RU2643672C1 - Металлообнаружитель многозонный - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам обнаружения объектов из металла, проносимых проверяемыми лицами через контрольное пространство. Технический результат заключается в расширении технических возможностей многозонного металлообнаружителя при обнаружении объектов из металла в контрольном пространстве. Металлообнаружитель многозонный содержит передающие и приемные катушки, установленные с одной и другой стороны прохода, блок индикации и блок управления. Определение местоположения объекта из металла осуществляется путем последовательного включения каждой из передающих катушек для генерации электромагнитного поля в части контрольного пространства, обработки сигнала каждой приемной катушки, включающей определение наличия объекта из металла в каждой зоне обнаружения между передающей и приемной катушкой, вычисления местоположения объектов из металла в контрольном пространстве на основе данных о наличии объектов из металла в каждой зоне обнаружения. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам обнаружения объектов из металла, проносимых проверяемыми лицами через контрольное пространство.

Известен патент RU 49287 U1, опубликован 10.11.2005 г., «Металлообнаружитель». Металлообнаружитель выполнен в виде двух вертикальных стоек, внутри которых установлены две намагничивающие катушки и две приемные катушки, причем намагничивающие катушки соединены между собой последовательно и подключены к генератору, а две приемные катушки, соединены между собой последовательно и подключены к усилителю, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен с входом анализатора, выход которого соединен со входом блока индикации, устройство управления, первый выход которого соединен с входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, дополнительно намагничивающие катушка установлены ортогонально в центре одной из стоек, при этом одна из намагничивающих катушек установлена вертикально, а вторая горизонтально перпендикулярно плоскости зоны контроля и приемные катушки установлены симметрично горизонтально и встречно в другой стойке, причем расстояние между приемными катушками выбирается в зависимости от ширины зоны контроля. Недостатком данного металлообнаружителя является отсутствие многозонности.

Известен патент RU 2251125 C1, опубликован 27.04.2005 г., «Селективный металлодетектор с гармоническим возбуждением». Селективный металлодетектор содержит две приемные катушки, фазовращатель, передающую катушку, генератор, синхронные детекторы, вычислительный блок и блок индикации. Вычислительный блок выполнен в виде процессора, а генератор выполнен в виде преобразователя. Недостатком данного металлообнаружителя является отсутствие многозонности.

Известен патент US 5680103(A) взятый за прототип, опубликован 21.10.1997 г, «Metal detection system» («Система обнаружения металла»). Система обнаружения металла содержащая: генератор, катушку генерации поля, соединенную и возбуждаемую генератором, для генерирования электромагнитного поля равномерной плотности, которое нарушается при наличии в нем металлических предметов, множество первых приемных катушек, установленных вертикально на одной стороне прохода, множество вторых приемных катушек, установленных вертикально на другой стороне прохода, каждая из приемных катушек соединена с отдельной цепью детектора, каждый детектор включает средство для обнаружения нарушения электромагнитного поля, принимаемого соответствующей приемной катушкой, и выдачи сигнала обнаружения; обработка выходных сигналов обнаружения от цепей детектора для генерации сигнала положения, указывающего приближенное горизонтальное и вертикальное расположение каждого отдельного объекта из металла и сигнала о массе объекта; средство для сравнения каждого сигнала с пороговым значением и средство для вывода индикации тревоги.

Известны статьи,

1) Березанский Д.П. «Металлодетекторы - обнаружители оружия. Обзор принципов действия». Специальная техника, 1998, №4-5.

2) Синелыциков Г.А. «Зарубежные арочные металлодетекторы: осознанный выбор». Специальная техника, 1999, №1-2.

Техническая задача заключается в расширении арсенала технических средств того же назначения, создание многозонного металлообнаружителя, способного определять местоположение объектов из металла в контрольном пространстве.

Техническая задача в металлообнаружителе многозонном содержащем 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, достигается тем, что 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.

