Многозонный металлообнаружитель
MULTI-ZONE METAL DETECTOR

Изобретение относится к устройствам обнаружения объектов из металла, перемещаемых через контрольное пространство.
Из патента РФ № 2643672 на изобретение известен металлообнаружитель многозонный, содержащий передающие катушки, установленные вертикально на одной стороне прохода, приемные катушки, установленные вертикально на другой стороне прохода, блок индикации, блок управления, соединенный с передающими и приемными катушками и генерирующий сигнал о наличии и местоположении объектов из металла в контрольном пространстве на блок индикации, при этом блок управления определяет местоположение объекта из металла путем последовательного включения каждой из передающих катушек для генерации электромагнитного поля в части контрольного пространства, одновременной при этом обработки сигнала каждой приемной катушки, включающей определение наличия объекта из металла в каждой зоне обнаружения между передающей и каждой приемной катушкой, вычисления местоположения объектов из металла в контрольном пространстве на основе данных о наличии объектов из металла в каждой зоне обнаружения.
Из патента РФ № 2671914 на изобретение известно устройство для обнаружения металлических предметов металлообнаружитель, содержащий две вертикальные стойки, в первой из которых установлены две передающие катушки, подключенные к генератору, а во второй - две приемные катушки, соединенные последовательно и связанные с усилителем, содержащий вычислитель разницы фаз исходящего и входящего сигналов, блок индикации, причем передающие катушки установлены ортогонально в центре стойки так, что одна из них установлена вертикально, а другая - горизонтально, параллельно плоскости зоны контроля, а приемные катушки установлены горизонтально симметрично относительно передающих, при этом для автоматизации процесса настройки металлобнаружителя на выбранную ширину контрольной зоны, передающие вертикально расположенная и горизонтально расположенная катушки подключены независимо друг от друга к отдельным генераторам, вторая стойка дополнительно содержит две передающие катушки, установленные аналогично первой стойке, а первая стойка дополнительно содержит две приемные катушки, установленные аналогично второй стойке, причем передающая вертикально расположенная катушка первой стойки и передающая вертикально расположенная катушка второй стойки подключены к первому генератору через первый демультиплексор, передающая горизонтально расположенная катушка первой стойки и передающая горизонтально расположенная катушка второй стойки подключены ко второму генератору через второй демультиплексор, приемные катушки первой панели подключены к первому усилителю, приемные катушки второй панели подключены ко второму усилителю, первый и второй усилители подключены к мультиплексору, мультиплексор подключен к полосовому фильтру, полосовой фильтр подключен к сумматору, сумматор подключен к третьему усилителю, который подключен к аналого-цифровому преобразователю, имеется электронно-вычислительный блок, выполненный с возможностью вычисления разности фаз исходящего и входящего сигналов, аналого-цифровой преобразователь, генераторы, мультиплексор, демультиплексоры и блок индикации подключены к электронно-вычислительному блоку.
Из патента РФ № 177858 на полезную модель известен металлообнаружитель многозонный, содержащий передающие катушки, установленные в панели металлообнаружителя, приемные катушки, установленные в панели металлообнаружителя, блок индикации, блок управления, соединенный с передающими и приемными катушками и генерирующий сигнал о наличии и местоположении объектов из металла в контрольном пространстве на блок индикации, при этом блок индикации закреплен на раме, соединяющей панели металлообнаружителя в арочную конструкцию, при этом передающие катушки установлены вертикально на одной стороне прохода, приемные катушки установлены вертикально на другой стороне прохода, а блок управления выполнен с возможностью определения местоположения объекта из металла путем последовательного включения каждой из передающих катушек, для генерации электромагнитного поля в части контрольного пространства, одновременной при этом обработки сигнала каждой приемной катушки, включающей определение наличия объекта из металла в каждой зоне обнаружения между передающей и каждой приемной катушкой, вычисления местоположения объектов из металла в контрольном пространстве на основе данных о наличии объектов из металла в каждой зоне обнаружения.
