Патент на изобретение №2300788

(54) РУЧНОЙ МЕТАЛЛОДЕТЕКТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области обнаружения скрытых металлических объектов и может быть использовано для обнаружения огнестрельного оружия, спрятанного в одежде или обуви досматриваемого человека. Сущность изобретения заключается в том, что металлодетектор содержит катушку возбуждения и четыре приемных катушки, которые вместе образуют однонаправленный индуктивный датчик. Приемные катушки соединены попарно и вместе с соответствующим синхронным детектором и пороговым устройством образуют два измерительных канала. Сигналы двух измерительных каналов анализируются вычислительным блоком. Результаты отображаются на дисплее. Пульт управления позволяет выбрать режимы работы металлодетектора. Технический результат изобретения заключается в том, что создание особой диаграммы направленности датчика, а также независимой обработки сигналов двух измерительных каналов позволяет обеспечить высокую селективность металлообнаружителя и низкий уровень ложных срабатываний. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Область техники

Изобретение относится к области обнаружения скрытых металлических объектов и может быть использовано для обнаружения огнестрельного оружия, спрятанного в одежде или обуви досматриваемого человека.

Уровень техники

Известен компактный металлодетектор (патент США №4423377, оп. 27 декабря 1983 г.) 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.

Основным недостатком данного устройства является низкая селективность. Низкая селективность обусловлена малой зоной обнаружения, поскольку для прибора, конструктивно выполненного с катушкой возбуждения, расположенной на одной оси и в одной плоскости с приемными катушками, чувствительность убывает в пропорции 103 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.

Наиболее близким к заявляемому является металлодетектор (патент США №5786696, оп. 28 июля 1998 г.), содержащий передающую катушку, внутри которой расположены первая и вторая приемные катушки. Передающая катушка подключена к генератору. Первая приемная катушка соединена с первой детектирующей схемой (синхронный фазовый детектор), а вторая приемная катушка соединена со второй детектирующей схемой. Выходы первой и второй детектирующих схем через мультиплексор соединены с цифровым сигнальный процессором, который через многоразрядную шину соединен с микропроцессором (вычислительным блоком). К микропроцессору подключена клавиатура (устройство ввода информации), а к выходам микропроцессора подключены цифровой дисплей и звуковая сигнализация.

Недостатком данного металлодетектора является низкая селективность, обусловленная тем, что две приемные катушки расположены соосно и диаграмма направленности данного датчика имеет множество паразитных лепестков. Это не позволяет достоверно определить местоположение обнаруживаемого объекта и может привести к ложным срабатываниям.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создания ручного металлодетектора с высокими селективными свойствами. Это достигается путем создания датчика однонаправленной чувствительности и устранения влияния ложных сигналов, возникающих в паразитных лепестках чувствительности, за счет специальной обработки сигналов в схеме сравнения, которая пропускает для анализа сигналы только одной полярности.

Поставленная задача решается тем, что в ручной металлодетектор, содержащий катушку возбуждения, выводы которой подключены к выходам генератора, первую приемную катушку и вторую приемную катушку, первый и второй синхронные детекторы, вычислительный блок, информационный вход которого соединен с устройством ввода информации, а информационный выход – с индикатором, аналого-цифровой преобразователь, дополнительно введены третья и четвертая приемные катушки, причем первая и третья приемные катушки включены встречно и градиентометрически и соединены с входом первого усилителя, выход которого соединен с входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом первого порогового устройства, а вторая и четвертая приемные катушки включены встречно и градиентометрически и соединены с входом второго усилителя, выход которого соединен с входом второго синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго порогового устройства, выходы первого и второго пороговых устройств соединены соответственно с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с измерительными входами вычислительного блока, первый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом генератора, второй управляющий выход вычислительного блока соединен с входом первого синхронного детектора, третий управляющий выход вычислительного блока соединен с входом первого порогового устройства, четвертый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом второго синхронного детектора, пятый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом второго порогового устройства.

Введение дополнительно двух приемных катушек позволило создать однонаправленный индуктивный датчик. Каждая из пар приемных катушек создает определенную диаграмму чувствительности. Сигналы от них по независимым измерительным каналам поступают в вычислительный блок. Вычислительный блок позволяет устранить влияние сигналов от паразитных лепестков диаграммы чувствительности.

