МЕТАЛЛООБНАРУЖИТЕЛЬ

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 зонд для обнаружения металлических объектов, в частности у авиапассажиров  1 . Устройство состоит из двух плоских горизонтальных катущек, размещенных друг над другом в полу и под потолком контролируемого прохода и электронного блока, электрически соединенного с катушками соответствующими кабелями. Одна из катушек (например, нижняя) является намагничивающей, а другая - приемной.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в контролируемом проходе (пространство между катушками) металлические предметы отсутствуют. Генератор, находящийся в электронном блоке, вырабатывает переменный ток, который, протекая по намагничивающей катущке, вызывает в пространстве между намагничивающей и приемной катушками переменное во времени магнитное поле, направленное вертикально. Это переменное поле, пронизывая приемную катушку, индуцирует на ее зажимах электродвижущую силу ( ЭДС ), которая по кабелю поступает в электронный блок. Это значение электродвижушей силы принимается электронным блоком за исходное и не вызывает появления на его выходе сигнала тревоги. При появлении в зоне контроля (в пространстве между катушками) металлического предмета (например, пистолета) поле намагничивающей катушки индуцирует в нем переменный магнитный момент, в результате чего вокруг этого предмета возникает собственное переменное поле (поле переизлучения). Это магнитное поле пронизывает приемную катушку и вызывает появление на ее зажимах дополнительной электродвижущей силы, которая выделяется электронным блоком и обуславливает появление на его выходе сигнала тревоги, свидетельствующего о присутствии в зоне контроля металлического предмета.
Большие размеры намагничивающей и приемной катушек (диаметр около двух метров), а также расстояние между ними по вертикали (тоже порядка двух метров) подобраны так, чтобы электродвижущая сила в приемной катущке, обусловленная наличием металлического предмета, в минимальной
степени зависела от положения предмета в зоне контроля как по высоте (практически все расстояние между катушками по вертикали), так и по ширине (порядка 80 сантиметров), т. е. чувствительность металлообнаружителя в любой точке контролируемой зоны должна быть относительно однородна. В этом случае электродвижуш,ая сила на зажимах приемной катушки, обусловленная металлическим предметом, будет в общем случае тем больше, чем больше сам металлический предмет. А поскольку огнестрельное оружие суш,ественно превосходит по своим размерам металлические предметы личного пользования (ключи, часы, зажигалки и т.п.), то и электродвижуш,ая сила от него будет превосходить по величине ЭДС от этих предметов, что позволяет устранить появление ложных тревог и добиться высокой селективности обнаружения огнестрельного оружия.
Однако устройство имеет суп,ественные недостатки, ограничивающие его применение. Основной недостаток устройства - это большие размеры. Диаметр намагничивающей и приемной катушек составляет около двух метров при ширине эффективно контролируемого прохода около 80 сантиметров. При существующей дороговизне площадей промышленных и административных зданий далеко не всякое учреждение или коммерческая структура может позволить себе выделить 4 квадратных метра полезной площади на размещение обнаружителя оружия. Применение такого устройства неизбежно исказит интерьер помещения.
в равной степени как поле переизлучения металлического предмета, так и поля источников индустриальных помех.
Дополнительным недостатком является отсутствие селективности вида металлов. Устройство не способно различать ферромагнитные металлы от неферромагнитных ( цветных ). Масса цветных металлов может достигать значительных величин, что может приводить к ложным срабатываниям устройства.
Известен стационарный металлообнаружитель, содержащий две цилиндрические приемные катушки, расположенные вдоль одной горизонтальной оси по разные стороны контролируемого прохода и соединенные между собой градиентометрически, так, чтобы наводимые в них полезные сигналы от металлического предмета взаимно суммировались, а напряжения, наводимые приблизительно однородными полями индустриальных помех, взаимно вычитались. Намагничивающая катушка располагается горизонтально под полом контролируемого прохода, перекрывая всю его ширину (до двух метров)  2 .
Ширина намагничивающей катущки (ее размер в направлении движения проверяемых через контролируемый проем) составляет 0,5 - 1 метр. Первая и вторая приемные катушки (размером не более 50 мм) размещаются симметрично по обе стороны контролируемого прохода на высоте 1,5-2 метра от пола над намагничивающей катушкой 1, причем они расположены так, чтобы их оси максимальной чувствительности были направлены параллельно плоскости намагничивающей катущки и
перпендикулярно направлению прохода через зону контроля. Электронный
блок размещается в любом удобном месте на расстоянии до 5-10 метров от контролируемого прохода.
В исходном состоянии переменный ток, вырабатываемый генератором электронного блока, протекая по намагничивающей катушке, вызывает появление над полом контролируемого прохода переменного магнитного поля, направленного вертикально. В зоне расположения приемных катушек силовые линии этого поля веерообразно расходятся в разные стороны, вследствие появляется горизонтальная компонента переменного поля намагничивающей катушки, вызывающая появление на выходах приемных катушек переменных напряжений, которые суммируются на входе электронного блока. Сумма этих напряжений воспринимается электронным блоком как исходная и не вызывает появления сигнала тревоги.
