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EP1828811A2 - Assembly and method for locating magnetic objects or objects that can be magnetised - Google Patents

Assembly and method for locating magnetic objects or objects that can be magnetised

Info

Publication number
EP1828811A2
EP1828811A2 EP05823413A EP05823413A EP1828811A2 EP 1828811 A2 EP1828811 A2 EP 1828811A2 EP 05823413 A EP05823413 A EP 05823413A EP 05823413 A EP05823413 A EP 05823413A EP 1828811 A2 EP1828811 A2 EP 1828811A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic field
magnetic
arrangement according
objects
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05823413A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wilfried ANDRÄ
Holger Lausch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1828811A2 publication Critical patent/EP1828811A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for locating magnetic or magnetizable objects, according to the preamble of the claims, wherein the objects are in non-magnetic media and, for example, are neither optically nor mechanically accessible.
  • This locating concerns for example, the determination of the position, shape and orientation of steel reinforcements in concrete as well as in the exploration of steel beams in masonry or soil or as the finding of ship anchors in the seabed, to name just a few applications.
  • the force measuring method either the force acting between the reinforcement and a permanent magnet outside the concrete is measured, or the stray magnetic field of the reinforcement magnetized by a permanent magnet is measured, see [1] in the list of references at the end of the description.
  • the disadvantage of the force measuring method is that the force decreases sharply with the distance and therefore low-lying reinforcements can not be detected.
  • the magnetic stray field of the reinforcement is superimposed on the magnetic field of the permanent magnet, which is generally much stronger than the stray field and therefore can only be eliminated from the stray field to be measured with a relatively large error. Both DC field methods are therefore used only for the relatively coarse location of magnetic objects [I].
  • the reinforcement is magnetized by an alternating magnetic field.
  • an alternating magnetic field is generated which starts from the reinforcement and, for example, changes the inductance of a coil generating the alternating field.
  • the location of the reinforcement is generally carried out by evaluating the changed complex impedance of an electrical circuit containing the generator coil for the primary magnetic field [1-5].
  • the alternating field offers the possibility of locating non-magnetic reinforcements (eg made of stainless steel).
  • non-magnetic reinforcements eg made of stainless steel
  • the invention is therefore based on the object not only to increase the depth of detection for ferromagnetic objects in non-magnetic media, but also their shape, position and structures in individual detection levels and detection levels separated, clearly detect.
  • the magnetic field generators may be coils of different shape and size traversed by variable electric currents, or differently shaped permanent magnets, or a combination of both.
  • the objects to be detected are magnetized by the generated primary magnetic field of predetermined field distribution and variable strength including polarity.
  • the then generated by the respective object Magnetic stray field is measured during the acting primary field or after elimination of the primary field by means of a magnetic sensor which is arranged at least with a magnetic field sensitive part in the stray field.
  • This part can be a small magnetic measuring body on which the stray magnetic field has a force (in the order of ⁇ N) and therefore displaces it in the direction of the field lines.
  • the adjustment can be measured electrically (inductive, capacitive), optically (eg interferometrically), acoustically or mechanically (pointer system with scale). If the measurement is made during the action of the primary magnetic field, the measuring body (s) must be arranged in the homogeneous region of the primary magnetic field in order to eliminate its force effect on the measuring body.
  • a system of magnetic field generators preferably electric coils, is used which generates a primary magnetic field whose maximum lying on the common coil axis is set at a variable distance from the center plane of the coil system and can be changed.
  • the planar detection of magnetic objects in a non-magnetic medium is possible by a cluster or matrix-like multiple arrangement of measuring bodies next to one another, lying in one surface.
  • the existing of a soft or hard magnetic material measuring body is advantageously each elastically connected to the magnetic field generator so that it can move at least substantially small amounts at right angles to the center plane of the magnetic field generator.
  • the elastic attachment has favorably at least one mechanical natural frequency, in whose excitation a significant increase in amplitude of the excited vibrations of the measuring body occurs.
  • a surface of the measuring body may be formed as a capacitor electrode.
  • the magnetic sensor may also be a mono-, di- or triaxial magnetometer with which the stray magnetic field of the magnetic object is determined with respect to characteristic parameters of its spatial distribution.
  • the optimum type of magnetometer used depends on the required measuring accuracy and the permissible technical expenditure. It can be one SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) are basically used as well as a fluxgate or a magnetoresistive or a Hall effect working magnetometer. It is important that the required for stray field measurements magnetometer volume is small in relation to the required positioning accuracy. Therefore, magnetoresistive magnetometers or Hall effect magnetometers are advantageously usable.
  • characteristic parameters of the stray field are the direction and field strength of the stray field measured at one or more locations having a known spatial relationship with each other while the magnetized object is in different states of magnetization.
  • the measurements in the different magnetization state allow the elimination of magnetic background fields, eg. B. of the earth field.
  • the magnetic field components of the stray field measured after magnetization with opposite signs are subtracted from one another by means of at least one magnetometer in order to eliminate the influence of a background field.
  • the background field itself can be determined by adding the magnetic field components measured after magnetization with opposite signs. Since the spatial distribution of the stray field is determined by the location, the shape and the magnetization state of the object, in principle, from the complete measurement of the field distribution, these initially unknown data can be determined. With limitations, these data can also be determined if measurements are taken only in a sub-volume or even in a single location. For simple shapes of the object, such as spheres or very long rods, few measurements are sufficient at certain points because of the symmetry of the magnetic field distribution. The method is particularly simple in the case when the object is homogeneously magnetized and as a result has a calculable distribution of surface magnetic charges, from which the Stray field distribution can be derived theoretically.
  • an inhomogeneous magnetization distribution in the object can be tolerated if it can be approximated sufficiently close to the measuring points by a homogeneous distribution or if the local course of the inhomogeneity is known.
  • the local distribution of primary magnetic fields generated by current-carrying coils can be calculated as accurately as desired using the law of Biot and Savart. This simple computability is beneficial for this type of field generation. Another advantage is that by switching off the currents, the primary magnetic field can be completely switched off. It is also favorable that the local distribution of the primary magnetic field can be changed by varying the strength of the electric currents flowing in a plurality of coils. For example, the maximum or zero crossing of the primary magnetic field may be placed at different locations on the common coil axis of two concentric coils.
  • a useful property of coil fields is also that by special coils (compensation coils), which are mounted close to the magnetometer, the magnetic primary field compensated at the location of the magnetometer and thereby the measurement accuracy can be significantly increased.
  • permanent magnets For permanent magnets, the electrical power required to magnetize an object is generally needed only once and for a short period of time. The energy used is not needed again later. If the permanent magnets move in the application for the location, for example, have to be rotated to eliminate the background field, a much smaller power is required.
  • the magnetization distribution in objects can be calculated arbitrarily accurate when certain parameters, such. B. the distribution of the primary field, the location of the objects and the magnetic susceptibility of the objects are known.
  • the primary field is known in principle.
  • the susceptibility of the objects is generally unknown.
  • the magnetization distribution is determined by the so-called magnetic shape anisotropy, in which magnetic fields in which the objects sufficiently far from the state of the magnetic Saturation are removed, there is a nearly constant ratio between the magnetization of the object and the strength of the primary field whose value is determined by the shape of the object.
  • the magnetic shape anisotropy is determined by the so-called demagnetization factor, which is 1/3 for spheres, 1/2 (for magnetization perpendicular to the cylinder axis), and 0 (for magnetization parallel to the cylinder axis) for long cylinders.
  • the demagnetization factor is calculable from the three axes of the ellipsoids. The calculation becomes particularly simple if the primary field at the location of the object is homogeneous, ie with regard to direction and field strength, regardless of the location. Then results for the above simple object forms a homogeneous distribution of the object magnetization. For practical application, the primary field need not be completely homogeneous.
  • the primary field in a partial volume of the object used for the calculation of the stray field can be approximately described by a homogeneous field. This is generally the case as soon as the partial volume in question is smaller in all three dimensions than the diameter of the coils, which determine the primary field at the location of the object by more than 50%, or when generating with permanent magnets, if the partial volume in question is smaller as the volume of the field-generating permanent magnets.
  • An essential prerequisite for the calculation of the magnetization distribution is that the stray fields of neighboring objects are much weaker than the primary field. This condition is usually met when the distances between adjacent Objects are at least twice larger than the smallest dimension of the objects.
  • the distribution of the stray field resulting from the magnetic poles present in the objects by a current primary field or by the remanent magnetization after switching off the primary field can be calculated by known mathematical methods in principle for arbitrary pole distributions.
  • Particularly simple local distributions in the stray fields result in the cases represented by a magnetic monopole or a magnetic dipole or by simple dipole distributions (eg line dipole).
  • the special locating task z For example, the calculation of a field component (eg, the component parallel to a primary field coil) as a function of the location on an axis of symmetry of this coil is sufficient to determine the distance between the object and the magnetometer.
  • Another simple case is when the direction from the magnetometer to an object is to be determined. In this case, the measurement of the stray field components in a plane perpendicular to the connection axis between magnetometer and object is advantageous.
  • Stray field distributions each consist of a basic distribution and some characteristic parameters with which the basic distribution can be varied. For most locating tasks, the basic distribution can be assumed to be known. A typical one
  • Example is the task of one or more cylindrical
  • Parameters are the thickness of the bars, the distance from the concrete surface, the direction of the bars and the mutual distance of the bars.
  • a software that manages a parameter library allows the comparison of the stray field values measured at certain positions with the values available in the library. The characteristic parameters are varied and those parameter values are output that achieve the best match between measured values and library values. It is essential that the functional dependence of the library values of the various parameters, such. B. of the rod thickness and the distance between the rod and magnetometer, is different. In order to avoid possible ambiguity that, for example, a deeper lying thick rod generates the same stray field values in the sensor (magnetometer), such as a closer thin rod, several sensors, for example. Magnetometer, can be used with defined mutual positioning.
