DE4002829C2 - Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen; insbesondere betrifft sie eine verbesserte Diskriminierung (Unterscheidung) in einem Metalldetektor.

Wenn man einen Metalldetektor zur Überprüfung großer Personengruppen einsetzt, dann besteht der bemerkens­ werteste Verlangsamungsfaktor des Verfahrens in den Fehl­ alarmen, die von kleinen harmlosen Gegenständen hervor­ gerufen werden. Wenn man die Ursache für diese Fehlalarme herausfinden will, so kann dies zeitaufwendig sein und zur Bildung von Schlangen an den Kontrollpunkten führen. Gleichzeitig müssen Feuerwaffen natürlich einen Alarm verursachen. Diese Fähigkeit des Metalldetektors zur Unterscheidung eines gefährlichen, relativ großen Gegen­ standes unter verschiedenen kleinen und harmlosen Objekten wird Diskriminierung genannt.

Es wurde versucht, die Diskriminierung eines Metall­ detektors mit Hilfe von einer Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zu verbessern, z. B. durch ein Ausgleichen der Empfindlichkeitsverteilung mit Hilfe einer verbesserten Spulenauslegung. Dies ist deswegen wichtig, weil die Empfindlichkeit des Gerätes im allgemeinen nach Maßgabe des Punktes mit geringster Empfindlichkeit eingestellt wird. Deshalb, wenn die Empfindlichkeitsverteilung un­ gleich ist, können bemerkenswert kleine Gegenstände einen Alarm an den empfindlichsten Punkten des Tors verursachen. Die Empfindlichkeitsverteilung wurde z. B. mit Hilfe eines Zweikanalverfahrens verbessert, wie z. B. in der US-PS 4 605 898, wo zwei Sätze von Übertrager/Empfänger eingesetzt wurden. Darüberhinaus kann man die Empfindlich­ keitsverteilung durch eine rechnergestützte Spulenaus­ legung verbessern.

Die Diskriminierung kann auch durch Abstimmen des Zeitverhaltens des Metalldetektors verstärkt werden. Jedoch wird bei den eingesetzten Geräten Üblicherweise nur ein Meßfenster verwendet, welches hinter den Abschaltpunkt des Übertragungsstromes angeordnet ist. Es ist deswegen nicht möglich, in bezug auf die Diskriminierung mit Hilfe dieses Verfahrens irgendeine wesentliche Verbesserung zu erreichen.

Zur Diskriminierungsverbesserung können die Spulen des Metalldetektors so gebaut sein, daß eine Gruppe von N ähnlichen und Über ein weites Gebiet verteilten Objekten eine wesentlich geringere Antwort ergibt als die mit N multiplizierte Antwort von einem solchen Objekt. Ein entsprechendes System ist z. B. in der US-PS 4 605 898 beschrieben, welches aus benachbarten Schleifen aufgebaut ist, die in entgegengesetzten Richtungen gespult sind.

Aus der DE 37 27 416 A1 ist ein Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen bekannt, wobei die Antwort aus der Fläche des Abschaltpeaks bei zwei unterschiedlichen Meßperioden abgetastet wird. Dieses Verfahren betrifft eine Verbesserung hinsichtlich der Empfindlichkeit und der Materialerkennung und kann nicht für eine Diskriminierungsverbesserung eines Metalldetektors eingesetzt werden, weil gemäß diesem Verfahren nur ein geringes Übersteigen der Alarmgrenze beobachtet wird, nicht jedoch die Korrelation der Antwort aus der Fläche des Abschaltpeaks mit der Antwort von außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einige der Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen bereitzustellen, so daß unbeachtliche kleine Gegenstände von gefährlichen großen Gegenständen unterschieden werden können (Diskriminierung).

