металлообнаружитель

Формула изобретения

1. Металлообнаружитель, выполненный в виде вертикальной монопанели, внутри которой установлена приемная катушка, выходы которой через усилитель связаны с блоком индикации, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере одну намагничивающую катушку и вторую приемную катушку, также установленные в вертикальной монопанели, выводы намагничивающей катушки подключены к генератору, вторая приемная соединена с первой приемной катушкой последовательно, свободные выводы приемных катушек соединены со входами усилителя, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен с первым входом анализатора, выход которого соединен с входом блока индикации, устройство управления, первый выход которого соединен с входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, первый и второй блоки контроля направления движения, каждый из выходов которых соединен соответственно со вторым и третьим входами анализатора.

2. Металлообнаружитель по п.1, отличающийся тем, что приемные катушки установлены встречно по обе стороны от горизонтально расположенной намагничивающей катушки и симметрично разнесены относительно нее.

3. Металлообнаружитель по п.1, отличающийся тем, что приемные катушки установлены встречно по одну сторону от горизонтально расположенной намагничивающей катушки.

4. Металлообнаружитель по п.1, отличающийся тем, что приемные катушки установлены встречно по обе стороны от вертикально расположенной намагничивающей катушки и симметрично разнесены относительно нее.

5. Металлообнаружитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной намагничивающей катушкой, включенной последовательно с основной намагничивающей катушкой.

6. Металлообнаружитель по п.5, отличающийся тем, что намагничивающие катушки установлены ортогонально в центре и приемные катушки расположены встречно по обе стороны от намагничивающих катушек и симметрично разнесены относительно последних.

7. Металлообнаружитель по п.5, отличающийся тем, что намагничивающие катушки установлены встречно и разнесены симметрично на одинаковое расстояние вверх и вниз относительно приемных, установленных однонаправленно в центре.

8. Металлообнаружитель по п.1, отличающийся тем, что толщина монопанели 30-100 мм и ширина 200-400 мм.

Описание изобретения к патенту

Устройство предназначено для обнаружения металлических объектов (преимущественно огнестрельного оружия), проносимых проверяемыми лицами под одеждой через зону контроля.

Основные требования, предъявляемые к подобным устройствам, - это малые размеры и высокая достоверность обнаружения запрещенных объектов.

Малые размеры элементов металлообнаружителя позволяют встраивать (камуфлировать) его в существующие архитектурные сооружения (проходы, коридоры, дверные проемы) и офисную мебель. Высокая достоверность или низкий уровень ложных срабатываний должны обеспечиваться за счет высокой помехозащищенности от внешних несанкционированных воздействий и промышленных помех и многокомпонентного анализа проносимых металлических предметов (вес, объем, вид металла).

Известен металлообнаружитель [патент США №5859532, опубл. 12 января 1999 года], включающий несколько намагничивающих и приемных катушек, устанавливаемых по периметру зоны контроля. Намагничивающие катушки подключены к выходу генератора и создают в зоне контроля переменное магнитное поле. Это поле воздействует на проносимый через зону контроля скрытый искомый металлический объект, индуцируя в нем переменный магнитный момент, который создает вторичное магнитное поле рассеяния. Взаимодействие этого поля с полем, создаваемым намагничивающими катушками, искажает симметрию последнего, и в первоначально сбалансированных приемных катушках наводится соответствующее переменное напряжение выходного сигнала. Его величина при прочих равных условиях зависит от величины, формы, материала искомого объекта. По знаку синфазной составляющей, измеряемой относительно фазы поля возбуждения, определяют сорт металла (ферромагнитный или цветной). По величине квадратурной составляющей судят о величине электрических потерь в обследуемом объекте. Другими словами, об объеме, массе и проводимости.

Размещение намагничивающих и приемных катушек по периметру зоны контроля создает трудности для его скрытой установки. Кроме того, данный металлообнаружитель имеет одну зону контроля, ширина которой обычно составляет 0,9÷1,0 м, и он не может использоваться для организации двух зон досмотра. Дополнительно данный металлоискатель обладает существенной неоднородностью чувствительности к объекту обследования в зоне обнаружения.

