Differenzbildung sofort eliminiert werden und beim Software-Gradiometer nicht. Das Signal-Rauschen ist bei letzterem daher höher. Weiterhin muß für das Software-Gradiometer das Meßraster feiner gelegt werden. Es muß also länger gemessen werden. Das in dem erfindungsgemäßen Sensorsystem eingesetzte Hardware-Gradiometer erlaubt daher eine größere Suchleistung. Zur Beseitigung von Störungen, die z. B. durch paramagnetische oder feuchte Erdböden verursacht werden, wird ein Mehrfrequenzverfahren eingesetzt.By arithmetic differentiation of the measured values, which can be determined by two-dimensional Obtained with a conventional metal detector, one calculates the same Gradient components that a double gradient metal detector also measures. Of the Difference between this "software gradiometer" and the hardware gradiometer consists in the fact that the hardware gradiometer produces coherent interference signals simultaneous difference formation can be eliminated immediately and with the software gradiometer Not. The signal noise is therefore higher in the latter. Furthermore, for that Software gradiometer the measurement grid can be set finer. So it has to be longer be measured. The one used in the sensor system according to the invention Hardware gradiometers therefore allow greater search performance. To eliminate Disorders that e.g. B. caused by paramagnetic or damp soil, a multi-frequency method is used.

b) Magnetfeldsondenb) magnetic field probes

Um möglichst einfach ein zweidimensionales Bild des Magnetfeldes von einem Gelände zu bekommen, werden bei geophysikalischen Messungen meistens Absolutfeld-Meßgeräte wie Protonenresonanz-Magnetometer eingesetzt. Die Meßergebnisse dieser Magnetometer sind unabhängig von der räumlichen Lage der Meßinstrumente, und die Meßwerte sind somit unabhängig von Verdrehungen und Verkippungen. Sie haben allerdings den Nachteil, daß sich ihr Meßfrequenzbereich auf maximal 1 Hz beschränkt. Bei der magnetischen Untersuchung eines Geländes mit hoher Ortsauflösung sind jedoch hohe Meßfrequenzen größer als 100 Hz erforderlich, damit sich die Meßzeit in einem realistischen Rahmen bewegt. Für das als Gegenstand der Erfindung zu beschreibende Gerät werden daher 3-Achsen-Fluxgate- Magnetometer eingesetzt. Sie erlauben Meßfrequenzen bis zu 1 kHz. In einem Kalibrierverfahren werden die einzelnen Empfindlichkeiten der 3 Magnetometer bestimmt. Mit deren Hilfe wird aus den einzelnen Meßwerten rechnerisch der Absolutwert des Magnetfeldes ermittelt. Dieser Teil des erfindungsgemäßen Sensorsystems stellt ein schnelles Absolutwert-Meßgerät dar. Dynamikumfang und Linearität des Fluxgate-Magnetometers erlauben noch Feldauflösungen von weniger als 1 nT.To make a two-dimensional image of the magnetic field of one as simple as possible Getting geophysical measurements is most of the time Absolute field measuring devices such as proton resonance magnetometers are used. The Measurement results of these magnetometers are independent of the spatial position of the Measuring instruments, and the measured values are thus independent of twists and turns Tilting. However, they have the disadvantage that their measuring frequency range is limited limited to 1 Hz. With the magnetic examination of a site with high spatial resolution, however, high measuring frequencies greater than 100 Hz are required, so that the measuring time is in a realistic frame. For that as an object device to be described according to the invention are therefore 3-axis fluxgate  Magnetometer used. They allow measuring frequencies up to 1 kHz. In one The individual sensitivities of the 3 magnetometers are calibrated certainly. With their help, the individual measured values are arithmetically the Absolute value of the magnetic field determined. This part of the invention Sensor systems represents a fast absolute value measuring device. Dynamic range and The linearity of the fluxgate magnetometer allows field resolutions of less than 1 nT.

