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Dokumentenidentifikation DE60205277T2 08.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001456905
Titel EINRICHTUNG ZUR ÜBERWACHUNG DER SENDEANTENNEN VON ELEKTROMAGNETISCHEN DETEKTIONSSYSTEMEN
Anmelder Exaqt S.A. De V.C., Mexico, MX
Erfinder SCHMIDT, François, F-69390 Millery, FR;
HEYDEN, Daniel, F-69780 Toussieu, FR
Vertreter Loesenbeck und Kollegen, 33602 Bielefeld
DE-Aktenzeichen 60205277
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 17.12.2002
EP-Aktenzeichen 028053957
WO-Anmeldetag 17.12.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FR02/04400
WO-Veröffentlichungsnummer 0003055005
WO-Veröffentlichungsdatum 03.07.2003
EP-Offenlegungsdatum 15.09.2004
EP date of grant 27.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse H01Q 7/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01Q 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein elektromagnetische Detektionssysteme, wie etwa jene Systeme, die die Detektion von Gegenständen ausführen, beispielsweise von gestohlenen Gegenständen. Genauer gesagt betrifft diese Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung von Sendeantennen bei solchen elektromagnetischen Detektionssystemen.

In verschiedenen gewerblichen Bereichen werden Detektionssysteme eingesetzt, die die speziellen Merkmale bestimmter magnetischer Materialien ausnutzen, um den Benutzer vom Vorhandensein solcher Materialien in einem für jeden Systemtyp spezifischen Raum in Kenntnis zu setzen.

Die bevorzugten Bereiche für den Einsatz solcher Systeme sind zum Beispiel der Schutz gegen Diebstahl in Geschäften und Lagern, die Identifizierung der Produkte und der Informationsträger, die Detektion chirurgischer Produkte, die im Innern des Körpers von Patienten nach einer Operation vergessen wurden, sowie alle anderen Bereiche, in denen man kleine Variationen im Inneren eines starken magnetischen Feldes messen will.

Die gegenwärtig bekannten elektromagnetischen Detektionssysteme verwenden das folgende Prinzip:

  • – eine erste Antenne oder, meistens, ein aus mehreren Elementarantennen bestehender Satz wird von einem elektronischen Leistungsverstärker gespeist, der den Fluss eines Wechselstroms in der Antenne hervorruft. Dieser Strom erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld in einem für die Antennenform charakteristischen Raum mit einer Intensität, die zur Größe des Stroms proportional ist. Diese Antenne wird Sendeantenne genannt.
  • – Eine zweite Antenne, Empfangsantenne genannt, oder, am häufigsten, ein Satz aus mehreren Elementarantennen, ist der Ort eines induzierten Stroms, der von der Form dieser Antenne und von Variationen des elektromagnetischen Flusses abhängt, der sie durchdringt.
  • – Ein System zur Kompensation, zum Abgleichen und zum Filtern, verschieden je nach den unterschiedlichen Systemen, ermöglicht es, die Empfangsantenne und ihre zugeordneten Verstärkerkreise empfindlich zu machen für das Vorhandensein von Elementen aus speziellen magnetischen Materialien, wenn diese Elemente durch das Sendefeld erregt werden. Man verwendet eine große Vielfalt solcher „Marker", die diverse Typen magnetischer Materialien umfassen.
  • – Eine Recheneinheit, meistens elektronisch, steuert den Sendestrom, bringt die Empfangssignale in Form und erstellt eine Diagnose bezüglich des Vorhandenseins oder nicht von „Markern"; sie gewährleistet auch die Verbindungen zwischen den Systemen und den außerhalb liegenden Vorrichtungen.

Die Patentanmeldung US 4,274,090 beschreibt ein Überwachungssystem mit einer einzigen Empfangsantenne und zwei Sendeantennen, wobei diese letzteren abwechselnd eingesetzt werden.