Из патента РФ № 2680854 на изобретение известен металлообнаружитель многозонный, содержащий передающие катушки, установленные вертикально на одной стороне прохода, приемные катушки, установленные вертикально на другой стороне прохода, блок управления и индикации, соединенный с передающими и приемными катушками и генерирующий сигнал о наличии и местоположении объектов из металла в контрольном пространстве на блок индикации, при этом передающие катушки размещены в каждой из шести зон контрольного пространства и соединены между собой последовательно и попарно, образуя три группы пар передающих катушек, каждая пара передающих катушек обеспечивает генерацию сигнала в трех разных зонах, а приемные катушки соединены друг с другом последовательно в две группы приемных катушек, образующих две области приема сигналов, причем каждая область приема сигналов охватывает три смежные зоны контрольного пространства, каждая группа приемных катушек подключена к соответствующему коммутатору и образует собственный канал передачи сигнала, каждый из которых подключен к блоку управления и индикации, а генератор соединен с передающими катушками с возможностью последовательного включения с заданной частотой каждой группы передающих катушек для генерации сигнала в части контрольного пространства. Приемные и передающие катушки могут быть выполнены плоскими и имеют круглую, треугольную или квадратную форму. Соединение приемных и передающих катушек, находящихся в одной зоне обнаружения, может быть выполнено в противофазе.
Недостатком указанного изобретения является то, что передающие катушки находятся с одной стороны, а приемные - с другой стороны прохода что приводит к невозможности определения расположения металлического предмета по горизонтали. Кроме того, площадь передающих катушек равна или сопоставима с размерами приемных катушек, что при увеличении расстояния между панелями вызовет сильное уменьшение полезного сигнала.
Металлообнаружитель по патенту РФ № 2680854 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком известных аналогов является необходимость установки стоек, образующих проход, на фиксированном расстоянии, неточность и недостоверность определения наличия или отсутствия металлических предметов.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - устранение недостатков аналогов.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении достоверности и точности определения наличия или отсутствия металлических предметов в контролируемой зоне.
Технический результат достигается за счет того, что в многозонном металлообнаружителе, содержащем две вертикальные стойки, установленные на расстоянии друг от друга и ограничивающие проход, приемные катушки, не менее чем две передающие намагничивающие катушки, размещенные внутри каждой стойки и распределенные вдоль нее, передающие катушки подключены к генератору, приемные катушки соединены попарно, при этом приемные катушки каждой пары включены встречно с образованием дифференциальной пары, приемные катушки каждой пары установлены горизонтально, а пары приемных катушек установлены вдоль каждой стойки по ее высоте, площадь передающих катушек на соответствующей стойке больше суммарной площади приемных катушек соответствующей стойки, выход каждой пары приемных катушек соединен с соответствующим усилителем, выход которых через коммутатор приемных сигналов соответствующей стойки и модуль цифровой обработки сигнала связан с модулем управления, предназначенным для генерирования на модуль индикации сигнала о наличии и местоположении объекта из металла в контрольном пространстве, а также предназначенным для управления работой генератора, обеспечивающего через коммутатор передающих катушек попеременное включение передающих катушек противоположных стоек по отдельным каналам связи.
Каждая пара приемных катушек соединена через соответствующий усилитель с коммутатором приемных катушек, обеспечивающим прием сигнала от каждой пары приемных катушек по отдельному каналу связи.
Модуль управления и модуль индикации размещены в одном блоке.
Модуль обработки сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь, входы которого связаны с выходами усилителей, а выход связан со входом модуля цифровой обработки сигналов, выход которого связан со входом модуля индикации посредством прямой и обратной связи.
Заявляемый металлообнаружитель поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема.
На фиг. 2 схема расположения катушек на стойках.
На фиг. 3 показана схема распространения сигналов от катушек.
Позиции на фигурах:
1 и 3 - передающие намагничивающие катушки,
2 - коммутатор передающих катушек,
4 - генератор,
5, 6, 7, 8, 9 и 10 - дифференцальные пары приемных катушек одной стойки,
29, 30, 31, 32, 33 и 34 - дифференцальные пары приемных катушек второй стойки,
11, 12, 13, 14, 15 и 16 - входные усилители приемных катушек одной стойки,
23, 24, 25, 26, 27 и 28 - входные усилители приемных катушек второй стойки,
17 и 22 - коммутаторы приемных сигналов соответствующей стойки,
18 - АЦП (аналого-цифровой преобразователь),
19 - модуль цифровой обработки сигналов,
20 - модуль индикации,
21 - модуль управления,
35 - стойки.