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und 11. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird das durch den Metalldetektor laufende Material mit mindestens zwei unterschiedlichen Verzögerungen auf Antwort untersucht, so daß mindestens eine Antwort inner­ halb der Fläche des Abschaltpeaks definiert ist bzw. mindestens eine Antwort außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks definiert ist, und daß die Korrelation der Antworten innerhalb eines ge­ gebenen Zeitabschnitts untersucht wird. Somit verhält sich ein einigermaßen großes Objekt anders als viele kleine Objekte, und die Diskriminierung kann verbessert werden, indem man die Kor­ relation vergleicht zwischen der von dem Material mit langer Verzögerung gegebenen Antwort mit der Antwort von kurzer Verzö­ gerung. Wenn man bei der Messung der Antworten Kanäle und/oder Frequenzen in gleicher Zahl einsetzt, wie Antworten vorhanden sind, können sowohl die Antworten mit langer als auch mit kur­ zer Verzögerung im wesentlichen gleichzeitig bestimmt werden. Wenn man die gemessenen Antworten mit Hilfe einer Zeitvariablen an die gleichen Koordinaten (Zeitvariable gegen Antwort) setzt, kann bei einem einigermaßen großen Objekt erreicht werden, daß sich die maximalen Absolutwerte der Antworten mit unterschied­ lichen Verzögerungen gleichzeitig einstellen, wogegen bei einer Anzahl von Objekten, wenn der Absolutwert der Antwort mit kur­ zer Verzögerung sein Maximum erreicht, die Antwort mit langer Verzögerung nicht weit von Null entfernt ist.

Bei einem Metalldetektor mit Pulstechnik besteht die Über­ tragungs-Pulssequenz aus einer Anzahl von regelmäßig wiederhol­ ten identischen Pulsen mit abwechselnder Polarität mit einer Wiederholungsfrequenz von beispielsweise 1 kHz, bzw. kann nach jeder Sequenz mit abwechseln der Polarität abgetastet werden.

Ein solcher Detektor nimmt Störungen hin, die innerhalb der Wiederholungsfrequenz liegen oder seine ungeradzahligen harmonischen Oberschwingungen darstellen. Die rechnerische Genauigkeit der Koeffizienten, die die Grundlage für die Diskriminierung bilden, kann bei einem pulsbetriebenen Gerät dadurch verbessert werden, indem man das Abtasten so einrichtet, daß die Antworten mit langer und kurzer Wiederholung unter Einsatz unterschiedlicher Wieder­ holungsfrequenzen gemessen werden, die vorteilhaft zu­ einander in ganzzahliger Beziehung stehen. Z. B. kann man die Messung mit kurzer Verzögerung mit der Wieder­ holungsfrequenz von 500 Hz, und die Messung der langen Verzögerung mit einer Wiederholungsfrequenz von 1 kHz durchführen. Bei der ersteren Messung liegen die hinge­ nommenen Störungen bei den Frequenzen 500 Hz, 1,5 kHz, 2,5 kHz, 3,5 kHz usw., und bei der zweiten Messung bei den Frequenzen 1 kHz, 3 kHz, 5 kHz usw. Mit den bei unter­ schiedlichen Verzögerungen gemessenen Antworten werden somit Störungen unterschiedlicher Frequenzen verbunden, wobei die Störungen bei der Bestimmung der kennzeichnenden Parameter geschwächt werden. Um den Maximalpunkt des Absolutwertes der kurzen Verzögerung erfindungsgemäß zu bestimmen und dabei jegliches Meßrauschen zu vermeiden, kann der Parameter a wie folgt entsprechend Gleichung (1) definiert werden:

wobei A_S und A_L die bei kurzer und langer Verzögerung gemessenen Antworten darstellen. In Gleichung (1) er­ streckt sich die Integration über die Zeitvariable t während das gemessene Material durch den Metalldetektor läuft. Der Parameter a stellt einen Korrelationskoeffi­ zienten dar, der auch vergleichbar ist mit der Größe der Antwort mit langer Verzögerung. Der Absolutwert des Parameters ist hoch, wenn die Antworten während der ge­ samten Meßdauer im wesentlichen gleiche Vorzeichen auf­ weisen, d. h. wenn sowohl die Antworten mit langer als auch mit kurzer Verzögerung ihr Maximum und/oder ihr Minimum im wesentlichen gleichzeitig erreichen. Dies ist dann der Fall, wenn der zu detektierende Gegenstand einfach und relativ groß ist. Wenn ein Koeinfluß verschie­ dener Gegenstände gegeben ist, korrelieren die mit unter­ schiedlichen Verspätungen gemessenen Antworten schlecht miteinander, wobei der Absolutwert des Parameters a klein bleibt, weil die Antworten der langen und kurzen Ver­ zögerung das Maximum ihrer Absolutwerte nicht gleichzei­ tig erreichen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Alarm dann gegeben, wenn der Para­ meter a eine voreingestellte Alarmschwelle übersteigt.