Natürliches und menschlich erzeugtes magnetisches Rauschen liegt im Frequenzband bis 100 Hz je nach Umgebung bei einigen 100 nT. Um dieses Rauschen und das Erdmagnetfeld, das den Meßfeldern stets überlagert ist, zu eliminieren, muß noch ein weiteres Referenz-Magnetometer installiert werden. Auch für das Referenz- Magnetometer wird der Betrag des Magnetfeldes gebildet. Die Differenz zwischen den Quadraten der Meßergebnisse des Meß-Magnetometers und des Referenz- Magnetometers lauten dann:Natural and human-generated magnetic noise is in the frequency band up to 100 Hz depending on the environment at some 100 nT. About that noise and that To eliminate the earth's magnetic field, which is always superimposed on the measuring fields, still has to additional reference magnetometer can be installed. Also for the reference Magnetometer the amount of the magnetic field is formed. The difference between the Squares of the measurement results of the measuring magnetometer and the reference Magnetometers are then:

ΔS² = (S₁+B₁+r)²-(S₂+B₂+r)² = (S₁+S₂+B₁+B₂+2r)·(S₁-S₂+B₁-B₂)ΔS² = (S₁ + B₁ + r) ²- (S₂ + B₂ + r) ² = (S₁ + S₂ + B₁ + B₂ + 2r) · (S₁-S₂ + B₁-B₂)

S₁, S₂ = zu messende Magnetfelder an den Orten der Magnetometer
B₁, B₂ = Erdmagnetfeld an den Orten der Magnetometer
r = RauschenS₁, S₂ = magnetic fields to be measured at the locations of the magnetometers
B₁, B₂ = Earth's magnetic field at the locations of the magnetometers
r = noise

Wenn das Referenz-Magnetometer so plaziert ist, daß S₂ ≅0 und B₁ ≅ B₂ = Be ist, so folgt wegen Be » r und Be » S₁If the reference magnetometer is placed so that S₂ ≅0 and B₁ ≅ B₂ = B e , it follows because of B e »r and B e » S₁

ΔS² = 2 Be · S₁ = const · S₁ΔS² = 2 B e · S₁ = const · S₁

Man erhält daher ein Signal proportional zum zu messenden Magnetfeld. Das Rauschen ist somit eliminiert.A signal is therefore obtained which is proportional to the magnetic field to be measured. The Noise is thus eliminated.

c) Multisensor-Anordnungc) Multi-sensor arrangement

Zur Erhöhung der Suchleistung, d. h. der abgesuchten Geländefläche pro Stunde, können mehrere Doppel-Gradienten-Metalldetektoren (Fig. 5) und Magnetfeldsonden in das Gerät integriert werden. Die Sensoren können dabei in einer zweidimensionalen linearen Anordnung (Fig. 6) oder auf einer Scheibe (Fig. 7) starr und/oder beweglich zueinander angeordnet sein.To increase the search performance, ie the searched area per hour, several double gradient metal detectors ( Fig. 5) and magnetic field probes can be integrated into the device. The sensors can be arranged in a two-dimensional linear arrangement ( FIG. 6) or on a disk ( FIG. 7) rigidly and / or movably with respect to one another.

d) Auflösungsverbesserungd) resolution improvement

Die Multi-Sensoranordnung kann zur Verbesserung der Ortsauflösung als ganzes bewegt werden. Zulässige Bewegungsformen sind zum Beispiel Schwingungen in drei Dimensionen und Rotationen.The multi-sensor arrangement can improve the spatial resolution as a whole be moved. Permissible forms of movement are, for example, vibrations in three Dimensions and rotations.

Diese Bewegung kann gesteuert und/oder durch Sensoren vermessen werden.This movement can be controlled and / or measured by sensors.

e) Entkopplung der Metalldetektorene) decoupling of the metal detectors

Die Metalldetektoren beeinflussen sich durch ihr magnetisches Wechselfeld gegenseitig. Eine Entkopplung gewährleistet, daß ein Metalldetektor nicht oder nur unwesentlich das Magnetfeld des benachbarten Metalldetektor mitmißt.The metal detectors influence each other through their alternating magnetic field  each other. Decoupling ensures that a metal detector does not or only insignificantly measures the magnetic field of the neighboring metal detector.

Die Entkopplung der Metalldetektoren kann durch eine geometrische Anordnung, z. B. einen bestimmten Mindestabstand, durch zeitmultiplexen und/oder frequenzmultiplexen Betrieb und durch unterschiedliche Wahl von Betriebsfrequenzen erreicht werden.The decoupling of the metal detectors can be achieved by a geometric arrangement, e.g. B. a certain minimum distance, by time multiplexing and / or frequency multiplexing Operation and can be achieved by different choice of operating frequencies.

2. Sensormodul2. Sensor module

Das erfindungsgemäße Sensorsystem (Fig. 8) besteht aus einem oder mehreren Sensormodulen (Fig. 9). Jedes Sensormodul (Fig. 9) enthält als wesentliche Komponenten mindestens einen aktiven Metalldetektoren (Fig. 9, 2, 4) und mindestens einen passiven Magnetfeldsensor 14.The sensor system according to the invention ( FIG. 8) consists of one or more sensor modules ( FIG. 9). Each sensor module ( FIG. 9) contains at least one active metal detector ( FIG. 9, 2, 4) and at least one passive magnetic field sensor 14 as essential components.

