УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
DEVICE FOR DETECTION OF SOLIDS

Настоящее изобретение относится к устройству для обнаружения твердых веществ, в частности, взрывчатых веществ или наркотиков, содержащему несущий диск, на котором осесимметрично расположено несколько сеток, причем сетки в первом угловом положении снабжены всасывающим патрубком для всасывания окружающего воздуха сквозь соответствующую сетку, а сетки во втором угловом положении снабжены первым нагревательным элементом для испарения задерживаемых во время осуществления всасывания соответствующей сеткой частиц обнаруживаемых твердых веществ, а также соединенный с анализирующим устройством вытяжной патрубок для вытяжки испаренных частиц.
Такое устройство известно из EP 0 447 158 A2. При этом несущий диск с четырьмя сетками поворачивается между различными угловыми положениями, причем, соответственно, в одном угловом положении сетка находится в соединении с каждым используемым устройством.
Похожие конструкции имеют также другие известные из уровня техники решения, например, в DE 690 30 686 T2 предложена конструкция с шестью сетками в шести угловых положениях, а в GB 2 176 008 A предложена конструкция с тремя положениями, которые, соответственно, имеют держатель образца.
Соответствующее решение известно также из DE 690 33 217 T2. В этом случае речь идет о системе обнаружения для взрывчатых веществ, при которой сначала из контролируемого объема пространства вытягивается воздух и направляется сквозь металлическую сетку. Вытягиваемые, возможно, вместе с ним частицы вещества задерживаются в металлической сетке, которая расположена на вращающемся диске. Каждая металлическая сетка проходит друг за другом три угловых положения вращающегося диска, причем в первом угловом положении осуществляется вытяжка из контролируемого объема пространства. Во втором угловом положении металлическая сетка нагревается при помощи нагревательного элемента, так что находящиеся на металлической сетке частицы испаряются. Возникающий таким образом пар направляется к анализирующему устройству, которое может дать характеристику имеющимся, возможно, в паре частицам и обнаружить, возможно, имеющиеся в нем искомые вещества, такие как взрывчатые вещества или наркотики или подобные вещества. В третьем положении осуществляется дальнейшее нагревание металлической сетки и вытяжка теперь уже карбонизированных из-за этого дальнейшего нагревания, оставшихся в металлической сетке частиц.
Контроль наличия такого рода веществ обычно осуществляется при переходе из неохраняемой области в охраняемую область, как это, например, осуществляется в аэропорту. При этом подвергать контролю возможно как предметы, так и людей. При этом в обоих случаях исследуемый предмет помещается в воздушный шлюз, в который подается поток воздуха, который вытягивается описанным выше устройством. При этом до окончания анализа должно быть обеспечено, чтобы человек или предмет мог быть идентифицирован продолжительное время, так что, таким образом, во время анализа человек или предмет должны удерживаться в ограниченной области пространства.
В случае человека это без затруднений может быть обеспечено за счет того, что человек для досмотра входит в область пространства в виде, например, шлюза для людей, после входа человека он (шлюз) закрывается, и снова открывается лишь после окончания анализа. Согласно решению, известному из уровня техники, для этого на вращающемся диске осесимметрично расположены несколько сеток, так что не требуется полного оборота диска, как и не требуется полного прохода всех трех угловых положений, чтобы осуществить досмотр одного человека. Третье угловое положение может проходиться рассматриваемой металлической сеткой также на промежуточном шаге или синхронно вместе с осуществлением нагрузки другой сетки.
В свете вышеизложенного, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать известное устройство для обнаружения твердых веществ с точки зрения его эффективности, а также увеличить степень загрузки и эффективность эксплуатации используемых компонентов.
Эта задача решается посредством устройства для обнаружения твердых веществ с признаками независимого пункта формулы. Другие варианты осуществления этого устройства являются предметом зависимых пунктов формулы.
Согласно изобретению, также имеется вращающийся несущий диск, на котором осесимметрично расположено несколько сеток. Для изготовления сеток может быть использован любой подходящий материал, например, могут быть использованы металлические сетки, керамические сетки или, если они являются в достаточной степени жаростойкими, также пластиковые сетки. В предпочтительном варианте осуществления несущего диска всего предусмотрено три металлические сетки. При этом в первом угловом положении несущего диска одна из сеток находится в соединении со всасывающим патрубком, при помощи которого осуществляется всасывание окружающего воздуха сквозь соответствующую сетку. Затем рассматриваемая сетка переводится во второе угловое положение, где предусмотрен первый нагревательный элемент для испарения задерживаемых сеткой частиц. Испаренные таким образом частицы через вытяжной патрубок подаются в направлении анализирующее устройство, которое исследует испаренные частицы на предмет того, являются ли эти частицы опасными частицами, возможно, частицами взрывчатых веществ или наркотиков.