Die aktuellen elektromagnetischen Detektionssysteme verwenden praktisch alle einen abgestimmten Sendekreis, das heißt, dass die Sendeantenne mit kapazitiven, induktiven und resistiven Komponenten verbunden ist, die eine Überspannung für die Frequenz oder die Frequenzen erzeugen, die für jedes System charakteristisch sind. Die abgestimmten Sende-Stromkreise sind vorteilhaft, um den Strom in den Sendeantennen zu verstärken, ohne Leistungsverstärker zu großen Volumens einzusetzen.

Andererseits wird hier, wie bei jedem abgestimmten Stromkreis, der einen großen Überspannungsfaktor aufweist, relativ lange Zeit benötigt, um die Amplitude oder die Phase des in den Antennen fließenden Wechselstroms zu ändern. Außerdem, falls die Sendefrequenz geändert werden soll, muß man auch die Abstimmung des abgestimmten Stromkreises ändern, was kostenaufwendig ist, da es sich um einen Leistungskreis handelt, in dem hohe Ströme fließen und der teure und voluminöse Komponenten verwendet; diese Funktion ist in zahlreichen Systemen absolut unverzichtbar, denn man muß mehrere Einrichtungen exakt auf die gleiche Frequenz synchronisieren, damit sie sich nicht gegenseitig stören, wenn sie in ein und derselben Umgebung angeordnet werden. Die Änderung der Stromphase ermöglicht es ihrerseits, die bevorzugten Richtungen der ausgesandten elektromagnetischen Felder zu ändern und so „Marker" zu detektieren, deren Richtung der maximalen Empfindlichkeit variabel ist.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile insgesamt zu beseitigen, und sie hat demnach das Ziel, den Teil „Senden" bei den elektromagnetischen Detektionssystemen des hier betroffenen Typs stark zu vereinfachen, wodurch eine beträchtliche Kostenersparnis erzielt wird, und dabei die Möglichkeit zu bieten, sehr leicht und ohne zusätzliche kostspielige Vorrichtung Funktionen zu implementieren, die erwünscht sind, wie die Möglichkeit, ohne Verzögerung die Frequenzen, die Amplituden und die Stromphasen zu steuern, die in mehreren Antennenelementen fließen, wobei eine direkte Steuerung der Sendeantenne vorgeschlagen wird, ohne Abstimmelement zwischen dem Leistungsverstärker und der Antenne.

Zu diesem Zweck ist im wesentlichen Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung von Sendeantennen von elektromagnetischen Detektionssystemen, und zwar bei einem Detektionssystem mit Daueremission, das mindestens eine Sendeantenne und mindestens eine Empfangsantenne umfasst, wobei die oder jede Sendeantenne von einem elektronischen Leistungsverstärker gespeist wird und wobei die oder jede Empfangsantenne mit einem Kompensationskreis verbunden ist, wobei die Einrichtung hauptsächlich aus folgenden kombinierten Elementen zusammengesetzt ist:

  • – mindestens einem Sendeantennen-Element im eigentlichen Sinn, das nicht auf eine Frequenz abgestimmt ist,
  • – mindestens einem vereinfachten Leistungsverstärker, der mit der Einstellung „Ein oder Aus" funktioniert, des Typs „H-Brücken"-Verstärker oder „Halbbrücken-" oder „Viertelbrücken"-Verstärker, wobei das oder jedes Sendeantennen-Element direkt an diesen Leistungsverstärker gekoppelt ist, und
  • – mindestens einem elektronischen Speisestromkreis, dessen Ausgang mit dem Leistungsverstärker verbunden ist.

Demnach besteht die der Erfindung zugrundeliegende Idee darin, die Sendeantenne direkt mit ihrem Leistungsverstärker zu verbinden, und zwar ohne Anpassungsteile wie Transformatoren, Induktivitäten oder Kondensatoren, wobei der Verstärker vorzugsweise einer des sogenannten „H-Brücken"-Typs ist, aber auch das Layout der sogenannten „Halb-Brücke", ja sogar der „Viertel-Brücke" verwenden kann, wie nachstehend erläutert wird. In allen Fällen handelt es sich um einen vereinfachten Verstärker, der mit der Einstellung „Ein oder Aus" funktioniert und direkt durch Signale des digitalen Typs gesteuert wird, das heißt, der einen Zustand „Null" oder einen Zustand „Eins" hat.