Die aktiven Metalldetektoren bestehen aus jeweils zwei orthogonal zueinander angeordneten Gradiometern, die sich gemeinsam in einem Feld einer Erregerspule befinden, die mit mindestens zwei unterschiedlichen Erregerfrequenzen betrieben wird (Fig. 5).The active metal detectors each consist of two orthogonally arranged gradiometers, which are located together in a field of an excitation coil that is operated with at least two different excitation frequencies ( FIG. 5).

Der passive Magnetfeldsensor 14 wird durch das Referenzmagnetometer 16 derart kalibriert, daß aus seinem Meßsignal das Erdfeldrauschen entfernt wird.The passive magnetic field sensor 14 is calibrated by the reference magnetometer 16 in such a way that the earth field noise is removed from its measurement signal.

Die Meßdaten der Sensoren werden zusammen mit Daten eines Drehgebers 10 und eines Weggebers 8 von einer Meßwerterfassung 6 aufbereitet und über eine Übertragungsstrecke 12 an eine zentrale Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 18 im Sensormodul 20 übertragen. Dort werden die Daten der verschiedenen Sensormodule gespeichert, verarbeitet, ausgewertet und dargestellt.The measured data from the sensors are processed together with data from a rotary encoder 10 and a displacement encoder 8 from a measured value acquisition 6 and transmitted to a central control and processing unit 18 in the sensor module 20 via a transmission link 12 . The data from the various sensor modules are stored, processed, evaluated and displayed there.

Die Suche mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem geschieht derart, daß ein Operator das hochgelöste zweidimensionale magnetische Bild des Bodens auf dem Monitor des Zentralrechners beobachtet. Er erhält somit eine Aufsicht auf das magnetische Bild der unter der Erdoberfläche befindlichen Objekte. Die Erkennung der Objekte kann interaktiv durch den Operator selbst oder automatisch durch ein Bildverarbeitungsprogramm durchgeführt werden. Wenn ein Objekt erkannt worden ist, erfolgt eine rechnerische Auswertung der Meßdaten zur Bestimmung von Tiefe, Form und Material und anschließend eine Klassifizierung des Objektes.The search with the sensor system according to the invention takes place in such a way that a Operator the high-resolution two-dimensional magnetic image of the ground on the Central computer monitor observed. He thus receives supervision of that magnetic image of the objects under the earth's surface. The detection of the Objects can be interactive by the operator himself or automatically by a Image processing program can be performed. When an object has been recognized the measured data are evaluated mathematically to determine the depth and shape and material and then a classification of the object.

Der Ort der gefundenen Objekte wird auf der in Echtzeit erstellten Karte und durch eine Markierungseinrichtung auf dem Gelände bezeichnet.The location of the objects found is shown on the map created in real time and by a Marking device designated on the site.

3. System3. System

Das erfindungsgemäße System von Fig. 8 wird im folgenden näher beschrieben. The system according to the invention from FIG. 8 is described in more detail below.

a) Konfigurationa) Configuration

Das System ist modular aufgebaut und besteht aus einem oder mehreren Modulen (Fig. 9), wobei die Module ortsfest gegeneinander, aber einzelbeweglich, oder aber völlig starr miteinander verbunden sind.The system has a modular structure and consists of one or more modules ( FIG. 9), the modules being fixed to one another, but individually movable, or else completely rigidly connected to one another.

Mögliche Konfiguration des Systems sind:Possible configuration of the system are:

  • 1. Ein Sensormodul handbetrieben oder fremdbewegt, wobei das Antriebsmittel in das Modul integriert ist.1. A sensor module manually operated or moved externally, the drive means in the Module is integrated.
  • 2. Ein oder mehrere Sensormodule, die durch ein geeignetes Antriebsmittel bewegt werden.2. One or more sensor modules that are moved by a suitable drive means will.
  • 3. Ein Leitstand mit Stromversorgung, mit optischer, elektrischer oder elektromechanischer digitaler Datenübertragung und Zentralrechner mit Anzeige und einem Auswertesystem, das sich im Sensormodul, im Antriebsmittel und/oder separat befinden kann.3. A control center with power supply, with optical, electrical or electromechanical digital data transmission and central computer with display and an evaluation system which is located in the sensor module, in the drive means and / or can be located separately.

