RU49287U1 - METAL DETECTOR - Google Patents

Abstract

Полезная модель предназначена для обнаружения металлических объектов (преимущественно огнестрельного оружия), проносимых проверяемыми лицами под одеждой через зону контроля. Полезная модель направлена на увеличения ширины зоны контроля при сохранении мощности излучения в допустимых пределах в соответствии с "Нормами 4-87 Государственной комиссии по радиочастотам СССР Общесоюзные нормы допускаемых радиопомех". Поставленная задача решается тем, что в металлообнаружителе выполненном 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 со входом анализатора, выход которого соединен со входом блока индикации, устройство управления, первый выход которого соединен со 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. Таким образом достигается рабочая ширина зоны контроля 1.8-2.1 м.The utility model is designed to detect metal objects (mainly firearms) carried by inspected persons under clothes through the control zone. The utility model is aimed at increasing the width of the control zone while maintaining the radiation power within acceptable limits in accordance with "Standards 4-87 of the State Commission on Radio Frequencies of the USSR All-Union Standards for Permissible Radio Interference". The problem is solved in that in the metal detector made in the form of two vertical racks, inside of which there are two magnetizing coils and two receiving coils, the magnetizing coils being connected together in series and connected to the generator, and two receiving coils connected to each other in series and connected to an amplifier whose output 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 display unit, devices control, 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, additionally magnetizing coils are mounted orthogonally in the center of one of the racks, while one of the magnetizing coils is installed vertically, and the second is horizontally perpendicular to the plane of the control zone and receiving coils are mounted symmetrically horizontally and counter to another rack, and the distance between the receiving coils is selected depending on the width of the control zone. Thus, the working width of the control zone is 1.8-2.1 m.

Description

Полезная модель предназначена для обнаружения металлических объектов (преимущественно огнестрельного оружия), проносимых проверяемыми лицами под одеждой через зону контроля.The utility model is designed to detect metal objects (mainly firearms) carried by inspected persons under clothes through the control zone.

Основные требования, предъявляемые к подобным устройствам - это малые размеры и высокая достоверность обнаружения запрещенных объектов.The main requirements for such devices are small size and high reliability of detection of prohibited objects.

Малые размеры элементов металлообнаружителя позволяют встраивать (камуфлировать) его в существующие архитектурные сооружения (проходы, коридоры, дверные проемы) и офисную мебель. Высокая достоверность или низкий уровень ложных срабатываний должны обеспечиваться за счет высокой помехозащищенности от внешних несанкционированных воздействий и промышленных помех и многокомпонентного анализа проносимых металлических предметов (вес, объем, вид металла).The small size of the elements of the metal detector allows you to embed (camouflage) it in existing architectural structures (walkways, corridors, doorways) and office furniture. High reliability or a low level of false alarms should be ensured due to high noise immunity from external unauthorized influences and industrial interference and a multicomponent analysis of transported metal objects (weight, volume, type of metal).

Известен Металлообнаружитель, [патент США, №5859532, оп. 12 января 1999 года] выполненный в виде ворот П-образной формы и состоящий из двух вертикальных стоек и верхней перекладины. В одной из вертикальных стоек установлены намагничивающие катушки, а в другой - приемные катушки. Векторы намагничивания намагничивающих катушек и векторы чувствительности приемных катушек формируются таким образом, что каждая из намагничивающих катушек имеет свою приемную катушку, т.е. они работают в паре, и таким образом разделяют всю зону контроля на сектора. В дальнейшем сигналы с приемных катушек обрабатываются цифровым процессором и визуально отображаются блок индикации.Known metal detector, [US patent, No. 5859532, op. January 12, 1999] made in the form of a U-shaped gate and consisting of two vertical posts and an upper crossbar. In one of the uprights there are magnetizing coils, and in the other - receiving coils. The magnetization vectors of the magnetizing coils and the sensitivity vectors of the receiving coils are formed in such a way that each of the magnetizing coils has its own receiving coil, i.e. they work in pairs, and thus divide the entire control zone into sectors. Subsequently, the signals from the receiving coils are processed by a digital processor and the display unit is visually displayed.

