РУЧНОЙ МЕТАЛЛОДЕТЕКТОР

Область техники.
Изобретение относится к области обнаружения скрытых металлических объектов и может быть использовано для обнаружения огнестрельного оружия и других запрещенных предметов, спрятанных в одежде или обуви досматриваемого человека.
Уровень техники.
Известна электрическая мостовая схема, используемая для металлодетектора [патент Великобритании, №2025630, оп. 23 января 1980 года]. Схема содержит генератор, выход которого соединен с мостом, в одном плече которого включена передающая катушка, а в другом приемная катушка. Выход мостовой схемы через фазосдвигающие цепочки соединен с демодулятором и затем с пороговым устройством, выход которого соединен с сигнализирующим устройством. Мостовая схема и катушки представляют собой фазочувствительный датчик, который за счет разбалансировки моста позволяет определять металлические предметы. Конструктивно катушки могут быть выполнены коаксиально - на одной оси и продольно.
Данная схема обладает высокой чувствительностью, однако она не обладает достаточной селективностью.
Наиболее близким к заявляемому является ручной металлодетектор [патент США №4423377, оп. 27 декабря 1983 года], содержащий передающую катушку, подключенную к генератору и приемную катушку, подключенную через предварительный усилитель к входу синхронного детектора. Синхронизирующий выход генератора соединен через фазосдвигающую цепь с управляемым входом синхронного детектора, выход которого через усилитель подключен к звуковому генератору, выход которого соединен с динамиком.
3
Основным недостатком данного устройства является низкая селективность. Низкая селективность обусловлена малой зоной обнаружения, поскольку для прибора, конструктивно выполненного с катушкой возбуждения, расположенной в одной плоскости с приемной катушкой, чувствительность убывает в пропорции 10 от расстояния до обследуемого объекта. Это приводит к тому, что наиболее близкие небольшие металлические предметы экранируют более крупные предметы. Прибор приходится настраивать на максимальную чувствительность, что приводит к большому числу ложных срабатываний. Это не позволяет достоверно определить местоположение обнаруживаемого объекта и может привести к ложным срабатываниям.
Раскрытие полезной модели.
В основу изобретения положена задача создания ручного металлодетектора с высокими селективными свойствами и высокой помехоустойчивостью. Под селективными характеристиками применительно к металлодетекторам принимают вероятности пропуска предметов меньших размеров и массы, чем объекты поиска, например, предметы личного пользования, или вероятности ложной тревоги изделия. Помехоустойчивость металлодетектора определяется его способностью сохранять свои характеристики в условиях воздействия внешних помех и внутренних помех. Для обеспечения помехоустойчивости металлодетектора используются специальные схемотехнические решения электронных узлов, особенности конструктивного исполнения индукционного токовихревого датчика и специальную обработку сигналов с приемных катушек.
Поставленная задача решается тем, что в ручном металлодетекторе, содержащем индукционный токовихревой датчик, включающий передающую катушку и как минимум одну приемную катушку, генератор, выходы которого подключены к выводам передающей катушки, генератор связан через фазовращатель с синхронным детектором, выводы приемной катушки подключены к входам предварительного усилителя, выход которого связан с синхронным детектором, выход синхронного детектора связан с
пороговым устройством, выход которого соединен с входом звукового сигнализатора, дополнительно, выход генератора соединен через последовательно соединенные датчик тока и усилитель с входом фазовращателя, выход которого через синхронный фильтр соединен с входом синхронного детектора, выход которого через фильтр высокой частоты соединен с входом порогового устройства, выход фазовращателя соединен с входом формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с управляющим входом синхронного фильтра и управляющим входом синхронного детектора, блок управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом формирователя управляющих импульсов, второй управляющий выход соединен с управляющим входом фазовращателя, а третий управляющий выход соединен с управляющим входом порогового устройства, что позволяет обеспечить высокую селективность металлообнаружителя и низкий уровень ложных срабатываний.