Заявляемый многозонный металлообнаружитель содержит две вертикальные стойки 35, установленные на расстоянии друг от друга и ограничивающие проход; приемные катушки, не менее чем две передающие намагничивающие катушки 1, 3, размещенные внутри каждой стойки 35 и распределенные вдоль нее; передающие катушки 1,3 подключены к генератору 4; приемные катушки соединены попарно, при этом приемные катушки каждой пары включены встречно с образованием дифференциальной пары 5, 6, 7, 8, 9, 10, 29, 30, 31, 32, 33, 34; приемные катушки каждой пары 5, 6, 7, 8, 9, 10, 29, 30, 31, 32, 33, 34 установлены горизонтально, а пары 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 29, 30, 31, 32, 33, 34 приемных катушек установлены вдоль каждой стойки 35 по ее высоте; площадь передающих катушек 1,3 на соответствующей стойке 35 больше суммарной площади приемных катушек соответствующей стойки 35; выход каждой пары приемных катушек соединен с соответствующим усилителем 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 23, 24, 25, 26, 27, 28, выход которых через коммутатор 17, 22 приемных сигналов соответствующей стойки 35 и модуль 19 цифровой обработки сигнала связан с модулем 21 управления, предназначенным для генерирования на модуль 20 индикации сигнала о наличии и местоположении объекта из металла в контрольном пространстве, а также предназначенным для управления работой генератора 4, обеспечивающего через коммутатор 2 передающих катушек попеременное включение передающих катушек 1, 3 противоположных стоек 35 по отдельным каналам связи. Каждая пара 5, 6, 7, 8, 9, 10, 29, 30, 31, 32, 33, 34 приемных катушек соединена через соответствующий усилитель 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 23, 24, 25, 26, 27, 28 с коммутатором 17, 22 приемных сигналов, обеспечивающим прием сигнала от каждой пары приемных катушек по отдельному каналу связи. Модуль 21 управления и модуль 20 индикации могут быть размещены в одном блоке. Модуль 19 цифровой обработки сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь 18, входы которого связаны с выходами усилителей 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 23, 24, 25, 26, 27, 28, а выход связан со входом модуля 19 цифровой обработки сигналов, выход которого связан со входом модуля 20 индикации посредством прямой и обратной связи.
Пары приемных катушек 5-10 и 29-34 соответствующих стоек 35 образуют группы приемных катушек, при этом каждая группа приемных катушек формирует область приема сигнала. Каждая область приема сигнала охватывает три смежные зоны контрольного пространства за счет того, что приемные катушки каждой стойки 35 распределены по всей ее высоте.
Схема расположения катушек на вертикальных стойках показана на фиг. 2. Передающие намагничивающие катушки 1 и 3 распределены вдоль соответствующих вертикальных стоек 35. Приемные катушки каждой пары 5-10 и 29-34 соответствующей стойки установлены горизонтально и включены встречно, что обеспечивает увеличение отклика от проносимого через зону контроля металлического предмета. Увеличение отклика возникает в связи с тем, что при проносе металлического предмета через соответствующую пару приемных катушек 5-10 и 29-34 он сначала пересекает одну приемную катушку (из указанной пары катушек), а потом другую, и поскольку приемные катушки 5-10 и 29-34 соответствующей пары включены встречно, то при проносе предмета через первую приемную катушку такой пары сигнал нарастает в «плюс», а при проносе через вторую катушку - в «минус», что позволяет выделить общую амплитуду изменений сигнала.
Включение каждой пары приемных катушек 5-10 и 29-34 встречно позволяет вычитать напряжение от соответствующей передающей катушки 1 и 3 при отсутствии металлического предмета в контролируемой зоне, а при проносе металлического предмета через контролируемую зону, напряжение с соответствующей пары приемных катушек 5-10 и 29-34 будет изменяться, что обеспечивает возможность размещения вертикальных стоек на произвольном друг от друга расстоянии в определенных пределах, изменяя тем самым ширину контролируемой зоны. Кроме того, дифференциальное (встречное) включение приемных катушек 5-10 и 29-34 также позволяет вычесть внешние помехи, что увеличивает соотношение сигнала и шума, повышая защищенность передающих и приемных сигналов от внешних помех.