Die direkte Kopplung zwischen der Sendeantenne und dem Verstärker ermöglicht es, die Frequenz des von der Antenne ausgesandten elektromagnetischen Feldes rasch variieren zu lassen, und ebenso, die Phase des von dieser Antenne ausgesandten elektromagnetischen Feldes rasch variieren zu lassen.

In dem Maße, in dem die Sendeantenne und der Verstärker von einem elektronischen Speisestromkreis des Typs „Regelung des Leistungsfaktors" gespeist werden, ist es auch möglich, die Amplitude des von der Antenne ausgesandten elektromagnetischen Feldes rasch variieren zu lassen durch Änderung der elektrischen Spannung, die dem Leistungsverstärker von einem solchen Speisestromkreis zugeführt wird.

Dieser funktionale Aufbau entfaltet hier seine ganze Wirksamkeit aufgrund der Tatsache, dass die Antenne nicht abgestimmt ist, und er erlaubt eine beträchtliche Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Empfindlichkeit der Detektion.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der oder jeder Sendeverstärker ein Verstärker des Typs „H-Brücke" mit vier Zweigen, wobei jeder Zweig ein aktives Umschaltelement und ein passives Rückspeisungselement umfasst, die parallel angeordnet sind, und wobei die vier Zweige mit Versorgungsteilen verbunden sind, und ihre Umschaltelemente ebenfalls über Steuerstufen mit einer elektronischen Stufe für die Formung der Steuersignale verbunden sind.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der oder jeder Sendeverstärker ein Verstärker des Typs „H-Halbbrücke" mit vier Zweigen, von denen zwei ein aktives Umschaltelement und ein passives Rückspeisungselement umfassen, die parallel angeordnet sind, während die zwei anderen Zweige von mindestens einem Kondensator und/oder mindestens einem Versorgungsteil gebildet werden, wobei die Umschaltelemente der zwei ersten Zweige über mindestens eine Steuerstufe mit einer elektronischen Stufe für die Formung der Steuersignale verbunden sind.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist der oder jeder Sendeverstärker ein Verstärker des Typs „Viertel-H-Brücke" mit vier Zweigen, von denen nur einer ein aktives Umschaltelement und ein passives Rückspeisungselement umfasst, die parallel angeordnet sind, während die anderen Zweige von mindestens einem Kondensator und/oder mindestens einem Versorgungsteil gebildet werden, wobei das Umschaltelement des ersten Zweiges über eine Steuerstufe mit einer elektronischen Stufe für die Formung der Steuersignale verbunden ist. Allerdings sind bei diesem letzteren Ausführungsbeispiel die Einsatzmöglichkeiten des Verstärkers verringert, denn das einzige aktive Element kann den Strom in der Sendeantenne nur in einer einzigen Richtung steuern.

Bemerkenswert ist auch, dass die Kondensatoren, die bei den Ausführungsbeispielen „Halbbrücke" oder „Viertelbrücke" in den passiven Zweigen der H-Brücken eingesetzt werden, die Aufgabe haben, Umkehrpunkte für den Strom in der Sendeantenne mit angepassten elektrischen Spannungen zu bilden; diese Kondensatoren haben im allgemeinen eine große Kapazität und sie werden hier nicht eingesetzt, um den Stromkreis abzustimmen, den sie mit dem induktiven Widerstand des zugeordneten Antennenelements bilden.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der oder jeder Leistungsverstärker vorgesehen, um in dem Sendeantennen-Element, das mit diesem Verstärker direkt gekoppelt ist, einen Strom in im wesentlichen „dreieckiger" Form fließen zu lassen, wobei die Spannung in diesem Sendeantennen-Element den Verlauf eines „Rechteck"-Signals hat. Zu diesem Zweck werden die Sendeverstärker ihrerseits vorteilhafterweise von „Rechteck"-Eingangssignalen und Signalen mit maximaler Amplitude gesteuert, wodurch ihre Bauweise extrem vereinfacht, die Anzahl der Komponenten gesenkt und die Wärmeabstrahlung reduziert werden kann, ebenso wie die Oberfläche der thermischen Dissipatoren, die zur Ableitung der erzeugten Wärme eingesetzt werden.

