RU2251125C1 - Harmonic excitation selective metal detector - Google Patents
Harmonic excitation selective metal detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251125C1 RU2251125C1 RU2004106103/28A RU2004106103A RU2251125C1 RU 2251125 C1 RU2251125 C1 RU 2251125C1 RU 2004106103/28 A RU2004106103/28 A RU 2004106103/28A RU 2004106103 A RU2004106103 A RU 2004106103A RU 2251125 C1 RU2251125 C1 RU 2251125C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- signal
- processor
- amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Металлодетектор относится к устройствам досмотра, входящим в состав интегрированных средств охраны или используемым автономно. Устройство предназначено для обнаружения предметов, запрещенных к проносу на охраняемые объекты. К запрещенным предметам, обычно скрытно размещаемым в одежде, относятся огнестрельное оружие, ручные гранаты и ножи, а также баллончики с распыляемыми химическими веществами. Конструктивно металлодетектор может быть выполнен в виде ворот или быть встроенным в устройства заграждения систем контроля и управления доступом.A metal detector refers to screening devices that are part of integrated security equipment or are used autonomously. The device is designed to detect items prohibited from being transported to protected objects. Prohibited items that are usually covertly housed in clothing include firearms, hand grenades and knives, as well as spray cans of sprayed chemicals. Structurally, the metal detector can be made in the form of a gate or be built into the barrier devices of access control and management systems.
Предшествующий уровень техники.The prior art.
Известен стационарный металлообнаружитель, содержащий намагничивающую катушку, подключенную к генератору, принимающую катушку, усилитель, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен со входом анализатора, выход которого соединен со входом индикатора, устройство управления, первый выход которого соединен со входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, отличающийся тем, что последовательно с намагничивающей катушкой включена вторая намагничивающая катушка, последовательно и градиентометрически с приемной катушкой включена вторая приемная катушка, свободные выходы приемных катушек подключены к переменному резистору, управляющий выход которого соединен со входом усилителя, причем намагничивающие катушки устанавливаются в соседних углах контролируемой зоны, а приемные катушки - в противоположных углах [Патент на полезную модель Российской Федерации, "Металлообнаружитель", №2165094, опубликованный 20 января 2001 года].Known stationary metal detector containing a magnetizing coil connected to a generator, a receiving coil, an amplifier, the output of which is connected to the first input of a synchronous detector, the output of which is connected to the input of the analyzer, the output of which is connected to the input of the indicator, a control device, the first output of which is connected to the input of the generator and the second output is connected to the second input of the synchronous detector, characterized in that the second magnetizing coil is connected in series with the magnetizing coil the cabinet, the second receiving coil is connected in series and gradiometrically with the receiving coil, the free outputs of the receiving coils are connected to a variable resistor, the control output of which is connected to the input of the amplifier, the magnetizing coils being installed in adjacent corners of the controlled zone, and the receiving coils in opposite corners [Patent on Utility Model of the Russian Federation, Metal Detector, No. 2165094, published January 20, 2001].
При появлении в зоне контроля металлического предмета, подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот предмет намагничивается переменным полем намагничивающих катушек, в результате чего вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Селективными параметрами обнаруживаемого предмета является индуцированный в нем магнитный момент. Горизонтально направленные компоненты этого поля воздействуют на приемные катушки, вызывая появление на их выходах соответствующие переменные напряжения.When a metal object to be detected (for example, a pistol) appears in the control zone, this object is magnetized by an alternating field of magnetizing coils, as a result of which a fan-shaped diverging alternating re-emission field arises around it. The selective parameters of the detected object is the magnetic moment induced in it. The horizontally directed components of this field act on the receiving coils, causing the corresponding alternating voltages to appear at their outputs.
Устройство работает в двух режимах. В первом режиме измеряется синфазная с током возбуждения составляющая полезного сигнала, что позволяет по изменению знака на выходе синхронного детектора судить о материале объекта (цветной или ферромагнитный), а также по величине (амплитуде) сигнала о величине наведенного магнитного момента, который примерно пропорционален объему обнаруживаемого предмета. Во втором режиме измеряется квадратурная составляющая полезного сигнала, которая пропорциональна электромагнитным потерям в обнаруживаемом предмете. Они имеют характерную частотную зависимость и зависят от состава объекта, его объема и формы. Это позволяет использовать дополнительную селективность при обнаружении конкретного объекта на фоне остальных бытовых предметов, находящихся у человека (монеты, перочинные ножи, часы, ключи и т.д.), и обеспечивает высокую достоверность обнаружения запрещенных предметов.The device operates in two modes. In the first mode, the component of the useful signal in phase with the excitation current is measured, which makes it possible to judge the material of the object (color or ferromagnetic) by the sign change at the output of the synchronous detector, as well as the magnitude (amplitude) of the signal about the magnitude of the induced magnetic moment, which is approximately proportional to the volume of the detected subject. In the second mode, the quadrature component of the useful signal is measured, which is proportional to the electromagnetic losses in the detected object. They have a characteristic frequency dependence and depend on the composition of the object, its volume and shape. This allows you to use additional selectivity when detecting a specific object against the background of other household items that a person has (coins, penknives, watches, keys, etc.), and provides high reliability for detecting prohibited items.