Eine Positions- und Lagemessung kann sowohl im Sensormodul selbst oder beim Leitstand untergebracht sein. Diese kann über Wegmessung am Boden, auf optischen Wege mit zum Beispiel Laser-Trackern oder auf elektromagnetischem Wege über satellitengestützter Navigation mit Differenzbildung geschehen.A position and position measurement can be carried out both in the sensor module itself or at Control center. This can be done by measuring the ground, on optical Paths with, for example, laser trackers or by electromagnetic means satellite-based navigation with difference formation happen.

b) Entkopplung der Metalldetektoren im Systemb) decoupling of the metal detectors in the system

Wie bei der Magnetsensorik (1.e) müssen die Metalldetektoren im System entkoppelt werden. Dazu können die selben Hilfsmittel wie bei in 1.e) angewendet werden. Zudem kann durch geometrische Anordnung bei mehreren Sensormodulen und/oder durch Synchronisation der Bewegung der Sensoren eine Entkopplung erreicht werden.As with magnetic sensors (1.e), the metal detectors in the system must be decoupled will. The same tools can be used as in 1.e). In addition, the geometrical arrangement of several sensor modules and / or decoupling can be achieved by synchronizing the movement of the sensors.

c) Adaptive Auflösungssteuerungc) Adaptive resolution control

Erkennt der Operator des Systems oder eine Auswerteeinheit ein Objekt, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Systems herabgesetzt. Durch die geringere Geschwindigkeit können in höherer Dichte Meßwerte genommen werden, so daß die Meßauflösung steigt. Mit der höhere Meßpunktedichte im zweidimensionalen Raster kann die Feinauflösung der magnetischen Signale durch die nachfolgende Datenverarbeitung gesteigert werden. Eine räumliche Trennung von kleinen und großen Gegenstände wird damit möglich.If the operator of the system or an evaluation unit recognizes an object, the Movement speed of the system reduced. By the lesser Velocity can be taken in higher density, so that the Measurement resolution increases. With the higher measuring point density in a two-dimensional grid can the fine resolution of the magnetic signals by the following Data processing can be increased. A spatial separation of small and large objects become possible.

4. Darstellung der Meßdaten und Auswertung4. Presentation of the measurement data and evaluation

Die Meßwerte der Doppel-Gradienten-Metalldetektoren (Fig. 5) werden vorverarbeitet und farblich kodiert in einem zweidimensionalen Bild der abgesuchten Fläche dargestellt. Ergänzende Darstellungen, z. B. Isolinien, sind möglich. Die Meßdaten der Magnetfeldsonden können im selben Bild mit anderer Farbkodierung wiedergegeben werden. Dadurch können im Bild Objekte mit und ohne Eigenmagnetfeld voneinander unterschieden werden. Die Farbkodierung kann durch den Bediener der Meßsituation angepaßt werden. Die Meßwerte werden einem Auswerte-Rechner zugeführt. Erkannte Gegenstände werden dargestellt.The measured values of the double gradient metal detectors ( FIG. 5) are preprocessed and color-coded in a two-dimensional image of the area searched. Additional representations, e.g. B. isolines are possible. The measurement data of the magnetic field probes can be reproduced in the same image with a different color coding. This allows objects with and without their own magnetic field to be distinguished from one another in the image. The color coding can be adapted to the measurement situation by the operator. The measured values are fed to an evaluation computer. Detected objects are displayed.

Ist die Flächenausdehnung des Gegenstandes groß genug, so kann eine Wirbelstrom­ verteilung berechnet werden. Daraus kann dann die Form, Größe und die Tiefe sowie die Position des Gegenstandes ermittelt werden. Bei nichtmagnetischen Gegenständen wird deren Leitfähigkeit berechnet, bei magnetischen Gegenständen wird das magnetische Moment ermittelt.If the surface area of the object is large enough, an eddy current can distribution can be calculated. This can then be the shape, size and depth as well the position of the object can be determined. For non-magnetic objects their conductivity is calculated, for magnetic objects it is magnetic moment determined.

Die erreichbare geometrische Ortsauflösung für dieses Meßverfahren wird durch das Nyquist-Theorem bestimmt.The achievable geometric spatial resolution for this measuring method is determined by the Nyquist's theorem.