Угловое расстояние между первым и вторым угловыми положениями несущего диска составляет угол α, который выбирается таким образом, что угловое расстояние между двумя сетками на несущем диске составляет четное кратное угла α. Благодаря этому, в одном угловом положении при повороте несущего диска, соответственно, на одно угловое положение, соответственно, осуществляется смена сетки на расположенный между сетками глухой участок. Таким образом, соответствующие каждому угловому положению устройства вводятся в работу, соответственно, при каждой второе смене углового положения несущего диска. За счет соответствующего выполнения предусмотренных в соответствующих угловых положениях устройств может обеспечено, что на глухих участках они не могут быть введены в работу, так что требуемая для этого энергия может быть сэкономлена. Напротив, может также отпасть необходимость осуществления трудоемкого управления для определения глухого участка, или неиспользуемой в данный момент времени сетки.
Для очистки возможно еще содержащей остаточные частицы сетки в третьем угловом положении может быть предусмотрен второй нагревательный элемент, который осуществляет карбонизацию остаточных частиц. Во время первого нагревания, при котором должно быть осуществлено испарение частиц, сетка нагревается приблизительно до 180°C, в то время как для карбонизации требуется существенно более сильное нагревание до температуры свыше 300°C. В соответствии с этим, во втором угловом положении может быть расположен первый радиационный нагреватель, который, например, может иметь нагревательную мощность приблизительно 300 Вт. Тогда в третьем угловом положении располагается второй нагревательный элемент в виде радиационного нагревателя, который имеет вдвое большую мощность, то есть предпочтительно приблизительно 600 Вт.
Разумеется, для увеличения эффективности могут быть использованы также и другие способы нагревания. Так, в частности, предусмотрено, что в качестве нагревательных элементов могут содержаться индукторы, причем сетки, соответственно, снабжены индуктивными витками, которые могут преобразовать индуцированный при помощи индукторов ток в области сеток в тепло. Эти индуктивные витки предпочтительно вплетены в сетки, чтобы обеспечить идеальную передачу тепла к материалу сетки.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что сетки выполнены в виде металлических сеток из ферромагнитного материала, так что металлические сетки как целое функционируют в качестве индуктивных витков.
Эти варианты осуществления могут быть далее усовершенствованы за счет того, что третье угловое положение со вторым нагревательным элементом смещено относительно второго углового положения на нечетное кратное угла α. Благодаря этому, обеспечивается, что, соответственно, в одном из двух угловых положений с нагревательными элементами в один момент времени находится лишь одна сетка. Так, если одна из сеток находится во втором угловом положении, то генератор тока, который соединен с индуктором, приводится в действие меньшей мощностью, в то время как мощность увеличивается, когда сетка находится в третьем угловом положении.
При этом является целесообразным, чтобы на глухих участках был расположен материал, который не реагирует на индуктор, то есть неферромагнитный металл. Это может осуществляться, во-первых, за счет того, что несущий диск в целом выполнен из неферромагнитного, например, аустенитного материала. Тем не менее, альтернативно этому, в области глухих участков может быть предусмотрена заглушка с формой, повторяющей форму сетки, которая при необходимости крепится на несущем диске идентичной выступающей рамки. Эти глухие участки предпочтительно также, соответственно, размещены осесимметрично по окружности несущего диска посередине между сетками.
В модификации устройства может быть также предусмотрено четвертое угловое положение, которое имеет вытяжное устройство для осуществления вытяжки карбонизированных остатков частиц через второй вытяжной патрубок. Для этого имеется второй вытяжной патрубок, который, например, также соединен с центральной вытяжной системой, которая осуществляет вытяжку потока воздуха из контролируемого объема пространства.
Для осуществления вытяжки, несмотря на вращающийся несущий диск, требуется, чтобы всасывающий или вытяжной патрубки в каждом угловом положении были соединены с несущим диском, причем после осуществления соответствующего этапа работы осуществлялось бы отсоединение от несущего диска. Это может быть обеспечено, например, за счет того, что всасывающий или вытяжной каналы снабжены, соответственно, двухстенным сильфоном, который имеет конечный, расположенный со стороны соединения с несущим диском, герметично соединяющийся с ним патрубок. Поскольку вокруг сетки или имеющейся при необходимости заглушки предусмотрена рамка, соединение с ней может также осуществляться при помощи патрубка.