Режимы работы металлообнаружителя задаются устройством управления, которое посылает управляющие сигналы на синхронный детектор. Выделенные и первично обработанные сигналы, несущие информацию об амплитуде и квадратурной составляющей полезного сигнала, поступают на анализатор. Анализатор осуществляет вторичную обработку сигналов, анализируя все селективные компоненты, и выдает информацию о металлическом предмете. Информация отображается на индикаторе.The operating modes of the metal detector are set by the control device, which sends control signals to the synchronous detector. The extracted and initially processed signals, carrying information about the amplitude and quadrature component of the useful signal, are sent to the analyzer. The analyzer carries out secondary signal processing by analyzing all the selective components, and provides information about a metal object. Information is displayed on the indicator.
Недостатком данного устройства является одноканальный анализ, обусловленный наличием одного синхронного детектора. Такой анализ не позволяет достоверно определить одновременно параметры объектов поиска, если один из них изготовлен из ферромагнитного материала, а другой - из цветного металла, тогда как в реальных условиях работы металлообнаружителя зачастую необходимо одновременно распознать наличие пистолета (ферромагнитный объект) и баллончика с отравляющими веществами, обычно в алюминиевом корпусе.The disadvantage of this device is a single-channel analysis, due to the presence of one synchronous detector. Such an analysis does not allow us to reliably determine simultaneously the parameters of the search objects if one of them is made of ferromagnetic material and the other is of non-ferrous metal, while in real conditions of the metal detector it is often necessary to simultaneously recognize the presence of a gun (ferromagnetic object) and a can of poisonous substances, usually in an aluminum case.
Кроме того, данный металлообнаружитель работает на одной частоте, что также снижает его селективность, поскольку для различных объектов имеются свои оптимальные частоты.In addition, this metal detector operates at the same frequency, which also reduces its selectivity, since various objects have their own optimal frequencies.
Дополнительным недостатком данного металлообнаружителя является низкая чувствительность. Уровень чувствительности ограничен воздействием помех, отстройка от которых достигается только за счет градиентометрического включения катушек, что недостаточно.An additional disadvantage of this metal detector is its low sensitivity. The sensitivity level is limited by the influence of interference, the detuning from which is achieved only due to the gradiometric inclusion of the coils, which is not enough.
Известен металлодетектор, содержащий селективные схемы различения различных типов металла при обнаружения скрытых объектов [Патент США, "Metal detector apparatus utilizing controlled phase response to reject ground effects and to discriminate between different types of metals", №4486713, опубликованный 04 декабря 1984 года].Known metal detector containing selective patterns for distinguishing different types of metal when detecting hidden objects [US Patent, "Metal detector apparatus utilizing controlled phase response to reject ground effects and to discriminate between different types of metals", No. 4486713, published December 4, 1984].
Металлодетектор содержит генератор, выход которого подключен к выводам передающей катушки, приемную катушку, выводы которой подключены к первому и второму демодулятору, управляющие входы первого и второго демодуляторов подключены соответственно к выходам управляемого фазовращателя, вход которого соединен с выходом генератора. Выход первого демодулятора через управляемый усилитель и схему выделения абсолютного значения сигнала соединен с первым входом компаратора, а выход второго модулятора через вторую схему выделения абсолютного значения сигнала соединен со вторым входом компаратора.The metal detector contains a generator, the output of which is connected to the terminals of the transmitting coil, a receiving coil, the terminals of which are connected to the first and second demodulator, the control inputs of the first and second demodulators are connected respectively to the outputs of the controlled phase shifter, the input of which is connected to the output of the generator. The output of the first demodulator through a controlled amplifier and the absolute signal allocation circuit is connected to the first input of the comparator, and the output of the second modulator through the second absolute signal allocation circuit is connected to the second input of the comparator.
Металлодетектор позволяет получать управляемый фазовый ответный сигнал, что позволяет отстроиться от нежелательных объектов (в данном случае это минерализованная земля). Алгебраические отношения между двумя сигналами в компараторе определены так, что только входные сигналы, попадающие в пределах желательных алгебраических отношений, используются для формирования выходного сигнала.The metal detector allows you to receive a controlled phase response signal, which allows you to detach from unwanted objects (in this case, mineralized earth). The algebraic relations between the two signals in the comparator are defined so that only input signals falling within the desired algebraic relations are used to form the output signal.
Недостатком данного устройства является то, что алгоритм обработки сигнала основан на изначальной фазовой отстройке от нежелательных объектов поиска, в данном случае это минерализованная земля, и дополнительной амплитудной отстройке от слабых сигналов. Такой алгоритм недопустим в стационарных металлодетекторах, где необходимо оценить полный сигнал, выявить ориентировочные объем, массу и материал проносимых через зону контроля объектов и только потом делать вывод о наличии запрещенного объекта. Современные технологии позволяют создать такие материалы и покрытия для оружия, что оно будет излучать энергию непосредственно в том диапазоне, от которого отстроились.The disadvantage of this device is that the signal processing algorithm is based on the initial phase detuning from unwanted search objects, in this case mineralized earth, and additional amplitude detuning from weak signals. Such an algorithm is unacceptable in stationary metal detectors, where it is necessary to evaluate the full signal, to determine the approximate volume, mass and material of objects carried through the control zone and only then draw a conclusion about the presence of a prohibited object. Modern technologies make it possible to create such materials and coatings for weapons that they will radiate energy directly in the range from which they are detached.