Переменные поля индустриальных помех от отдаленных источников, воздействуя на приемные катушки, вызывают появление на их выходах приблизительно одинаковых друг другу, но противофазных напряжений, которые взаимно компенсируются на входе электронного блока и не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства. При появлении в золе контроля металлического предмета, подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот предмет намагничивается переменным полем намагничивающей катушки, в результате чего, вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Горизонтально направленные компоненты этого поля воздействуют на
A /f/W
5
приемные катушки, вызывая появление па их выходах соответствующих переменных напряжений. Эти напряжения взаимно суммируются на входе электронного блока и, при соответствии заданным параметрам, вызывают появление на его выходе сигнала тревоги. Если предмет недостаточно крупный (например, ключи от квартиры или зажигалка), то его поле переизлучения вызовет появление на выходах преобразователей переменных напряжений, слишком малых для выработки электронным блоком сигнала тревоги. Устройство обеспечивает достаточно равномерную чувствительность металлообнаружителя по ширине контролируемого прохода (до 90% расстояния между преобразователями) и по его высоте (максимальная высота обнаружения на 20-30 сантиметров меньше высоты приемных катушек над полом контролируемого прохода). В указанных пределах чувствительность известного устройства изменяется не более чем в 2 раза, что, как показывает практика, вполне приемлемо. Намагничивающая катушка замуровывается в пол охраняемого объекта или прикрепляется к потолку помещения, находящегося этажом ниже. Приемные катушки заделываются в стены по обеим сторонам контролируемого прохода или в стену по обе стороны от находящегося в ней охраняемого дверного проема и становятся незаметными для посторонних.
Устройство обладает повышенной защищенностью от индустриальных помех. Низкая достоверность обнаружения запрещенных предметов
обусловлена: во-первых, неоднородностью чувствительности устройства, которая может изменяться в зоне контроля в 2 раза, во-вторых, отсутствием селективности вида металла. Устройство не способно различать ферромагнитные металлы от неферромагнитных ( цветных ), тогда как масса цветных металлов может достигать значительных величин, что может приводить к ложным срабатываниям устройства.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для обнаружения цветных и ферромагнитных материалов  3 . Устройство содержит намагничивающую катушку и приемную катушку. Выходы намагничивающей катушки подключены к генератору, а выходы приемной катушки к усилителю. Сигнал с усилителя поступает на селективный детектор, включающий инвертор, блок электронных ключей и интегрирующую цепочку. Сигнал с селективного детектора поступает на анализатор, выполненный на микропроцессоре и далее на индикатор. Устройство управления задает режимы работы блока электронных ключей и генератора.
При появлении металлического предмета в зоне контроля электромагнитное поле, излучаемое намагничивающей катушкой, наводит в нем поле переизлучения. Поле переизлучения наводит в приемной катушке ЭДС, которая поступает на усилитель. Сигнал с усилителя поступает на селективный детектор. Селективный детектор обрабатывает сигнал, выделяя его амплитудные и фазовые и характеристики. Режимы работы селективного
.XK)
7
детектора задаются устройством управления. Устройство управления осуществляет также синхронизацию работы генератора и селективного детектора. Обработанные сигналы поступают на анализатор, выполненный на микропроцессоре, где они сравниваются с эталонными сигналами, хранящимися в памяти. При совпадении сигналов устройство индикации выдает соответствующую информацию.
Устройство обладает малыми размерами и может определить вид металла ( ферромагнитный или цветной ), а также размер объекта.
Основным недостатком устройства является то, он не способен быстро проконтролировать большую зону, например дверной проем. Для этой цели необходимо проводить неоднократное, последовательное сканирование устройством этой зоны.
В основу полезной модели положена задача создания металлообнаружителя, обеспечивающего высокую достоверность обнаружения запрещенных предметов при минимальных размерах устройства и увеличения зоны контроля.
Решение данной задачи в металлообнаружителе, содержащем намагничивающую катушку, подключенную к генератору, принимаюшую катушку, усилитель, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен со входом анализатора, выход которого соединен со входом индикатора, устройство управления, первый выход которого соединен со входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, достигается тем, что
SM)
последовательно с намагничиващей катушкой включена вторая намагничивающая катушка, последовательно и градиентометрически с приемной катушкой включена вторая приемная катушка, свободные выходы приемных катушек подключены к переменному резистору, управляющий выход которого соединен со входом усилителя, причем намагничивающие катушки устанавливаются в соседних углах контролируемой зоны, а приемные катушки - в противоположных углах.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На Фиг. 1 приведена блок схема устройства, на Фиг. 2 показаны расположения выносных элементов ( электрических катушек ) устройства в зоне контроля.