  • a method for locating magnetic or magnetizable objects that are in non-magnetic media is characterized by the generation of a primary magnetic field by means of coils, electromagnets or permanent magnets to which the objects are exposed. Thereafter, the spatial distribution of the stray magnetic field of the objects is determined and the magnitude and the direction of the stray magnetic field are measured at defined locations by means of sensors. Finally, a comparison of the measured values takes place with values determined in advance. This comparison can be made electronically with storeduploadssstreufeldern. The spatial distribution of the magnetic stray field of the objects can also be made by determining the gradient of this stray field.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention with a
  • FIG. 2 shows the basic arrangement of measuring bodies and capacitors of a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a net-like arrangement of measuring bodies of a third
  • FIG. 4 shows the use of only one sensor for a plurality of measuring bodies in a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows an embodiment with rectangular coils and a magnetometer
  • FIG. 6 shows a diagram of the position of the maximum
  • Fig. 7 is a diagram of the position of the maximum
  • FIG. 8 shows a diagram for the influence of the displacement of the sensor against a magnetic object on the stray field components at the location of the magnetometer.
  • Fig. 1 shows a rod-shaped reinforcing element (object) 10 within a concrete body (non-magnetic medium) 12 having a concrete surface 13.
  • the primary magnetic field 14 of a coil for example, copper wire wound current-carrying coil 15 magnetizes the rod 10 in accordance with the magnetic field strength.
  • the bar magnetization 16 indicated by arrows generates a stray field which is superimposed on the primary field 14. With the arrow representing the primary field 14, the geometric axis ZZ of the coil 15 coincides. Both magnetic fields act on a magnetic measuring body 17 in different ways.
  • the strongly inhomogeneous stray field produces an attractive force on the measuring body 17 magnetized in the primary field 14, whose magnetization 18 indicated by arrows is parallel to the primary field 14 is directed.
  • the attractive force causes a displacement of the measuring body 17 fastened to the coil housing with a flexible holder 19, the magnitude of which is measured, for example, by the change in the electrical capacitance of a capacitor 11 consisting of a counter-electrode 20 and the surface 17 'of the measuring body 17.
  • the strength of Displacement has its maximum as soon as the distance between the rod 10 and the measuring body 17 has its minimum.
  • the bar 10 can be located and made visible with a display, registration and evaluation device 22.
  • This displacement can be measured both electrically and by other physical methods (eg, optically or acoustically with ultrasound, etc.).
  • the measuring body 17 can also be located in a fluid.
  • the magnetic field 14 generating coil 15 may have a round or advantageously rectangular shape and a corresponding magnetic field distribution. In the latter case, it is favorable if the longer edge of the coil 15 extends parallel to the rod 10.
  • the detection sensitivity of the displacement of the measuring body 17 can be increased, that the measuring body consists of a permanent magnetic material whose magnetization, for example., As shown in Fig. 1, pointing to the left.
  • the remanent magnetization of the permanent magnet material can be much larger than the magnetization of the soft magnetic measuring body generated in the primary field 14, the force acting on the measuring body can be much stronger. It is also possible, by reversing the polarity of the primary field 14, to reverse the direction of the force exerted on the permanent-magnetic measuring body 17.
  • the detection sensitivity can be further increased by periodically switching the primary field 14 on and off, changing it, or periodically reversing it, choosing the number of periods per second to be close to half or all of the mechanical natural frequency of the holder 19 and / or the natural electrical frequency of the circuit for measuring the capacitance change is.
  • the measurement of the concrete cover is also improved by using a system of coils which generates a primary field 14 whose maximum lying on the coil axis ZZ or the zero crossing at a variable distance from a perpendicular to the coil axis directed center plane of the coil assembly is adjustable and changeable.
  • a system of coils which generates a primary field 14 whose maximum lying on the coil axis ZZ or the zero crossing at a variable distance from a perpendicular to the coil axis directed center plane of the coil assembly is adjustable and changeable.
  • a plurality of sensors comprising the elements 17, 17 ', 19, 20 and 11 in FIG. 1 are shown in a linear arrangement, so that in each case the measuring bodies 171 to 175 face the electrodes 201 to 205.
  • the mating, opposing measuring body and electrodes can be arranged both within a single coil and each pair for themselves in an associated coil.
  • the measuring body 171 to 175 are shown without stray field influence and on the right side under the influence of a stray field, the measuring body 172, 173, 174 can detect a significant shift relative to the electrodes 202, 203, 204. Since the local distribution of the stray field depends on the shape of the magnetic object to be located, it can be concluded by separate measurement of the displacements of the individual measuring bodies on the shape of the object to be located.
  • the arrangement of the measuring body 170 is made like a matrix, so that all the effects of the stray field can be detected in a plane.
  • no stray field acts on the left side, while a clear influence of an acting stray field can be recognized on the right side.
  • a plurality of juxtaposed measuring body 170 act on a common sensor 21.
  • This sensor can be designed both as a condenser and as an optical or acoustic sensor.
  • Fig. 5 coaxially to an axis ZZ three rectangular coils 151, 152, 153 are arranged one inside the other.
  • a magnetometer 23 is provided in a plane parallel to the coil planes and perpendicular to the axis ZZ center plane 24 .
  • a reinforcing bar 10 which is parallel to the long edges of the rectangular coils and the outer surface 13 of the concrete body 12.
  • a primary field is formed, which magnetizes the rebar 10 and forms a stray field.
  • Fig. 6 shows, for an example of two coaxially arranged circular coils having a radius of 30 cm for the larger and 10 cm for the smaller coil, as by the change of this product NI the smaller coil, the maximum of the total magnetic field on the common coil axis ZZ is moved. Further, Fig. 6 shows how the position is shifted on the axis at which the total field is practically zero (zero crossing).
  • the curves 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 and 1.0 represent the changes that occur at 0%, 20%, 40%, 60%, 80% and 100% in the product for the small coil 152.
  • the zero crossings of the curves 0.4; 0.6; 0.8 and 1.0 are correspondingly at a distance of about 3.8 cm; 7.5 cm; 10 cm and 12 cm on the ZZ axis. All positions are measured from the lying in the median plane 24 coil center, which is also the location of the magnetometer 23.
  • FIG. 7 shows, analogously to FIG. 6, the course of a primary field on the common coil axis Z-Z as a function of the distance Z from the coil center.
  • the coil combination consists of three coaxial circular coils. The largest of these coils has, for example, a radius of 20 cm, the central coil a radius of 10 cm and the smallest coil, which is provided as a compensation coil, a radius of 1.5 cm.
  • FIG. 7 shows that by adjusting the product N-I of the compensation coil, the total primary field at the location of the magnetometer 23 can always be made to disappear.
  • the ratio of the products N-I of the two larger coils is chosen so that further zero crossings of the total primary field on the axis Z-Z are at different distances from the coil center 0.
  • the curves 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1,2 represent the changes that result when the ratio of the products N-1 of the two larger coils changes to the maximum of the total primary field.
  • FIG. 8 shows, as in a movement of the magnetometer 23 parallel to the concrete surface 13, with the
  • Magnetometer 23 measured stray field components change.
  • the magnetometer 23 is arranged in the center of the coil combination.
  • the abscissa is the distance x of the rod from
  • Primary field is assumed a single rectangular coil whose long edge is parallel to the rod-shaped object 10 and has an edge length of 50 cm. The length of the shorter edge is
  • the rod-shaped object 10 has a diameter of 1 cm.
  • the coordinate which is perpendicular to both the ZZ axis and the axis of the rod-shaped object 10 is called X-axis.
  • the parallel to the X axis component of the stray field at the location of the magnetometer 23 is zero when the object lies on the axis ZZ. Then, from the amount of the Z component of the stray field, the distance a and the diameter of the object 10 can be determined, if the strength of the primary magnetic field at the location of the object 10 is changed in a controlled manner.
  • An approximate calculation shows that the Z component of the stray field is proportional to the product of the square of the object diameter and the primary field strength and decreases with a numerically calculable function of the distance a.
  • the primary field strength at the location of the object can be changed while the object diameter remains constant, (eg, by varying the zero crossing of the primary field), first the distance a and then determined with ititem a the object diameter. If the zero crossing of the primary field is appropriately set, the effect is that an object at a certain depth produces virtually no stray field, while a lower-lying object has a measurable stray field.

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Abstract

The invention relates to an assembly and a method for locating objects that can be magnetised or magnetic objects, which are situated in non-magnetic media. To increase the detection depth for objects of this type and to permit an unequivocal recording of their form, position and structure on individual detection planes, the assembly is equipped with at least one sensor in a primary magnetic field of a magnetic field generator, the distribution of the magnetisation of the magnetic field in the vicinity of the respective sensor being uniform or known in terms of its local profile.

Description

Anordnung und Verfahren zur Ortung von magnetischen oder magnetisierbaren ObjektenArrangement and method for locating magnetic or magnetizable objects
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Ortung von magnetischen oder magnetisierbaren Objekten, gemäß der Gattung der Patentansprüche, wobei sich die Objekte in nichtmagnetischen Medien befinden und bspw. weder optisch noch mechanisch zugänglich sind. Diese Ortung betrifft bspw. die Bestimmung der Lage, Form und Orientierung von Stahlarmierungen im Beton ebenso wie bei der Erkundung von Stahlträgern im Mauerwerk oder Erdboden oder wie die Feststellung von Schiffsankern im Meeresgrund, um nur einige Anwendungsfälle zu nennen.The invention relates to an arrangement and a method for locating magnetic or magnetizable objects, according to the preamble of the claims, wherein the objects are in non-magnetic media and, for example, are neither optically nor mechanically accessible. This locating concerns, for example, the determination of the position, shape and orientation of steel reinforcements in concrete as well as in the exploration of steel beams in masonry or soil or as the finding of ship anchors in the seabed, to name just a few applications.
Für die Ortung von Stahlteilen im Beton werden bekanntlich verschiedene Verfahren verwendet, von denen besonders die magnetischen Verfahren praktische Anwendung gefunden haben, die sowohl als Gleichfeld- als auch als Wechselfeldverfahren verwendet werden.For locating steel parts in concrete, it is known to use various methods, of which in particular the magnetic methods have found practical application, which are used both as a DC field and as an AC field method.
