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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufspüren von
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verborgenen schwingungsfähigen Gebilden, insbesondere von Leitungen,
die mit Sprengkörpern und Zündkontakten zum Auslösen der Sprengkörper verbunden
sind, nach welchem man von einem Oszillator ein elektromagnetisches Feld aufbauen
läßt, die Oszillatorfrequenz periodisch moduliert, nacheinander die abzusuchenden
Flächenbereiche mit dem elektromagnetischen Feld koppelt, den Schwingkreis daraufhin
überwacht, ob während der Ankopplung an einen der abzusuchenden Flächenbereiche
beim Überlaufen einer oder mehrerer Frequenzen Energie entzogen wird, und durch
den Energieentzug bewirkte Impulse, die der Oszillatorrichtspannung überlagert sind,
zur Anzeige der Gebilde ausnützt. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum
Ausführen des Verfahrens.
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Zum Orten von Zielobjekten ist ein Verfahren bekannt (DT-OS 1473 763),
nach dem man die zu ortenden Zielobjekte mit einem elektrischen Schwingkreis ausrüstet,
der auf eine bestimmte Frequenz fO abgestimmt ist, nach dem man ferner im Ortungsgebiet
frequenzmodulierte elektromagnetische Schwingungen mittels eines Oszillators über
eine Antennenanordnung abstrahlt, der beim Erreichen der Frequenz f0 impulsartig
Energie entzogen wird, wenn sich ein Zielobjekt im Ortungsgebiet befindet, und nach
dem man schließlich die impulsförmige Amplitudenmodulation der Oszillatorschwingung
zur Anzeige des Zielobjektes benutzt. Dabei wählt man die Resonanz frequenz f0 der
den Zielobjekten mitgegebenen Schwingkreise so, daß f0 gleichzeitig die Mittenfrequenz
des Modulationsbereichs der Frequenzmodulation ist.
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Beim beschriebenen Verfahren ist in jedem Falle die Resonanzfrequenz
f0 des dem Zielobjekt mitgegebenen Schwingkreises bekannt. Der Modulationsbereich
der Frequenzmodulation kann also kleingehalten werden und die Resonanzfrequenz immer
ungefähr am gleichen Ort des Modulationsbereiches erwartet werden. Die Erfindung
bezieht sich
jedoch vorwiegend auf solche Fälle, wo schwingungsfähige
Gebilde unbekannter Resonanz frequenz gesucht werden sollen.
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In jüngster Zeit wurde in ostasiatischen Kampfgebieten eine neue Art
der Verlegung von Sprengminen bekannt mit deren Hilfe dem Gegner empfindliche Verluste
zugefügt werden können. Beiderseits eines Dschungelpfades, auf dem der Gegner erwartet
wird, sind entlang einer Strecke, die einen größeren gegnerischen Trupp aufnehmen
kann, Minen verlegt worden. Die elektrischen Zündkreise der Minen sind uber eine
Leitung miteinander sowie mit einer Stromquelle und einem Auslösekontakt in Serie
geschaltet. Der Auslösekontakt ist in Form eines Tretkontaktes versteckt im Pfad
eingebaut, und zwar am vorderen Ende der Minenkette, so daß sich der gegnerische
Trupp vollständig im Explosionsbereich befindet, wenn vom Vordersten des Trupps
die Explosion ausgelöst wird. Häufig kreuzt bereits am hinteren Ende der Minenkette
die Zündleitung den Pfad, in jedem Falle jedoch dort, wo der Tretkontakt versteckt
ist.
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Wenn es gelingt, mit einem Suchgerät die verborgene Zündleitung aufzuspüren,
so kann häufig bereits vor dem Betreten des Minengebietes, spätestens jedoch vor
dem Auslösen der Explosion der bedrohte Trupp die Gefahr erkennen und die notwendigen
Maßnahmen treffen.
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Die bekannten induktiven Suchgeräte versagen bei der Aufgabe, eine
Draht- oder gar eine Litzeleitung geringen Querschnitts aufzufinden, wenn es sich
dabei um eine offene Leitung handelt. Sie benutzen zum Orten von Metallteilen die
Rückwirkung von Wirbelströmen, die zu diesem Zweck in den Metallteilen induziert
worden sind. Bei offenen Draht- oder Litzeleitungen können jedoch nur in zirkularer
Richtung Wirbelströme erzeugt werden. Sind die Querschnitte der Drähte oder der
Litzen gering, so werden diese Wirbelströme so klein, daß sie nicht zu Ortungszwecken
benutzt werden können.