На чертеже изображена общая схема многозонного металлообнаружителя.

Металлообнаружитель содержит передающие катушки 1, приемные катушки 2, блок индикации 3, соединенные с блоком управления 4.

Передающие катушки 1 и приемные катушки 2 установлены вертикально с одной и другой стороны прохода и формируют контрольное пространство. Каждая из передающих 1 и приемных 2 катушек выполнена в виде двух круглых катушек, соединенных в противофазе, что позволяет повысить защищенность передающих и приемных сигналов от внешних помех. Каждая передающая катушка 1 при включении формирует электромагнитное поле в части контрольного пространства, при этом вектор электромагнитного поля будет направлен от передающей катушки 1 к приемным катушкам 2. Таким образом, каждая передающая катушка 1 и каждая приемная катушка 2 образуют между собой локальную зону обнаружения 10 (на чертеже показано схематично). Локальная зона обнаружения 10 физически подобна лучу проходящему от каждой передающей катушки 1 к каждой приемной катушке 2, при этом ширина луча аппроксимируется и равна ширине катушек.

Блок индикации 3 может быть выполнен в виде светодиодной панели или жидкокристалического дисплея и дополнен устройством звукового оповещения, и предназначен для отображения и звукового оповещения сигнала о наличии и местоположении объектов из металла в контрольном пространстве. Блок индикации 3 может быть установлен в панели металлообнаружителся или в раме, соединяющей панели металлообнаружителя в арочную конструкцию (не показано).

Блок управления 4 выполнен на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). ПЛИС позволяет производить параллельную многоканальную цифровую и математическую обработку сигналов, при этом электрическая принципиальная схема разрабатывается в отладочной среде или программированием на специальных языках программирования, например Verilog, VHDL, AHDL - языки описания аппаратуры интегральных схем. Такая программа компилируется и прошивается в ПЛИС, в результате чего ПЛИС становится электронным цифровым устройством с определенным программой функционалом.

Блок управления 4 содержит генератор 6, соединенный с демультиплексором 7, выходы которого соединены с передающими катушками 1; цепи детектирования 5 сигнала каждой приемной катушки 2; модуль управления 8, принимающий сигналы от цепей детектирования 5 и соединенный с демультиплексором 7 для управления.

Демультиплексор 7 обеспечивает передачу сигнала от генератора 6 к одной из передающих катушек, реализуя последовательное включение каждой из передающих катушек 1, для генерации электромагнитного поля в части контрольного пространства.

Каждая приемная катушка 2 соединена с соответствующей цепью детектирования 5, для параллельной обработки сигнала каждой приемной катушки. Цепь детектирования 5 состоит из последовательно соединенных первого усилителя, сумматора, аналого-цифрового преобразователя, второго усилителя, полосового фильтра, узла свертки, интегратора, пикового детектора, дополнительно опорный сигнал подается на узел свертки и через цифроаналоговый преобразователь - на сумматор (не показаны). Выше рассмотрен один из примеров реализации цепи детектирования, позволяющей выделить отклонение амплитудной и фазовой составляющей сигнала приемной катушки 2, возникающее при нахождении объекта из металла 9 в локальной зоне обнаружения 10. Анализ значения амплитудной и фазовой составляющей сигнала и отношения их значений позволяет определить тип металла, из которого сделаны объекты, находящиеся в контрольной зоне, определить массу или объем металла, а также обеспечить селективность обнаружения по массе или по типу металла, то есть обеспечить «не обнаружение» заданных объектов, например личных вещей из металла, телефонов, ключей и др. Таким образом, каждая цепь детектирования 5 выдает сигнал о нахождении объекта из металла в соответствующей локальной зоне обнаружения 10 между соответствующей передающей и приемной катушкой.

Модуль управления 8 обеспечивает последовательное включение передающих катушек 1, принимает и обрабатывает сигналы с цепей детектирования 5, вычисляет местоположение объектов из металла в контрольном пространстве, передает сигналы о наличии и местоположении объектов из металла в контрольном пространстве на блок индикации 3.