Abhängig von den Änderungen des „Rechteck"-Signals zur Steuerung der Verstärker kann der in dem oder in jedem Sendeantennen-Element fließende Strom, also das von diesem Antennen-Element ausgehende elektromagnetische Feld, in der Frequenz und/oder der Phase und/oder der Amplitude moduliert werden, und zwar gemäß jedem beliebigen gewünschten Variationsgesetz, zum Beispiel sinusförmig, dreieckig, rechteckig oder zufällig. Man wird feststellen, dass die Erhöhung der Sendefrequenz es erlaubt, die Amplitude des ausgestrahlten elektromagnetischen Feldes zu verkleinern, da es nicht wünschenswert oder nicht möglich ist, die vom Versorgungsteil zum Verstärker gelieferte elektrische Spannung herabzusetzen.

Gemäß einem anderen Kennzeichen der Erfindung umfasst der oder jeder Kompensationskreis, der das von einem Empfangsantennen-Element ausgehende Signal empfängt, einen Schaltkreis für die Adaptation und die Verstärkung, Kondensatoren, Induktivitäten und Umschalter, die so angeordnet sind, dass sie die Transienten-Signale abschwächen, die im Empfangsantennen-Element erzeugt werden, insbesondere während der Spannungsinversionen in dem Augenblick, in dem der Verstärker umgeschaltet wird, und ebenso während der Strominversionen in der Antenne, um im Verstärker die Wirkungen des Stromdurchgangs zu kompensieren, der wechselweise in dem oder den aktiven Umschaltelementen und in dem oder den passiven Rückspeisungselementen erfolgt. Die für die Funktion der Kompensation eingesetzten Komponenten können auch die Funktion des Abgleichs zwischen mehreren Empfangsantennen-Elementen erfüllen, um die von der Empfangsantenne durch die Nähe der Sendeantenne und von magnetischen Materialien erzeugten Signale zu dämpfen. Die Lösung mit einem Kompensationskreis, der in den Empfangsweg zwischengeschaltet ist, ist wirksamer und weniger kostenaufwendig als die Adaptiv-Glieder, die am Sendeverstärker realisiert werden, zum Beispiel, indem die Zahl der aktiven Umschaltelemente erhöht wird oder indem für die aktiven Umschaltelemente und die passiven Rückspeisungselemente Versorgungen mit komplementärer Polarisation eingesetzt werden.

Die Erfindung wird besser verstanden werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung mit Bezug auf den anhängenden schematischen Zeichnungssatz, der beispielhaft einige Ausführungsbeispiele dieser Einrichtung zur Steuerung von Sendeantennen von elektromagnetischen Detektionssystemen darstellt:

1 ist ein allgemeines Übersichtsschema eines Systems von Detektionsantennen mit den zugeordneten elektronischen Schaltkreisen;

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Verstärker des „H-Brücken"-Typs, der mit einem Sendeantennen-Element verbunden ist;

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Verstärker des „Halbbrücken"-Typs, der mit einem Sendeantennen-Element verbunden ist;

4 ist ein Diagramm, das Beispiele von Strom- und Spannungsformen in einem Sendeantennen-Element zeigt;

5 stellt detaillierter ein Ausführungsbeispiel des Kompensationskreises dar.