Дополнительным недостатком данного металлообнаружителя является низкая чувствительность.An additional disadvantage of this metal detector is its low sensitivity.
Известен металлодетектор, содержащий селективные схемы, для обнаружения нежелательных объектов [Патент США, "Metal detector circuit having selectable exclusion range for unwanted objects", №4700139, опубликованный 13 октября 1987 года]. Металлодетектор содержит генератор, выводы которого подключены к выводам передающей катушки, приемную катушку, выводы которой соединены с входами первой и второй фазовращательной цепочки, выходы которой соответственно соединены с первым и вторым синхронным детекторами, причем управляющие входы синхронных детекторов подключены к генератору, выходы синхронных детекторов соединены с вычислительным блоком (который содержит сумматор, усилители, дифференциальные цепи, пороговые элементы и логические схемы).Known metal detector containing selective circuitry for detecting unwanted objects [US Patent, "Metal detector circuit having selectable exclusion range for unwanted objects", No. 4700139, published October 13, 1987]. The metal detector comprises a generator, the terminals of which are connected to the terminals of the transmitting coil, a receiving coil, the terminals of which are connected to the inputs of the first and second phase-rotation circuits, the outputs of which are respectively connected to the first and second synchronous detectors, the control inputs of synchronous detectors connected to the generator, the outputs of synchronous detectors connected with a computing unit (which contains an adder, amplifiers, differential circuits, threshold elements, and logic circuits).
Металлодетектор используется для обнаружения скрытых металлических объектов. Из сигнала, полученного с приемных катушек, формируют два параллельных сигнала, причем один сдвигается на 5°, а второй - на 60°. Каждый из сдвинутых сигналов проходит через первый и второй синхронные детекторы для получения первого и второго векторных сигналов. Затем в схеме обработки сигнала они суммируются для получения третьего векторного сигнала. Первые и третьи векторные сигналы суммируются, чтобы получить четвертый векторный сигнал, имеющий желательный векторный диапазон между минимальными и максимальными векторными углами. Металлодетектор обеспечивает получение полезного сигнала только для объектов, имеющих фазовый ответный сигнал вне выбранного нежелательного фазового диапазона. Таким образом, схема обработки сигнала позволяет устранить ложные по мнению оператора сигналы и анализировать только полезный сигнал.A metal detector is used to detect hidden metal objects. Two parallel signals are formed from the signal received from the receiving coils, one of which is shifted by 5 °, and the second by 60 °. Each of the shifted signals passes through the first and second synchronous detectors to obtain the first and second vector signals. Then, in the signal processing circuit, they are summed to obtain a third vector signal. The first and third vector signals are added together to obtain a fourth vector signal having a desired vector range between the minimum and maximum vector angles. The metal detector provides a useful signal only for objects that have a phase response signal outside the selected unwanted phase range. Thus, the signal processing circuitry allows eliminating false signals according to the operator and analyzing only the useful signal.
Недостатком данного металлодетектора является то, что схема обработки сигнала выполнена на аналоговых элементах. Это не позволяет оперативно настраивать его на требуемые объекты поиска, задавая требуемую чувствительность и изменяя фазовые настройки и частоту генератора.The disadvantage of this metal detector is that the signal processing circuit is made on analog elements. This does not allow you to quickly configure it to the desired search objects, setting the required sensitivity and changing the phase settings and the frequency of the generator.
Дополнительным недостатком данного устройства является низкая чувствительность, поскольку невозможно увеличить чувствительность выше определенного предела, ввиду того, что приобретает существенную амплитуду медленно меняющийся во времени в зависимости от внешних условий наведенный сигнал. Этот сигнал не компенсируется, причем для полной компенсации его необходимы два ортогональных сигнала.An additional disadvantage of this device is the low sensitivity, since it is impossible to increase the sensitivity above a certain limit, due to the fact that the induced signal acquires a significant amplitude slowly varying in time depending on external conditions. This signal is not compensated; moreover, two orthogonal signals are necessary for its full compensation.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
В основу изобретения положена задача создания селективного металлодетектора с гармоническим возбуждением, с высокой достоверность обнаружения запрещенных предметов путем повышения селективности и чувствительности.The basis of the invention is the creation of a selective metal detector with harmonic excitation, with high reliability of the detection of prohibited items by increasing selectivity and sensitivity.
