ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2165094

СТАЦИОНАРНЫЙ МЕТАЛЛООБНАРУЖИТЕЛЬ

СТАЦИОНАРНЫЙ МЕТАЛЛООБНАРУЖИТЕЛЬ

Имя изобретателя: Реутов Ю.Я.
Имя патентообладателя: Реутов Юрий Яковлевич
Адрес для переписки: 620219, ГСП-170, г.Екатеринбург, ул. С. Ковалевской 18, ИФМ УрО РАН, патентная группа
Дата начала действия патента: 20.01.2001

Изобретение относится к поисковым устройствам и предназначено для обнаружения крупных ферромагнитных предметов (преимущественно огнестрельного оружия), проносимых проверяемыми лицами через контролируемый проход. Устройство содержит плоскую горизонтальную намагничивающую катушку, размещенную под полом контролируемого прохода поперек движения, электрически соединенный с ней электронный блок, два одинаковых преобразователя переменного магнитного поля, размещенных по бокам контролируемого прохода и ориентированных и соединенных так, чтобы напряжения сигналов, обусловленные полем переизлучения обнаруживаемого предмета, взаимно суммировались, а напряжения, обусловленные полем индустриальных помех, взаимно вычитались. Технический результат: повышение компактности при увеличении ширины эффективно контролируемого прохода и повышение защищенности от индустриальных помех.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение компактности металлообнаружителя с одновременным увеличением ширины эффективно контролируемого прохода и повышением защищенности от индустриальных помех.

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.

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.

Взаимное расположение основных узлов стационарного металлообнаружителяСущность изобретения поясняется чертежом, где показано взаимное расположение основных узлов предлагаемого устройства.

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.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с устройством-прототипом показывает, что заявляемое устройство содержит два новых элемента - преобразователи переменного магнитного поля - вместо плоской приемной рамочной катушки.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

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.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

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.

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.

Таким образом, заявляемое устройство может быть полностью замаскировано, что является его ценным преимуществом.

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.

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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

Версия для печати


вверх