Die 1 zeigt eine typische Antenne eines elektromagnetischen Detektionssystems für gestohlene Gegenstände, wobei die global mit der Kennziffer 2 bezeichnete Antenne ein mechanisches Ensemble 3 umfasst, das die Windungen der Sende- und Empfangsantennen trägt. Die Sendeantennen umfassen hier zwei Sendeantennen-Elemente 4, während die Empfangsantennen zwei Empfangsantennen-Elemente 5 umfassen. Die zwei Sendeantennen-Elemente 4 wie auch die zwei Empfangsantennen-Elemente 5 bilden zwei abgeglichene Zweige, zum Beispiel in Dreiecksform, die einander kompensieren.

Für jedes der zwei Sendenantennen-Elemente 4 ist ein Verstärker vorgesehen, das heißt, bei dem gezeigten Beispiel zwei Verstärker 6. Der Ausgang jedes Verstärkers 6 ist elektrisch mit dem entsprechenden Sendeantennen-Element 4 verbunden.

Das System hat eine allgemeine elektrische Versorgung 7 vom Wechselstrom-Verteilernetz her oder von jeder beliebigen anderen elektrischen Energiequelle, wie etwa Zellen, Akkumulatoren-Batterien oder Solarzellen. Die allgemeine Versorgung 7 speist zwei separate Netzteile 8, die jeweils mit den zwei Sendeverstärkern 6 assoziiert sind. Der Ausgang jedes separaten Netzteils 8 ist mit dem entsprechenden Sendeverstärker 6 verbunden.

Jedem Empfangsantennen-Element 5 ist ein Kompensationskreis 9 zugeordnet.

Das System umfasst auch noch eine elektronische Verarbeitungseinheit 10, die die folgenden Funktionen erfüllt (in Verbindung mit den anderen Bestandteilen):

  • – Die Einheit 10 sendet Steuersignale an die Verstärker 6. Nach der Verstärkung bestimmen diese Signale die zeitliche Form des von den Sendeantennen-Elementen 4 ausgehenden Signals.
  • – Die Einheit 10 sendet Steuersignale an die Netzteile 8, um deren Ausgangsspannung zu steuern, die die Verstärker 6 speist, und definiert die Amplitude der Ströme, die in den Sendeantennen-Elementen 4 fließen, also die Stärke der elektromagnetischen Felder, die von diesen Antennen-Elementen 4 ausgehen.
  • – Die Einheit 10 steuert die Kompensationskreise 9, die an die Empfangsantennen-Elemente 5 direkt angeschlossen sind, und empfängt die von diesen Kreisen 9 abgegebenen kompensierten Signale, mit denen sie die Verarbeitungsvorgänge durchführt, die es ermöglichen, die Entscheidung zur Detektion des Vorhandenseins von „Markern" im Feld der Antenne 2 herbeizuführen.
  • – Schließlich hat die Einheit 10 Interfaces (wie von Pfeilen auf der rechten Seite der 1 symbolisiert), um Informationen an Peripheriesysteme abzugeben oder von dort zu empfangen.

Die 2 stellt im einzelnen einen Verstärker 6 dar, der einem Sendeantennen-Element 4 zugeordnet ist, wobei der Verstärker 6 ein „H-Brücken"-Verstärker ist.

Jeder der vier Zweige einer solchen „H-Brücke" umfasst ein aktives Umschaltelement 11 und ein passives Rückspeisungselement 12, die parallel angeordnet sind, wobei die Pfeile die Fließrichtung des Stroms in diesen Elementen 11 und 12 anzeigen. Das aktive Umschaltelement 11 ist zum Beispiel ein bipolarer oder Feldeffekt-Transistor, ein Thyristor oder ein IGBT-Transistor. Das passive Rückspeisungselement 12 ist zum Beispiel eine Diode.

Versorgungsteile 13 liefern den aktiven Umschaltelementen 11 die notwendige Leistung für die adäquate Spannung. Diese Versorgungsteile 13 absorbieren auch die Spitzenströme von den passiven Rückspeisungselementen 12.