Металлообнаружитель многозонный работает следующим образом.

Блок управления 4 последовательно включает каждую из передающих катушек 1, при этом модуль управления 8 подает сигнал управления демультиплексору 7, который перенаправляет сигнал от генератора 6 на одну из передающих катушек 1.

Включенная передающая катушка 1 генерирует электромагнитное поле в части контрольного пространства металлообнаружителя. Наведенный электродвижущей силой (ЭДС) сигнал в каждой приемной катушке 2 поступает на вход соответствующей цепи детектора 5, где усиливается первым усилителем, складывается в сумматоре с сигналом компенсации, сформированным ЦАП из опорного сигнала, и преобразуется с помощью АЦП в цифровой вид. Далее сигнал поступает на второй усилитель, затем полосовым фильтром выделяется основная гармоника рабочей частоты, после чего сигнал подвергается функции математической свертки в узле свертки. Свертка сигнала осуществляется с опорным сигналом и его сдвинутой на 90° копией, что позволяет выделить амплитуду и фазу сигнала. Далее амплитудная и фазовая составляющие сигнала проходят через интегратор, где выделяется, в том числе отклонение амплитудной и фазовой составляющей сигнала от среднего значения покоя, и проходят через пиковый детектор, чтобы отделить девиацию амплитуды и фазы сигнала от шумовой составляющей. Девиация амплитуды и фазы сигнала на приемной катушке 2 возникают при нахождении объекта из металла 9 в локальной зоне обнаружения 10 между передающей и приемной катушкой. После анализа наведенной ЭДС в каждой приемной катушке 2 модуль управления 8 включает следующую передающую катушку 1 и вновь анализирует сигналы с приемных катушек 2. Таким образом, блок управления 4 определяет наличие объекта из металла в каждой локальной зоне обнаружения 10 независимо от другой зоны.

Блок управления 4 вычисляет местоположение объекта из металла 9 в контрольном пространстве следующим образом. Каждая передающая катушка 1 и каждая приемная катушка 2 формируют между собой локальную зону обнаружения 10, таким образом, при включении одной передающей катушки 1 будет сформировано несколько локальных зон обнаружения 10 по отношению к каждой приемной катушке 2. Локальные зоны обнаружения 10 формируемые разными передающими катушками 1 пересекаются в контрольном пространстве.

Контрольное пространство металлообнаружителя в электронном виде можно представить как двухмерный массив пикселей. Геометрические размеры и расположение каждой локальной зоны обнаружения 10 в контрольном пространстве известны, поскольку известны размеры контрольного пространства и размеры катушек. Тогда каждой локальной зоне обнаружения 10 будет соответствовать определенный набор пикселей, при этом один и тот же пиксель может принадлежать нескольким локальным зонам обнаружения 10, так как они пересекаются в контрольном пространстве.

Каждый перемещаемый через контрольное пространство металлический объект 9, вызовет девиации амплитуды и фазы сигнала в нескольких локальных зонах обнаружения 10. Если «подсветить» пиксели зон обнаружения 10, в которых были обнаружены металлические объекты 9, а затем «погасить» пиксели зон обнаружения 10, в которых не было обнаружено металлических объектов 9, то в итоге, в двумерном массиве пикселей, будут «подсвечены» только области пикселей, которые указывают местоположение металлических объектов 9 в контрольном пространстве, что и требовалось вычислить.

После вычисления блок управления 4 выводит информацию о местоположении объекта(ов) из металла в контрольном пространстве на блок индикации 3.

Металлообнаружитель многозонный вычисляет местоположение объектов из металла в контрольном пространстве на основе данных о наличии объектов из металла в каждой локальной зоне обнаружения, решая поставленную техническую задачу.

Claims (1)

1. 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, отличающийся тем, что 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.

Images