Соединение посредством патрубка, который отводится при помощи сильфона и приводится в соединение с несущим диском или рамкой, осуществляется за счет подачи избыточного давления в двухстенный сильфон, который расправляется под воздействием этого повышенного давления и за счет этого выпрямляется в направлении несущего диска. Благодаря этому, обеспечивается фрикционное соединение между патрубком и несущим диском или рамкой, которое может быть снова разъединено за счет ослабления избыточного давления, при необходимости, также за счет подачи пониженного давления в двухстенный сильфон. При этом повышенное давление подается между двумя стенка сильфона, в то время как внутреннее пространство сильфона образует предусмотренный для всасывания или вытяжки воздушный патрубок. При этом этот внутренний воздушный патрубок, разумеется, соответствует лишь давлению всасывания.
Установка несущего диска в заданное положение осуществляется посредством управляемого привода, причем речь идет, например, об электрическом приводе. При этом он может приводить в движение шестерню, которая входит в зацепление с соответствующей, зубчатой насечкой несущего диска в области его окружности. Тем не менее, возможны также и другие варианты осуществления привода несущего диска, и они также явно содержатся в изобретении.
Объем пространства, из которого осуществляется вытяжка исследуемого потока воздуха, может, например, являться шлюзом для людей, который в значительной степени полностью герметично (воздухонепроницаемо) закрывается. При помощи насоса через воздушные сопла в области потолка такого шлюза для людей создается воздушный поток, который по существу сверху вниз проходит через шлюз для людей и через ограниченный им объем пространства и, таким образом, может рассматриваться в виде воздушного душа. В области пола вытяжка осуществляется посредством всасывающего диффузора, который входит в соединенным с сеткой всасывающим каналом.
Для дальнейшего увеличения эффективности такого рода конструкции может быть предусмотрен второй, функционирующий синхронно со смещением на одно угловое положение несущий диск, который относится ко второму шлюзу для людей со вторым объемом пространства. Благодаря этому, является возможным использовать анализирующее устройство, а также другие компоненты, например, нагревательные элементы, в нескольких положениях и, таким образом, существенно сократить время простоя отдельных компонентов.
Устройство для обнаружения твердых веществ детально описывается ниже на примере его осуществления при помощи чертежей. На них представлено:
фиг.1 - перспективное изображение шлюза для людей с предлагаемым в изобретении устройством (вид под углом сверху);
фиг.2 - перспективное изображение предлагаемого в изобретении устройства со снятой крышкой (вид под углом сверху, извне контролируемого объема пространства);
фиг.3 - перспективное изображение устройства, согласно фиг.2, со снятой крышкой (вид под углом сверху, изнутри контролируемого объема пространства);
фиг.4a - изображение в разрезе двухстенного сильфона для соединения всасывающего или вытяжного канала с несущим диском без подвода давления между двойными стенками; а также
фиг.4b - изображение в разрезе сильфона, согласно фиг.4a, при подводе давления между двойными стенками.
На фиг.1 изображен шлюз 10 для людей, который отделяет охраняемую область 12 от неохраняемой области 13. Переходящий из неохраняемой области 13 в охраняемую область 12 человек должен для этого пересечь объем 11 пространства, который ограничен указанным шлюзом 10 для людей. Для этого человек сначала входит в объем 11 пространства из неохраняемой области 13, после чего дверь 14 шлюза 10 для людей закрывается. В этот момент времени вторая дверь со стороны охраняемой области 12 также закрыта, так что человек в этот момент времени оказывается заперт в объеме 11 пространства. При помощи насоса 16 в объем 11 пространства впускается поток воздуха, который по существу проходит от потолка шлюза 10 для людей в направлении его пола и всасывается посредством всасывающего диффузора 15. Всасывающий диффузор 15 является частью стенки предлагаемого в изобретении устройства, посредством которого находящийся в шлюзе 10 для людей человек следующим образом проверяется на предмет наличия при себе подозрительных твердых веществ, в частности, взрывчатых веществ или наркотиков.
Внутри описанного выше корпуса находится представленная на фиг.2 конструкция, которая для лучшего обзора показана без каких либо частей корпуса. При этом речь по существу идет о несущем диске 20, на котором расположено несколько металлических сеток 30. При помощи несущего диска 20 металлические сетки 30 перемещаются между различными угловыми положениями. При этом металлические сетки 30 расположены на несущем диске 20 таким образом, что металлические сетки 30 чередуются, соответственно, с глухими участками 31. В данном примере на несущем диске 20 всего предусмотрено три металлических сетки 30, так что между этими металлическими сетками 30 всего имеется три глухих участка 31. Несущий диск 20 может приводиться во вращение при помощи привода 27, который приводит в движение шестерню 28, которая входит в зацепление с насечкой 29 несущего диска 20. При этом при повороте от одного углового положения 21-25 к следующему несущий диск 20 покрывает угол α, причем он также соответствует угловому расстоянию, соответственно, между металлической сеткой и соседним с ней глухим участком. При переходе от одного углового положения 21-25 к следующему в рассматриваемом угловом положении 21-25, соответственно, глухой участок 31 чередуется с металлической сеткой 30.