Die Antworten des erfindungsgemäßen Verfahrens führen auch zu anderen Parametern, wie sie in den Gleichungen (2) und (3) dargestellt sind.

Der Parameter c der Gleichung (3) ist ein echter Kor­ relationskoeffizient, der Werte innerhalb des Bereiches [-1, +1] enthält. Weil der Parameter c mit der Größe der Antwort nicht vergleichbar ist, kann er nicht alleine als kennzeichnender Parameter verwendet werden, jedoch kann der Parameter c zusammen mit Parameter b zur Be­ stimmung der Gruppe von Gegenständen verwendet werden.

Der Parameter b der Gleichung (2) ist vergleichbar mit dem Parameter b und auch der Antwort mit langer Verzögerung. Damit unterscheidet sich Parameter c von der Antwort mit langer Verzögerung um den Teil, der mit der Antwort mit kurzer Verzögerung korreliert. Weil der Parameter B auch mit der Signalgröße vergleichbar ist, kann die Detektion von Metallgegenständen darauf gegründet werden.

Beim Berechnen der Koeffizienten der Gleichungen (1) bis (3) wird eine vorbestimmte Integrationszeit angewen­ det. Der Metalldetektor kann mit einem Fotozellensystem ausgerüstet werden, welches ein Signal abgibt, wenn die zu untersuchende Person das Tor betritt. Der Start der Integration kann an diesen Zeitpunkt geknüpft werden. Bei einem Alternativsystem beobachtet man eine Antwort mit kurzer Verzögerung und es wird der Maximalpunkt von dessen Absolutwert bestimmt. In diesem Fall wird die Integration an beiden Seiten dieses Zeitpunktes ausgeführt, wobei man die aufgezeichneten Meßergebnisse verwendet. Wenn die zeitliche Integration um den Maximalpunkt der Antwort mit kurzer Verzögerung durchgeführt wird, kann die Diskrimi­ nierung im Vergleich zum Stand der Technik auch durch Verwendung einer kurzen Integrationszeit (weniger als 100 ms) verbessert werden, weil die Maxima der langen und kurzen Antworten bei einem einfachen großen Gegenstand sich zum gleichen Zeitpunkt ereignen, bei verschiedenen kleineren Gegenständen jedoch zu unterschiedlichen Zeiten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Zeitabschnitt so gewählt, daß die beobachtete Zeit­ spanne die Zeit ist, wenn das durch den Metalldetektor laufende Material innerhalb der Detektionszone verbleibt, wobei dessen Länge von 1 bis 2 s variiert.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch verschiedene Proben mit unterschiedlichen Verzögerungen abgetastet werden, wobei auf der Grundlage dieser Proben mehrere kennzeichnende Parameter und/oder auf diesen Parametern aufbauende Koeffizienten definiert werden können, um die Anzahl von Gegenständen zu detektieren, die in dem untersuchten Material enthalten sind. Bei der Bildung des Alarms kann eine Kombination von mehreren Parametern verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung er­ läutert; es zeigen:

Fig. 1: eine Antwort, erhalten durch Einsatz einer bevorzugten Ausführungsform. der vorliegenden Erfindung und mit Hilfe von Computersimulation als Funktion der Zeit, wenn ein größerer Metall­ gegenstand durch den Metalldetektor gelaufen ist; und

Fig. 2: eine Antwort, erhalten durch Einsatz der bevor­ zugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und mit Hilfe von Computersimulation als Funktion der Zeit, wenn eine Gruppe von mehreren kleinen Metallgegenständen durch den Metalldetektor ge­ laufen sind.