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Geht man davon aus, daß die zu suchenden Leitungen schwingungsfähige
Gebilde sind, wenn auch mit einer relativ hohen Resonanzfrequenz, so ergibt sich
die Möglichkeit, die Technik des oben beschriebenen Verfahrens auf das mitgeteilte
neue Suchproblem oder ihm ähnliche Probleme anzuwenden. Eine offene Leitung der
Länge 1, die einem elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt ist, gerät in Resonanz,
wenn die halbe Wellenlänge der Länge der Lei--t' tung entspricht, also bei 1 = 2.
Dabei fließt ein kräftiger Strom, der in der Mitte der Leitung ein Maximum zeigt,
während die Spannung jeweils am Ende der Leitung Maxima aufweist. Darüber hinaus
sind auch Resonanzschwingungen auf der gleichen Leitung möglich, wenn ungeradzahlige
Vielfache der halben Wellenlänge der Länge 1 entsprechen, also bei 1= 2 ; 1 = 2
usw.
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Eine solche Leitung entzieht bei Resonanz dem erregenden elektromagnetischen
Feld Energie. Läßt man, wie beim oben zitierten Verfahren, das elektromagnetische
Feld von einem frequenzmodulierten Oszillator aufbauen, so erfolgt bei jedem Überlauf
einer Resonanzstelle ein Energieentzug, der am Oszillator als impulsförmige Amplitudenänderung
nachgewiesen werden kann. Beispielsweise treten bei einer Leitung der Länge 1 =
30 m Resonanzstellen auf bei 5, 15, 25 ... MHz.
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Schwierigkeiten bei der Übertragung der bekannten Technik auf die
neue Problematik ergeben sich daraus, daß die Lage der nachzuweisenden Resonanzstellen
unbekannt ist, daß mithin ein relativ großer Frequenzbereich abgefragt werden muß.
Mit der Vergrößerung des abzufragenden Frequenzbereiches erhöht sich aber auch in
starkem Maß die Anzahl der möglichen Störsignale, die fälschlicherweise die Anwesenheit
einer Leitung melden könnten. Als Störungen kommen in Betracht das kontinuierliche
Rauschen, zufällige kurzzeitige breitbandige Störgeräusche und Störungen durch Unterhaltungs-
und Nachrichtenfunk. Es wird daher ein zu-
sätzliches neues Kriterium
zur Unterscheidung solcher Störsignale von den gesuchten Signalen erforderlich.
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Zur Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem
eingangs definierten Gattungsbegriff zu finden, bei dem ein solches zusätzliches
Kriterium gegeben ist, ferner eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens. Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnet
ist und durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 10.
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Die erfindungsgemäße Lösung erbringt ein einfaches und in vielfältiger
Weise auswertbares Unterscheidungskriterium für Nutz- und Störsignale. Sie verbessert
die Einsatzmöglichkeit und Effektivität des Verfahrens der bekannten Gattung bei
den bisherigen Problemen und bietet zusätzliche Einsatzmöglichkeiten bei neuen Problemstellungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen
werden.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren und durch Anwendungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: Figuren 1 und 2 Schaubilder Figur 3 das
Blockschaltbild eines Suchgerätes Figur 4 eine Alternativlösung dazu.
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Figur 1a zeigt ein Beispiel für den Verlauf einer Modulation der Oszillatorfrequenz
in linearer Abhängigkeit von der Zeit. Die sägezahnförmige Modulation mit der Periode
Tm erstreckt sich von 5 bis 60 MHz. Figur 1b gibt die Richtspannung U des frequenzmodulierten
Oszillators wieder. Bei den Frequenzen 10, 30 und 50 MHz sind der Oszillatorrichtspannung
Impulse 1, 2 und 3 überlagert, die erkennen lassen, daß dem Oszillator bei diesen
Frequenzen Energie entzogen wird. Die Leitung, die durch ihre Ankopplung an den
Oszillator diesen Energieentzug verur-
sacht, hat eine Länge 1
= 15 m, vorausgesetzt, sie liegt weitgehend in der Luft. Ist sie in feuchtem Erdreich
verlegt, so wird aufgrund der kapazitiven Belastung der Leitung die Resonanzfrequenz
heruntergedrückt, d. h. eine geringere Leitungslänge ist für die aufgezeichneten
Resonanzen die Ursache. Die Leitung wird in'ihrer Grundwelle sowie in der dritten
und fünften Harmonischen durch die Oszillatorfrequenz zum Schwingen angeregt. Die
Impulse 1, 2, 3 kehren, solange die Kopplung zwischen Oszillator und Leitung besteht,
in jeder Modulationsperiode wieder. Der Abstand zwischen einander zugehörigen Impulsen,
z. B. zwischen den Impulsen 1 und 4 bzw. 4 und 5 usw.
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bleibt dabei stets der einer Periode Tm. Nach der Lehre der Erfindung
sollen nur solche Impulse eine Anzeige bewirken, die sich ein oder mehrmals mit
dem Abstand Tm wiederholen. Dadurch können Störimpulse, wie z. B. ein Impuls 6,
unterdrückt werden.