Beim Gleichfeldverfahren wird entweder die Kraft gemessen, die zwischen der Bewehrung und einem außerhalb des Betons befindlichen Permanentmagneten wirkt, oder es wird das magnetische Streufeld der durch einen Dauermagneten magnetisierten Bewehrung gemessen, siehe [1] in der am Ende der Beschreibung befindlichen Literaturliste. Der Nachteil des Kraftmessverfahrens besteht darin, dass die Kraft mit dem Abstand stark abnimmt und daher tief liegende Bewehrungen nicht erfasst werden können. Beim Streufeldverfahren ist dem magnetischen Streufeld der Bewehrung das Magnetfeld des Dauermagneten überlagert, das im Allgemeinen viel stärker ist als das Streufeld und daher nur mit einem relativ großen Fehler von dem zu messenden Streufeld eliminiert werden kann. Beide Gleichfeldverfahren werden daher nur zur relativ groben Ortung von magnetischen Objekten eingesetzt [I]. Beim Wechselfeldverfahren wird die Bewehrung durch ein magnetisches Wechselfeld magnetisiert. Dabei werden in der Bewehrung auch elektrische Wirbelströme angeregt. Es wird in jedem Fall ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das von der Bewehrung ausgeht und bspw. die Induktivität einer das Wechselfeld erzeugenden Spule verändert. Die Ortung der Bewehrung erfolgt im Allgemeinen durch Auswertung der veränderten komplexen Impedanz eines elektrischen Kreises, der die Erzeugerspule für das primäre Magnetfeld enthält [1-5]. Das Wechselfeld bietet prinzipiell die Möglichkeit, auch nichtmagnetische Bewehrungen (z. B. aus Edelstahl) zu orten. Aus unterschiedlichen Gründen, bspw. wegen des Einflusses der elektrischen Leitfähigkeit des Betons, ist bisher die sichere Ortung von Bewehrungselementen, die eine Betondeckung von mehr als 15 cm haben, praktisch nicht gelungen. An diesem Zustand vermögen auch verbesserte Auswertealgorithmen nichts zu ändern [6, 7]. Außer magnetischen wurden auch andere physikalische Wirkmechanismen für die Ortung von Bewehrungselementen in Betonkörpern abgewendet, wie z. B. Ultraschall [8-11], Neutronenbeugung und -absorption [12], Infrarotreflexion [13], Radarmessungen [14-16] und Röntgen- bzw. Gammastrahlen [I]. Aber auch diese Wirkmechanismen haben bisher nicht zu besseren Ergebnissen geführt als die o. g. magnetischen Mittel und Verfahren.In the DC field method, either the force acting between the reinforcement and a permanent magnet outside the concrete is measured, or the stray magnetic field of the reinforcement magnetized by a permanent magnet is measured, see [1] in the list of references at the end of the description. The disadvantage of the force measuring method is that the force decreases sharply with the distance and therefore low-lying reinforcements can not be detected. In the stray field method, the magnetic stray field of the reinforcement is superimposed on the magnetic field of the permanent magnet, which is generally much stronger than the stray field and therefore can only be eliminated from the stray field to be measured with a relatively large error. Both DC field methods are therefore used only for the relatively coarse location of magnetic objects [I]. In the alternating field method, the reinforcement is magnetized by an alternating magnetic field. It will be in the Reinforcement also stimulated electrical eddy currents. In each case, an alternating magnetic field is generated which starts from the reinforcement and, for example, changes the inductance of a coil generating the alternating field. The location of the reinforcement is generally carried out by evaluating the changed complex impedance of an electrical circuit containing the generator coil for the primary magnetic field [1-5]. In principle, the alternating field offers the possibility of locating non-magnetic reinforcements (eg made of stainless steel). For various reasons, for example because of the influence of the electrical conductivity of the concrete, the safe location of reinforcing elements, which have a concrete cover of more than 15 cm, has been practically unsuccessful. Improved evaluation algorithms are also unable to change this condition [6, 7]. In addition to magnetic other physical mechanisms of action for the location of reinforcing elements in concrete bodies were averted, such. Ultrasound [8-11], neutron diffraction and absorption [12], infrared reflection [13], radar measurements [14-16] and X-rays and gamma rays [I]. But even these mechanisms of action have not led to better results than the above-mentioned magnetic means and methods.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Nachweistiefe für ferromagnetische Objekte in nichtmagnetischen Medien nicht nur zu erhöhen, sondern auch ihre Form, Lage und Strukturen in einzelnen Nachweisebenen und nach Nachweisebenen getrennt, eindeutig zu erfassen.The invention is therefore based on the object not only to increase the depth of detection for ferromagnetic objects in non-magnetic media, but also their shape, position and structures in individual detection levels and detection levels separated, clearly detect.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche vorteilhaft ausgestaltet. Die Magnetfelderzeuger können von variierbaren elektrischen Strömen durchflossene Spulen mit unterschiedlicher Form und Größe oder unterschiedlich gestaltete Permanentmagnete oder eine Kombination beider sein. Die zu detektierenden Objekte werden durch das erzeugte Primärmagnetfeld vorgegebener Feldverteilung und veränderlicher Stärke einschließlich Polung magnetisiert. Das danach vom jeweiligen Objekt erzeugte magnetische Streufeld wird während des wirkenden Primärfeldes bzw. nach Ausschaltung des Primärfeldes mit Hilfe eines magnetischen Sensors gemessen, der zumindest mit einem magnetfeldempfindlichen Teil im Streufeld angeordnet ist. Dieses Teil kann ein kleiner magnetischer Messkörper sein, auf den das magnetische Streufeld eine Kraft (i. A. in der Größenordnung von μN) auswirkt und ihn deshalb in Richtung der Feldlinien verstellt. Die Verstellung kann elektrisch (induktiv, kapazitiv), optisch (bspw. interferometrisch), akustisch oder mechanisch (Zeigersystem mit Skala) gemessen werden. Wird die Messung während der Einwirkung des Primärmagnetfeldes vorgenommen, müssen der/die Messkörper im homogenen Bereich des Primärmagnetfeldes angeordnet sein, um dessen Kraftwirkung auf den Messkörper zu eliminieren. Um die magnetischen oder magnetisierbaren Objekte in verschiedenen Tiefen in nichtmagnetischen Medien erfassen zu können, wird ein System von Magnetfelderzeugern, vorzugsweise von elektrischen Spulen, verwendet, das ein Primärmagnetfeld erzeugt, dessen auf der gemeinsamen Spulenachse liegendes Maximum im variablen Abstand von der Mittelebene des Spulensystems eingestellt und verändert werden kann. Die flächenhafte Erfassung von magnetischen Objekten in einem nichtmagnetischen Medium ist durch eine Cluster- oder matrixartige Mehrfachanordnung von Messkörpern nebeneinander, in einer Fläche liegend, möglich. Der aus einem weich- oder hartmagnetischen Material bestehende Messkörper ist vorteilhaft jeweils mit dem Magnetfelderzeuger elastisch verbunden, so dass er sich im Wesentlichen rechtwinklig zur Mittelebene des Magnetfelderzeugers zumindest um kleine Beträge bewegen kann. Die elastische Befestigung besitzt günstiger Weise mindestens eine mechanische Eigenfrequenz, bei deren Anregung eine deutliche Amplitudenerhöhung der angeregten Schwingungen des Messkörpers eintritt. Ggf. kann eine Fläche des Messkörpers als Kondensatorelektrode ausgebildet sein.According to the invention, this object is solved by the features of the first claim and advantageously designed by the features of the subclaims. The magnetic field generators may be coils of different shape and size traversed by variable electric currents, or differently shaped permanent magnets, or a combination of both. The objects to be detected are magnetized by the generated primary magnetic field of predetermined field distribution and variable strength including polarity. The then generated by the respective object Magnetic stray field is measured during the acting primary field or after elimination of the primary field by means of a magnetic sensor which is arranged at least with a magnetic field sensitive part in the stray field. This part can be a small magnetic measuring body on which the stray magnetic field has a force (in the order of μN) and therefore displaces it in the direction of the field lines. The adjustment can be measured electrically (inductive, capacitive), optically (eg interferometrically), acoustically or mechanically (pointer system with scale). If the measurement is made during the action of the primary magnetic field, the measuring body (s) must be arranged in the homogeneous region of the primary magnetic field in order to eliminate its force effect on the measuring body. In order to be able to detect the magnetic or magnetizable objects at different depths in non-magnetic media, a system of magnetic field generators, preferably electric coils, is used which generates a primary magnetic field whose maximum lying on the common coil axis is set at a variable distance from the center plane of the coil system and can be changed. The planar detection of magnetic objects in a non-magnetic medium is possible by a cluster or matrix-like multiple arrangement of measuring bodies next to one another, lying in one surface. The existing of a soft or hard magnetic material measuring body is advantageously each elastically connected to the magnetic field generator so that it can move at least substantially small amounts at right angles to the center plane of the magnetic field generator. The elastic attachment has favorably at least one mechanical natural frequency, in whose excitation a significant increase in amplitude of the excited vibrations of the measuring body occurs. Possibly. a surface of the measuring body may be formed as a capacitor electrode.
Der Magnetsensor kann auch ein ein-, zwei- oder dreiachsiges Magnetometer sein, mit welchem das magnetische Streufeld des magnetischen Objektes in Bezug auf charakteristische Parameter seiner räumlichen Verteilung bestimmt wird. Der zur Anwendung kommende optimale Magnetometertyp ergibt sich aus der erforderlichen Messgenauigkeit und dem zulässigen technischen Aufwand. Es kann ein SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) grundsätzlich ebenso verwendet werden wie ein Fluxgate oder ein magnetoresistives oder ein nach dem Halleffekt arbeitendes Magnetometer. Wichtig ist, dass das für Streufeldmessungen erforderliche Magnetometer- Volumen klein ist im Verhältnis zur geforderten Ortungsgenauigkeit. Deshalb sind magnetoresistive Magnetometer oder Halleffekt-Magnetometer vorteilhaft verwendbar.The magnetic sensor may also be a mono-, di- or triaxial magnetometer with which the stray magnetic field of the magnetic object is determined with respect to characteristic parameters of its spatial distribution. The optimum type of magnetometer used depends on the required measuring accuracy and the permissible technical expenditure. It can be one SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) are basically used as well as a fluxgate or a magnetoresistive or a Hall effect working magnetometer. It is important that the required for stray field measurements magnetometer volume is small in relation to the required positioning accuracy. Therefore, magnetoresistive magnetometers or Hall effect magnetometers are advantageously usable.