Высокая достоверность с низким уровнем ложных срабатываний обеспечивается за счет высокой селективности устройства и высокой чувствительности. Селективность отражает способность устройства различать потенциально опасные металлические объекты от предметов личного пользования (ключи, кольца, цепочки, часы и пр.). При использовании металлодетекторов с низкой селективностью предметы личного пользования вызывают большое количество ложных срабатываний сигнала тревоги, снижая, таким образом, эффективность работы. Высокая селективность достигается сложной обработкой сигнала, когда при одинаковом гармоническом составе намагничивающего поля можно получить информацию об электромагнитных характеристиках намагничиваемого объекта поиска в зоне контроля как в частотной области, измеряя амплитуды и фазы гармоник поля переизлучения, так и во временной области, изучая временные изменения этого поля.High reliability with a low level of false positives is provided due to the high selectivity of the device and high sensitivity. Selectivity reflects the ability of a device to distinguish between potentially hazardous metal objects and personal items (keys, rings, chains, watches, etc.). When using metal detectors with low selectivity, personal objects cause a large number of false alarms, thus reducing work efficiency. High selectivity is achieved by complex signal processing, when for the same harmonic composition of the magnetizing field it is possible to obtain information about the electromagnetic characteristics of the magnetized search object in the control zone both in the frequency domain, by measuring the amplitudes and phases of the harmonics of the reemission field, and in the time domain, studying the temporal changes of this field .
Высокая чувствительность устройства необходима для выявления слабых сигналов, поскольку в настоящее время запрещенные предметы, в частности оружие, покрываются специальными защитными пленками, искажающими реальные свойства объекта и уменьшающими его магнитные свойства. Кроме того, запрещенные объекты изготавливаются из материалов и сплавов с низкими магнитными свойствами, таких как композитные материалы, синтетические материалы и их комбинации (графит, KEVLAR-армированный материал). Постоянно уменьшаются размеры запрещенных объектов и, как правило, они проносятся через зону контроля в разобраном виде. Высокая чувствительность позволяет получать качественный сигнал от этих объектов, достаточный для достоверного различения их от предметов личного пользования, путем дальнейшей обработки сигнала.High sensitivity of the device is necessary to detect weak signals, since currently prohibited items, in particular weapons, are covered with special protective films that distort the real properties of the object and reduce its magnetic properties. In addition, prohibited items are made of materials and alloys with low magnetic properties, such as composite materials, synthetic materials and their combinations (graphite, KEVLAR-reinforced material). The size of prohibited objects is constantly decreasing and, as a rule, they are carried through the control zone in a disassembled form. High sensitivity allows you to receive a high-quality signal from these objects, sufficient to reliably distinguish them from personal items, by further processing the signal.
Поставленная задача решается тем, что в селективном металлодетекторе с гармоническим возбуждением, содержащем приемную катушку, соединенную с предварительным фазовращателем, передающую катушку, генератор, первый и второй синхронные детекторы, вычислительный блок, выход которого соединен с блоком индикации, дополнительно вычислительный блок выполнен в виде процессора, а генератор выполнен в виде преобразователя, устройство содержит вторую приемную катушку, соединенную со вторым предварительным усилителем, причем первая и вторая приемные катушки включены последовательно и градиентометрически, выходы первого и второго предварительных усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго синхронных детекторов, выход каждого из которых соответственно через первый и второй аналого-цифровые преобразователи соединен с первым и вторым входами процессора, третий вход процессора соединен с клавиатурой, второй выход процессора соединен через преобразователь с входом усилителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с выводами передающих катушек, причем первая и вторая катушки включены встречно, третий выход усилителя мощности соединен с входом датчика тока, выход которого соединен с входом первого компаратора, входом первого управляемого усилителя и входом фазовращателя, выход фазовращателя соединен с входом второго управляемого усилителя и входом второго компаратора, выход первого управляемого усилителя соединен с третьим входом сумматора, а выход второго управляемого усилителя соединен с четвертым входом сумматора, выход первого компаратора соединен со вторым входом первого синхронного детектора, а выход второго компаратора соединен с вторым входом второго синхронного детектора, выход первого синхронного детектора через первый интегратор соединен с управляющим входом первого управляемого усилителя, а выход второго синхронного детектора через второй интегратор соединен с управляемым входом второго управляемого усилителя.The problem is solved in that in a selective metal detector with harmonic excitation, containing a receiving coil connected to a preliminary phase shifter, a transmitting coil, a generator, first and second synchronous detectors, a computing unit, the output of which is connected to the indicating unit, the additional computing unit is made in the form of a processor and the generator is made in the form of a converter, the device contains a second receiving coil connected to a second pre-amplifier, the first and second receiving Many coils are connected in series and gradiometrically, the outputs of the first and second preamplifiers are connected respectively to the first and second inputs of the adder, the output of the adder is connected to the first inputs of the first and second synchronous detectors, the output of each of which is connected through the first and second analog-to-digital converters to the first and the second inputs of the processor, the third input of the processor is connected to the keyboard, the second output of the processor is connected through a converter to the input of the power amplifier, the first the first and second outputs of which are connected to the terminals of the transmitting coils, the first and second coils being turned on in opposite directions, the third output of the power amplifier is connected to the input of the current sensor, the output of which is connected to the input of the first comparator, the input of the first controlled amplifier and the input of the phase shifter, the output of the phase shifter is connected to the input the second controlled amplifier and the input of the second comparator, the output of the first controlled amplifier is connected to the third input of the adder, and the output of the second controlled amplifier is connected to the fourth input the adder, the output of the first comparator is connected to the second input of the first synchronous detector, and the output of the second comparator is connected to the second input of the second synchronous detector, the output of the first synchronous detector through the first integrator is connected to the control input of the first controlled amplifier, and the output of the second synchronous detector through the second integrator is connected to controlled input of the second controlled amplifier.
