Устройство для обнаружения металлических предметов

Устройство для обнаружения металлических предметов

Реферат

 

Область применения - для досмотра пассажиров перед посадкой в самолет, для осуществления контроля за входящими и выходящими с предприятия и т.п. Техническим результатом устройства является повышение тактической надежности за счет увеличения помехоустойчивости путем анализа пространственно-геометрического признака объекта. Сущность изобретения - в устройство, содержащее элемент 24 задержки, усилитель 5, синхронный детектор 7, излучающую катушку 2, приемную катушку 3, элемент И 19, исполнительный блок 20 и генератор 1 переменного напряжения, введены усилитель 6, синхронный детектор 8, пороговые элементы 9,10, интеграторы 11,12, блок 13 разности, блок 21 очередности, ключ 14, вентили 15,16, элементы 17,18 памяти и приемная катушка 4. 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам автоматического контроля наличия металлических предметов у пассажира и может быть использовано при создании устройств для досмотра пассажиров перед посадкой в самолет, для осуществления контроля за входящими и выходящими с предприятия и т.п.

Известен магнитный детектор (патент США N 4074249, кл. G 08 B 13/26 (НКИ 340-280), 1978), содержащий магнитометрический датчик в виде рамки, включенный в частотно-задающую цепь генератора переменного напряжения, выход которого подключен через последовательно соединенные полосовой усилитель и пороговый элемент к входу генератора тревоги. При попадании объекта с ферромагнитной массой в зону чувствительности магнитометрической рамки изменяются ее индуктивность и частота напряжения на выходе генератора, при этом напряжение на выходе полосового усилителя достигает порогового уровня и включается генератор сигнала тревоги.

Недостатками данного устройства являются возможность обнаружения только намагниченных предметов (с ферромагнитной массой) и невысокая помехоустойчивость к электромагнитным помехам.

Известна система обнаружения металлических предметов (патент США N 3764860, кл. G 08 B 13/26 (НКИ 317-146), 1973), содержащая генератор переменного напряжения, соединенный с излучающей катушкой, последовательно соединенные приемная катушка, полосовой усилитель, фильтр верхних частот, пороговый элемент и генератор сигнала тревоги. Излучающая катушка формирует в пространстве электромагнитное поле, которое пересекает витки приемной катушки и наводит в ней ЭДС. Выходное напряжение приемной катушки усиливается в полосовом усилителе и поступает в фильтр верхних частот, который не пропускает медленные изменения напряжения. При отсутствии в зоне чувствительности приемной катушки металлического предмета сигнал с выхода фильтра верхних частот не достигает порогового уровня порогового элемента, при этом генератор тревоги не включается. При попадании металлического предмета в зону чувствительности приемной катушки изменяются ее индуктивная связь с излучающей катушкой и напряжение на выходе приемной катушки, появляется выброс напряжения на выходе фильтра верхних частот. При превышении сигналом на выходе фильтра верхних частот порогового уровня включается генератор сигнала тревоги.

Недостатком данной системы является невысокая помехоустойчивость, обусловленная тем, что при появлении широкополосной электромагнитной помехи, например, от промышленной сети, РЛС и т.д., сигнал на выходе фильтра верхних частот может достичь порогового уровня, при этом выдается ложный сигнал тревоги.

Наиболее близким к изобретению по технической сути является устройство для охранной сигнализации (авт. св. СССР N 1433276, кл. G 08 B 13/26, 1986), содержащее излучающую катушку, приемную катушку, генератор переменного напряжения, усилитель, синхронный детектор, две дифференцирующие цепи, усилитель постоянного тока, элемент И, элемент ИЛИ, усилитель-ограничитель, три формирователя импульсов, два дешифратора, триггер, элемент задержки и исполнительный блок. При появлении в зоне действия приемной катушки металлического предмета изменяется ее индуктивная связь с излучающей катушкой, при этом на выходе синхронного детектора и дифференцирующей цепи появляется выброс напряжения, который при превышении порогового уровня вызывает срабатывание исполнительного блока.

Недостатком данного устройства является невысокая помехоустойчивость. обусловленная возможностью ложного срабатывания при появлении электромагнитной помехи, частота которой совпадает с частотой генератора переменного напряжения (например, от промышленной электросети, РЛС и т.п.).

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение тактической надежности устройства за счет увеличения помехоустойчивости путем анализа пространственно-геометрического признака объекта.