Устройство содержит две катущки возбуждения 1 и 2, подключенные к генератору переменного тока 3, которые создают равномерное переменное магнитное поле возбуждения в зоне контроля ( Фиг. 1) . Две приемные катушки 4 и 5, включенные последовательно и градиентометрически, для вычитания сигналов, наведенных однородной внешней помехой. К свободным выходам приемных катушек подключен переменный резистор 6, регулируемый выход которого соединен со входом усилителя 7. Первый выход устройства управления 8 соединен со входом генератора 3, а второй выход со вторым входом синхронного детектора 9, выход усилителя 7 соединен с первым входом синхронного детектора 9, выход которого соединен со входом анализатора 10, выход которого соединен со входом индикатора 11. Намагничивающие катушки 1, 2 располагаются горизонтально под полом
в углах контролируемого прохода ( дверного прохода ). Приемные катушки 4, 5 устанавливаются в верхних углах контролируемого прохода  Фиг. 2 . Размеры намагничиваюш;их катушек 1 и 2 составляют не более 600 мм в длину и диаметр 60 мм, а приемных катушек 4 и 5 соответственно - 100 мм, 40 мм. Это позволяет встраивать ( камуфлировать ) их в существуюш,ие архитектурные сооружения ( проходы, коридоры, дверные проемы ) и офисную мебель.
Переменный ток, вырабатываемый генератором 3 электронного блока, протекая по намагничиваюш;им катушкам 1 и 2, вызывает появление в зоне контролируемого прохода 12 ( дверной проем ) переменного магнитного поля. Напряженность поля, создаваемого правой намагничиваюш;ей катушкой 2 убывает в зоне контроля 12 влево и вверх. Напряженность поля, создаваемого левой намагничивающей катушкой 1 убывает соответственно вправо и вверх. Поля складываются и создают в зоне контроля 12 равномерное магнитное поле в горизонтальном направлении, но убывающее снизу вверх. Однако, приемные катушки 4 и 5, расположенные в верхних углах зоны контроля 12, имеют чувствительность, которая убывает с расстоянием, т.е. в верхней части она максимальна, а в нижней минимальна, это компенсирует убывание магнитного поля снизу вверх. Таким образом, система состоящая из двух намагничивающих катушек 1 и 2, расположенных в левом и правом нижних углах зоны контроля 12 и двух приемных катушек 4 и 5, расположенных в левом и правом верхних углах зоны контроля
/// 7//
10
обеспечивают относительно равномерную чувствительность по всей контролируемой зоне 12.
По сигналу управляющего устройства 8 генератор 3 вырабатывает переменный ток, который, протекая по намагничивающим катушкам 1 и 2, вызывает появление в зоне контролируемого прохода 12 переменного магнитного поля. В приемных катушках 4 и 5 наводится ЭДС, которая через резистор 6 поступает на вход усилителя 7. Переменные поля индустриальных помех от отдаленных источников, воздействуя на приемные катушки 4 и 5, вызывают появление на их выходах приблизительно одинаковых друг другу, но противофазных напряжений, которые взаимно компенсируются на входе усилителя 7 и не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства. Сигнал, наведенный в приемных катушках 4 и 5 от поля, создаваемого намагничивающими катушками 1 и 2 при отсутствии металлических предметов в зоне контроля 12, принимается за исходный, нулевой уровень. Далее этот сигнал поступает на синхронный детектор 9. Одновременно на синхронный детектор 9 поступает сигнал с устройства управления 8.
При появлении в зоне контроля металлического предмета 13, подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот предмет намагничивается переменным полем намагничивающих катушек 1 и 2, в результате чего вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Селективными параметрами обнаруживаемого предмета 13 является индуцированный в нем магнитный
момент. Горизонтально направленные компоненты этого поля воздействуют на приемные катушки 4 и 5, 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 13 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 управления 8, которое посылает управляющие сигналы на синхронный детектор 9. Выделенные и первично обработанные сигналы, несущие информацию об амплитуде и квадратурной составляющей полезного сигнала поступают на анализатор 10. Анализатор 10 осуществляет вторичную обработку сигналов, анализируя все селективные компоненты, и выдает
/уу. информацию о металлическом предмете индикаторе 11. 13 13. Информация отображается на
Источники информации
1.Патент Франции, № 2076468, оп. 07.01.74 г., Perfectionnements aux dispositifs electromagnetiques propres a deceler les objets metalliques, notamment ceux transportes par des personnes.
2.Патент Российской Федерации, № 2165094, он. 20.01.01 г., Стационарный металлообнаружитель.
3.Патент США, № 5506506, оп. 09.04.96 г., Metal detector for detecting and discriminating between ferrous and non-ferrous targets in ground.