Bei Fig. 1 handelt es sich bei dem durch den Metalldetektor gelaufenen Gegenstand um ein gefährliches großes Metallobjekt wie z. B. eine Feuerwaffe. Beim Durchlauf des Metallgegenstandes durch den Metalldetektor wurde die von ihm abgegebene Antwort mit zwei unterschied lichen Verzögerungen gemessen, d. h. mit 40 µs und 100 µs nach Abschalten des Strompulses. Damit fällt die kurze Verzögerung (40 µs) in die Fläche des Abschaltpeaks des Pulses. Der Abschaltpeak dauert etwa 50 bis 60 µs. Damit liegt die zweite gemessene Verzögerung (100 µs) außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks des Pulses. Die computer­ simulierten Antworten von einem größeren Metallgegenstand werden mit Hilfe einer Zeitvariablen gem. Fig. 1 in die gleichen Koordinaten gesetzt. Weil die von außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks des Pulses gebildete Antwort wesentlich kleiner ist als die Antwort mit kurzer Verzögerung, wird die Antwort mit langer Verzögerung in den Koordinaten als mit einem Faktor von 5 multipliziert dargestellt, um die Erkennbarkeit zu verbessern. Aus Fig. 1 ergibt sich, daß die mit unterschiedlichen Verzögerungen erhaltenen Antworten eine ähnliche Form haben, und daß ihre Absolutwerte ihr Maximum bei einem im wesentlichen gleichen Wert der Zeitvariablen ausbilden.

Fig. 2 erläutert die Ergebnisse gem. Fig. 1 in einem Fall, wo eine große Gruppe mehrerer kleiner und harmloser, zumindest teilweise metallischer Gegenstände durch den Metalldetektor gelaufen sind. Bei solchen Metallgegen­ ständen kann es sich z. B. handeln um einen Schlüsselbund, einen Taschenrechner, ein Taschenmesser, ein Feuerzeug, eine Gürtelschnalle, kleine Mengen von Wechselgeld, eine Brille und Schuhe - d. h. Gegenstände, die eine durch den Metalldetektor schreitende Person bei sich tragen darf. Zur Definition der Antworten von Fig. 2 ist zu sagen, daß die Gegenstände in bezug auf den Metalldetektor so angeordnet sind, daß sie sich bezüglich der Höhe bei normaler Lage um den menschlichen Körper befinden, wie z. B. ein Schlüsselbund in einer Hosentasche. Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die mit unterschiedlichen Ver­ zögerungen erhaltenen Antworten sich in ihrer Form wesentlich unterscheiden, wobei die Maxima der Absolut­ werte der Antworten an wesentlich voneinander abweichenden Stellen auftreten.

Aus den in Fig. 1 und 2 dargestellten Antworten kann mit Hilfe von Gleichung (1) ein kennzeichnender Para­ meter a gebildet werden, wenn man in Gleichung (1) A_S durch die Antwort ersetzt, die mit einer Verzögerung von 40 µs erhalten wird, und wenn man A_L ersetzt durch die Antwort, die man mit der Verzögerung von 100 µs erhält. Die Integration von Gleichung (1) kann als Funktion der Zeit innerhalb des Bereiches von (-320 ms, 320 ms) durchgeführt werden. Nachfolgend sind in relativen Einheiten die Maximalwerte aufgeführt, die man mit unterschiedlichen Verzögerungen erhält, wie auch die kennzeichnenden Para­ meter gem. Gleichung (1):

Den Werten des Parameters a kann entnommen werden, daß bei Durchlauf eines größeren Metallgegenstandes, wie z. B. einer Feuerwaffe durch den Metalldetektor, der Absolutwert des Parameters a groß ist, während der Absolutwert des Parameters a klein ist, wenn kleine Gegenstände durch den Metalldetektor laufen. Es kann somit für den Parameter a ein Wert vorbestimmt werden, der bei Überschreitung einen Alarm auslöst (sog. Alarmschwelle). Damit wird nur im Falle eines größeren einzelnen Gegenstandes Alarm gegeben.