Выполнение вычислительного блока в виде процессора 14 позволяет проводить сложный гармонический анализ входных сигналов. Они сначала обрабатываются фильтрами низкой частоты 27 и 28, далее перемножаются с коэффициентами К1, К2, К3, К4 умножителями 29, 30, 31 и 32 и суммируются сумматорами 33 и 34 с целью получения двух линейных комбинаций, которые эквивалентны измерениям составляющих сигнала с приемных катушек с произвольно выбранной фазой. Далее эти сигналы умножаются на коэффициенты К5 и К6 умножителями 35 и 36, которые задают требуемую чувствительность. Данная обработка сигналов позволяет повысить селективность устройства. Все коэффициенты К1-К6 могут быть оперативно изменены с помощью клавиатуры 15, исходя из задач.The execution of the computing unit in the form of a
Выполнение генератора в виде преобразователя 17, управляемого процессором 17, позволяет выбирать рабочие частоты ƒр исходя из задач, что также повышает селективность устройства.The execution of the generator in the form of a converter 17, controlled by the processor 17, allows you to select the operating frequency ƒ p based on the tasks, which also increases the selectivity of the device.
Введение обратной связи посредством интегратора 26 и управляемого усилителя 23, а также интегратора 25 и управляемого усилителя 21 позволило компенсировать медленно меняющуюся во времени в зависимости от внешних условий амплитуду наведенного сигнала, которая может достигать существенных значений. Причем компенсация осуществляется по двум ортогональным каналам. Это позволило повысить чувствительность устройства, получить от запрещенных объектов небольшого размера качественный сигнал, достаточный для достоверного различения их от предметов личного пользования, путем дальнейшей обработки сигнала.The introduction of feedback by means of an integrator 26 and a controlled amplifier 23, as well as an integrator 25 and a controlled amplifier 21 made it possible to compensate for the amplitude of the induced signal, which varies slowly with time depending on external conditions, and which can reach significant values. Moreover, compensation is carried out through two orthogonal channels. This made it possible to increase the sensitivity of the device, to obtain a high-quality signal from prohibited objects of a small size, sufficient to reliably distinguish them from objects of personal use, by further processing the signal.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 показаны расположения приемных и передающих катушек и объекта поиска в зоне контроля, на фиг.3 дана блок-схема математической обработки сигнала.The invention is illustrated by drawings: figure 1 shows a block diagram of a device, figure 2 shows the location of the receiving and transmitting coils and the search object in the control zone, figure 3 shows a block diagram of the mathematical processing of the signal.
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Устройство содержит две передающие катушки 1 и 2, установленные в нижних углах зоны контроля 3, и две приемные катушки 4 и 5, включенные последовательно и градиентометрически для вычитания сигналов, наведенных однородной внешней помехой, и установленные в верхних углах зоны контроля 3 (Фиг.2). Объект поиска 6, скрытно размещенный в одежде, при перемещении досматриваемого попадает в зону контроля 3. Выводы первой и второй приемных катушек 4 и 5 соответственно через первый и второй предварительные усилители 7 и 8 соединены с первым и вторым входами сумматора 9 (Фиг.1). Выход сумматора 9 соединен с первыми входами синхронных детекторов 10 и 11, выход каждого из которых соответственно через аналого-цифровой преобразователь 12 и 13 соединен с первым и вторым входами процессора 14. Третий вход процессора 14 соединен с клавиатурой 15, а первый выход процессора 14 соединен с индикатором 16. Второй выход процессора 14 соединен через преобразователь 17 с входом усилителя мощности 18, первый и второй выходы которого соединены с выводами передающих катушек 1 и 2. Третий выход усилителя мощности 18 соединен с входом датчика тока 19. Выход датчика тока соединен с входом компаратора 20, входом управляемого усилителя 21 и входом фазовращателя 22. Выход фазовращателя 22 соединен с входом управляемого усилителя 23 и входом компаратора 24. Выход управляемого усилителя 21 соединен с третьим входом сумматора 9, а выход управляемого усилителя 23 соединен с четвертым входом сумматора 9. Выход компаратора 20 соединен с вторым входом синхронного детектора 10, а выход компаратора 24 соединен с вторым входом синхронного детектора 11. Выход синхронного детектора 10 через интегратор 25 соединен с управляющим входом управляемого усилителя 21. Выход синхронного детектора 11 через интегратор 26 соединен с управляемым входом управляемого усилителя 23.The device contains two transmitting
Процессор представляет собой устройство управления и устройство обработки сигналов. Блок-схема обработки сигнала (Фиг.3) содержит первый и второй фильтры низких частот 27 и 28, умножители 29, 30, 31 и 31, сумматоры 33 и 34, умножители 35 и 36. Выходы умножителей 35 и 36 являются выходами процессора 14.The processor is a control device and a signal processing device. The signal processing block diagram (Fig. 3) contains the first and second low-