Создание особой диаграммы направленности датчика, а также независимой обработки сигналов двух измерительных каналов позволяют обеспечить высокую селективность металлообнаружителя и низкий уровень ложных срабатываний.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлен разрез однонаправленного датчика

на фиг.2 – внешний вид однонаправленного цилиндрического датчика;

на фиг.3 – внешний вид однонаправленного эллипсообразного датчика;

на фиг.4 – диаграмма чувствительности первого канала;

на фиг.5 – диаграмма чувствительности второго канала;

на фиг.6 – суммарная диаграмма чувствительности;

на фиг.7 – электрическая схема металлодетектора;

на фиг.8 – внешний вид металлодетектора;

на фиг.9 – вид металлодетектора сбоку.

Осуществление изобретения.

В основе металлодетектора лежит многоэлементный однонаправленный индуктивный датчик 1. Многоэлементный однонаправленный датчик (фиг.1) представляет собой катушку возбуждения 2, на внешней стороне которой выполнены две приемные катушки 3 и 4, а на внутренней стороне – две дополнительные приемные катушки 5 и 6. Конструктивно датчик может быть выполнен цилиндрической (фиг.2) или эллипсообразной (фиг.3) формы.

Приемные катушки 3 и 4 формируют диаграмму чувствительности (фиг.4) первого канала. Особенность ее состоит в том, что она имеет два основных лепестка 7 и 8, причем лепесток 7 имеет положительную полярность сигнала, а лепесток 8 отрицательную. На оси симметрии в центре лепестков создаются точки максимальной чувствительности, соответственно 9 и 10. В результате такой диаграммы чувствительности при перемещении объекта сверху вниз по оси сначала возникает сигнал положительной полярности, который будет увеличиваться до точки 9 максимальной чувствительности, а затем уменьшаться. В точке 11 он меняет знак и снова будет увеличиваться до точки максимальной чувствительности 10, а затем убывать. Кроме того, возникают паразитные лепестки 12 и 13, где сигнал также положительный.

Приемные катушки 5 и 6 формируют диаграмму чувствительности (фиг.5) второго канала. Особенность ее состоит в том, что она имеет два основных лепестка 14 и 15, причем лепесток 14 имеет положительную полярность сигнала, а лепесток 15 отрицательную. На оси симметрии в центре лепестков создаются точки максимальной чувствительности соответственно положительной 16 и отрицательной 17.

Суммарная диаграмма чувствительности (фиг.6) при работе первого и второго каналов имеет явно выраженный по уровню сигнала положительный лепесток 19 с максимумом в точке 20 и отрицательный лепесток 21 с максимумом в точке 22.

Электрическая схема (фиг.7) содержит первый измерительный канал 23 и второй измерительный канал 24. Выводы катушек 3 и 4, которые создают диаграмму чувствительности первого канала, соединены последовательно и градиентометрически и подключены ко входу усилителя 25. Выход усилителя 25 через синхронный детектор 26 подключен ко входу порогового устройства 27. Второй измерительный канал 24 содержит катушки 5 и 6, которые соединены последовательно и градиентометрически и подключены ко входу усилителя 28. Выход усилителя 28 через синхронный детектор 29 подключен ко входу порогового устройства 30. Выводы катушки 2 возбуждения подключены к выходам генератора 31, управляющий вход которого подключен к выходу вычислительного блока 32. Синхронизирующие выходы вычислительного блока 32 подключены соответственно к синхронизирующим входам синхронных детекторов 26 и 29, а управляющие выходы – соответственно к входам порогового устройства 27 и 30. Информационный вход вычислительного блока 32 соединен с выходом устройства 33 ввода информации (пульт), а информационный выход – с входом индикатора 34. Выходы пороговых устройств 27 и 30 соединены соответственно с входами аналого-цифровых преобразователей 35 и 36, выходы которых соединены с входами вычислительного блока 32.

Конструктивно ручной металлодетектор может быть выполнен в виде либо в виде стрежня, либо в форме теннисной ракетки (фиг.8, 9). Зона эффективного обнаружения 37 имеет размеры, достаточные для выявления известных запрещенных предметов 38.

Работа устройства.