Anstatt einer Kraftmessung kann auch eine Messung charakteristischer Parameter des Streufeldes erfolgen und daraus die Ortung (umfassend die Lage, Form, Orientierung, Abmessung) magnetischer (einschließlich magnetisierter) Objekte abgeleitet werden. Derartige charakteristische Parameter sind Richtung und Feldstärke des Streufeldes, die an einem oder mehreren Orten gemessen werden, die zueinander eine bekannte räumliche Beziehung haben, während sich das magnetisierte Objekt in unterschiedlichen Magnetisierangszuständen befindet. Die Messungen im unterschiedlichen Magnetisierungszustand ermöglichen die Eliminierung von magnetischen Hintergrundfeldern, z. B. des Erdfeldes. Im einfachsten Fall werden die nach der Aufmagnetisierung mit entgegengesetztem Vorzeichen mittels mindestens eines Magnetometers gemessenen Magnetfeldkomponenten des Streufeldes voneinander abgezogen, um den Einfluss eines Hintergrundfeldes auszuschalten. Das Hintergrundfeld selbst kann dadurch bestimmt werden, dass die nach dem Aufmagnetisieren mit entgegengesetztem Vorzeichen gemessenen Magnetfeldkomponenten addiert werden. Da die räumliche Verteilung des Streufeldes vom Ort, von der Form und vom Magnetisierangszustand des Objektes bestimmt ist, können im Prinzip aus der vollständigen Messung der Feldverteilung diese zunächst unbekannten Daten ermittelt werden. Mit Einschränkungen können diese Daten auch bestimmt werden, wenn die Messungen nur in einem Teilvolumen oder sogar nur an einem einzigen Ort durchgeführt werden. Bei einfachen Formen des Objektes, etwa bei Kugeln oder bei sehr lang ausgedehnten Stäben, genügen wegen der Symmetrie der Magnetfeldverteilung wenige Messungen an bestimmten Stellen. Besonders einfach ist das Verfahren in dem Fall, wenn das Objekt homogen magnetisiert ist und infolge dessen eine berechenbare Verteilung von magnetischen Oberflächenladungen aufweist, aus der die Streufeldverteilung theoretisch abgeleitet werden kann. Wegen der Abnahme der Stärke des magnetischen Streufeldes mit der Entfernung kann eine inhomogene Magnetisierangsverteilung im Objekt dann toleriert werden, wenn diese in der Nähe der Messstellen hinreichend gut durch eine homogene Verteilung angenähert werden kann oder wenn der örtliche Verlauf der Inhomogenität bekannt ist.Instead of a force measurement, it is also possible to carry out a measurement of characteristic parameters of the stray field, and from this the position (including the position, shape, orientation, dimension) of magnetic (including magnetized) objects can be derived. Such characteristic parameters are the direction and field strength of the stray field measured at one or more locations having a known spatial relationship with each other while the magnetized object is in different states of magnetization. The measurements in the different magnetization state allow the elimination of magnetic background fields, eg. B. of the earth field. In the simplest case, the magnetic field components of the stray field measured after magnetization with opposite signs are subtracted from one another by means of at least one magnetometer in order to eliminate the influence of a background field. The background field itself can be determined by adding the magnetic field components measured after magnetization with opposite signs. Since the spatial distribution of the stray field is determined by the location, the shape and the magnetization state of the object, in principle, from the complete measurement of the field distribution, these initially unknown data can be determined. With limitations, these data can also be determined if measurements are taken only in a sub-volume or even in a single location. For simple shapes of the object, such as spheres or very long rods, few measurements are sufficient at certain points because of the symmetry of the magnetic field distribution. The method is particularly simple in the case when the object is homogeneously magnetized and as a result has a calculable distribution of surface magnetic charges, from which the Stray field distribution can be derived theoretically. Because of the decrease in the strength of the stray magnetic field with the distance, an inhomogeneous magnetization distribution in the object can be tolerated if it can be approximated sufficiently close to the measuring points by a homogeneous distribution or if the local course of the inhomogeneity is known.
Die örtliche Verteilung von magnetischen Primärfeldern, die durch stromdurchflossene Spulen erzeugt werden, kann mit Hilfe des Gesetzes von Biot und Savart beliebig genau berechnet werden. Diese einfache Berechenbarkeit ist von Vorteil für diese Art von Felderzeugung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch Abschalten der Ströme das magnetische Primärfeld vollständig ausgeschaltet werden kann. Günstig ist es ferner, dass durch Verändern der Stärke der elektrischen Ströme, die in mehreren Spulen fließen, die örtliche Verteilung des magnetischen Primärfeldes verändert werden kann. Z. B. können das Maximum oder der Nulldurchgang des magnetischen Primärfeldes auf der gemeinsamen Spulenachse zweier konzentrischer Spulen an unterschiedliche Stellen gelegt werden. Eine nützliche Eigenschaft von Spulenfeldern besteht auch darin, dass durch besondere Spulen (Kompensationsspulen), die dicht am Magnetometer angebracht sind, das magnetische Primärfeld am Ort des Magnetometers kompensiert und dadurch die Messgenauigkeit deutlich erhöht werden kann. Sind starke magnetische Primärfelder in größeren Abständen vom Magnetometer zu erzeugen, so ist es vorteilhaft, hierzu Dauermagnete zu benutzen. Bei Dauermagneten wird die zur Magnetisierung eines Objektes erforderliche elektrische Leistung im Allgemeinen nur einmal und während einer kurzen Zeitperiode benötigt. Die dabei aufgewendete Energie wird bei der späteren Verwendung nicht nochmals benötigt. Wenn die Dauermagnete bei der Anwendung für die Ortung bewegt, bspw. zur Eliminierung des Hintergrundfeldes gedreht werden müssen, ist eine wesentlich kleinere Leistung erforderlich.The local distribution of primary magnetic fields generated by current-carrying coils can be calculated as accurately as desired using the law of Biot and Savart. This simple computability is beneficial for this type of field generation. Another advantage is that by switching off the currents, the primary magnetic field can be completely switched off. It is also favorable that the local distribution of the primary magnetic field can be changed by varying the strength of the electric currents flowing in a plurality of coils. For example, the maximum or zero crossing of the primary magnetic field may be placed at different locations on the common coil axis of two concentric coils. A useful property of coil fields is also that by special coils (compensation coils), which are mounted close to the magnetometer, the magnetic primary field compensated at the location of the magnetometer and thereby the measurement accuracy can be significantly increased. If strong magnetic primary fields are to be generated at greater distances from the magnetometer, it is advantageous to use permanent magnets for this purpose. For permanent magnets, the electrical power required to magnetize an object is generally needed only once and for a short period of time. The energy used is not needed again later. If the permanent magnets move in the application for the location, for example, have to be rotated to eliminate the background field, a much smaller power is required.
Mit bekannten mathematischen Verfahren, z. B. mit Hilfe der Methode der finiten Elemente, kann die Magnetisierungsverteilung in Objekten beliebig genau berechnet werden, wenn bestimmte Parameter, wie z. B. die Verteilung des Primärfeldes, am Ort der Objekte und die magnetische Suszeptibilität der Objekte bekannt sind. Das Primärfeld ist grundsätzlich bekannt. Dagegen ist die Suszeptibilität der Objekte im Allgemeinen nicht bekannt. Wenn aber die Objekte einfache geometrische Formen besitzen (bspw. Kugel oder Zylinder mit großem Verhältnis Länge zu Durchmesser), dann wird die Magnetisierungsverteilung durch die so genannte magnetische Formanisotropie bestimmt, bei der in magnetischen Primärfeldern, in denen die Objekte genügend weit vom Zustand der magnetischen Sättigung entfernt sind, ein nahezu konstantes Verhältnis zwischen der Magnetisierung des Objektes und der Stärke des Primärfeldes besteht, dessen Wert durch die Form des Objektes bestimmt ist. Bei einfachen Formen wird die magnetische Formanisotropie durch den so genannten Entmagnetisierungsfaktor bestimmt, der für Kugeln den Wert 1/3, für lange Zylinder 1/2 (bei Magnetisierung senkrecht zur Zylinderachse) bzw. 0 (bei Magnetisierung parallel zur Zylinderachse) beträgt. Für Objekte in der Form von Ellipsoiden ist der Entmagnetisierungsfaktor aus den drei Achsen der Ellipsoiden berechenbar. Besonders einfach wird die Berechnung, wenn das Primärfeld am Ort des Objektes homogen, also hinsichtlich Richtung und Feldstärke unabhängig vom Ort ist. Dann ergibt sich für die oben genannten einfachen Objektformen eine homogene Verteilung der Objektmagnetisierung. Für die praktische Anwendung muss das Primärfeld nicht vollständig homogen sein. Es genügt, wenn das Primärfeld in einem Teilvolumen des Objektes, das für die Berechnung des Streufeldes verwendet wird, näherungsweise durch ein homogenes Feld beschrieben werden kann. Das ist im Allgemeinen der Fall, sobald das betreffende Teilvolumen in allen drei Dimensionen kleiner ist, als der Durchmesser der Spulen, die das Primärfeld am Ort des Objektes zu mehr als 50 % bestimmen, oder bei Erzeugung mit Dauermagneten, wenn das betreffende Teilvolumen kleiner ist als das Volumen der felderzeugenden Dauermagnete. Eine wesentliche Voraussetzung für die Berechnung der Magnetisierungsverteilung ist, dass die Streufelder benachbarter Objekte viel schwächer sind als das Primärfeld. Diese Voraussetzung ist im Regelfall erfüllt, wenn die Abstände zwischen benachbarten Objekten mindestens zweimal größer sind als die kleinste Abmessung der Objekte.With known mathematical methods, eg. B. using the method of finite elements, the magnetization distribution in objects can be calculated arbitrarily accurate when certain parameters, such. B. the distribution of the primary field, the location of the objects and the magnetic susceptibility of the objects are known. The primary field is known in principle. In contrast, the susceptibility of the objects is generally unknown. But if the objects have simple geometric shapes (for example, sphere or cylinder with a large length to diameter ratio), then the magnetization distribution is determined by the so-called magnetic shape anisotropy, in which magnetic fields in which the objects sufficiently far from the state of the magnetic Saturation are removed, there is a nearly constant ratio between the magnetization of the object and the strength of the primary field whose value is determined by the shape of the object. In simple forms, the magnetic shape anisotropy is determined by the so-called demagnetization factor, which is 1/3 for spheres, 1/2 (for magnetization perpendicular to the cylinder axis), and 0 (for magnetization parallel to the cylinder axis) for long cylinders. For objects in the form of ellipsoids, the demagnetization factor is calculable from the three axes of the ellipsoids. The calculation becomes particularly simple if the primary field at the location of the object is homogeneous, ie with regard to direction and field strength, regardless of the location. Then results for the above simple object forms a homogeneous distribution of the object magnetization. For practical application, the primary field need not be completely homogeneous. It suffices if the primary field in a partial volume of the object used for the calculation of the stray field can be approximately described by a homogeneous field. This is generally the case as soon as the partial volume in question is smaller in all three dimensions than the diameter of the coils, which determine the primary field at the location of the object by more than 50%, or when generating with permanent magnets, if the partial volume in question is smaller as the volume of the field-generating permanent magnets. An essential prerequisite for the calculation of the magnetization distribution is that the stray fields of neighboring objects are much weaker than the primary field. This condition is usually met when the distances between adjacent Objects are at least twice larger than the smallest dimension of the objects.