Elektronische Steuerstufen 14 gewährleisten die Steuerung der aktiven Umschaltelemente 11, wobei jede Stufe 14 einem Paar von Umschaltelementen 11 zugeordnet ist, Die Steuerstufe 14 macht ein Umschaltelement 11 des betreffenden Paares leitend, zugleich trennt sie das andere Umschaltelement 11 ab, und das abwechselnd bei einem Element 11 (wie demjenigen oben) und dem anderen Element 11 (wie demjenigen unten). Diese Steuerstufe 14 kann mit diskreten elektronischen Komponenten oder mit spezialisierten integrierten Kreisen realisiert werden.

Schließlich hat der Verstärker 6 des Typs „H-Brücke" eine elektronische Stufe 15 für die Formung der Steuersignale. Die Stufe 15 empfängt die Signale, die von der Verarbeitungseinheit 10 (1) herkommen, und passt sie an, damit sie von den Steuerstufen 14 benutzt werden können.

Der „H-Brücken"-Verstärker 6, der so aufgebaut ist, wie gerade beschrieben, wird direkt mit dem zugeordneten Sendeantennen-Element 4 gekoppelt.

Die 3, in der die Elemente, die denjenigen in der 2 entsprechen, mit den gleichen Kennziffern bezeichnet sind, zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Verstärkers 6, der einem Sendeantennen-Element 4 zugeordnet ist. Es handelt sich hierbei um einen „Halbbrücken"-Verstärker, der ebenfalls direkt mit dem Sendeantennen-Element 4 gekoppelt ist. Zwei Zweige der H-Brücke der 2, die vorstehend beschrieben ist, sind hier durch einen oder mehrere Kondensatoren 16 ersetzt, die allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren Ergänzungs-Versorgungsteilen, wie dem bei 17 angezeigten, einsetzbar sind.

Während des Betriebs der Antenne 2, unter jeweiliger Berücksichtigung der Funktionsweise der kompletten „H-Brücke" oder der „Halbbrücke", die den Sendeverstärker 6 bildet, hat der Strom I in dem Sendeantennen-Element 4 in Abhängigkeit von der Zeit t den Verlauf, der im unteren Teil der 4 dargestellt ist. Der Strom I hat hier grundsätzlich eine „Dreiecks"-Form. Was die Spannung V bei dem gleichen Sendeantennen-Element 4 angeht, so hat diese den Verlauf eines „Rechteck"-Signals, wie im oberen Teil der 4 dargestellt ist, wobei angenommen wird, dass der Sendeverstärker 6 an seinem Eingang durch ein seinerseits „rechteckiges" Signal gesteuert wird.

Wie die 4 ebenfalls zeigt, kann dieses „rechteckige" Signal frequenzmoduliert werden.

Bemerkenswert ist auch, dass die Version mit vollständiger „H-Brücke" (2) des Sendeverstärkers 6 zum Beispiel sehr gut geeignet ist für eine Einrichtung, die von einem Wechselstromnetz mit 110 V gespeist wird, während die Version mit „Halb-Brücke" (3) vorteilhaft ist im Falle eines Wechselstromnetzes mit 220 V; in der Tat liefert die „Halb-Brücke" dem Sendeantennenelement 4 eine Wechselspannung, deren Wert gleich der Hälfte derjenigen ist, die die vollständige „H-Brücke" liefert.

