RU2165094C2 - Stationary metal detector - Google Patents

Abstract

FIELD: search equipment. SUBSTANCE: detector is designed for detection of large ferromagnetic objects, mainly firearms, carried by checked persons through checked passage. Stationary metal detector has flat horizontal magnetization coil located under floor of checked passage transverse to movement, electronic unit connected to it, two identical converters of variable magnetic field placed along sides of checked passage, oriented and so connected that voltages of signals caused by re-radiation field of detected object are mutually summed up and voltages caused by field of industrial noises are mutually subtracted. EFFECT: enhanced compactness of detector, widened efficiently checked passage and increased protection against industrial noises. 1 dwg

Description

Устройство предназначено для обнаружения сравнительно крупных металлических предметов (преимущественно огнестрельного оружия), проносимых проверяемыми лицами под одеждой через зону контроля. При этом очень желательно, чтобы обычно имеющиеся в карманах проверяемых небольшие металлические предметы личного пользования (ключи от квартиры и автомобиля, портсигары, зажигалки и т.п.) не вызывали срабатываний металлообнаружителя. Очень желательно также, чтобы имелась возможность встраивать металлообнаружитель в существующие архитектурные сооружения (проходы, коридоры, дверные проемы) без изменения их внешнего вида при минимальной занимаемой площади. Предлагаемый в заявляемом изобретении индукционный металлообнаружитель позволяет удовлетворить указанным требованиям. The device is designed to detect relatively large metal objects (mainly firearms) carried by inspected persons under clothes through the control zone. At the same time, it is very desirable that usually small metal objects of personal use (keys to an apartment and a car, cigarette cases, lighters, etc.) that are usually found in the pockets of the persons being checked do not trigger a metal detector. It is also highly desirable that it is possible to integrate a metal detector into existing architectural structures (walkways, corridors, doorways) without changing their appearance with a minimum footprint. Proposed in the claimed invention, an induction metal detector can satisfy the specified requirements.

Наиболее близким по своим параметрам и компоновке применяемых элементов к предлагаемому устройству является зонд для обнаружения металлических предметов, в частности у авиапассажиров [1], принятый за прототип. The closest in its parameters and layout of the used elements to the proposed device is a probe for detecting metal objects, in particular for air passengers [1], adopted as a prototype.

Устройство-прототип состоит из двух плоских круговых горизонтальных рамочных катушек, 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. The prototype device consists of two flat circular horizontal frame coils placed one above the other in the floor and under the ceiling of the controlled passage and an electronic unit electrically connected to the coils with corresponding cables. One of the coils (for example, the bottom) is magnetizing, and the other is the receiving one.

Устройство-прототип 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 катушке, 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, которая по кабелю поступает в электронный блок. Это значение электродвижущей силы принимается электронным блоком за исходное и не вызывает появления на его выходе сигнала тревоги. The prototype device operates as follows. In the initial state, in a controlled passage (the space between the coils), metal objects are absent. The generator located in the electronic unit generates an alternating current, which, flowing along the magnetizing coil, causes a vertical time-varying magnetic field in the space between the magnetizing and receiving coils. This alternating field, penetrating the receiving coil, induces an electromotive force at its terminals, which enters the electronic unit via cable. This value of the electromotive force is taken by the electronic unit as the source and does not cause an alarm to appear on its output.