Микропроцессор 14 генерирует меандр с частотой, в 10 раз больше рабочей частоты ƒp, и подает его на вход преобразователя 17 меандр-синус. Преобразователь 17 преобразует этот сигнал в синусоидальный сигнал с рабочей частотой и подает этот сигнал на усилитель мощности 18. Усилитель мощности 18 усиливает синусоидальный сигнал и подает его на передающие катушки 1 и 2, которые создают в зоне 3 контроля электромагнитное поле. При этом ток, пропорциональный магнитному полю, регистрируется датчиком тока 19. Магнитное поле передающих катушек 1 и 2 совместно с электромагнитным полем переизлучения, создаваемым объектом 6 поиска и предметами личного пользования, индуцирует напряжение синусоидального сигнала в приемных катушках 4 и 5. Это напряжение усиливается предварительными усилителями 7 и 8. Сигнал с датчика тока 19 подается на фазовращатель 22, управляемый усилитель 21 и компаратор 20. Коэффициент усиления управляемого усилителя 21 может изменяться в определенных пределах, включая положительные и отрицательные значения, исходя из сигнала, подаваемого на управляющий вход с интегратора 25. Фазовращатель сдвигает входной сигнал на 90° и подает его на вход управляемого усилителя 23, который управляется сигналом с интегратора 26, и на компаратор 24. Сигналы с управляемых усилителей 21 и 23 и с предварительных усилителей 7 и 8 суммируются сумматором 9. Сигнал с сумматора подается на два синхронных детектора 10 и 11, которые выделяют в виде выпрямленного сигнала составляющие входного сигнала, синфазные с опорными сигналами синхронных детекторов 10 и 11, которые создаются компараторами 20 и 24 соответственно.The
Сигнал с выхода синхронного детектора 10 через интегратор 25 поступает на управляющий вход управляемого усилителя 21. Характеристика регулирования и полярность выходного сигнала управляемого усилителя 21, коэффициенты передачи сумматора 9, синхронного детектора 10 и интегратора 25 выбраны таким образом, что они образуют петлю отрицательной обратной связи по отношению к составляющей сигнала на выходе сумматора 9, которая синфазна сигналу с датчика тока 19.The signal from the output of the synchronous detector 10 through the integrator 25 is fed to the control input of the controlled amplifier 21. The control characteristic and polarity of the output signal of the controlled amplifier 21, the transfer coefficients of the adder 9, synchronous detector 10 and integrator 25 are selected so that they form a negative feedback loop relative to the signal component at the output of the adder 9, which is in phase with the signal from the current sensor 19.
Управляемый усилитель 23, синхронный детектор 11 и интегратор 26, параметры которых соответственно идентичны параметрам управляемого усилителя 21, синхронного детектора 10 и интегратора 25, образуют петлю обратной связи по отношению к составляющей сигнала на выходе сумматора 9, ортогональной сигналу с датчика тока 19. Таким образом, схема работает как двумерная система обратной связи, которая компенсирует постоянный и медленно меняющийся сигнал с приемных катушек 4 и 5 и стабилизирует работу устройства.The controlled amplifier 23, the synchronous detector 11 and the integrator 26, the parameters of which are respectively identical to the parameters of the controlled amplifier 21, the synchronous detector 10 and the integrator 25, form a feedback loop with respect to the signal component at the output of the adder 9, orthogonal to the signal from the current sensor 19. Thus , the circuit operates as a two-dimensional feedback system, which compensates for a constant and slowly changing signal from the receiving
Выходной сигнал синхронного детектора 10 преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 12 и передается для дальнейшего анализа в процессор 14. Выходной сигнал синхронного детектора 11 преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 13 и также передается для дальнейшего анализа в процессор 14. Входные сигналы сначала обрабатываются фильтрами низкой частоты 27 и 28, далее перемножаются с коэффициентами К1, К2, К3, К4 умножителями 29, 30, 31 и 32 и суммируются сумматорами 33 и 34 с целью получения двух линейных комбинаций, которые эквивалентны измерениям составляющих сигнала с приемных катушек с произвольно выбранной фазой. Далее эти сигналы умножаются на коэффициенты К5 и К6 умножителями 35 и 36, которые задают требуемую чувствительность и подаются на индикатор 16, показывающий величину сигналов для различных материалов в виде светящихся столбиков. Величина сигналов пропорциональна массе объектов поиска. Величины коэффициентов К1-К6 задаются пользователем с помощью клавиатуры 15.The output signal of the synchronous detector 10 is digitized by an analog-to-digital converter 12 and transmitted for further analysis to the