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Die für das Entstehen eines Signales notwendige Bandbreite hängt von
der Güte und der Resonanz frequenz einer zu suchenden Leitung ab und kann mit B
c Q angegeben werden, mit f = Resonanz frequenz der Leitung und 0 = Güte der Leitung.
Bei etwa gleichbleibender Güte wird also die Bandbreite B im oberen Teil des Modulationsbereichs
erheblich größer als in dessen unterem Teil.
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Entsprechend ändert sich auch die Impulsbreite T. inner-3 halb einer
Modulationsperiode Tm. Da andererseits, um ein sicheres Einschwingen der Leitung
zu gewährleisten, in eine Impulsbreite T. mindestens Q Perioden der Oszilla-3 torfrequenz
fallen sollten, ergibt sich für die Wahl der Modulationsfrequenz eine unerwünschte
Einschränkung nach oben hier. Hielte man die Impulsbreite T. über den Modu-3 lationsbereich
konstant, so würde eine höhere Modulationsfrequenz möglich. Konstanz der Impulsbreite
T. ist auch 3 schon deshalb erwünscht, weil sich damit die Weiterverarbeitung der
Impulse vereinfacht. Bei etwa konstanter Güte Q erreicht man Konstanz der Impulsbreite
T. über den 3 ganzen Modulationsbereich, wenn man der Oszillatorfrequenz
eine
logarithmische Abhängigkeit von der Zeit gibt. In Figur 2 ist als Beispiel ein solcher
Fall, ebenfalls mit den Eckfrequenzen 5 und 60 MHz, dargestellt. Während sich mit
einer Konstanten Güte Q = 10 bei linearer Abhängig-Tm keit am unteren Bandende ein
Tj 100 und am oberen Bandende ein Tj 10 ergab, erhalten wir mit einer Güte Q = 10
bei logarithmischer Abhängigkeit über die ganze Bandbreite T.SY Tm .
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3 26 In Figur 3a ist ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Sucheinrichtung
nach der Lehre der Erfindung schematisch dargestellt. Am linken Bildrand ist das
Suchproblem angedeutet: Beiderseits eines Pfades 11 sind Minen 12 verlegt, die untereinander
sowie mit einer Zündbatterie 13 und einem Tretkontakt 14 durch eine Leitung 15 verbunden
sind. Daneben ist das Blockschaltbild eines Suchgerätes 21 aufgezeichnet. Hauptbestandteil
dieses Suchgerätes ist ein Oszillator 22, dessen Frequenz über einen Steuereingang
23 moduliert werden kann. Die modulierende Spannung für den Oszillator 22 wird von
einem Funktionsgenerator 24 geliefert, der seinerseits von einem sehr frequenzstabilen
Steuergenerator 25 gesteuert wird und dessen Spannung logarithmische Abhängigkeit
von der Zeit aufweist. Eine Spule 26 des Oszillatorschwingkreises ist so am Suchgerät
21 angebracht, daß sie dicht über dem Erdboden geführt werden kann, wenn man das
Suchgerät in Richtung von Pfeil 27 weiterbewegt. Die Spannung des Oszillators 22
gelangt zu einem Gleichrichter 28, der die Oszillatorspannung demoduliert, von da
zu einem Filter 29, in dem der Signalimpuls aufbereitet, d. h. von überflüssigen
und störenden Frquenzen befreit wird. Ein Trigger 39 wandelt die Ausgangsimpulse
des Filters 29 in Signale definierter Amplitude, wenn sie einen bestimmten Schwellwert
überschreiten. Die Ausgangssignale des Triggers 39 sind direkt über Leitung 30 bzw.
über Verzögerungsglieder 31 - 35 mit den Eingängen eines Und-Gatters 36 verbunden,
dessen Ausgang zu einer Anzeigeeinrichtung 37 führt. Die Verzögerungsglieder 31
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auf bestimmte Verzögerungszeiten eingestellt,
und zwar das erste auf die Periodenlänge Tm des Stuergenerators 25, das zweite auf
2 Tm, das dritte auf 3 Tm usw. Die Anzeigeeinrichtung 37, die von beliebiger konventioneller
Art sein kann, etwa mit Tonsignalgeber oder Zeigerinstrument, erhält nur dann ein
Betätigungssignàl, wenn alle Eingänge des Gatters 36 hoch liegen. Das ist dann der
Fall, wenn von einer detektierten Leitung Signale 1, 4, 5 usw.
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vorliegen, und zwar im vorliegenden Beispiel mit fünf Verzögerungsgliedern
von der fünften Modulationsperiode Tm an. Alle zufälligen Störimpulse, die sich
nicht wenigstens fünfmal mit der Periode Tm wiederholen, werden auf diese Weise
unterdrückt.