При появлении в зоне контроля (в пространстве между катушками) металлического предмета (например, пистолета) поле намагничивающей катушки намагничивает его, 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. 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 катушке, 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). В таком случае электродвижущая сила на зажимах приемной катушки, обусловленная металлическим предметом, будет в общем случае тем больше, чем больше сам металлический предмет. А поскольку огнестрельное оружие существенно превосходит по своим размерам металлические предметы личного пользования (ключи, зажигалки и т.п.), то и электродвижущая сила от него будет превосходить по величине ЭДС от этих предметов, что позволяет устранить появление ложных тревог и добиться высокой селективности обнаружения огнестрельного оружия. When a metal object (for example, a pistol) appears in the control zone (in the space between the coils), the field of the magnetizing coil magnetizes it, as a result of which an alternating field (re-radiation field) arises around this object. This magnetic field penetrates the receiving coil and causes an additional electromotive force to appear on its terminals, which is emitted by the electronic unit and causes an alarm to appear at its output, indicating the presence of a metal object in the control zone. The dimensions of the magnetizing and receiving coils (diameter of about two meters), as well as the vertical distance between them (also of the order of two meters) are selected so that the electromotive force in the receiving coil, due to the presence of a metal object, minimally depends on the position of the object in the control zone both in height (almost the entire distance between the coils vertically) and in width (about 80 centimeters). In this case, the electromotive force at the terminals of the receiving coil, due to the metal object, will generally be the greater, the larger the metal object itself. And since firearms significantly exceed the size of metal personal items (keys, lighters, etc.), the electromotive force from it will exceed the magnitude of the emf from these items, which eliminates the occurrence of false alarms and achieves high detection selectivity firearms.

Однако устройство-прототип имеет существенные недостатки, ограничивающие его применение. Первый недостаток - несоответствие громоздкости устройства и ширины контролируемого прохода. При диаметре намагничивающей и приемной катушек около двух метров ширина эффективно контролируемого прохода составляет всего 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. Кроме того, применение такого устройства неизбежно исказит интерьер помещения. However, the prototype device has significant disadvantages that limit its use. The first drawback is the mismatch between the bulkiness of the device and the width of the controlled passage. With a diameter of magnetizing and receiving coils of about two meters, the width of the effectively controlled passage is only 80 centimeters. Given the existing high cost of industrial and office buildings, not every institution or commercial structure can afford to allocate 4 square meters of usable area for the placement of a weapon detector. In addition, the use of such a device will inevitably distort the interior of the room.

Второй недостаток устройства-прототипа - малая помехозащищенность, обусловленная использованием одной приемной катушки, воспринимающей в равной степени как поле переизлучения металлического предмета, так и поля источников индустриальных помех. The second disadvantage of the prototype device is low noise immunity due to the use of one receiving coil, which perceives equally both the re-radiation field of a metal object and the field of industrial noise sources.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение компактности металлообнаружителя с одновременным увеличением ширины эффективно контролируемого прохода и повышением защищенности от индустриальных помех. The problem to which the invention is directed, is to increase the compactness of the metal detector while increasing the width of the effectively controlled passage and increasing immunity from industrial interference.

Поставленная задача достигается за счет технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения: повышение компактности металлообнаружителя с одновременным увеличением ширины эффективно контролируемого прохода и повышением защищенности от индустриальных помех. The problem is achieved due to the technical result that can be obtained by carrying out the invention: increasing the compactness of the metal detector while increasing the width of the effectively controlled passage and increasing immunity from industrial interference.

Технический результат достигается тем, что вместо одной плоской приемной рамочной катушки, расположенной горизонтально, применяются два небольших, идентичных друг другу преобразователя переменного магнитного поля (например, цилиндрические 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 полями индустриальных помех, взаимно вычитались. The technical result is achieved by the fact that instead of one flat receiving frame coil located horizontally, two small, alternating transducers of alternating magnetic field (for example, cylindrical coils) are used, located along the same horizontal axis on opposite sides of the controlled passage and interconnected gradiometrically, so that the useful signals induced by them from a metal object are mutually summed, and the voltages induced by the fields of industrial interference are mutually o deducted.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано взаимное расположение основных узлов предлагаемого устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows the relative position of the main nodes of the proposed device.