Недостатком такой конструкции является небольшая ширина зоны контроля. Обычно она составляет 0.9-1.0 м и данный Металлообнаружитель The disadvantage of this design is the small width of the control zone. Usually it is 0.9-1.0 m and this metal detector

используется для контроля стандартного дверного проема. При увеличении ширины зоны контроля приходится неизбежно увеличивать поле намагничивания, т.е. мощность излучения. Однако это приведет к нарушению требований стандарта "Нормы допускаемых индустриальных радиопомех", установленных Государственной комиссией по радиочастотам.used to control a standard doorway. With an increase in the width of the control zone, it is inevitable to increase the magnetization field, i.e. radiation power. However, this will lead to a violation of the requirements of the Standards of Permissible Industrial Radio Interference established by the State Commission on Radio Frequencies.

Наиболее близким к заявляемому является металлообнаружитель [Свидетельство на полезную модель РФ №26139, оп. 10 ноября 2002 года], выполненный в виде ворот П-образной формы. Металлообнаружитель содержит две намагничивающие и две приемные катушки, причем намагничивающие катушки устанавливаются в соседних углах контролируемой зоны, а приемные катушки - в противоположных углах. Две намагничивающие катушки подключены к генератору, а две приемные катушки, соединенные между собой последовательно, подключены к усилителю, 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.Closest to the claimed is a metal detector [Certificate for a utility model of the Russian Federation No. 26139, op. November 10, 2002], made in the form of a U-shaped gate. The metal detector contains two magnetizing and two receiving coils, moreover, magnetizing coils are installed in adjacent corners of the controlled zone, and receiving coils are in opposite corners. Two magnetizing coils are connected to the generator, and two receiving coils connected together in series are connected to an amplifier, the output of which is connected to the first input of the 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, the control device, the first output of which connected to the input of the generator, and the second output is connected to the second input of the synchronous detector.

Однако такое расположение приемных катушек и намагничивающих катушек не позволяет создать широкую зону контроля, так как при раздвижении вертикальных стоек ворот в центре образуется вертикальная "мертвая" зона чувствительности. Обычно ширина контролируемой зоны составляет 0.9.-1.2 метра. Устранить "мертвую" зону возможно путем увеличения мощности излучения намагничивающих катушек. Однако, как известно из физики, увеличение размеров зоны контроля в 2 раза, требует увеличения мощности более чем в 100 раз. Это неизбежно приведет к недопустимому уровню радиопомех.However, this arrangement of the receiving coils and magnetizing coils does not allow creating a wide control zone, since when the vertical goalposts are moved apart, a vertical “dead” sensitivity zone is formed in the center. Typically, the width of the controlled area is 0.9.-1.2 meters. It is possible to eliminate the "dead" zone by increasing the radiation power of magnetizing coils. However, as is known from physics, an increase in the size of the control zone by a factor of 2 requires an increase in power of more than 100 times. This will inevitably lead to an unacceptable level of radio interference.

В основу полезной модели поставлена задача увеличения ширины зоны контроля при сохранении мощности излучения в допустимых пределах в The utility model is based on the task of increasing the width of the control zone while maintaining the radiation power within acceptable limits in

соответствии с "Нормами 4-87 Государственной комиссии по радиочастотам СССР. Общесоюзные нормы допускаемых радиопомех".in accordance with "Standards 4-87 of the State Commission on Radio Frequencies of the USSR. All-Union Standards for Permissible Radio Interference".