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In Figur 3b ist eine andere mögliche Ausführung der Verzögerungsglieder
angegeben. Die Verzögerungsglieder 38 sind alle auf die gleiche Verzögerungszeit
Tm dimensioniert und hintereinandergeschaltet. Die Verbindungspunkte jeweils zweier
Verzögerungsglieder 38, außer dem der Eingang des ersten und der Ausgang des letzten
Verzögerungsgliedes, sind mit den Eingängen des Gatters 37 verbunden.
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Die Wirkungsweise der Verzögerungsglieder 38 ist die gleiche wie die
der Verzögerungsglieder 31 - 35. Jedoch ist es häufig einfacher, eine Reihe gleicher
Bauelemente zu realisieren als eine Reihe unterschiedlicher Bauelemente. Allerdings
addieren sich bei Serienschaltung die Einzelfehler der Verzögerungszeiten, so daß
eine größere Genauigkeit verlangt werden muß.
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Eine einfache Alternative zu dem Suchgerät 21 nach Figur 3 bietet
ein Suchgerät 41 nach Figur 4. Auch hier sollen den Weg 11 kreuzende Zündleitungen
15 eines Minensystems 12, 13, 14, 15 aufgespürt werden. Der Oszillator 22 mit Suchspule
26 und der Demodulator 28 können gleich aufgebaut und verbunden sein wie die Generatoren
24 und 25. An den Funktionsgenerator 42 ist noch zusätzlich eine Impulsstufe 44
angeschlossen, die in einem Zeitraum t5 zu beiden Seiten des Rücklauf der sägezahnförmigen
Spannung
des Funktionsgenerators 42 einen Impuls der Breite ts formt. Dieser Impuls dient
dazu, eine möglicherweise während der Zeit ts entstehende Amplitudenmodulation der
Oszillatorrichtspannung durch schnelles Auftrennen eines elektronischen Schalters
45 von der weiteren Verarbeitung auszuschließen. Einauf die Grundfrequenz des Steuergenerators
43 abgestimmtes schmalbandiges Filter 46 übernimmt hier die Aufgabe, die beim Suchgerät
21 nach Figur 3 von den Verzögerungsgliedern 31 - 35 bzw. 38 und den Gatter 37 ausgeführt
wurde. . Infolge der Schmalbandigkeit des Filters 46 genügt ein einmaliger Störimpuls
nicht zum Betreiben der dem Filter 46 nachgeschalteten weiterverarbeitenden Einrichtungen,
die in einem Gleichrichter 47, einem Trigger 48 und einer Anzeigeeinrichtung 49
bestehen. Es ist vielmehr nötig, daß sich die Signale mit der Grundfrequenz des
Steuergenerators 43 etc. über die Länge der Einschwingzeit des Filters 46 wiederholen.
So können in ähnlicher Weise wie oben zufällige Störimpulse unterdrückt werden.
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Es ist aus verschiedenen Ursachen möglich, daß am Eingang des Filters
46 ein andauerndes Störsignal mit der Grundfrequenz des Steuergenerators 43 ansteht,
sei es durch Einstreuung, sei es durch ungewollte Amplitudenmodulation der Oszillatorspannung
o. ä. Für diesen Fall kann eine Kompensationseinrichtung Abhilfe schaffen. Sie besteht
aus einem Phasenschieber 50, der von Generator 43 gespeist wird, einem an den Ausgang
des Phasenschiebers 50 angeschlossenen Symmetrierverstärker 51, einer an dessen
Ausgang angeschlossenen Halbbrücke, bestehend aus den Widerständen 52, 53 und dem
Potentiometer 5f, sowie in einem Vorwiderstand 55. Durch Betätigen des Phasenschiebers
50 und des Potentiometers 54 kann jede beliebige notwendige Kompensationsspannung
hergestellt werden und über Vorwiderstand 55 der am Eingang des Filters 46 liegenden
Signalspannung überlagert werden. Konstant anstehende Störspannung kann durch ein
einmaliges Abgleichen der Kompensationsspannung auf einen gleichgroßen
gegenphasigen
Wert zu Beginn des Sucheinsatzes eliminiert werden.
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Anstelle des elektronischen Schalters 45 oder zusätzlich zu ihm kann
zum Ausblenden bestimmter Bereiche der Periode Tm der Modulationsfrequenz auch von
einer weiteren Möglichkeit Gebrauch gemacht werden. Der Gleichrichter 47, der in
diesem Falle als phasenselektiver Gleichrichter ausgebildet sein muß, wird über
die gestrichelt gezeichnete Leitung 56 und einen Phasenschieber 57 vom Steuergenerator
43 gesteuert. Der auszublendende Phasenbereich kann mittels Phasenschieber 57 eingestellt
werden.
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L e e r s e i t e