Заявляемое устройство содержит: плоскую прямоугольную рамочную намагничивающую катушку 1, первый и второй преобразователи переменного магнитного поля 2 и 3, электронный блок 4 с кабелями для его соединения с остальными узлами предлагаемого устройства. Намагничивающая катушка 1 располагается горизонтально под полом контролируемого прохода, перекрывая всю его ширину (до двух метров). Ширина намагничивающей катушки (ее размер в направлении движения проверяемых через контролируемый проем) составляет 0,5 - 1 метр. Первый и второй преобразователи магнитного поля 2 и 3 (с типичным наибольшим 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 катушки и перпендикулярно направлению прохода через зону контроля; при этом преобразователи соединены между собой градиентометрически, так, чтобы напряжения, наводимые в них от поля переизлучения металлического предмета, подлежащего обнаружению, взаимно суммировались, а напряжения, наводимые приблизительно однородными полями индустриальных помех, взаимно вычитались. Электронный блок размещается в любом удобном месте на расстоянии до 5-10 метров от контролируемого прохода. The inventive device includes: a flat rectangular frame magnetizing coil 1, the first and second transducers of an alternating magnetic field 2 and 3, an electronic unit 4 with cables for connecting it to the other nodes of the proposed device. The magnetizing coil 1 is located horizontally under the floor of the controlled passage, overlapping its entire width (up to two meters). The width of the magnetizing coil (its size in the direction of movement of the checked through a controlled opening) is 0.5 - 1 meter. The first and second magnetic field transducers 2 and 3 (with a typical largest size of not more than 50 mm) are placed symmetrically on both sides of the controlled passage at a height of 1.5-2 meters from the floor above the magnetizing coil 1, and they are located so that their axes are maximum sensitivities were directed parallel to the plane of the magnetizing coil and perpendicular to the direction of passage through the control zone; in this case, the converters are interconnected gradiometrically, so that the voltages induced in them from the re-radiation field of the metal object to be detected are mutually summed, and the voltages induced by approximately homogeneous fields of industrial interference are mutually subtracted. The electronic unit is located in any convenient place at a distance of 5-10 meters from the controlled passage.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с устройством-прототипом показывает, что заявляемое устройство содержит два новых элемента - преобразователи переменного магнитного поля - вместо плоской приемной рамочной катушки. A comparative analysis of the claimed device with the prototype device shows that the claimed device contains two new elements - converters of an alternating magnetic field - instead of a flat receiving frame coil.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Для определения соответствия заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" рассмотрим известность его отличительных, являющихся функционально самостоятельными, признаков. Использование двух преобразователей магнитного поля, ориентированных так, чтобы воспринимать горизонтальную компоненту поля рассеяния вертикально намагниченного предмета для его обнаружения, причем так, чтобы сигналы от поля рассеяния намагниченного предмета суммировались, а напряжения, обусловленные приблизительно однородными полями помех, взаимно вычитались, известно в магнитоизмерительной технике (см. , например, Ю.Я.Реутов, А.А.Литвиненко. "Об эффективности борьбы с помехами путем градиентометрического соединения магниточувствительных элементов". Дефектоскопия, N 3, 1989 г., стр. 80, рис. 1г). Однако в известных применениях используются преобразователи постоянного магнитного поля обнаруживаемого предмета. Использование двух преобразователей горизонтальной компоненты переменного поля рассеяния предмета, намагничиваемого переменным полем, направленным вертикально, соединенных так, чтобы напряжения на их выходах, обусловленные переменным полем рассеяния обнаруживаемого предмета, взаимно суммировались, а напряжения, обусловленные приблизительно однородным полем индустриальных помех, взаимно вычитались, да еще и в металлообнаружителе, нам неизвестно. To determine the conformity of the claimed invention to the criterion of "inventive step", we consider the fame of its distinctive, which are functionally independent, features. The use of two magnetic field transducers oriented so as to perceive the horizontal component of the scattering field of a vertically magnetized object for its detection, so that the signals from the scattering field of the magnetized object are summed up, and the voltages due to approximately homogeneous interference fields are mutually subtracted, it is known in the magnetic measuring technique (see, for example, Yu.Ya. Reutov, A.A. Litvinenko. "On the effectiveness of combating interference by means of a gradiometric connection of a magnetic elements ". Defectoscopy, N 3, 1989, p. 80, Fig. 1d). However, in known applications transducers of a constant magnetic field of a detected object are used. The use of two converters of the horizontal component of the variable scattering field of an object magnetized by an alternating field directed vertically, connected so that the voltages at their outputs caused by the variable scattering field of the detected object are mutually added, and the voltages caused by an approximately uniform field of industrial interference are mutually subtracted, yes also in the metal detector, we do not know.