Известен металлообнаружитель [свидетельство на полезную модель РФ №26139, опубл. 10 ноября 2002 года], содержащий две намагничивающие катушки, установленные в соседних нижних углах контролируемой зоны, и две приемные катушки, установленные в противоположных верхних углах. Конструктивно металлообнаружитель выполняется в виде традиционных ворот П-образной формы, или катушки встраиваются в элементы конструкции проходов и дверей. Две намагничивающие катушки металлообнаружителя подключены к генератору переменного тока, а две приемные катушки, соединенные между собой последовательно и градиентометрически, подключены к переменному резистору, управляющий выход которого соединен с входом усилителя. Выход усилителя подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен с входом анализатора, выход которого соединен с входом индикатора. Металлообнаружитель снабжен также устройством управления, первый выход которого соединен с входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора.

Достоинством данного устройства является однородность чувствительности в зоне обнаружения (70-80%). Однако такое расположение приемных катушек и намагничивающих катушек требует большого пространства для размещения металлообнаружителя при размерах зоны контроля, ограниченной расстоянием между двумя одноименными катушками, и наличия глубокой схемы компенсации (порядка 10^-4 степени).

Кроме того, размещение катушек в противоположных углах зоны контроля создает определенные трудности для эксплуатации в условиях, когда необходимо разместить металлообнаружитель в ограниченном пространстве (стойки метро, проходы в учреждениях, и т.д.), а также создает трудности при его камуфлировании.

Наиболее близким к заявляемому является пассивное устройство безопасности для обнаружения ферромагнитных объектов (патент США №6362739, опубл. 26 марта 2002 года), содержащее по крайней мере одну приемную катушку, расположенную на вертикальной стойке. Выводы приемной катушки через усилитель, фильтр и пороговый элемент связаны с индикатором.

Основные преимущества данного устройства - это небольшие размеры и возможность его скрытого размещения в деталях интерьера.

Недостатком данного устройства является то, что пассивный режим работы имеет низкую чувствительность и, следовательно, малую зону обнаружения. Он имеет также низкую селективность, поскольку электрическая схема обработки сигнала может определять только ферромагнитные объекты.

В основу изобретения положена задача расширения функциональных возможностей металлообнаружителя путем обеспечения возможности контроля двух зон досмотра, при повышении чувствительности к объекту обследования в зоне контроля и селективности за счет многокомпонентного анализа, а также создания условий для его скрытого размещения в виде деталей интерьера.

Поставленная задача решается тем, что металлообнаружитель, выполненный в виде вертикальной монопанели, внутри которой установлена приемная катушка, выходы которой через усилитель связаны с блоком индикации, согласно изобретению содержит по крайней мере одну намагничивающую катушку и вторую приемную катушку, также установленных в вертикальной монопанели, выводы намагничивающей катушки подключены к генератору, и вторая приемная соединена с первой приемной катушкой последовательно, свободные выводы приемных катушек соединены со входами усилителя, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен с первым входом анализатора, выход которого соединен с входом блока индикации, устройство управления, первый выход которого соединен с входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, первый и второй блоки контроля направления движения каждый их выходов которых соединен соответственно со вторым и третьим входами анализатора.

При этом:

- приемные катушки установлены встречно по обе стороны от горизонтально расположенной намагничивающей катушки (фиг.3) и симметрично разнесены относительно нее;

- приемные катушки установлены встречно по одну сторону от горизонтально расположенной намагничивающей катушки (фиг.4);

- приемные катушки установлены встречно по обе стороны от вертикально расположенной намагничивающей катушки (фиг.5) и симметрично разнесены относительно нее;

- металлообнаружитель снабжен дополнительной намагничивающей катушкой, включенный последовательно с основной намагничивающей катушкой, при этом в одном случае (фиг.6) намагничивающие катушки установлены в центре ортогонально и приемные катушки расположены встречно по обе стороны от намагничивающих катушек и симметрично разнесены относительно последних, а в другом (фиг.7) - намагничивающие катушки установлены встречно и разнесены симметрично на одинаковое расстояние вверх и вниз относительно приемных, установленных однонаправленно в центре монопанели;

- толщина монопанели не превышает 30÷100 мм и ширина не превышает 200÷400 мм.

Снабжение металлообнаружителя намагничивающей катушкой и второй приемной катушкой позволило повысить чувствительность металлообнаружителя и расширить зону контроля. Выполнение металлообнаружителя в виде монопанели с расположенными определенным образом внутри ее намагничивающими и приемными катушками позволило создать две зоны контроля. Электрическая схема, осуществляющая многокомпонентный анализ полезного сигнала, позволяет обнаруживать как ферромагнитные материалы, так и цветные металлы, тем самым повышая селективность объектов обнаружения. Выполнение металлообнаружителя в виде компактной вертикальной монопанели позволяет скрытно разместить его в зоне досмотра.