Die Verteilung des Streufeldes, das von den magnetischen Polen ausgeht, die in den Objekten durch ein gegenwärtiges Primärfeld oder durch die remanente Magnetisierung nach Abschalten des Primärfeldes vorhanden ist, kann mit bekannten mathematischen Verfahren prinzipiell für beliebige Polverteilungen berechnet werden. Besonders einfache örtliche Verteilungen in den Streufeldern ergeben sich in den Fällen, die durch einen magnetischen Monopol oder einen magnetischen Dipol oder durch einfache Dipolverteilungen (bspw. Linien-Dipol) repräsentiert werden. Für die Vereinfachung der Berechnung ist es vielfach ausreichend, die örtliche Verteilung innerhalb begrenzter Volumina zu berechnen. Entsprechend der speziellen Ortungsaufgabe kann z. B. die Berechnung einer Feldkomponente (bspw. der Komponente parallel zu einer Primärfeldspule) als Funktion des Ortes auf einer Symmetrieachse dieser Spule genügen, um die Entfernung zwischen Objekt und Magnetometer zu bestimmen. Ein anderer einfacher Fall liegt vor, wenn die Richtung vom Magnetometer zu einem Objekt bestimmt werden soll. In diesem Fall ist die Messung der Streufeldkomponenten in einer Ebene senkrecht zur Verbindungsachse zwischen Magnetometer und Objekt vorteilhaft.The distribution of the stray field resulting from the magnetic poles present in the objects by a current primary field or by the remanent magnetization after switching off the primary field can be calculated by known mathematical methods in principle for arbitrary pole distributions. Particularly simple local distributions in the stray fields result in the cases represented by a magnetic monopole or a magnetic dipole or by simple dipole distributions (eg line dipole). To simplify the calculation, it is often sufficient to calculate the local distribution within limited volumes. According to the special locating task z. For example, the calculation of a field component (eg, the component parallel to a primary field coil) as a function of the location on an axis of symmetry of this coil is sufficient to determine the distance between the object and the magnetometer. Another simple case is when the direction from the magnetometer to an object is to be determined. In this case, the measurement of the stray field components in a plane perpendicular to the connection axis between magnetometer and object is advantageous.
Alternativ zu den Berechnungen der Streufelder können empirische Verfahren, wie z. B. das Aufstellen einer Bibliothek von gespeichertenAs an alternative to the calculations of the stray fields, empirical methods such. For example, setting up a library of stored ones
Streufeldverteilungen, für die Ortung benutzt werden. Die gespeichertenStray field distributions for which location is used. The saved
Streufeldverteilungen bestehen jeweils aus einer Basisverteilung und einigen charakteristischen Parametern, mit denen die Basisverteilung variiert werden kann. Bei den meisten Ortungsaufgaben kann die Basisverteilung als bekannt angenommen werden. Ein typischesStray field distributions each consist of a basic distribution and some characteristic parameters with which the basic distribution can be varied. For most locating tasks, the basic distribution can be assumed to be known. A typical one
Beispiel ist die Aufgabe, einen oder mehrere zylindrischeExample is the task of one or more cylindrical
Bewehrungsstäbe im Beton zu orten, die parallel zueinander und zurReinforcing rods in the concrete to locate, parallel to each other and to
Oberfläche eines Betonbauteils angeordnet sind. Die charakteristischenSurface of a concrete component are arranged. The characteristic
Parameter sind dabei die Dicke der Stäbe, die Entfernung von der Betonoberfläche, die Richtung der Stäbe und der gegenseitige Abstand der Stäbe. Eine Software, mit der eine Parameter-Bibliothek verwaltet werden kann, ermöglicht den Vergleich der an bestimmten Positionen gemessenen Streufeldwerte mit den in der Bibliothek vorhandenen Werten. Die charakteristischen Parameter werden variiert und diejenigen Parameterwerte ausgegeben, mit denen die beste Übereinstimmung zwischen Messwerten und Bibliothekswerten erreicht wird. Wesentlich ist dabei, dass die funktionelle Abhängigkeit der Bibliothekswerte von den verschiedenen Parametern, wie z. B. von der Stabdicke und vom Abstand zwischen Stab und Magnetometer, unterschiedlich ist. Um mögliche Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, dass bspw. ein tiefer liegender dicker Stab dieselben Streufeldwerte im Sensor (Magnetometer) erzeugt, wie ein näher gelegener dünner Stab, können mehrere Sensoren, bspw. Magnetometer, mit definierter gegenseitiger Positionierung verwendet werden.Parameters are the thickness of the bars, the distance from the concrete surface, the direction of the bars and the mutual distance of the bars. A software that manages a parameter library allows the comparison of the stray field values measured at certain positions with the values available in the library. The characteristic parameters are varied and those parameter values are output that achieve the best match between measured values and library values. It is essential that the functional dependence of the library values of the various parameters, such. B. of the rod thickness and the distance between the rod and magnetometer, is different. In order to avoid possible ambiguity that, for example, a deeper lying thick rod generates the same stray field values in the sensor (magnetometer), such as a closer thin rod, several sensors, for example. Magnetometer, can be used with defined mutual positioning.
Ein Verfahren zur Ortung von magnetischen oder magnetisierbaren Objekten, die sich in nichtmagnetischen Medien befinden, ist gekennzeichnet durch die Erzeugung eines primären Magnetfeldes mit Hilfe von Spulen, Elektromagneten oder Dauermagneten, dem die Objekte ausgesetzt werden. Danach wird die örtliche Verteilung des magnetischen Streufeldes der Objekte bestimmt und der Betrag und die Richtung des magnetischen Streufeldes an definierten Orten mit Hilfe von Sensoren gemessen. Schließlich findet ein Vergleich der Messwerte mit im Voraus ermittelten Werten statt. Dieser Vergleich kann elektronisch mit gespeicherten Vergleichsstreufeldern vorgenommen werden. Die örtliche Verteilung des magnetischen Streufeldes der Objekte kann auch durch die Bestimmung des Gradienten dieses Streufeldes vorgenommen werden.A method for locating magnetic or magnetizable objects that are in non-magnetic media is characterized by the generation of a primary magnetic field by means of coils, electromagnets or permanent magnets to which the objects are exposed. Thereafter, the spatial distribution of the stray magnetic field of the objects is determined and the magnitude and the direction of the stray magnetic field are measured at defined locations by means of sensors. Finally, a comparison of the measured values takes place with values determined in advance. This comparison can be made electronically with stored Vergleichsstreufeldern. The spatial distribution of the magnetic stray field of the objects can also be made by determining the gradient of this stray field.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung von fünf Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawing of five exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einemFig. 1 shows a first embodiment of the invention with a
Kraftmesser,Dynamometer,
Fig. 2 die prinzipielle Anordnung von Messkörpern und Kondensatoren einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine netzförmige Anordnung von Messkörpern einer dritten2 shows the basic arrangement of measuring bodies and capacitors of a second embodiment of the invention, Fig. 3 shows a net-like arrangement of measuring bodies of a third
Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 4 die Verwendung nur eines Sensors für mehrere Messkörper in einer vierten Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit rechteckförmigen Spulen und einem Magnetometer, Fig. 6 ein Diagramm zur Lage des Maximums und des4 shows the use of only one sensor for a plurality of measuring bodies in a fourth embodiment of the invention, FIG. 5 shows an embodiment with rectangular coils and a magnetometer, FIG. 6 shows a diagram of the position of the maximum and
Nulldurchgangs des Gesamtfeldes bezüglich derZero crossing of the total field with respect to
Spulenachse bei Verwendung zweier Primärfeldspulen, Fig. 7 ein Diagramm zur Lage des Maximums und desCoil axis when using two primary field coils, Fig. 7 is a diagram of the position of the maximum and
Nulldurchgangs des Gesamtfeldes bei Verwendung zweierZero crossing of the total field when using two
Primärfeldspulen und einer Kompensations-Spule und Fig. 8 ein Diagramm zum Einfluss der Versetzung des Sensors gegenüber einem magnetischen Objekt auf die Streufeldkomponenten am Ort des Magnetometers.8 shows a diagram for the influence of the displacement of the sensor against a magnetic object on the stray field components at the location of the magnetometer.