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень". This allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Заявляемое устройство работает следующим образом. В исходном состоянии переменный ток, вырабатываемый генератором электронного блока 4, протекая по намагничивающей катушке 1, вызывает появление над полом контролируемого прохода переменного магнитного поля, направленного вертикально. Вблизи преобразователей переменного магнитного поля 2 и 3 силовые линии этого поля веерообразно расходятся в разные стороны, вследствие чего в месте расположения преобразователей 2 и 3 появляется горизонтальная компонента переменного поля намагничивающей катушки 1, вызывающая появление на выходах преобразователей 2 и 3 переменных напряжений, которые суммируются на входе электронного блока 4. Сумма этих напряжений воспринимается электронным блоком 4 как исходная и не вызывает появления сигнала тревоги. Переменные поля индустриальных помех от отдаленных источников, воздействуя на преобразователи 2 и 3, вызывают появление на их выходах приблизительно одинаковых друг другу, но противофазных напряжений, которые взаимно компенсируются на входе электронного блока 4 и не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства. При появлении в зоне контроля металлического предмета, подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот предмет намагничивается переменным полем намагничивающей катушки 1, в результате чего вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Горизонтально направленные компоненты этого поля воздействуют на преобразователи переменного магнитного поля 2 и 3, вызывая появление на их выходах соответствующих переменных напряжений. Эти напряжения взаимно суммируются на входе электронного блока 4 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 2 и 3 переменных напряжений, слишком малых для выработки электронным блоком 4 сигнала тревоги. При указанных в настоящей заявке размерах намагничивающей катушки 1 и высоте размещения преобразователей 2 и 3 над полом контролируемого прохода обеспечивается равномерность чувствительности металлообнаружителя по ширине контролируемого прохода (до 90% расстояния между преобразователями 2 и 3) и по его высоте (максимальная высота обнаружения на 20-30 сантиметров меньше высоты размещения преобразователей 2 и 3 над полом контролируемого прохода). В указанных пределах чувствительность заявляемого устройства изменяется не более чем в 2 раза, что, как показывает практика, вполне приемлемо. The inventive device operates as follows. In the initial state, the alternating current generated by the generator of the electronic unit 4, flowing along the magnetizing coil 1, causes the appearance of a controlled passage of an alternating magnetic field directed vertically above the floor. Near the transducers of an alternating magnetic field 2 and 3, the field lines of this field fan-like diverge in different directions, as a result of which, at the location of the transducers 2 and 3, a horizontal component of the alternating field of the magnetizing coil 1 appears, causing alternating voltages at the outputs of the transducers 2 and 3, which are summed up the input of the electronic unit 4. The sum of these voltages is perceived by the electronic unit 4 as the source and does not cause an alarm. The alternating fields of industrial interference from distant sources, acting on the converters 2 and 3, cause the outputs to appear approximately the same to each other, but out-of-phase voltages, which are mutually compensated at the input of the electronic unit 4 and do not significantly affect the functioning of the claimed device. When a metal object to be detected (for example, a pistol) appears in the control zone, this object is magnetized by the alternating field of the magnetizing coil 1, as a result of which a fan-shaped diverging alternating re-radiation field arises around it. The horizontally directed components of this field act on the transducers of an alternating magnetic field 2 and 3, causing the appearance of corresponding alternating voltages at their outputs. These voltages are mutually summarized at the input of the electronic unit 4 and, if specified parameters are met, cause an alarm to appear at its output. If the object is not large enough (for example, the keys to the apartment or a lighter), then its re-radiation field will cause the appearance of alternating voltages at the outputs of converters 2 and 3, which are too small for the electronic unit 4 to generate an alarm. Given the dimensions of the magnetizing coil 1 and the height of the transducers 2 and 3 above the floor of the controlled passage specified in this application, the sensitivity of the metal detector is uniform in the width of the controlled passage (up to 90% of the distance between the transducers 2 and 3) and in its height (maximum detection height is 20- 30 centimeters less than the height of the transducers 2 and 3 above the floor of the controlled passage). Within the specified limits, the sensitivity of the claimed device varies no more than 2 times, which, as practice shows, is quite acceptable.