Поставленная задача решается тем, что в металлообнаружителе, выполненном 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, две приемные катушки, соединены между собой последовательно и подключены к усилителю, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого соединен со входом анализатора, выход которого соединен со входом блока индикации, устройство управления, первый выход которого соединен со входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, согласно полезной модели 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 горизонтально и встречно в другой стойке, причем расстояние между приемными катушками выбирается в зависимости от ширины зоны контроля.The problem is solved in that in the metal detector, made in the form of two vertical racks, inside of which there are two magnetizing coils and two receiving coils, and the magnetizing coils are interconnected in series and connected to the generator, two receiving coils are interconnected in series and connected to an amplifier, the output of which is connected to the first input of the 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 display unit, the device control, 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, according to a useful model, the magnetizing coils are mounted orthogonally in the center of one of the racks, while one of the magnetizing coils is installed vertically and the second horizontally perpendicular to the plane of the control zone and receiving coils are installed horizontally and counter in another rack, and the distance between the receiving coils is selected depending on the width of the control zone.

Причем ширина зоны контроля изменяется в пределах 1.8-2.1 м, а расстояние между приемными катушками соответственно изменяется в пределах 1.1-1.Ом.Moreover, the width of the control zone varies between 1.8-2.1 m, and the distance between the receiving coils, respectively, varies within 1.1-1.Ohm.

Установка двух намагничивающих катушек ортогонально в центре одной их вертикальных стоек создает двухвекторное намагничивающее поле, которое, с одной стороны позволяет устранить "мертвые" зоны чувствительности, а другой стороны повысить уровень полезного сигнала от объекта обнаружения, вне зависимости от его положения относительно намагничивающего поля. Это позволило увеличить ширину зоны контроля до двух метров, без увеличения мощности поля намагничивающих катушек.The installation of two magnetizing coils orthogonally in the center of one of their vertical posts creates a two-vector magnetizing field, which, on the one hand, eliminates the “dead” zones of sensitivity and, on the other hand, increases the level of the useful signal from the detection object, regardless of its position relative to the magnetizing field. This made it possible to increase the width of the control zone to two meters, without increasing the power of the field of magnetizing coils.

На фиг.1 представлено схематическое изображение расположения приемных и намагничивающих катушек в вертикальных стойках и линий магнитного поля;Figure 1 presents a schematic illustration of the location of the receiving and magnetizing coils in vertical racks and magnetic field lines;

- на фиг.2 - схематическое изображение полюсов приемных и намагничивающих катушек;- figure 2 is a schematic representation of the poles of the receiving and magnetizing coils;

- на фиг.3 - электрическая схема;- figure 3 is an electrical diagram;

- на фиг.4 - показано одно из возможных применений металлообнаружителя;- figure 4 - shows one of the possible applications of the metal detector;

- на фиг.5 - блок индикации.- figure 5 is a display unit.

Конструктивно металлообнаружитель (фиг.1) выполнен в виде двух вертикальных стоек 1 и 2. В стойке 1 размещены намагничивающая катушка 3, установленная вертикально и намагничивающая катушка 4, установленная горизонтально и перпендикулярно плоскости зоны контроля, причем намагничивающие катушки 3 и 4 размещены в центре. В стойке 2 размещены приемные катушки 5 и 6, установленные горизонтально и параллельно плоскости зоны контроля. За горизонтальное или вертикальное расположение катушек принимается соответственно горизонтальное или вертикальное расположение осей катушек. Ширина зоны контроля S составляет 1.8-2.1 м. Расстояние Н между приемными катушками, установленными симметрично, соответственно составляет 1.1-1.0 м.Structurally, the metal detector (Fig. 1) is made in the form of two vertical posts 1 and 2. In the rack 1 there is a magnetizing coil 3 mounted vertically and a magnetizing coil 4 mounted horizontally and perpendicularly to the plane of the control zone, and the magnetizing coils 3 and 4 are located in the center. In the rack 2 there are receiving coils 5 and 6 mounted horizontally and parallel to the plane of the control zone. The horizontal or vertical arrangement of the coils is respectively the horizontal or vertical arrangement of the axes of the coils. The width of the control zone S is 1.8-2.1 m. The distance H between the receiving coils mounted symmetrically, respectively, is 1.1-1.0 m.