Выполнение индукционного токовихревого датчика:
- со смещенными приемной катушкой и передающей катушкой с равными площадями взаимного пересечения катушек и каждой из свободных площадей катушек;
- с приемной катушкой ∞-образной формы, расположенной над передающей катушкой, и равными площадями каждого из лепестков;
- с двумя приемными катушками, намотанными на внешней поверхности передающей катушки и подключенными параллельно и градиентометрически к входам предварительного усилителя;
- с двумя приемными катушками, симметрично разнесенными относительно передающей катушки и включенными параллельно и градиентометрически к входам предварительного усилителя
позволяют компенсировать сигналы внешних помех и повысить помехозащищенность металлодетектора.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 Электрическая схема ручного металлодетектора с одной приемной катушкой;
на фиг.2 Электрическая схема ручного металлодетектора с двумя приемными катушками;
на фиг.3 вид сверху на индукционный токовихревой датчик со смещенными катушками;
на фиг.4 вид сверху на индукционный токовихревой датчик с ∞-образной приемной катушкой;
на фиг.5 представлен разрез коаксиального индукционного токовихревого датчика с двумя приемными катушками;
на фиг.6 внешний вид коаксиального индукционного токовихревого датчика с двумя приемными катушками;
на фиг.7 внешний вид эллипсообразного индукционного токовихревого датчика с двумя приемными катушками;
на фиг.8 вид сбоку индукционного токовихревого датчика с двумя симметрично разнесенными приемными катушками;
на фиг.9 вид сверху индукционного токовихревого датчика с двумя симметрично разнесенными приемными катушками;
Осуществление полезной модели
Ручной металлодетектор (фиг.1 и 2) содержит генератор 1, выход которого соединен с выводами передающей катушки 2, выход генератора 1 соединен через датчик 3 тока с входом усилителя 4. Выход усилителя 4 соединен с входом фазовращателя 5, первый выход которого соединен с входом формирователя 6 управляющих импульсов. Передающая катушка 2 и две приемные катушки 7 и 8 образуют индукционный токовихревой датчик 9. Конструктивное выполнение приемных катушек 7, 8 и передающей катушки 2, а также их взаимное расположение создают диаграмму чувствительности датчика 9. Выводы катушек 7 и 8 соединены последовательно и градиентометрически и подключены ко входу усилителя 10, выход которого
соединен через синхронный фильтр 11 с входом синхронного детектора 12. Второй выход фазовращателя 5 соединен со вторым входом синхронного фильтра 11. Выход формирователя 6 управляющих импульсов соединен с управляющим входом синхронного фильтра 11 и с управляющим входом синхронного детектора 12. Выход синхронного детектора 12 через фильтр высокой частоты 13 и пороговое устройство 14 соединен с звуковым индикатором 15. Второй выход порогового устройства 14 соединен с вибратором 16. Первый выход блока управления 17 соединен с управляющим входом формирователя 6 управляющих импульсов, второй выход - с управляющим входом фазовращателя 5, а третий выход - с управляющим входом порогового устройства 14.
В основе ручного металлодетектора лежит индукционный токовихревой датчик 9. Датчик 9 (фиг.3) представляет собой передающую катушку 2 и смещенную относительно ее приемную катушку 3, при этом площадь 18 взаимного наложения катушек 2 и 3, равна каждой из свободный площадей 19 и 20. Индукционный токовихревой датчик 9 может быть выполнен с ∞-образной приемной катушкой 7 (фиг.4). При этом площади лепестков 21 и 22 ∞-образной приемной катушкой 7 должны быть равны между собой. Индукционный токовихревой датчик 9 может быть выполнен с двумя приемными катушками. Приемные катушки 7 и 8 наматываются на внешней поверхности передающей катушки 2 (фиг.5). Конструктивно датчик 9 может быть выполнен цилиндрической формы (фиг.6) или эллипсообразной формы (фиг.7). Стрелками и знаками "+" и "-" показаны направления намагниченности катушек. Кроме того, датчик 9 может быть выполнен с симметрично разнесенными приемными катушками 7 и 8 (фиг.8 и 9).
Генератор 1 создает в передающей катушке 2 переменное напряжение, которое вызывает в зоне контроля переменное магнитное поле. В приемных катушках 7 и 8 наводится ЭДС, которая через поступает на входы предварительного усилителя 10. Сигнал, наведенный в приемных катушках 7 и 8 от поля, создаваемого передающей катушкой 2 при отсутствии
металлических предметов в зоне контроля принимается за исходный - нулевой уровень. Установка данного уровня обеспечивается системой нулевой компенсации сигнала, основанной на подмешивании компенсирующего сигнала в основной канал до синхронного фильтра 11. Это обеспечивает полную компенсацию начальных сигналов (без объекта поиска) и тем самым позволяет усилить полезный сигнал.