В основе работы устройства лежит широко применяемый импульсный метод. Характерными признаками обнаруживаемого предмета при использовании такого метода являются продолжительность и вид процесса затухания вихревых токов в обнаруживаемом предмете, переносимые в сигнал, наведенный в приемных катушках переизлученным полем. В качестве критериев селекции могут использоваться как мгновенные значения переходной характеристики для различных моментов времени, так и результат их совместной обработки по специальным алгоритмам, выбранным для распознавания обнаруживаемого предмета.

Предварительно с помощью устройства 33 ввода информации при визуальном контроле на индикаторе 34 в вычислительный блок 32 задаются необходимые параметры прямоугольных излучающих импульсов: частота, скважность, амплитуда. Также настраиваются синхронные детекторы 26 и 29 путем задания ширины стробирующего импульса. Обычно его ширина берется около 0.25 от периода следования излучающих импульсов. Это позволяет отсечь сигналы от наиболее мелких предметов.

Дополнительно задаются уровни анализируемых сигналов для пороговых устройств 27 и 30. Данные настройки позволяют достичь компромисса между обнаруженческими и селективными параметрами устройства.

При досмотре оператор проводит ручным металлодетектором вдоль поверхности тела досматриваемого. При попадании в зону 37 металлического предмета 38 в катушках 3 и 4 первого измерительного канала 23 и в катушках 5 и 6 второго измерительного канала 24 наводится сигнал переизлучения. После выделения полезного сигнала синхронными детекторами 26 и 28, а также пороговыми устройствами 27 и 30, сигналы обоих измерительных каналов поступают через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 35 и 36 в вычислительный блок 32. Особенность обработки полезных сигналов в вычислительном блоке 32 состоит в том, что использование сигналов от двух измерительных каналов позволяет устранить влияние предметов, находящихся вне зоны контроля 37. Это достигается тем, вычислительный блок предварительно анализирует полярность сигналов в каждом из каналов 23 и 24. Для дальнейшего анализа выбираются сигналы одной полярности, например только положительные. В частности, сигнал положительной полярности от паразитных лепестков в первом канале 23 не будет анализироваться как полезный сигнал, поскольку во втором измерительном канале 24 он отсутствует.

Кроме того, диаграммы чувствительности устройства позволяют устранить влияние предметов, находящихся к металлодетектору ближе (например, металлические пуговицы), поскольку, несмотря на то, что они находятся ближе, сигнал от них будет значительно меньше.

Металлодетектор удобен в работе, поскольку оператор точно может определить точное местоположение запрещенного обнаруживаемого предмета 38, так как они обнаруживаются только в зоне 37.

Формула изобретения

1. Ручной металлодетектор, содержащий катушку возбуждения, выводы которой подключены к выходам генератора, первую приемную катушку и вторую приемную катушку, первый и второй синхронные детекторы, вычислительный блок, информационный вход которого соединен с устройством ввода информации, а информационный выход с индикатором, первый аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что введены третья и четвертая приемные катушки, причем первая и третья приемные катушки включены встречно и градиентометрически и соединены с входом первого усилителя, выход которого соединен с входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом первого порогового устройства, а вторая и четвертая приемные катушки включены встречно и градиентометрически и соединены с входом второго усилителя, выход которого соединен с входом второго синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго порогового устройства, выходы первого и второго пороговых устройств соединены соответственно с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с измерительными входами вычислительного блока, первый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом генератора, второй управляющий выход вычислительного блока соединен с входом первого синхронного детектора, третий управляющий выход вычислительного блока соединен с входом первого порогового устройства, четвертый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом второго синхронного детектора, пятый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом второго порогового устройства.

2. Металлодетектор по п.1, отличающийся тем, что первая и третья приемные катушки расположены на внешней поверхности катушки возбуждения, а вторая и четвертая приемные катушки расположены на внутренней поверхности катушки возбуждения.

3. Металлодетектор по п.1, отличающийся тем, что катушка возбуждения, первая, вторая, третья и четвертая приемные катушки образуют однонаправленный индуктивный датчик, выполненный в виде круга.

4. Металлодетектор по п.1, отличающийся тем, что катушка возбуждения, первая, вторая, третья и четвертая приемные катушки образуют однонаправленный индуктивный датчик, выполненный эллипсообразной формы.

РИСУНКИ