Металлодетектор может работать в нескольких режимах. Для более достоверного обнаружения объектов поиска используется режим с несколькими гармоническими частотами возбуждения. При этом режиме сначала процессор 14 формирует меандр с первой частотой 10 ƒp1, a преобразователь 17 генерирует синусоидальный сигнал первой рабочей частоты ƒp1. Процессор 14 производит полный цикл обработки сигналов.The metal detector can work in several modes. For more reliable detection of search objects, a mode with several harmonic excitation frequencies is used. In this mode, first the
Затем процессор 14 формирует меандр со второй частотой 10 ƒp2, a преобразователь 17 генерирует синусоидальный сигнал второй рабочей частоты ƒp2. Рабочие частоты ƒp выбираются исходя из задач, поскольку известно, что для обнаружения массивных ферромагнитных объектов поиска целесообразно использовать более низкие рабочие частоты, а для обнаружения небольших объектов и объектов из цветных металлов - более высокие частоты.Then, the
Анализ характеристик селективного металлодетектора проводился с использованием в качестве объектов поиска пистолета Макарова и алюминиевого баллончика с OВ, а в качестве предметов личного пользования были взяты:An analysis of the characteristics of the selective metal detector was carried out using a Makarov pistol and an aluminum spray can with OB as search objects, and the following were taken as personal items:
- Ботинки со стальными супинаторами;- Boots with steel arch support;
- Ключи для "английского" замка (семь);- Keys for the "English" castle (seven);
- Часы в металлическом корпусе и на металлическом браслете;- Watches in a metal case and on a metal bracelet;
- Две шариковые ручки с металлическими корпусами;- Two ball pens with metal cases;
- Очки в металлической оправе;- Glasses in a metal frame;
- Монеты (5 шт. - по 5 коп., 3 шт. - по 10 коп., 3 шт. - по 1 рублю и 2 шт. - по 5 рублей);- Coins (5 pcs. - 5 kopecks., 3 pcs. - 10 kopecks., 3 pcs. - 1 ruble and 2 pcs. - 5 rubles);
- Металлическая пряжка ремня из немагнитного материала;- Metal belt buckle made of non-magnetic material;
- Пачка сигарет (в твердой упаковке с фольгой);- A pack of cigarettes (in solid packaging with foil);
- Золотое обручальное кольцо;- Golden engagement ring;
- Зажигалка в металлической корпусе.- Lighter in a metal case.
Испытания проводились, с применением методики AST (Американского Общества Материалов и Испытаний), используемой в США. Запрещенные предметы и предметы личного пользования находились в карманах одежды испытуемого.The tests were carried out using the AST (American Society of Materials and Testing) methodology used in the USA. Prohibited items and personal items were in the pockets of the subject's clothes.
Предметы поиска определялись селективным металлодетектором с достаточно высокой вероятностью. В соответствии с методикой тестовых процедур достоверность обнаружения пистолета Макарова составила 100%; достоверность обнаружения алюминиевого баллончика с О В составила 99,7%.Search items were determined by a selective metal detector with a fairly high probability. In accordance with the test procedure methodology, the reliability of detecting a Makarov pistol was 100%; the reliability of detection of aluminum can with O In was 99.7%.
Таким образом, подтвердились высокие потребительские свойства металлодетектора:Thus, the high consumer properties of the metal detector were confirmed:
- 100% или близкая к этому достоверность определения объектов поиска;- 100% or close to this reliability of the definition of search objects;
- высокая селективность (способность "различать" объекты поиска и предметы личного пользования);- high selectivity (the ability to "distinguish" search objects and personal items);
- очень низкая вероятность ложных тревог;- very low probability of false alarms;
- стабильность параметров во времени.- stability of parameters over time.
Дополнительно проводился "3 - Gun Test", разработанный FAA (Федеральной Авиационной службой США) для оценки характеристик металлодетекторов, предназначенных для использования в аэропортах США.Additionally, a “3 - Gun Test” was developed by the FAA (US Federal Aviation Service) to evaluate the performance of metal detectors intended for use at US airports.
Методикой в качестве тестовых предметов рекомендованы:The technique recommended as test items:
- Пистолет МР-25, калибр 0.25, длина 121 мм, высота 80 мм, ширина 22 мм, вес 420 г. Ствол и механические части - из стали, затвор и рама - из цинкоалюминиевого сплава;- MP-25 pistol, caliber 0.25, length 121 mm, height 80 mm, width 22 mm, weight 420 g. The barrel and mechanical parts are made of steel, the bolt and frame are made of zinc-aluminum alloy;
- MINI - 5-зарядный револьвер, калибр 0.22, длина 100 мм, высота 59 мм, ширина 20 мм, вес 130 г. Нержавеющая сталь;- MINI - 5-round revolver, caliber 0.22, length 100 mm, height 59 mm, width 20 mm, weight 130 g. Stainless steel;
- Двухзарядный пистолет Derringer MP-7, калибр 0.38, длина 123 мм, высота 83 мм, ширина 31 мм, вес 230 г. Алюминиевый сплав.- Double-shot pistol Derringer MP-7, caliber 0.38, length 123 mm, height 83 mm,
В качестве объектов обнаружения были взяты искусственные модели предметов, изготовленные аналогичных размеров и выполненные из соответствующих материалов.Artificial models of objects made of similar sizes and made of appropriate materials were taken as objects of detection.