Намагничивающие катушки 3 и 4, создающие равномерное переменное магнитное поле возбуждения в зоне 7 контроля, соединены последовательно и подключены к генератору 8 переменного тока. Приемные катушки 5 и 6, включены последовательно и градиентометрически, для вычитания сигналов, наведенных однородной внешней помехой. Свободные выводы приемных катушек 5 и 6 соединены со входом усилителя 9. Первый выход устройства 10 управления соединен со входом генератора 8, а второй выход со вторым входом синхронного детектора 11, выход усилителя 9 соединен с первым входом синхронного детектора 11, выход которого соединен со входом анализатора 12, выход которого соединен со входом блока 13 индикации.The magnetizing coils 3 and 4, creating a uniform alternating magnetic field of excitation in the control zone 7, are connected in series and connected to an alternator 8. The receiving coils 5 and 6 are connected in series and gradiometrically to subtract the signals induced by a uniform external noise. The free terminals of the receiving coils 5 and 6 are connected to the input of the amplifier 9. The first output of the control device 10 is connected to the input of the generator 8, and the second output to the second input of the synchronous detector 11, the output of the amplifier 9 is connected to the first input of the synchronous detector 11, the output of which is connected to the input analyzer 12, the output of which is connected to the input of the display unit 13.

Блок 13 индикации (фиг.5) содержит цифровой дисплей 14, сигнальную лампочку 15 и светодиодную "линейку" 16 левого канала, а также сигнальную лампочку 17 и светодиодную "линейку" 18 правого канала. Левый канал предназначен для отображения сигналов от объектов из цветного металла, а правый канал - для ферромагнитных объектов. Блок 13 индикации может быть оснащен звуковой сигнализацией, а также иметь возможность подключения внешних блокирующих устройств турникета.The display unit 13 (FIG. 5) comprises a digital display 14, a signal light 15 and an LED “line” 16 of the left channel, as well as a signal light 17 and an LED “line” 18 of the right channel. The left channel is for displaying signals from objects of non-ferrous metal, and the right channel is for ferromagnetic objects. The display unit 13 may be equipped with an audible alarm, and also be able to connect external blocking devices of the turnstile.

Металлообнаружитель работает следующим образом. Переменный ток, вырабатываемый генератором 8, протекая по намагничивающим катушкам 3 и 4, вызывает появление в зоне контроля 7 переменного магнитного поля. В приемных катушках 5 и 6 наводится ЭДС, которая поступает на вход усилителя 9. Переменные поля индустриальных помех от отдаленных источников, воздействуя на приемные катушки 5 и 6, вызывают появление на их выходах приблизительно одинаковых по величине, но противофазных напряжений, которые взаимно компенсируются на входе усилителя 9 и не оказывают заметного влияния на функционирование заявляемого устройства. Сигнал, наведенный в приемных катушках 5 и 6 от поля, создаваемого намагничивающими катушками 3 и 4 при отсутствии металлических предметов в зоне 7 контроля, принимается за исходный, нулевой уровень. Далее этот сигнал поступает на синхронный детектор 11. Одновременно на синхронный детектор 11 поступает сигнал с устройства 10 управления.The metal detector operates as follows. The alternating current generated by the generator 8, flowing through the magnetizing coils 3 and 4, causes the appearance in the control zone 7 of an alternating magnetic field. In the receiving coils 5 and 6, an EMF is induced, which is fed to the input of the amplifier 9. The alternating fields of industrial interference from distant sources, acting on the receiving coils 5 and 6, cause the outputs to be approximately equal in magnitude but out of phase, which are mutually compensated for the input of the amplifier 9 and do not have a noticeable effect on the functioning of the inventive device. The signal induced in the receiving coils 5 and 6 from the field created by the magnetizing coils 3 and 4 in the absence of metal objects in the control zone 7 is taken as the initial, zero level. Further, this signal is supplied to the synchronous detector 11. At the same time, the signal from the control device 10 is supplied to the synchronous detector 11.