Die Identifizierung der entdeckten Objekte kann mit Hilfe der ermittelten Objektparameter Form, Volumen und elektrische Leitfähigkeit erfolgen. In einer Datenbank sind die charakteristischen Daten der zu erwartenden Objekte gespeichert. Ein entsprechendes Computer-Programm bietet dem Bediener des Gerätes Vorschläge zur Identifizierung an.The identified objects can be identified with the aid of the ascertained Object parameters like shape, volume and electrical conductivity. In a The characteristic data of the expected objects are stored in the database. A corresponding computer program offers the operator of the device suggestions for identification.

Liste der in Fig. 8 und 9 verwendeten BezugszeichenList of reference numerals used in Figs. 8 and 9

2 und 4 Doppel-Gradiometer (rotierend)
6 Meßwerterfassung und Übertragung (rotierend)
8 Drehgeber zur Erfassung der Wagenposition (starr)
10 Drehgeber zur Erfassung der Position des Sensormoduls (rotierend)
12 Optische Datenübertragung und Versorgung (starr und rotierend)
14 Passiver Magnetfeldsensor (rotierend)
16 Referenz-Magnetfeldsensor (starr)
18 Zentralrechner
20 Fahrzeug. 2 and 4 double gradiometers (rotating)
6 data acquisition and transmission (rotating)
8 rotary encoders for detecting the carriage position (rigid)
10 rotary encoders for detecting the position of the sensor module (rotating)
12 Optical data transmission and supply (rigid and rotating)
14 Passive magnetic field sensor (rotating)
16 reference magnetic field sensor (rigid)
18 central computers
20 vehicle.

Claims (29)