В устройство, содержащее элемент задержки, первый усилитель, первый синхронный детектор, излучающую катушку, первую приемную катушку, размещенную внутри излучающей катушки, элемент И, исполнительный блок и генератор переменного напряжения, подключенный выходом к излучающей катушке и к опорному входу первого синхронного детектора, причем выход первой приемной катушки соединен с входом первого усилителя, выход которого подключен к информационному входу первого синхронного детектора, введены второй усилитель, второй синхронный детектор, два пороговых элемента, два интегратора, блок разности, блок очередности, ключ, два вентиля, два элемента памяти и вторая приемная катушка, размещенная внутри излучающей катушки, смещенная относительно первой приемной катушки по направлению ее продольной оси и подключенная выходом к входу второго усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго синхронного детектора, подсоединенного опорным входом к выходу генератора переменного напряжения и выходом к входу первого порогового элемента, выход которого соединен с первым входом блока очередности и с информационным входом первого интегратора, при этом выход первого синхронного детектора соединен с входом второго порогового элемента, выход которого подключен к второму входу блока очередности и к информационному входу второго интегратора, подсоединенного выходом к первому входу блока разности, выход первого интегратора соединен с вторым входом блока разности, выход которого подсоединен к информационному входу ключа, подсоединенного управляющим входом к первому выходу блока очередности и выходом через первый и второй вентили к входам соответственно первого и второго элементов памяти, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, подключенного выходом к входу исполнительного блока, блок очередности подключен первым выходом к управляющему входу ключа и вторым выходом к обнуляющим входам обоих интеграторов и элементов памяти.

Существенным отличием предложения является введение второго усилителя, второго синхронного детектора, двух пороговых элементов, двух интеграторов, блока разности, блока очередности, ключа, двух вентилей, двух элементов памяти и второй приемной катушки, смещенной относительно первой по направлению движения пассажиров, что позволяет повысить помехоустойчивость за счет учета при принятии решения пространственно-геометрического признака, т. е. предлагаемое техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

Анализ устройств аналогичного назначения показал, что отсутствуют технические решения с подобным сочетанием существенных признаков (блоков и связей между ними), т.е. предложение соответствует критерию "новизна".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого индуктивного устройства для досмотра пассажиров перед посадкой в самолет, содержащего генератор 1 переменного напряжения, излучающую катушку 2, приемные катушки 3 и 4, усилители 5 и 6, синхронные детекторы 7 и 8, пороговые элементы 9 и 10, интеграторы 11 и 12, блок 13 разности, ключ 14, вентили 15 и 16, элементы 17 и 18 памяти, элемент И 19, исполнительный блок 20 и блок 21 очередности, включающий в себя триггеры 22 и 23 и элемент 24 задержки. Блок 21 очередности может быть также выполнен на основе логических элементов И, ИЛИ и НЕ.

Генератор 1 подключен выходом к излучающей катушке 2 и к опорным входам синхронных детекторов 7 и 8. Выход приемной катушки 3 подключен через усилитель 5 к информационному входу синхронного детектора 7, выход которого соединен с входом порогового элемента 9, подсоединенного выходом к информационному входу интегратора 11 и к первому входу блока 21 очередности. Выход приемной катушки 4 подключен через усилитель 6 к информационному входу синхронного детектора 8, выход которого соединен с входом порогового элемента 10, подсоединенного выходом к информационному входу интегратора 12 и к второму входу блока 21 очередности. Выходы интеграторов 11 и 12 подключены соответственно к первому и второму входам блока 13 разности, выход которого соединен с информационным входом ключа 14, подсоединенного через последовательно соединенные вентиль 15 и элемент 17 памяти к одному входу элемента И 19 и через последовательно соединенные обратновключенный вентиль 16 и элемент 18 памяти с инвертором на входе к другому входу элемента И 19, выход которого соединен с входом исполнительного блока 20. Блок 21 очередности подключен первым выходом к управляющему входу ключа 14 и вторым выходом к обнуляющим входам интеграторов 11 и 12 и элементов 17 и 18 памяти.

Пороговые элементы 9 и 10 предохраняют тракты обработки сигналов от шумов приемных катушек 3 и 4 и усилителей 5 и 6. Аналоговый сигнал на их выходе появляется при превышении порогового уровня пороговых элементов 9 и 10.