Schließlich zeigt die 5 den Kompensationskreis 9, der einem Empfangsantennen-Element 5 zugeordnet ist. Der Kompensationskreis 9 umfasst einen Schaltkreis 18 für die Adaptation der Impedanz und der Verstärkung, Kondensatoren 19, 20 und 21, Induktivitäten 22, 23, 24 und 25 und Umschalter 26 und 27, wobei diese letzteren von der elektronischen Verarbeitungseinheit 10 (1) gesteuert werden, und zwar synchron zu den Spannungen V und den Strömen I (4) der Sendeantennen-Elemente 4. Der so gebildete Kompensationskreis 9 gewährleistet die Formung der Empfangssignale R, insbesondere, um das Phänomen der Störung des insgesamt „dreieckigen" Verlaufs des Stroms I durch eine kleine Spannungsstufe in den Augenblicken zu vermindern, wo sich die Richtung dieses Stroms umkehrt, wobei die „H-Brücke" von einem Betrieb, der von den Umschaltelementen 11 gesteuert wird, zu einem Betrieb übergeht, der von den Rückspeisungselementen 12 (2 und 3) gesteuert wird. Der Kompensationskreis 9 gewährleistet so eine Filterung, die die Transienten ausschaltet, die beim Empfangssignal auftreten, hauptsächlich bei Inversionen der Richtung des Stroms I. Der Kompensationskreis 9 greift auch bei Inversionen der Richtungsänderung des Stroms I ein, das heißt, bei den Durchgängen durch die Maxima und Minima des „Dreiecks" (4). Schließlich stellt der Kompensationskreis 9 eine Gleichgewichtung her, um beim Empfangssignal R restliche Unbalancen zwischen den positiven und den negativen Wechseln auszugleichen; diese Unbalancen haben einen internen Ursprung aufgrund der Konstruktionstoleranzen des Systems, und auch einen äußeren Ursprung, zum Beispiel aufgrund von Unsymmetrien der elektromagnetischen Impedanz der natürlichen Umwelt der Antenne 2.

Das vorstehend beschriebene elektromagnetische Detektionssystem ist nicht nur für die Detektion von gestohlenen Gegenständen einsetzbar, sondern auch zur Detektion anderer Objekte und noch allgemeiner zu allen Detektionen, die auf kleinen Variationen im Inneren eines starken elektromagnetischen Feldes beruhen.

Ein spezieller Einsatz der Erfindung ist die Detektion des Vorhandenseins eines Materials, das in mehr oder weniger geräuschvolle Vibration gerät, wenn es in das von dem System ausgehende elektromagnetische Feld gerät, was zum Beispiel der Fall ist bei den magnetostriktiven Materialien. Man benutzt dann die Erhöhung der Sendefrequenz, um diese Frequenz in den unhörbaren Bereich zu bringen, das heißt typischerweise über 20 kHz, um eine mögliche akustische Belästigung zu begrenzen. Das Vorhandensein von Materialien, die fähig sind, so in Vibration zu geraten, kann automatisch detektiert werden, beispielsweise mit Hilfe eines Mikrofons, das auf das akustische Geräusch reagiert, das von dem betreffenden Material erzeugt wird; im Fall der Detektion geht das System automatisch in den Sendemodus mit erhöhter Frequenz über. Im übrigen kann das System das gleiche sein wie das, das für die Detektion von Markern im Hinblick auf die Detektion gestohlener Gegenstände eingesetzt wird, wobei die elektronische Verarbeitungseinheit allerdings eine spezifische Software für diese zusätzliche Funktion einsetzt.

Man würde den Rahmen der Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, nicht verlassen:

  • – wenn man bei einer Variante einen Sendeverstärker des sogenannten „Viertelbrücken"-Typs einsetzt, der nur ein aktives Umschaltelement und ein passives Rückspeisungselement in einem Zweig verwendet, während alle anderen Zweige der Brücke von Kondensatoren oder Versorgungsteilen gebildet werden;
  • – wenn man die Einzelheiten der elektronischen Kreise modifiziert;
  • – wenn man die Form, die Anordnung und die Anzahl der Sendeantennen-Elemente und der Empfangsantennen-Elemente ändert;
  • – wenn man die Einrichtung in jeder gewünschten Weise steuert, insbesondere, indem die Frequenz oder die Phase oder die Amplitude des von den Antennen-Elementen ausgehenden elektromagnetischen Feldes geändert wird, und zwar nach jedem beliebigen Variationsgesetz, und wenn man die dreieckige Form des Stroms, der durch das oder die Sendeantennen-Elemente fließt, modifiziert oder adaptiert;
  • – wenn man, im Fall eines Systems, das zwei oder mehrere Sendeantennen-Elemente umfasst, von denen jedes direkt an einen Verstärker gekoppelt ist, jeden Sendeverstärker durch ein von den anderen verschiedenes Signal steuert, wodurch das Ensemble es ermöglicht, eine spezielle räumliche Konfiguration des ausgesandten elektromagnetischen Feldes zu erzeugen und diese räumliche Konfiguration rasch geändert werden kann.