Obwohl die Erfindung vorstehend in einem pulsbetrie­ benen Metalldetektor eingesetzt wurde, kann sie auch in kontinuierlich betriebenen Metalldetektoren ohne wesent­ liche Verschlechterung Einsatz finden. In diesem Fall wird die A_S Messung durch eine Messung im Frequenzbereich von 200 bis 500 Hz ersetzt (vorteilhaft ist eine Frequenz von 300 Hz), und die A_L Messung wird ersetzt durch eine Messung innerhalb des Frequenzbereiches von 20 bis 50 kHz (vorteilhaft ist eine Messung bei 30 kHz). Die vorstehend erläuterten kennzeichnenden Parameter können dann in ähnlicher Weise eingesetzt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen, ins­ besondere zur Verbesserung der Diskriminierung in einem Metall­ detektor, wobei an durch den Metalldetektor laufenden Metallge­ genständen mindestens zwei unterschiedliche Antworten gemessen werden, wobei man die Korrelation der Antworten in dem Metall­ detektor innerhalb einer gegebenen Zeitspanne untersucht und auf der Grundlage der erhaltenen Antworten mindestens einen kennzeichnenden Parameter bildet, um die Gruppe von Gegenstän­ den zu bestimmen, die die Antwort ausgelöst hat, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem pulsbetriebenen Metalldetektor zur Untersu­ chung der Korrelation zwischen den Antworten mindestens eine der Antworten innerhalb der Fläche des Abschaltpeaks und minde­ stens eine Antwort außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks mißt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Definition der Korrelation zwischen den Antworten eine Messung der Antwor­ ten bei unterschiedlichen Frequenzen und/oder bei unterschied­ lichen Meßverzögerungen vornimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, wo die mit kurzer Verzögerung oder bei niedriger Frequenz gemessene Antwort das Maximum ihres Absolutwertes erreicht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, wobei die Länge dieses Bereiches weniger als 100 ms beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines Bereiches der Zeitvariablen (t) untersucht, in dem das durch den Metalldetektor laufende Material durch den Detektionsbe­ reich läuft.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korrelation zwischen den Antworten innerhalb eines Bereiches der Zeitvariablen untersucht, wobei die Länge des Bereiches 1 bis 2 s beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korrelation zwischen den Antworten mit Hilfe eines kennzeichnenden Parameters mißt, der bei einer außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks bei langer Verzögerung gemessenen Ant­ wort sich durch den Teil unterscheidet, der mit der Antwort korreliert, die innerhalb der Fläche des Abschaltpeaks bei kur­ zer Verzögerung gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung der Antwort aus der Fläche des Abschaltpe­ aks 40 µs beträgt und daß die Verzögerung der Antwort von au­ ßerhalb der Fläche des Abschaltpeaks 100 µs beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz der Antwort innerhalb der Fläche des Abschaltpeaks und die Ab­ tastfrequenz der Antwort außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks zueinander in ganzzahliger Beziehung stehen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz der Antwort innerhalb der Fläche des Ab­ schaltpeaks 500 Hz beträgt und daß die Abtastfrequenz der Ant­ wort außerhalb der Fläche des Abschaltpeaks 1 kHz beträgt.

11. Verfahren zum Detektieren von Metallgegenständen, insbesondere zur Verbesserung der Diskriminierung in einem Me­ talldetektor, wobei an durch den Metalldetektor laufenden Me­ tallgegenständen mindestens zwei unterschiedliche Antworten ge­ messen werden, wobei man die Korrelation der Antworten in dem Metalldetektor innerhalb einer gegebenen Zeitspanne untersucht und auf der Grundlage der erhaltenen Antworten mindestens einen kennzeichnenden Parameter bildet, um die Gruppe von Gegenstän­ den zu bestimmen, die die Antwort ausgelöst hat, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem kontinuierlich betriebenen Metalldetektor mindestens eine Antwort innerhalb des Frequenzbereiches von 200 bis 500 Hz definiert und daß man mindestens eine Antwort in­ nerhalb des Frequenzbereiches von 20 bis 50 kHz definiert, um die Korrelation zwischen den Antworten zu untersuchen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Antwort bei der Frequenz von 300 Hz und mindestens eine Antwort bei der Frequenz von 30 kHz mißt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korrelation zwischen den Antworten mit Hilfe eines Parameters untersucht, der bezüglich der im Hochfrequenzbereich gemessenen Antwort den Teil unterscheidet, der mit der Antwort korreliert, die im Niederfrequenzbereich gemessen wird.