Таким образом, заявляемый металлообнаружитель обеспечивает две зоны контроля при повышении его чувствительности и селективности и создание условий для его скрытного размещения (камуфлирования) в виде деталей интерьера (стойки метро, разделительные ограждения турникетов и т.п.).

На фиг.1 представлен внешний вид прямоугольной вертикальной стойки (монопанели) с встроенным электронным блоком;

- на фиг.2 - внешний вид цилиндрической вертикальной стойки с выносным электронным блоком;

- на фиг.3 представлено схематическое изображение монопанели и магнитного поля с расположением двух приемных катушек по обе стороны от горизонтально расположенной намагничивающей катушки;

- на фиг.4 - схематическое изображение монопанели и магнитного поля с расположением двух приемных катушек по одну сторону от горизонтально расположенной намагничивающей катушки;

- на фиг.5 - схематическое изображение монопанели и магнитного поля с расположением двух приемных катушек по обе стороны от намагничивающей катушки, расположенной вертикально;

- на фиг.6 - схематическое изображение монопанели и магнитного поля с расположением двух приемных катушек по обе стороны от двух ортогонально установленных намагничивающих катушек;

- на фиг.7 - схематическое изображение монопанели и магнитного поля с двумя намагничивающими катушками и двумя приемными катушками в центре;

- на фиг.8 представлена схема установки металлообнаружителя в разделенном двухстороннем проходе;

- на фиг.9 - схема установки металлообнаружителя в проходе с "вертушкой";

- на фиг.10 - схема установки металлообнаружителя в двухстороннем проходе типа "турникет";

- на фиг.11 - схема установки металлообнаружителя для контроля угловой двери;

- на фиг.12 - схема установки металлообнаружителя для контроля двух смежных дверей;

- на фиг.13 - электрическая схема электронного блока;

- на фиг.14 - внешний вид блока индикации.

Конструктивно металлообнаружитель выполнен в виде вертикальной стойки - монопанели 1, причем форма ее может быть произвольной, в частности прямоугольной или цилиндрической. Внутри монопанели 1 установлены элементы крепления катушек (на чертеже не показаны). В нижней части монопанели 1 выполнено основание 2 для обеспечения устойчивости. Монопанель 1 может быть также выполнена подвесной и крепиться непосредственно на стене. Размеры монопанели 1 по вертикали около 2000 мм, толщина ее не превышает 100 мм, а ширина не превышает 400 мм. Каждая из зон контроля (зона контроля левого канала 3 и зона контроля правого канала 4) имеет размеры до 0.9÷1.2 м. Электронный блок 5 может встраиваться непосредственно в корпус монопанели 1 или монтируется в виде пульта, расположенного на рабочем месте оператора.

Конструкция монопанели 1 позволяет создать различные диаграммы направленности чувствительности (лепестки) путем изменения взаимного расположения намагничивающих катушек 6 и 7 и приемных катушек 8 и 9 (фиг.3, 4, 5, 6 и 7). Оси максимальной чувствительности направлены перпендикулярно направлению движения через контролируемый проход. За горизонтальное или вертикальное расположение катушек принимается соответственно горизонтальное или вертикальное расположение осей катушек. Сигнал от ферромагнитных материалов и цветных металлов имеет различную полярность (+ или -), на чертежах приведена полярность сигналов для ферромагнитных материалов. Для некоторых взаимных расположений имеются "мертвые" зоны 10, в которых чувствительность металлообнаружителя близка к нулю.

Организация двух потоков движения для создания двух зон досмотра может быть создана за счет разделяющих ограждений 11 (фиг.8), с помощью "вертушки" 12 (фиг.9) или конструкции 13 типа "турникет" (фиг.10). Элементы вращающихся частей "вертушки" должны быть выполнены из неметаллических материалов.

Для создания зоны контроля угловой двери 14 монопанель 1 крепится непосредственно на смежную стену (фиг.11). Для создания зон контроля для двух соседних дверей 14 монопанель 1 устанавливается между ними (фиг.12).