Далее полезный сигнал поступает через синхронный фильтр 11 на синхронный детектор 12. Одновременно, на синхронизирующий вход синхронного детектора 12 поступает сигнал с формирователя 6 управляющих импульсов, управляемого блоком 10 управления.
При появлении в зоне контроля металлического предмета, подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот предмет намагничивается переменным полем передающей катушки 2, в результате чего вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Селективным параметром обнаруживаемого предмета является индуцированный в нем магнитный момент. Горизонтально направленные компоненты этого поля воздействуют на приемные катушки 7 и 8, вызывая появление на их выходах соответствующих переменных напряжений.
Заявляемый металлодетектор может работать в нескольких режимах. Режимы работы задаются блоком 10 управления, которое посылает управляющие сигналы на синхронный детектор 12. Выделенные и обработанные сигналы, зависящие от амплитуды и фазы составляющей полезного сигнала поступают на через ФВЧ 13 на вход порогового устройства 14. Если уровень сигнала превышает заранее установленный уровень сигнала с помощью блока 17 управления, пороговое устройство срабатывает и выдает управляющий сигнал на звуковой сигнализатор 15 и/или на вибратор 16.
Настройка на селективные компоненты определяемого предмета осуществляется выбором режима. В частности, в синфазном режиме, когда
измеряют синфазную с током возбуждения составляющую полезного сигнала, по изменению знака на выходе синхронного детектора 12 можно судить о материале предмета (цветной или ферромагнитный), а по величине (амплитуде) сигнала судят о величине наведенного магнитного момента, который примерно пропорционален объему обнаруживаемого предмета. В квадратурном режиме измеряют квадратурную составляющую полезного сигнала, которая пропорциональна электромагнитным потерям в обнаруживаемом предмете. Потери 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 и высокую помехоустойчивость.
Дополнительная настройка металлодетектора на селективные компоненты обнаруживаемого предмета производится с помощью фазовращателя 5. Фазовращатель 5 обеспечивает изменение фазы сигнала в пределах от 0° до 180°, что дает возможность настроить металлодетектор на максимальную чувствительность для заданного объекта поиска (черный или цветной металл, какой-либо известный предмет (пистолет)). Кроме того, фазовращатель 5 позволяет "отстроиться" от какого-либо материала, что необходимо, если металлодетектор использовать для поиска металлических предметов в какой-либо среде, которая содержит в себе частицы металла, например, грунт.
Датчик тока 3 фиксирующий сигнал, связанный с током в катушке 2 и усилитель 4 образуют синхронизирующий канал. Синхронизирующие сигналы поступают на фазовращатель 5 и формирователь 6 управляющих импульсов, а затем на синхронный фильтр 11 и синхронный детектор 12. Применение датчика 3 тока обеспечивает синхронизацию синхронного фильтра 11 и синхронного детектора 12 от тока в передающей катушке 2, а не
от напряжения, чем исключается паразитное влияние температуры на изменения частоты генератора.
Конструктивное выполнение индукционного токовихревого датчика 9 позволяет с одной стороны создать определенную диаграмму направленности чувствительности, а с другой стороны устранить влияние внешних помех. В случае использования индукционного токовихревого датчика 9 с ∞-образной приемной катушкой 7 поля индустриальных помех от отдаленных источников, воздействуя на лепестки приемной катушки 7, вызывают появление на их выходах приблизительно одинаковых друг другу, но противофазных напряжений, которые взаимно компенсируются на входе усилителя 10 и не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства.
В случае использования двух приемных катушек, переменные поля индустриальных помех от отдаленных источников воздействуют на приемные катушки 7 и 8, что вызывает появление на их выводах приблизительно одинаковых друг другу напряжений. Градиентометрическое включение катушек позволяет взаимно компенсировать сигналы помех на входе усилителя 10 и они не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства
Выполнение индукционного токовихревого датчика с симметрично разнесенными приемными катушками 7 и 8 обеспечивает устранение внешней помехи переизлучения от передающей катушки 2, что дополнительно позволяет поднять порог чувствительности.