Fig. 1 zeigt ein stabförmiges Bewehrungselement (Objekt) 10 innerhalb eines Betonkörpers (nichtmagnetisches Medium) 12 mit einer Betonoberfläche 13. Das primäre Magnetfeld 14 einer bspw. Kupferdraht gewickelten stromdurchflossenen Spule 15 magnetisiert den Stab 10 entsprechend der magnetischen Feldstärke auf. Die durch Pfeile angedeutete Stabmagnetisierung 16 erzeugt ein Streufeld, das sich dem Primärfeld 14 überlagert. Mit dem das Primärfeld 14 darstellenden Pfeil fällt die geometrische Achse Z-Z der Spule 15 zusammen. Beide Magnetfelder wirken auf einen magnetischen Messkörper 17 in unterschiedlicher Weise. Während das am Ort des Messkörpers 17 homogene Primärfeld 14 trotz seiner gegenüber dem Streufeld viel größeren Feldstärke keine translatorische Kraft ausübt, erzeugt das stark inhomogene Streufeld eine anziehende Kraft auf den im Primärfeld 14 aufmagnetisierten Messkörper 17, dessen durch Pfeile angedeutete Magnetisierung 18 parallel zum Primärfeld 14 gerichtet ist. Die anziehende Kraft bewirkt eine Verschiebung des mit einer flexiblen Halterung 19 am Spulengehäuse befestigten Messkörpers 17, deren Betrag bspw. durch die Änderung der elektrischen Kapazität eines Kondensators 11 gemessen wird, der aus einer Gegenelektrode 20 und der Oberfläche 17' des Messkörpers 17 besteht. Die Stärke der Verschiebung hat ihr Maximum, sobald der Abstand zwischen dem Stab 10 und dem Messkörper 17 sein Minimum hat. Auf diese Weise kann durch Bewegung von Spule 15 und Messkörper 17 parallel zur Betonoberfläche der Stab 10 geortet und mit einer Anzeige-, Registrier- und Auswerteeinrichtung 22 sichtbar gemacht werden. Diese Verschiebung kann sowohl elektrisch als auch mittels anderer physikalischer Verfahren (z. B. optisch oder akustisch mit Ultraschall usw. gemessen werden). Der Messkörper 17 kann sich ebenfalls in einem Fluidum befinden. Die das Magnetfeld 14 erzeugende Spule 15 kann eine runde oder vorteilhaft rechteckförmige Gestalt und eine dementsprechende magnetische Feldverteilung aufweisen. Im letztgenannten Fall ist es günstig, wenn die längere Kante der Spule 15 parallel zum Stab 10 verläuft. Die Nachweisempfindlichkeit der Verschiebung des Messkörpers 17 kann dadurch erhöht werden, dass der Messkörper aus einem permanent magnetischen Material besteht, dessen Magnetisierung bspw., wie in Fig. 1 dargestellt, nach links zeigt. Da die remanente Magnetisierung des Dauermagnetmaterials viel größer sein kann als die im Primärfeld 14 erzeugte Magnetisierung des weichmagnetischen Messkörpers, kann die auf den Messkörper wirkende Kraft viel stärker sein. Außerdem ist es möglich, durch Umpolung des Primärfeldes 14 die Richtung der auf den dauermagnetischen Messkörper 17 ausgeübten Kraft umzukehren. Die Nachweisempfindlichkeit kann ferner dadurch erhöht werden, dass das Primärfeld 14 periodisch ein- und ausgeschaltet, verändert oder periodisch umgepolt wird, wobei die Zahl der Perioden pro Sekunde so gewählt wird, dass sie in der Nähe der halben oder ganzen mechanischen Eigenfrequenz der Halterung 19 und/oder der elektrischen Eigenfrequenz des Schaltkreises zur Messung der Kapazitätsänderung liegt. Die Messung der Betondeckung wird auch dadurch verbessert, dass ein System von Spulen eingesetzt wird, das ein Primärfeld 14 erzeugt, dessen auf der Spulenachse Z-Z liegendes Maximum oder der Nulldurchgang im variablen Abstand von einer rechtwinklig zur Spulenachse gerichteten Mittelebene der Spulenanordnung einstellbar und veränderbar ist. Dadurch können auch hintereinanderliegende Bewehrungselemente unabhängig voneinander geortet werden, weil sie verschieden stark magnetisiert und mit ihrer Kraftwirkung auf den Messkörper 17 getrennt erfassbar sind.Fig. 1 shows a rod-shaped reinforcing element (object) 10 within a concrete body (non-magnetic medium) 12 having a concrete surface 13. The primary magnetic field 14 of a coil, for example, copper wire wound current-carrying coil 15 magnetizes the rod 10 in accordance with the magnetic field strength. The bar magnetization 16 indicated by arrows generates a stray field which is superimposed on the primary field 14. With the arrow representing the primary field 14, the geometric axis ZZ of the coil 15 coincides. Both magnetic fields act on a magnetic measuring body 17 in different ways. While the primary field 14 which is homogeneous at the location of the measuring body 17 does not exert any translational force despite its much larger field strength than the stray field, the strongly inhomogeneous stray field produces an attractive force on the measuring body 17 magnetized in the primary field 14, whose magnetization 18 indicated by arrows is parallel to the primary field 14 is directed. The attractive force causes a displacement of the measuring body 17 fastened to the coil housing with a flexible holder 19, the magnitude of which is measured, for example, by the change in the electrical capacitance of a capacitor 11 consisting of a counter-electrode 20 and the surface 17 'of the measuring body 17. The strength of Displacement has its maximum as soon as the distance between the rod 10 and the measuring body 17 has its minimum. In this way, by moving coil 15 and measuring body 17 parallel to the concrete surface, the bar 10 can be located and made visible with a display, registration and evaluation device 22. This displacement can be measured both electrically and by other physical methods (eg, optically or acoustically with ultrasound, etc.). The measuring body 17 can also be located in a fluid. The magnetic field 14 generating coil 15 may have a round or advantageously rectangular shape and a corresponding magnetic field distribution. In the latter case, it is favorable if the longer edge of the coil 15 extends parallel to the rod 10. The detection sensitivity of the displacement of the measuring body 17 can be increased, that the measuring body consists of a permanent magnetic material whose magnetization, for example., As shown in Fig. 1, pointing to the left. Since the remanent magnetization of the permanent magnet material can be much larger than the magnetization of the soft magnetic measuring body generated in the primary field 14, the force acting on the measuring body can be much stronger. It is also possible, by reversing the polarity of the primary field 14, to reverse the direction of the force exerted on the permanent-magnetic measuring body 17. The detection sensitivity can be further increased by periodically switching the primary field 14 on and off, changing it, or periodically reversing it, choosing the number of periods per second to be close to half or all of the mechanical natural frequency of the holder 19 and / or the natural electrical frequency of the circuit for measuring the capacitance change is. The measurement of the concrete cover is also improved by using a system of coils which generates a primary field 14 whose maximum lying on the coil axis ZZ or the zero crossing at a variable distance from a perpendicular to the coil axis directed center plane of the coil assembly is adjustable and changeable. As a result, even behind one another reinforcement elements can be located independently, because they magnetized differently and with their force on the measuring body 17 can be detected separately.
In Fig. 2 sind mehrere, die Elemente 17, 17', 19, 20 und 11 in Fig. 1 umfassende Sensoren in linearer Anordnung dargestellt, so dass jeweils die Messkörper 171 bis 175 den Elektroden 201 bis 205 gegenüberstehen. Dabei können die jeweils zusammengehörenden, einander gegenüberstehenden Messkörper und Elektroden sowohl innerhalb einer einzigen Spule als auch jedes Paar für sich in einer zugehörigen Spule angeordnet sein. Auf der linken Seite der Fig. 2 sind die Messkörper 171 bis 175 ohne Streufeldeinfluss und auf der rechten Seite unter dem Einfluss eines Streufeldes dargestellt, wobei die Messkörper 172, 173, 174 eine deutliche Verschiebung gegenüber den Elektroden 202, 203, 204 erkennen lassen. Da die örtliche Verteilung des Streufeldes von der Form des zu ortenden magnetischen Gegenstandes abhängt, kann durch getrennte Messung der Verschiebungen der einzelnen Messkörper auf die Form des zu ortenden Gegenstandes geschlossen werden.2, a plurality of sensors comprising the elements 17, 17 ', 19, 20 and 11 in FIG. 1 are shown in a linear arrangement, so that in each case the measuring bodies 171 to 175 face the electrodes 201 to 205. In this case, the mating, opposing measuring body and electrodes can be arranged both within a single coil and each pair for themselves in an associated coil. On the left side of Fig. 2, the measuring body 171 to 175 are shown without stray field influence and on the right side under the influence of a stray field, the measuring body 172, 173, 174 can detect a significant shift relative to the electrodes 202, 203, 204. Since the local distribution of the stray field depends on the shape of the magnetic object to be located, it can be concluded by separate measurement of the displacements of the individual measuring bodies on the shape of the object to be located.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Messkörper 170 matrixartig getroffen, so dass alle Einflüsse des Streufeldes in einer Ebene erfasst werden können. Analog zur Fig. 2 wirkt auf der linken Seite kein Streufeld, während auf der rechten Seite ein deutlicher Einfluss eines wirkenden Streufeldes erkennbar ist.In Fig. 3, the arrangement of the measuring body 170 is made like a matrix, so that all the effects of the stray field can be detected in a plane. Analogous to FIG. 2, no stray field acts on the left side, while a clear influence of an acting stray field can be recognized on the right side.
In Fig. 4 ist deutlich gemacht, dass mehrere nebeneinander angeordnete Messkörper 170 auf einen gemeinsamen Sensor 21 einwirken. Dieser Sensor kann sowohl als Kondensator als auch optischer oder akustischer Sensor gestaltet sein.In Fig. 4 it is made clear that a plurality of juxtaposed measuring body 170 act on a common sensor 21. This sensor can be designed both as a condenser and as an optical or acoustic sensor.
In Fig. 5 sind koaxial zu einer Achse Z-Z drei Rechteckspulen 151, 152, 153 ineinander angeordnet. In einer zu den Spulenebenen parallelen und auf der Achse Z-Z senkrechten Mittelebene 24 ist ein Magnetometer 23 vorgesehen. Im Abstand a vom Magnetometer befindet sich ein Bewehrungsstab 10, der parallel zu den langen Kanten der Rechteckspulen und zur Außenfläche 13 des Betonkörpers 12 verläuft. Beim Einschalten der Spulenströme bildet sich ein Primärfeld aus, das den Bewehrungsstab 10 magnetisiert und ein Streufeld ausbildet. Zunächst wird von den beiden Spulen 151, 152 ausgegangen. Die diese Spulen durchfließenden Elektrischen Ströme haben entgegensetzte Vorzeichen, so dass die magnetischen Felder beider Spulen entgegensetzt gerichtet sind. Das Produkt N-I aus Windungszahl (N) und Stromstärke (I) des durch die Spulen fließenden Stroms wird bei der kleineren Spule 152 so verändert, dass sein Betrag zwischen 0 und 100 % des entsprechenden Produkts der größeren Spule 151 liegt.In Fig. 5 coaxially to an axis ZZ three rectangular coils 151, 152, 153 are arranged one inside the other. In a plane parallel to the coil planes and perpendicular to the axis ZZ center plane 24, a magnetometer 23 is provided. At a distance a from the magnetometer is a reinforcing bar 10 which is parallel to the long edges of the rectangular coils and the outer surface 13 of the concrete body 12. When switching on the coil currents, a primary field is formed, which magnetizes the rebar 10 and forms a stray field. First, it is assumed that the two coils 151, 152. The electrical currents flowing through these coils have opposite signs, so that the magnetic fields of both coils are directed in opposite directions. The product NI of turns (N) and current (I) of the current flowing through the coils is changed in the smaller coil 152 so that its magnitude is between 0 and 100% of the corresponding product of the larger coil 151.