При появлении в зоне 7 контроля металлического предмета (на чертеже не показан), подлежащего обнаружению (например, пистолета), этот предмет намагничивается переменным полем намагничивающих катушек 3 и 4, в результате чего вокруг него возникает веерообразно расходящееся переменное поле переизлучения. Селективным параметром обнаруживаемого предмета является индуцированный в нем магнитный момент. Компоненты этого поля воздействуют на приемные катушки 5 и 6, вызывая появление на их выходах соответствующих переменных напряжений.When a metal object (not shown) appears in the control zone 7 (to be detected, for example, a gun), this object is magnetized by an alternating field of magnetizing coils 3 and 4, resulting in a fan-shaped diverging alternating re-radiation field. The selective parameter of the detected object is the magnetic moment induced in it. The components of this field act on the receiving coils 5 and 6, causing the appearance of corresponding variable voltages 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 величину 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 allows one 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 of the induced magnetic moment, which is approximately proportional to the volume of the detected object . 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 10 управления, которое посылает управляющие сигналы на синхронный детектор 11. Выделенные и первично обработанные сигналы, несущие информацию об амплитуде и квадратурной составляющей полезного сигнала поступают на анализатор 12. Анализатор 12 осуществляет вторичную обработку сигналов, анализируя все селективные компоненты, и выдает информацию о металлическом предмете. Информация отображается блоком индикации 13. На цифровом 14 дисплее отображаются текущие параметры настройки. Левый канал используется для отображения сведений по цветным металлам, а правый канал - по ферромагнитным металлам. Сигнальная лампа 15 левого канала включается при превышении полезного сигнала порога срабатывания для цветных металлов, что говорит о наличии запрещенного объекта, а диодная "линейка" 16 отображает уровень сигнала левого канала. Сигнальная лампа 17 правого канала включается при превышении полезного сигнала порога срабатывания для ферромагнитных металлов, что говорит о The operating modes of the metal detector are set by the control device 10, which sends control signals to the synchronous detector 11. The extracted and primary processed signals carrying information about the amplitude and quadrature component of the useful signal are sent to the analyzer 12. The analyzer 12 performs secondary signal processing by analyzing all selective components, and Provides information about a metal object. The information is indicated by the display unit 13. The digital display 14 shows the current settings. The left channel is used to display information on non-ferrous metals, and the right channel - on ferromagnetic metals. The signal lamp 15 of the left channel turns on when the useful signal threshold for non-ferrous metals is exceeded, which indicates the presence of a prohibited object, and the diode "line" 16 displays the signal level of the left channel. The signal lamp 17 of the right channel turns on when the useful signal threshold for ferromagnetic metals is exceeded, which indicates

наличии запрещенного объекта, а диодная "линейка" 18 отображает уровень сигнала правого канала.the presence of a prohibited object, and the diode "line" 18 displays the signal level of the right channel.

Claims (2)

1. Металлообнаружитель, выполненный 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 со входом анализатора, выход которого соединен со входом блока индикации, устройство управления, первый выход которого соединен со входом генератора, а второй выход соединен со вторым входом синхронного детектора, отличающийся тем, что 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.1. The metal detector, made in the form of two vertical racks, inside of which are installed two magnetizing coils and two receiving coils, the magnetizing coils being connected in series and connected to the generator, and two receiving coils connected in series and connected to the amplifier, the output of which is connected to the first input of the 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 display unit, a control device, the first output of which is single with the input of the generator, and the second output is connected to the second input of the synchronous detector, characterized in that the magnetizing coils are mounted orthogonally in the center of one of the racks, while one of the magnetizing coils is installed vertically, and the second is horizontally perpendicular to the plane of the control zone and the receiving coils are installed symmetrically horizontally and counter in another rack, and the distance between the receiving coils is selected depending on the width of the control zone. 2. Металлообнаружитель по п.1, отличающийся тем, что ширина зоны контроля изменяется в пределах 1,8-2,1 м, а расстояние между приемными катушками соответственно изменяется в пределах 1,1-1,0 м.

2. The metal detector according to claim 1, characterized in that the width of the control zone varies between 1.8-2.1 m, and the distance between the receiving coils respectively varies between 1.1-1.0 m.