Заявляемое устройство достаточно просто размещается на охраняемом объекте. Намагничивающая катушка 1 замуровывается в пол охраняемого объекта или прикрепляется к потолку помещения, находящегося этажом ниже. Преобразователи переменного магнитного поля 2 и 3 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. The inventive device is quite simply placed on a guarded object. The magnetizing coil 1 is wired into the floor of the guarded object or attached to the ceiling of the room located on the floor below. Converters of alternating magnetic field 2 and 3 are embedded in the walls on both sides of the controlled passage or in the wall on both sides of the guarded doorway located in it and become invisible to outsiders.

Таким образом, заявляемое устройство может быть полностью замаскировано, что является его ценным преимуществом. Thus, the inventive device can be completely disguised, which is its valuable advantage.

Таким образом, благодаря своим новым признакам, предлагаемое устройство обеспечивает достижение следующего технического результата: повышение компактности металлообнаружителя с одновременным увеличением ширины эффективно контролируемого прохода и повышением защищенности от индустриальных помех. Thus, thanks to its new features, the proposed device ensures the achievement of the following technical result: increasing the compactness of the metal detector while increasing the width of the effectively controlled passage and increasing immunity from industrial interference.

Источники информации
1. Ancet V. M. J. Perfectionnements aux dispositifs electromagnetiques propres a deceler les objets metalliques, notamment ceux transportes par des personnes. Republique Francaise, Institut National de la Propriete Industrielle, Paris, N 2076468, c1. 70.01481, 1974. 11 pp. - прототип. Имеется перевод на русский язык: Перевод N СР-671 Всесоюзного центра переводов научно-технической литературы и документации. Москва, 1976 г.Sources of information
1. Ancet VMJ Perfectionnements aux dispositifs electromagnetiques propres a deceler les objets metalliques, notamment ceux transportes par des personnes. Republique Francaise, Institut National de la Propriete Industrielle, Paris, N 2076468, c1. 70.01481, 1974. 11 pp. - prototype. There is a translation into Russian: Translation N SR-671 of the All-Union Center for the Translation of Scientific and Technical Literature and Documentation. Moscow, 1976

Claims (1)

Стационарный металлообнаружитель для обнаружения сравнительно крупных металлических предметов, преимущественно огнестрельного оружия, проносимых проверяемыми лицами через контролируемый проход, включающий плоскую прямоугольную рамочную намагничивающую катушку, расположенную горизонтально в полу контролируемого прохода, перекрывая всю его ширину, и электрически соединенный с ней электронный блок, отличающийся тем, что дополнительно содержит два идентичных преобразователя переменного магнитного поля, расположенных симметрично по обе стороны контролируемого прохода над намагничивающей катушкой на высоте 1,5 - 2 м от пола таким образом, что их оси максимальной чувствительности направлены параллельно плоскости намагничивающей катушки и перпендикулярно направлению движения через контролируемый проход, при этом преобразователи соединены между собой градиентометрически и присоединены к электронному блоку. A stationary metal detector for detecting relatively large metal objects, mainly firearms, carried by inspected persons through a controlled passage, including a flat rectangular frame magnetizing coil located horizontally in the floor of the controlled passage, covering its entire width, and an electronic unit electrically connected to it, characterized in which additionally contains two identical transducers of an alternating magnetic field located symmetrically on both sides of the controlled passage above the magnetizing coil at a height of 1.5 - 2 m from the floor so that their axes of maximum sensitivity are parallel to the plane of the magnetizing coil and perpendicular to the direction of movement through the controlled passage, while the transducers are interconnected gradiometrically and connected to an electronic block.