Электрическая схема металлообнаружителя содержит намагничивающие катушки 6 (и 7), подключенные к генератору 15 переменного тока (фиг.13). Приемные катушки 8 и 9 включены последовательно и градиентометрически, для вычитания сигналов, наведенных однородной внешней помехой (за исключением их расположения в центре, где они включены синфазно фиг.7). Свободные выходы приемных катушек 8 и 9 соединены со входом усилителя 16. Первый выход устройства 17 управления соединен со входом генератора 15, а второй выход со вторым входом синхронного детектора 18, выход усилителя 16 соединен с первым входом синхронного детектора 18, выход которого соединен со входом анализатора 19, выход которого соединен со входом блока 20 индикации. Блок 20 индикации (фиг.14) содержит цифровой дисплей 21, сигнальную лампочку 22 и светодиодную "линейку" 23 левого канала, а также сигнальную лампочку 24 и светодиодную "линейку" 25 правого канала. Блок 20 индикации может быть оснащен звуковой сигнализацией и иметь возможность подключения внешних блокирующих устройств турникета. Кроме того, электрическая схема содержит блоки 26 и 27 контроля направления движения (для каждой зоны досмотра соответственно), выходы которых подключены ко второму и третьему входам анализатора 19. Блоки 26 и 27 контроля направления движения могут быть выполнены с использованием оптоэлектронных пар (светодиод - фотодиод) или других сенсоров движения (индукционные или емкостные датчики).

Металлообнаружитель работает следующим образом. По сигналу устройства 17 управления генератор 15 вырабатывает переменный ток, который, протекая по намагничивающей катушке 6, вызывает появление в зоне контроля 3 и 4 (с обеих сторон прохода) переменного магнитного поля.

В приемных катушках 8 и 9 наводится ЭДС, которая поступает на вход усилителя 16. Переменные поля индустриальных помех от отдаленных источников, воздействуя на приемные катушки 8 и 9, вызывают появление на их выходах приблизительно одинаковых друг другу, но противофазных напряжений, которые взаимно компенсируются на входе усилителя 16 и не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства. Сигнал, наведенный в приемных катушках 8 и 9 от поля, создаваемого намагничивающими катушками 6 (и 7) при отсутствии металлических предметов в зонах контроля 3 и 4, принимается за исходный, нулевой уровень, который автоматически компенсируется имеющейся системой компенсации. Компенсация необходима при первоначальной установке устройства в определенном месте и при несанкционированном перемещении крупногабаритных объектов, расположенных вблизи металлообнаружителя. Далее этот сигнал поступает на синхронный детектор 18. Одновременно на синхронный детектор 18 поступает сигнал с устройства 17 управления.

При появлении в зонах контроля 3 или 4 металлического объекта (на чертеже не показан), подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот объект намагничивается переменным полем намагничивающей катушки 6 (и 7), в результате чего вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Селективными параметрами обнаруживаемого предмета является индуцированный в нем магнитный момент. Компоненты этого поля воздействуют на приемные катушки 8 и 9, вызывая появление на их выходах соответствующих переменных напряжений.

Устройство работает в двух режимах. В первом режиме измеряется синфазная с током возбуждения составляющая полезного сигнала, что позволяет по изменению знака на выходе синхронного детектора судить о материале объекта (цветной или ферромагнитный), а также по величине (амплитуде) сигнала величину наведенного магнитного момента, который примерно пропорционален объему обнаруживаемого предмета. Во втором режиме измеряется квадратурная составляющая полезного сигнала, которая пропорциональна электромагнитным потерям в обнаруживаемом предмете. Они имеют характерную частотную зависимость и зависят от состава объекта, его объема и формы. Это позволяет использовать дополнительную селективность при обнаружении конкретного объекта на фоне остальных бытовых предметов, находящихся у человека (монеты, перочинные ножи, часы, ключи и т.д.) и обеспечивает высокую достоверность обнаружения запрещенных предметов.

Режимы работы металлообнаружителя задаются устройством 17 управления, которое посылает управляющие сигналы на синхронный детектор 18. Выделенные и первично обработанные сигналы, несущие информацию об амплитуде и квадратурной составляющей полезного сигнала, поступают на анализатор 19. Анализатор 19 осуществляет вторичную обработку сигналов, анализируя все селективные компоненты, и выдает информацию о металлическом объекте. Информация отображается блоком индикации 20 в соответствии с нахождением обнаруживаемого объекта в зоне 3 или 4 контроля с учетом сигналов блоков 26 и 27 контроля направления движения. Данные сигналы необходимы для выбора алгоритма обработки полезного сигнала в анализаторе 19 в связи с тем, что диаграммы чувствительности зон контроля несимметричны и полезный сигнал от одного и того же предмета будет иметь разную полярность при проносе его через зону 3 или зону 4 контроля.