Anspruch[de]
  1. Einrichtung zur Steuerung der Sendeantennen von elektromagnetischen Detektionssystemen bei einem Detektionssystem mit Daueremission, die mindestens eine Sendeantenne und mindestens eine Empfangsantenne umfasst, wobei die oder jede Sendeantenne von einem elektronischen Leistungsverstärker gespeist wird und wobei die oder jede Empfangsantenne mit einem Kompensationskreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus folgenden Elementen zusammengesetzt ist:

    – mindestens einer Sendeantenne (4) im eigentlichen Sinn, die nicht auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt ist,

    – mindestens einem vereinfachten Leistungsverstärker (6), der mit der Einstellung „Ein oder Aus" funktioniert und der ein „H-Brücken"-Verstärker oder ein „Halbbrücken"- oder ein „Viertelbrücken"-Verstärker ist, wobei das oder jedes Sendeantennen-Element (4) direkt an diesen Leistungsverstärker (6) gekoppelt ist, und

    – mindestens einem elektronischen Speisestromkreis (9), dessen Ausgang mit dem Leistungsverstärker (6) verbunden ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sendeverstärker (6) ein „H-Brücken"-Verstärker mit vier Zweigen ist, wobei jeder Zweig ein aktives Umschaltelement (11) und ein passives Rückspeisungselement (12) umfasst, die parallel angeordnet sind, und wobei die vier Zweige mit Versorgungsleitungen (13) verbunden sind, und ihre Umschaltelemente (11) ebenfalls über Steuerstufen (14) mit einer elektronischen Stufe (15) für die Formung der Steuersignale verbunden sind.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sendeverstärker (6) ein „H-Halbbrücken"-Verstärker mit vier Zweigen ist, von denen zwei ein aktives Umschaltelement (11) und ein passives Rückspeisungselement (12) umfassen, die parallel angeordnet sind, während die zwei anderen Zweige von mindestens einem Kondensator (16) und/oder von mindestens einer Versorgungsleitung (13, 17) gebildet werden, wobei die Umschaltelemente (11) der beiden ersten Zweige über mindestens eine Steuerstufe (14) mit einer elektronischen Stufe (15) für die Formung der Steuersignale verbunden sind.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sendeverstärker ein Verstärker in Form einer „Viertel-H-Brücke" mit vier Zweigen ist, von denen nur einer ein aktives Umschaltelement (11) und ein passives Rückspeisungselement (12) umfasst, die parallel angeordnet sind, während die anderen Zweige von mindestens einem Kondensator und/oder von mindestens einer Versorgungsleitung gebildet werden, wobei das Umschaltelement (11) des ersten Zweiges über eine Steuerstufe mit einer elektronischen Stufe für die Formung der Steuersignale verbunden ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sendeverstärker (6) vorgesehen ist, um in dem Sendeantennen-Element (4), das mit diesem Verstärker (6) direkt gekoppelt ist, einen Strom (I) in im wesentlichen „dreieckiger" Form fließen zu lassen, wobei die Spannung (V) in demselben Sendeantennen-Element (4) den Verlauf eines „Rechteck"-Signals hat.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem oder in jedem Sendeantennen-Element (4) zirkulierende Strom (I), also das von diesem Antennen-Element (4) ausgehende elektromagnetische Feld, in der Frequenz und/oder der Phase und/oder der Amplitude moduliert wird.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Kompensationskreis (9), der das von einem Empfangsantennen-Element (5) abgegebene Signal (R) empfängt, einen Stromkreis (18) für die Adaptation und die Verstärkung, Kondensatoren (19, 20, 21), Induktivitäten (22, 23, 24, 25) und Umschalter (26, 27) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie die Transienten-Signale abschwächen, die im Empfangsantennen-Element (5) erzeugt werden.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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