Im Diagramm der Fig. 6 ist über der Spulenachse Z-Z als Abszisse der Quotient hz aus der Z-Komponente des Primärfeldes der Spulen zu dem Magnetfeld der größeren Spule, im Zentrum dieser Spule gemessen, als Ordinate aufgetragen. Die Fig. 6 zeigt für ein Beispiel zweier koaxial angeordneter Kreisspulen mit einem Radius von 30 cm für die größere und von 10 cm für die kleinere Spule, wie durch die Veränderung dieses Produktes N-I der kleineren Spule das Maximum des magnetischen Gesamtfeldes auf der gemeinsamen Spulenachse Z-Z verschoben wird. Ferner zeigt Fig. 6, wie die Position auf der Achse verschoben wird, an welcher das Gesamtfeld praktisch Null ist (Nulldurchgang). Die Kurven 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 und 1,0 stellen die Veränderungen dar, die sich bei 0.%, 20 %, 40 %, 60 %, 80 % und 100 % im Produkt für die kleine Spule 152 ergeben. Die Nulldurchgänge der Kurven 0,4; 0,6; 0,8 und 1,0 liegen entsprechend bei einem Abstand von ca. 3,8 cm; 7,5 cm; 10 cm und 12 cm auf der Achse Z-Z. Alle Positionen sind von dem in der Mittelebene 24 liegenden Spulenzentrum aus gemessen, das auch der Ort des Magnetometers 23 ist.In the diagram of FIG. 6, the quotient h z from the Z component of the primary field of the coils to the magnetic field of the larger coil, measured in the center of this coil, is plotted as ordinate above the coil axis ZZ. Fig. 6 shows, for an example of two coaxially arranged circular coils having a radius of 30 cm for the larger and 10 cm for the smaller coil, as by the change of this product NI the smaller coil, the maximum of the total magnetic field on the common coil axis ZZ is moved. Further, Fig. 6 shows how the position is shifted on the axis at which the total field is practically zero (zero crossing). The curves 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 and 1.0 represent the changes that occur at 0%, 20%, 40%, 60%, 80% and 100% in the product for the small coil 152. The zero crossings of the curves 0.4; 0.6; 0.8 and 1.0 are correspondingly at a distance of about 3.8 cm; 7.5 cm; 10 cm and 12 cm on the ZZ axis. All positions are measured from the lying in the median plane 24 coil center, which is also the location of the magnetometer 23.
Durch diese Veränderung kann erreicht werden, dass näher an der Spulenkombination gelegene Objekte weniger stark oder mit einem Primärfeld anderen Vorzeichens magnetisiert werden als weiter entfernte Objekte und entsprechend einstellbare Streufelder erzeugen. Durch zusätzliche Änderungen der Durchmesser beider Spulen und durch Einbeziehen weiterer Spulen (153) können die Variationen des magnetischen Primärfeldes darüber hinaus erweitert werden. So kann durch die dritte Spule (Kompensationsspule) 153 das magnetische Primärfeld im Zentrum der Spulenanordnung stark erniedrigt werden, ohne den Feldverlauf in größeren Abständen vom Zentrum wesentlich zu verändern. Auf diese Weise wird der im Zentrum angeordnete Magnetsensor 23 keinen starken Magnetfeldern ausgesetzt, siehe Fig. 7.This change makes it possible to magnetize objects located closer to the coil combination less strongly or with a primary field of a different sign than objects located further away and to generate correspondingly adjustable stray fields. By additional changes in the diameters of both coils and by incorporating further coils (153), the variations of the primary magnetic field can be further extended. Thus, by the third coil (compensation coil) 153, the magnetic primary field in the center of the coil arrangement can be greatly reduced, without significantly changing the course of the field at greater distances from the center. In this way, the magnetic sensor 23 arranged in the center is not exposed to strong magnetic fields, see FIG. 7.
Die Fig. 7 zeigt analog zur Fig. 6 den Verlauf eines Primärfeldes auf der gemeinsamen Spulenachse Z-Z als Funktion des Abstands Z vom Spulenzentrum. In diesem Beispiel besteht die Spulenkombination aus drei koaxialen kreisförmigen Spulen. Die größte dieser Spulen besitzt bspw. einen Radius von 20 cm, die mittlere Spule einen Radius von 10 cm und die kleinste Spule, die als Kompensationsspule vorgesehen ist, einen Radius von 1,5 cm. Die Fig. 7 zeigt, dass durch Einstellen des Produktes N-I der Kompensationsspule stets das Gesamt-Primärfeld am Ort des Magnetometers 23 zum Verschwinden gebracht werden kann. Das Verhältnis der Produkte N-I der beiden größeren Spulen ist so gewählt, dass weitere Nulldurchgänge des Gesamt-Primärfeldes auf der Achse Z-Z in unterschiedlichen Abständen vom Spulenzentrum 0 liegen. Die Kurven 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 stellen die Veränderungen dar, die sich bei Änderung im Verhältnis der Produkte N- 1 der beiden größeren Spulen auf das Maximum des Gesamt- Primärfeldes ergeben. Für ein Verhältnis des Produktes der mittleren Spule zu dem der großen Spule von 60%; 80%; 100%; 120% ergeben sich Abstände von 4 cm; 7,5 cm; 10 cm; 12 cm.FIG. 7 shows, analogously to FIG. 6, the course of a primary field on the common coil axis Z-Z as a function of the distance Z from the coil center. In this example, the coil combination consists of three coaxial circular coils. The largest of these coils has, for example, a radius of 20 cm, the central coil a radius of 10 cm and the smallest coil, which is provided as a compensation coil, a radius of 1.5 cm. FIG. 7 shows that by adjusting the product N-I of the compensation coil, the total primary field at the location of the magnetometer 23 can always be made to disappear. The ratio of the products N-I of the two larger coils is chosen so that further zero crossings of the total primary field on the axis Z-Z are at different distances from the coil center 0. The curves 0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1,2 represent the changes that result when the ratio of the products N-1 of the two larger coils changes to the maximum of the total primary field. For a ratio of the product of the middle coil to that of the large coil of 60%; 80%; 100%; 120% results in distances of 4 cm; 7.5 cm; 10 centimeters; 12 cm.
Das Diagramm der Fig. 8 zeigt, wie sich bei einer Bewegung des Magnetometers 23 parallel zur Betonoberfläche 13, die mit demThe diagram of Fig. 8 shows, as in a movement of the magnetometer 23 parallel to the concrete surface 13, with the
Magnetometer 23 gemessenen Streufeldkomponenten verändern. Dabei ist das Magnetometer 23 im Zentrum der Spulenkombination angeordnet. Durch die Abszisse ist der Abstand x des Stabes vomMagnetometer 23 measured stray field components change. In this case, the magnetometer 23 is arranged in the center of the coil combination. By the abscissa is the distance x of the rod from
Magnetometer in der Spulenebene senkrecht zum Stab (Objekt) 10 gekennzeichnet. Auf der Ordinate ist der Quotient derMagnetometer in the coil plane perpendicular to the rod (object) 10 marked. On the ordinate is the quotient of
Streufeldkomponenten geteilt durch die remanente Magnetisierung desStray field components divided by the remanent magnetization of the
Objektes 10 aufgetragen und mit hx und hz bezeichnet. Als Quelle desObject 10 plotted and labeled h x and h z . As a source of
Primärfeldes ist eine einzige rechteckförmige Spule angenommen, deren lange Kante parallel zum stabförmigen Objekt 10 liegt und eine Kantenlänge von 50 cm besitzt. Die Länge der kürzeren Kante beträgtPrimary field is assumed a single rectangular coil whose long edge is parallel to the rod-shaped object 10 and has an edge length of 50 cm. The length of the shorter edge is
20 cm. Das stabformige Objekt 10 besitzt einen Durchmesser von 1 cm. Im Abstand a = 10 cm zwischen dem Objekt 10 und der Ebene in der das Magnetometer senkrecht zur Achse des Objektes 10 und parallel zur Außenfläche 13 bewegt wird, ergibt sich ein Maximum von hz sobald die Z-Z- Achse der Spule das Objekt 10 schneidet. Durch Bewegen des Magnetometers 23 parallel zur Betonoberfläche 13 wird demnach die Position auf der Betonoberfläche gefunden, unter der das Objekt 10 liegt. Bei einer geringen seitlichen Verschiebung aus dieser Lage werden Streufeldkomponenten gemessen, deren Vorzeichen und Größe anzeigen, in welcher Richtung und um welche laterale Strecke das Magnetometer 23 gegenüber dem Objekt 10 versetzt ist. Die Koordinate, die sowohl zur Z-Z-Achse wie zur Achse des stabförmigen Objektes 10 senkrecht gerichtet ist, wird X-Achse genannt. Die zur X- Achse parallele Komponente des Streufeldes am Ort des Magnetometers 23 wird Null, wenn das Objekt auf der Achse Z-Z liegt. Dann kann aus dem Betrag der Z-Komponente des Streufeldes der Abstand a und der Durchmesser des Objektes 10 bestimmt werden, wenn die Stärke des magnetischen Primärfeldes am Ort des Objektes 10 kontrolliert verändert wird. Eine näherungsweise Rechnung ergibt, dass die Z- Komponente des Streufeldes proportional dem Produkt aus dem Quadrat des Objektdurchmessers und der Primärfeldstärke ist und mit einer numerisch berechenbaren Funktion des Abstandes a abfällt. Da die Primärfeldstärke am Ort des Objektes verändert werden kann, während der Objektdurchmesser konstant bleibt, kann (bspw. durch Variation des Nulldurchgangs des Primärfeldes) zunächst der Abstand a und danach mit bekamitem a der Objektdurchmesser ermittelt werden. Bei entsprechender Einstellung des Nulldurchgangs des Primärfeldes wird bewirkt, dass ein Objekt in einer bestimmten Tiefe praktisch kein Streufeld erzeugt, während ein tiefer gelegenes Objekt ein messbares Streufeld aufweist.20 cm. The rod-shaped object 10 has a diameter of 1 cm. At a distance a = 10 cm between the object 10 and the plane in which the magnetometer is moved perpendicular to the axis of the object 10 and parallel to the outer surface 13, there is a maximum of h z as soon as the ZZ axis of the coil intersects the object 10. By moving the magnetometer 23 parallel to the concrete surface 13, therefore, the position on the concrete surface is found, under which the object 10 is located. With a small lateral displacement from this position, stray field components are measured whose sign and magnitude indicate in which direction and by which lateral distance the magnetometer 23 is offset with respect to the object 10. The coordinate which is perpendicular to both the ZZ axis and the axis of the rod-shaped object 10 is called X-axis. The parallel to the X axis component of the stray field at the location of the magnetometer 23 is zero when the object lies on the axis ZZ. Then, from the amount of the Z component of the stray field, the distance a and the diameter of the object 10 can be determined, if the strength of the primary magnetic field at the location of the object 10 is changed in a controlled manner. An approximate calculation shows that the Z component of the stray field is proportional to the product of the square of the object diameter and the primary field strength and decreases with a numerically calculable function of the distance a. Since the primary field strength at the location of the object can be changed while the object diameter remains constant, (eg, by varying the zero crossing of the primary field), first the distance a and then determined with ititem a the object diameter. If the zero crossing of the primary field is appropriately set, the effect is that an object at a certain depth produces virtually no stray field, while a lower-lying object has a measurable stray field.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. BezugszeichenlisteAll in the description, the following claims and the drawings illustrated features may be essential to the invention both individually and in any combination. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Bewehrangselement, Objekt, Stab10 rebar element, object, staff