Приемные и передающие катушки распределены вдоль соответствующих стоек с тем, чтобы их сигналы перекрывали все зоны контроля.
Попеременное включение передающих катушек 1 и 3 в совокупности с расположением как передающих, так и приемных катушек вдоль каждой вертикальной стойки, между которыми сформировано контрольное пространство, позволяет получать от приемных катушек 5-10 и 29-34 противоположных стоек 35 сигналы о наличии и местоположении объекта из металла в контрольном пространстве как по вертикали, так и по горизонтали.
Передающие катушки 1 и 3 соответствующей стойки выполнены с площадью, превышающей суммарную площадь приемных катушек 5-10 и 29-34 соответствующей стойки 35. Указанные размеры передающих и приемных катушек в совокупности с работающими попеременно передающими катушками позволяют получать уверенный (четкий) сигнал от металлического предмета при его обнаружении в контролируемой зоне на расстоянии до 2 метров (что превышает ширину стандартной рамки металлообнаружителя) при сохранении многозонности как по вертикали, так и по горизонтали.
Схема распространения сигналов от катушек показана на фиг. 3.
Заявляемый металлообнаружитель работает следующим образом.
Местоположение объекта из металла определяют путем его перемещения через контрольное пространство между вертикальными стойками 35. Модуль 21 управления обеспечивает попеременное включение передающих катушек 1 и 3 и попарное встречное включение приемных катушек 5-10 и 29-34 при помощи соответствующих коммутаторов 2, 17 и 22, при этом сигнал с генератора 4 подается последовательно на соответствующие передающие катушки 1 и 3 по отдельным каналам связи с заданной частотой.
Включающиеся попеременно передающие катушки 1 и 3 генерируют убывающее (по мере удаления от передающих катушек к приемным катушкам) электромагнитное поле в контрольной зоне металлообнаружителя. Наведенный электродвижущей силой (ЭДС) сигнал в приемных катушках, сгруппированных в три и более смежные зоны контрольного пространства, поступает на входы коммутаторов входных каналов 17 и 22 через соответствующие усилители 11-16 и 23-28. С коммутаторов входных каналов 17 и 22 через АЦП 18 сигнал поступает на блок цифровой обработки сигналов 20, данные с которого в цифровом виде поступают в блок управления и индикации (состоящий из модуля 21 управления и модуля 20 индикации). Коммутатор 2 передающих катушек подключает на выход генератора 4 попеременно соответствующие передающие катушки 1 и 3, синхронно с коммутаторами входных каналов 17 и 22.
Таким образом, в результате осуществления заявленного изобретения, повышается точность и достоверность определения наличия или отсутствия металлических предметов в соответствующих зонах контрольного пространства за счет:
- горизонтального размещения и встречного включения каждой пары приемных катушек, обеспечивая тем самым выделение амплитуды изменений сигнала в соответствующей зоне контрольного пространства, а также вычитание напряжения от соответствующей передающей катушки при отсутствии металлического предмета в соответствующей зоне контрольного пространства и изменение напряжения при проносе металлического предмета через указанную зону;
- расположения приемных и передающих катушек на каждой из двух вертикальных стоек, между которыми расположено контрольное пространство, а также попеременного включения каждой передающей катушки соответствующей вертикальной стойки по отдельным каналам связи и выполнения передающих катушек соответствующей стойки с площадью, превышающей суммарную площадь приемных катушек соответствующей стойки, обеспечивая тем самым получение уверенного (четкого) сигнала от металлического предмета при его обнаружении в контролируемой зоне как по вертикали так и по горизонтали, что в совокупности с дифференциальным включением приемных катушек, позволяет произвольно изменять расстояние между стойками без ущерба для определения зоны сработки сигнала как по вертикали, так и по горизонтали, не изменяя алгоритмы расчета зоны перемещения металлического предмета.