В первом угловом положении 21 осуществляется вытяжка, как описано ранее при описании фиг.1. При осуществлении вытяжки воздуха из контролируемого объема 11 пространства вытягиваемый воздух проходит через металлическую сетку 30, так что имеющиеся, возможно, в потоке воздуха частицы остаются в металлической сетке 30. После заполнения металлической сетки 30 обнаруживаемыми частицами осуществляется поворот несущего диска 20 во второе угловое положение. Когда металлическая сетка 30 переведена в это второе угловое положение 22, она оказывается в контакте с первым нагревательным элементом 40, который осуществляет нагрев металлической сетки 30. При этом в отношении этого первого нагревательного элемента может идти речь, например, об индукторе, который возбуждает вставленный в металлическую сетку 30 индуктивный виток и таким образом нагревает металлическую сетку 30. Возникающий таким образом пар посредством первого вытяжного патрубка 43 вытягивается в анализирующее устройство 45, в котором осуществляется анализ испаренных таким образом частиц.
В данном примере рассматриваемая металлическая сетка 30 проходит в дальнейшем два свободных положения 25, прежде чем она переводится в третье угловое положение 23. Тогда металлическая сетка 30 оказывается в контакте со вторым нагревательным элементом 41, который осуществляет существенно более сильный нагрев металлической сетки и, таким образом, вызывает карбонизацию еще имеющихся, возможно, на металлической сетке 30 частиц. В четвертом угловом положении в заключении осуществляется вытяжка еще имеющихся, возможно, на металлической сетке 30 частиц.
Из-за использования глухих участков в каждом втором угловом положении эти соответствующие угловые выводятся из работы. Таким образом, в этом рабочем положении прилегающие к глухим участкам всасывающий и вытяжные патрубки закрываются, и всасывание становится невозможным. Кроме того, при использовании заглушек на глухих участках 31 может идти речь о неферромагнитном материале, например, об аустенитном металле, который не нагревается под воздействием магнитного поля индуктора, так что за счет предотвращаемого таким образом нагревания сокращаются затраты энергии.
На фиг.3 представлена та же самая конструкция, что и на фиг.2, в изображении изнутри объема 11 пространства. Отчетливо показан привод 27, который приводит несущий диск 20 во вращение вокруг его оси 26 вращения посредством его насечки 29. Также отчетливо показаны вытяжные патрубки 43 и 44, которые в области несущего диска 20 соединяются с ним при помощи сильфонов 34.
Это более детально показано на фиг.4a и 4b. Сильфоны 34 выполнены двухстенными и имеют, таким образом, внутреннюю стенку 35 и внешнюю стенку 36. На конце этих сильфонов 34 расположены патрубки 33, которые могут герметично соединяться с несущим диском 20 или с расположенной в любом случае на металлической сетке 30 рамке 32. Когда несущий диск 20 оказывается в одном из угловых положений 21-25 и фиксируется в неподвижном состоянии, в пространство между внутренней стенкой 35 и внешней стенкой 36 подается повышенное давление. Благодаря этому, положение сильфона 34 меняется от состояния, показанного на фиг.4a, к состоянию, показанному на фиг.4b. Из-за повышенного давления между внутренней стенкой 35 и внешней стенкой 36 сильфон 34 растягивается и, таким образом, выпрямляется в направлении несущего диска 20. При этом ход распрямления ограничен патрубком 33, который после соединения с несущим диском 20 не может далее вытягиваться. Тогда между двойными стенками может осуществляться всасывание или вытяжка воздуха, независимо от управляющего повышенного давления между внутренней стенкой 35 и внешней стенкой 36. Перед тем, как несущий диск 20 поворачивается далее, между двумя стенками сильфона 34 может быть либо уменьшено повышенное давление, либо даже подано пониженное давление, так что сильфон 34 снова возвращается в положение, показанное на фиг.4a.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10 - шлюз для людей
11 - объем пространства
12 - охраняемая область
13 - неохраняемая область
14 - дверь
15 - всасывающий диффузор
16 - насос
20 - несущий диск
21 - первое угловое положение
22 - второе угловое положение
23 - третье угловое положение
24 - четвертое угловое положение
25 - свободное положение
26 - ось вращения
27 - привод
28 - шестерня
29 - ребро
30 - металлическая сетка
31 - глухой участок
32 - рамка
33 - патрубок
34 - сильфон
35 - внутренняя стенка
36 - внешняя стенка
40 - первый нагревательный элемент
41 - второй нагревательный элемент
42 - всасывающий патрубок
43 - первый вытяжной патрубок
44 - второй вытяжной патрубок
45 - анализирующее устройство