11 Kondensator11 capacitor
12 Betonkörper12 concrete bodies
13 Betonkörperoberfläche13 concrete body surface
14 Primär-Magnetfeld14 primary magnetic field
15 Magnetfelderzeuger, Spule, Permanentmagnet15 magnetic field generator, coil, permanent magnet
16, 18 Magnetisierungen16, 18 magnetizations
17 Messkörper17 measuring body
17' Messkörperoberfläche17 'measuring body surface
19 flexible (elastische) Halterung19 flexible (elastic) holder
20 Gegenelektrode20 counter electrode
21 Kondensator, Sensor21 capacitor, sensor
22 Anzeige-, Registrier- und Auswerteeinrichtung22 Display, registration and evaluation device
23 Magnetometer23 magnetometers
24 Mittelebene24 median plane
201, 202, 203, 204, 205 Gegenelektroden201, 202, 203, 204, 205 counterelectrodes
151, 152, 153 Rechteckspulen151, 152, 153 rectangular coils
170, 171, 172, 173,170, 171, 172, 173,
174, 175 Messkörper174, 175 measuring bodies
X-X, Y-Y, Z-Z Achsen a, x AbstandX-X, Y-Y, Z-Z axes a, x distance
0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8;0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8;
1,0; 1,2 Kurven 1.0; 1.2 curves
LiteraturlisteBibliography
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Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Ortung von magnetischen oder magnetisierbaren Objekten, die sich in nichtmagnetischen Medien befinden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor in einem primären1. Arrangement for locating magnetic or magnetizable objects, which are located in non-magnetic media, characterized in that at least one sensor in a primary
Magnetfeld mindesten eines Magnetfelderzeugers angeordnet und die Magnetisierungsverteilung des Magnetfeldes in der Nähe des jeweiligen Sensors homogen oder hinsichtlich ihres örtlichen Verlaufs bekannt ist.Magnetic field arranged at least one magnetic field generator and the magnetization distribution of the magnetic field in the vicinity of the respective sensor is homogeneous or known in terms of their local course.
2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger jeweils eine elektrische Spule ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic field generator is in each case an electrical coil.
3. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger ein Dauermagnet ist.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic field generator is a permanent magnet.
4. Anordnung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Kraft- Weg-Messsystem ist.4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor is a force-displacement measuring system.
5. Anordnung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Magnetometer ist.5. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor is a magnetometer.
6. Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraft- Weg-Messsystem ein mechanisches Wirkprinzip zu Grunde liegt.6. Arrangement according to claim 4, characterized in that the force-displacement measuring system is based on a mechanical action principle.
7. Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraft- Weg-Messsystem ein optisches Wirkprinzip zu Grunde liegt.7. Arrangement according to claim 4, characterized in that the force-displacement measuring system is based on an optical principle of action.
8. Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraft- Weg-Messsystem ein elektrisches Wirkprinzip zu Grunde liegt.8. Arrangement according to claim 4, characterized in that the force-displacement measuring system is based on an electrical operating principle.
9. Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraft- Weg-Messsystem ein akustisches Wirkprinzip zu Grunde liegt. 9. Arrangement according to claim 4, characterized in that the force-displacement measuring system is based on an acoustic operating principle.
10. Anordnung gemäß den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraft- Weg-Messsystem eine Kombination von mindestens zwei Wirkprinzipien zu Grunde liegt.10. Arrangement according to claims 5 to 9, characterized in that the force-displacement measuring system is based on a combination of at least two active principles.
11. Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraft-Weg-Messsystem einen Messkörper enthält, der sich im homogenen Magnetfeld des Magnetfelderzeugers befindet in diesem im Wesentlichen parallel zu den Magnetfeldlinien verstellbar angeordnet ist.11. Arrangement according to claim 4, characterized in that the force-displacement measuring system includes a measuring body, which is arranged in the homogeneous magnetic field of the magnetic field generator in this substantially parallel to the magnetic field lines is arranged adjustable.
12. Anordnung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper am Magnetfelderzeuger flexibel gelagert ist.12. Arrangement according to claim 11, characterized in that the measuring body is flexibly mounted on the magnetic field generator.
13. Anordnung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper aus einem weichmagnetischen Material besteht.13. Arrangement according to claim 11, characterized in that the measuring body consists of a soft magnetic material.
14. Anordnung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper aus einem hartmagnetischen Material besteht.14. Arrangement according to claim 11, characterized in that the measuring body consists of a hard magnetic material.
15. Anordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mindestens ein ein-, zwei-, oder dreiachsiges Magnetometer ist.15. An arrangement according to claim 5, characterized in that the sensor is at least one one, two, or three-axis magnetometer.
16. Anordnung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetometer auf dem Hall-Effekt beruht.16. Arrangement according to claim 15, characterized in that the magnetometer is based on the Hall effect.
17. Anordnung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetometer auf dem magnetoresistiven Prinzip beruht.17. Arrangement according to claim 15, characterized in that the magnetometer is based on the magnetoresistive principle.
18. Anordnung gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Magnetfelderzeuger im Wesentlichen koaxial mindestens ein weiterer Magnetfelderzeuger angeordnet ist.18. Arrangement according to claims 4 and 5, characterized in that in the magnetic field generator substantially coaxially at least one further magnetic field generator is arranged.
19. Anordnung gemäß den Ansprüchen 1 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld zumindest eines19. Arrangement according to claims 1 and 18, characterized in that the magnetic field at least one
Magnetfelderzeugers veränderbar ist. Magnetic field generator is changeable.
20. Anordnung gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Magnetfelderzeuger als runde oder eckige Spulen gestaltet sind.20. Arrangement according to claims 4 and 5, characterized in that at least a part of the magnetic field generator are designed as round or square coils.
21. Anordnung gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Magnetfelderzeuger und Magnetsensoren in einer Fläche aufweist, die der Oberfläche des Mediums entspricht.21. Arrangement according to spoke 1, characterized in that it comprises a plurality of magnetic field generator and magnetic sensors in a surface corresponding to the surface of the medium.
22. Anordnung gemäß den Ansprüchen 1 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass den Magnetfelderzeugern auf ihren geometrischen Achsen mehrere Magnetsensoren nacheinander angeordnet sind.22. Arrangement according to claims 1 and 21, characterized in that the magnetic field generators are arranged on their geometric axes, a plurality of magnetic sensors successively.
23. Verfahren zur Ortung von magnetischen oder magnetisierbaren Objekten, die sich in nichtmagnetischen Medien befinden, gekennzeichnet durch die Erzeugung eines primären Magnetfeldes mit Hilfe von Spulen, Elektromagneten oder Dauermagneten, dem die Objekte ausgesetzt werden, Bestimmung der örtlichen Verteilung des magnetischen Streufeldes der Objekte, Messung des magnetischen Streufeldes an definierten Orten mit Hilfe von Sensoren.23. A method for locating magnetic or magnetizable objects which are located in non-magnetic media, characterized by generating a primary magnetic field by means of coils, electromagnets or permanent magnets to which the objects are exposed, determining the local distribution of the magnetic stray field of the objects, Measurement of the stray magnetic field at defined locations with the help of sensors.
24. Verfahren zur Ortung von magnetischen oder magnetisierbaren Objekten, die sich in nichtmagnetischen Medien befinden, gekennzeichnet durch die Erzeugung eines primären Magnetfeldes mit Hilfe von Spulen, Elektromagneten oder Dauermagneten, dem die Objekte ausgesetzt werden, Bestimmung der örtlichen Verteilung des magnetischen Streufeldes der Objekte und Messung des Gradienten des magnetischen Streufeldes an definierten Orten mit24. A method for locating magnetic or magnetizable objects, which are located in non-magnetic media, characterized by the generation of a primary magnetic field by means of coils, electromagnets or permanent magnets to which the objects are exposed, determining the local distribution of the magnetic stray field of the objects and Measurement of the gradient of the stray magnetic field at defined locations
Hilfe von Sensoren.Help from sensors.
25. Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen des magnetischen Streufeldes mit im Voraus ermittelten analytisch-numerischen Werten verglichen werden. 25. The method according to claim 23 or 24, characterized in that the measurements of the stray magnetic field are compared with previously determined analytical numerical values.
26. Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen mit im Voraus empirisch ermittelten Werten verglichen werden. 26. The method according to claim 23 or 24, characterized in that the measurements are compared with empirically determined values in advance.
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