1. Bildgebendes hochauflösendes Sensorsystem zur Detektion, Ortung und Identifizierung von metallischen Objekten, die sich unter der Erd­ oberfläche befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensor­ system mindestens ein rotierendes Sensormodul enthält.1. Imaging high-resolution sensor system for the detection, location and identification of metallic objects that are located below the earth's surface, characterized in that the sensor system contains at least one rotating sensor module. 2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Sensormodul mindestens zwei zueinander orthogo­ nale, aktive Gradiometer enthält, die sich als Doppelgradiometer zu­ sammen mit der Erregerspule in einer starren Konfiguration befinden.2. Sensor system according to claim 1, characterized in that the rotating sensor module at least two mutually orthogo nale, active gradiometer, which turns out to be a double gradiometer together with the excitation coil are in a rigid configuration. 3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Doppelgradiometer von einer gemeinsamen Erre­ gerspule mit mindestens zwei Frequenzen erregt werden.3. Sensor system according to claim 1 or claim 2, characterized records that the double gradiometer of a common Erre be excited with at least two frequencies. 4. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Ortsauflösung zwei aktive Doppelgradiometer bei verschiedenen Frequenzen in einem Sensormodul betrieben wer­ den.4. Sensor system according to claims 1 to 3, characterized in that to increase the spatial resolution two active double gradiometers operated at different frequencies in a sensor module the. 5. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störeinflüsse die aktiven Doppelgradiometer im Zeitmultiplexverfahren betrieben werden.5. Sensor system according to claims 1 to 4, characterized in that to reduce mutual interference the active Double gradiometers are operated in time-division multiplexing. 6. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störeinflüsse die aktiven Gradiometer abgeschirmt betrieben werden.6. Sensor system according to claims 1 to 5, characterized in that to reduce mutual interference the active  Gradiometer operated shielded. 7. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störeinflüsse zwei Doppel­ gradiometer einander gegenüberliegend und unveränderlich zueinan­ der synchron auf einer Kreisbahn bewegen.7. Sensor system according to claims 1 to 6, characterized in that that to reduce mutual interference two double gradiometer opposite and unchangeable to each other who move synchronously on a circular path. 8. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der gegenseitigen Störeinflüsse die Doppelgra­ diometer einen bestimmten Mindestabstand einhalten.8. Sensor system according to claims 1 to 7, characterized in that to reduce the mutual interference, the double gra maintain a certain minimum distance. 9. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul mindestens eine zusätzliche passive Magnet­ feldsonde enthält.9. Sensor system according to claims 1 to 8, characterized in that the sensor module has at least one additional passive magnet field probe contains. 10. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des rotierenden Sensormoduls durch einen Drehge­ ber ermittelt wird.10. Sensor system according to claims 1 to 9, characterized in that the position of the rotating sensor module by a Drehge is determined via. 11. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sensorsystem von einem Fahrzeug über die Erdober­ fläche bewegt wird.11. Sensor system according to claims 1 to 10, characterized net that the sensor system from a vehicle over the earth surface is moved. 12. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ort des Sensorsystems ausgehend von einem Bezugs­ punkt ermittelt wird. 12. Sensor system according to claims 1 to 11, characterized net that the location of the sensor system based on a reference point is determined.   13. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ent­ fernung zum Bezugspunkt durch Weggeber gemessen wird.13. Sensor system according to claims 1 to 12, characterized net that the Ent distance to the reference point is measured by the travel sensor. 14. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Position des Sensorsystems durch ein differentielles globales Positionierungssystem (DGPS) ermittelt wird.14. Sensor system according to claims 1 to 13, characterized net that the position of the sensor system by a differential global positioning system (DGPS) is determined. 15. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Position des Sensorsystems zusätzlich durch ein ortsbe­ zogendes Laser Tracking System ermittelt wird.15. Sensor system according to claims 1 to 14, characterized net that the position of the sensor system in addition by a local pulling laser tracking system is determined. 16. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßdaten der Magnetfeldsensoren und des Drehgebers auf dem Sensormodul vorverarbeitet werden.16. Sensor system according to claims 1 to 15, characterized net that the measurement data of the magnetic field sensors and the encoder be preprocessed on the sensor module. 17. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßauflösung abhängig von der Signalgröße durch Ver­ änderung des Meßrasters adaptiv angepaßt wird.17. Sensor system according to claims 1 to 16, characterized net that the measurement resolution depending on the signal size by Ver Modification of the measuring grid is adapted adaptively. 18. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Daten von jedem einzelnen Sensormodul zum Zentral­ rechner elektro-optisch übertragen werden.18. Sensor system according to claims 1 to 17, characterized net that the data from each individual sensor module to the central computer can be transmitted electro-optically. 19. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßdaten der aktiven und passiven Magnetfeldsensoren in Farbwerte umgesetzt werden. 19. Sensor system according to claims 1 to 18, characterized net that the measurement data of the active and passive magnetic field sensors be converted into color values.   20. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Farbwerte ortsbezogen auf dem Bildschirm dargestellt werden.20. Sensor system according to claims 1 to 19, characterized net that the color values are displayed locally on the screen will. 21. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeich­ net, daß aus den Meßdaten das ortsabhängige magnetische Moment, die Magnetisierung und die reversible Magnetisierung berechnet wer­ den.21. Sensor system according to claims 1 to 20, characterized net that the location-dependent magnetic moment from the measurement data, the magnetization and the reversible magnetization are calculated the. 22. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßdaten nach Betrag und Phase ausgewertet werden.22. Sensor system according to claims 1 to 21, characterized net that the measurement data are evaluated according to amount and phase. 23. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeich­ net, daß aus den Meßdaten Ort, Tiefe, Größe und Form von metalli­ schen Objekten berechnet wird.23. Sensor system according to claims 1 to 22, characterized net that from the measurement data location, depth, size and shape of metalli objects is calculated. 24. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 23, dadurch gekennzeich­ net, daß aus den Meßdaten die Art des Materials der Objekte berech­ net wird.24. Sensor system according to claims 1 to 23, characterized net that calculates the type of material of the objects from the measurement data is not. 25. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeich­ net, daß aus den berechneten Daten von Größe, Form und Material eine Klassifizierung der Objekte ermittelt wird.25. Sensor system according to claims 1 to 24, characterized net that from the calculated data of size, shape and material a classification of the objects is determined. 26. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeich­ net, daß für bestimmte Klassifizierungen von Objekten eine Identifika­ tion errechnet wird. 26. Sensor system according to claims 1 to 25, characterized net that an identifier for certain classifications of objects tion is calculated.   27. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeich­ net, daß die klassifizierten/identifizierten Objekte ortsbezogen karto­ graphiert werden.27. Sensor system according to claims 1 to 26, characterized net that the classified / identified objects location-related card be graphed. 28. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 27, dadurch gekennzeich­ net, daß Fundorte, Klassifizierungen und Identifikationen auf dem Bild­ schirm, dem Farbausdruck und auf dem Boden markiert werden.28. Sensor system according to claims 1 to 27, characterized net that localities, classifications and identifications in the picture screen, the color print and on the floor. 29. Sensorsystem nach Ansprüchen 1 bis 28, dadurch gekennzeich­ net, daß die Klassifizierung der Objekte auf dem Boden durch ver­ schiedenfarbige Markierungen erkennbar gemacht wird.29. Sensor system according to claims 1 to 28, characterized net that the classification of objects on the floor by ver different colored markings is made recognizable.
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