Предметы поиска определялись селективным металлодетектором с достаточно высокой вероятностью. В соответствии с методикой тестовых процедур достоверность обнаружения пистолета МР-25 составила 100%; достоверность обнаружения зарядного револьвера MINI - 5 составила 100%; достоверность обнаружения двухзарядного пистолета Derringer MP-7 составила 100%.Search items were determined by a selective metal detector with a fairly high probability. In accordance with the test procedure methodology, the accuracy of detection of the MP-25 pistol was 100%; the detection accuracy of the MINI-5 charging revolver was 100%; the accuracy of detection of a double-shot pistol Derringer MP-7 was 100%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106103/28A RU2251125C1 (en) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | Harmonic excitation selective metal detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106103/28A RU2251125C1 (en) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | Harmonic excitation selective metal detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2251125C1 true RU2251125C1 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=35635993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004106103/28A RU2251125C1 (en) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | Harmonic excitation selective metal detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2251125C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7683822B2 (en) | 2006-04-28 | 2010-03-23 | Nikolay Yurievich Danilov | Method and system for remotely detecting metal items |
| RU2460098C2 (en) * | 2007-01-15 | 2012-08-27 | Рапискан Системз, Инк. | Detection system |
| RU2582075C1 (en) * | 2014-11-10 | 2016-04-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации | Metal detector on heterodyne receiver using high discrimination system |
| EA025704B1 (en) * | 2012-03-19 | 2017-01-30 | Ооо "Пмт И К" | Device and method for monitoring goods in a container |
| RU175760U1 (en) * | 2017-06-19 | 2017-12-18 | Тимур Марсович Алеев | MANUAL METAL DETECTOR |
| RU2672162C1 (en) * | 2018-02-05 | 2018-11-12 | Тимур Марсович Алеев | Multi-zone multi-frequency metal detector with harmonic excitation |
-
2004
- 2004-03-01 RU RU2004106103/28A patent/RU2251125C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7683822B2 (en) | 2006-04-28 | 2010-03-23 | Nikolay Yurievich Danilov | Method and system for remotely detecting metal items |
| RU2460098C2 (en) * | 2007-01-15 | 2012-08-27 | Рапискан Системз, Инк. | Detection system |
| EA025704B1 (en) * | 2012-03-19 | 2017-01-30 | Ооо "Пмт И К" | Device and method for monitoring goods in a container |
| RU2582075C1 (en) * | 2014-11-10 | 2016-04-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации | Metal detector on heterodyne receiver using high discrimination system |
| RU175760U1 (en) * | 2017-06-19 | 2017-12-18 | Тимур Марсович Алеев | MANUAL METAL DETECTOR |
| RU2672162C1 (en) * | 2018-02-05 | 2018-11-12 | Тимур Марсович Алеев | Multi-zone multi-frequency metal detector with harmonic excitation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6469624B1 (en) | Non-obtrusive weapon detection system | |
| JP3896489B2 (en) | Magnetic detection device and substance determination device | |
| Nelson et al. | Wide bandwidth time-domain electromagnetic sensor for metal target classification | |
| US7078906B2 (en) | Simultaneous time-domain and frequency-domain metal detector | |
| US20200400853A1 (en) | Fluxgate detector for buried and abandoned chemical weapons | |
| RU2251125C1 (en) | Harmonic excitation selective metal detector | |
| US5654637A (en) | Method for detecting buried high conductivity objects including scaling of voltages for eliminating noise of a particular depth | |
| RU187535U1 (en) | PORTABLE COMBINED DETECTOR FOR DETECTION OF RADIOACTIVE AND METAL OBJECTS | |
| CN111190232B (en) | Metal forbidden article detection device and multi-parameter comprehensive judgment method thereof | |
| Svatoš et al. | Advanced instrumentation for polyharmonic metal detectors | |
| RU56005U1 (en) | MANUAL METAL DETECTOR | |
| RU175760U1 (en) | MANUAL METAL DETECTOR | |
| RU2300788C2 (en) | Hand metal detector | |
| Barrowes et al. | Pedemis: a portable electromagnetic induction sensor with integrated positioning | |
| RU2714524C1 (en) | Manual detector with wireless transmission and reception of data | |
| RU2398248C1 (en) | Method of detecting small metal objects and device for realising said method | |
| Oden | Combining advances in EM induction instrumentation and inversion schemes for UXO characterization | |
| Szyngiera | A Method of Metal Object Identification by Electromagnetic Means | |
| RU2647991C1 (en) | Metal detector | |
| Won et al. | Active broadband electromagnetic detection and classification of buried naval mines | |
| Krüger et al. | Signal processing and pattern recognition for eddy current sensors, used for effective land-mine detection | |
| CN111578785A (en) | Multi-mode detection device and method based on composite magnetoelectric sensor | |
| RU26139U1 (en) | METAL DETECTOR | |
| Paulter Jr | Test methods to rigorously, reproducibly, and accurately measure the detection performance of walk-through metal detectors | |
| RU2262123C1 (en) | Induction measuring converter for metal detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170824 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200302 |