Блок 13 разности выполнен в виде вычитающего (дифференциального) операционного усилителя (см., например, Алексенко А. Г. Микросхемотехника, М.: Радио и связь, 1982, с. 326, табл. 101). Элемент 24 задержки выполнен в виде конденсаторного накопителя с обнуляющим ключом, при включении которого конденсаторный накопитель заземляется и при этом обнуляется (см., например, Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства. М., 1984, с. 349, рис. 15.41).

Интеграторы 11 и 12 (с управляемым обнулением) выполнены в виде емкостного накопителя с шунтирующим транзисторным ключом (см., например, Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства, М. , 1984, с. 349, рис. 15.42). Элементы 17 и 18 памяти также выполнены в виде накопительного конденсатора с шунтирующим ключом. На входе элемента 18 памяти включен инвертор в виде инвертирующего ненасыщенного ключа.

Приемные катушки 3 и 4 размещены внутри витков излучающей катушки 2 и разнесены на расстояние примерно 1-2 м вдоль предполагаемого движения человека при досмотре перед посадкой в самолет и на контрольно-пропускном пункте предприятия. Катушки 2, 3 и 4 выполнены в виде многожильного кабеля (более 10 пар жил), жилы которого соединяются последовательно (конец первой жилы с началом второй и т.д.). В процессе движения контролируемый человек перемещается последовательно в зоне чувствительности одной, а затем другой приемных катушек.

Устройство для обнаружения металлических предметов работает следующим образом.

Излучающая катушка 2 формирует электромагнитное поле заданной с помощью генератора 1 частоты, которое, взаимодействуя с приемными катушками 3 и 4, наводит в них ЭДС. Напряжения с выходов приемных катушек 3 и 4 усиливаются в усилителях 5 и 6, детектируются синхронно с сигналом генератора 1 в синхронных детекторах 7 и 8 и сравниваются с пороговыми уровнями в пороговых элементах 9 и 10. Напряжения с выходов синхронных детекторов 7 и 8 при превышении пороговых уровней, задаваемых в пороговых элементах 9 и 10, поступают на входы соответственно интеграторов 11 и 12 и на соответствующие входы блока 21 очередности, регистрирующего очередность появления напряжений на выходах синхронных детекторов 7 и 8.

При появлении сигнала на выходе синхронного детектора 7 и через пороговый элемент 9 на первом входе блока 21 очередности (на единичном входе триггера 22) сигналом с его первого выхода открывается ключ 14. При этом напряжения с выходов синхронных детекторов 7 и 8 суммируются в интеграторах 11 и 12 и сравниваются в блоке 13 разности, напряжение с выхода которого через открытый ключ 14 поступает на входы вентилей 15 и 16. При появлении на выходе блока 13 разности положительного напряжения (если напряжение на выходе интегратора 11 превышает напряжение на выходе детектора 12, что имеет место при пересечении пассажиром с металлом приемной катушки 3 при движении в самолет) появляется сигнал на выходе вентиля 15, который запоминается в элементе 17 памяти и поступает на один из входов элемента И 19, при этом исполнительный блок 20 не включается, поскольку нет сигнала на другом входе и на выходе элемента И 19.

Если через интервал времени, задаваемый элементом 24 задержки, не появится сигнал с выхода синхронного детектора 8 и на втором входе блока 21 очередности (что имеет место в том случае, если пассажир не прошел через приемную катушку 4), то сигналом с выхода элемента 24 задержки обнуляются триггеры 22 и 23 и интеграторы 11 и 12. При появлении сигнала на выходе синхронного детектора 8 и на втором входе блока 21 очередности на выходе блока 13 разности появляется отрицательное напряжение (если напряжение на выходе интегратора 12 превышает напряжение на выходе интегратора 11 в процессе прохода пассажиром с металлическим предметом через приемную катушку 4), формируется отрицательное напряжение на выходе вентиля 16, которое инвертируется инвертором на входе элемента 18 памяти, запоминается в нем и поступает на второй вход элемента И 19. Появляется сигнал на выходе элемента И 19, которым включится исполнительный блок 20, при этом выдается сигнал "Тревога".

При воздействии на устройство электромагнитной помехи, совпадающей по частоте с переменным напряжением на выходе генератора 1, на выходах синхронных детекторов 7 и 8 напряжения приблизительно равны и они вычитаются в блоке 13 разности, на выходе которого сигнала нет. При наличии разницы между мгновенными значениями напряжений и определенной последовательности их появления на выходах синхронных детекторов 7 и 8 блок 21 очередности открывает ключ 14, но суммарные напряжения на выходах интеграторов 11 и 12 близки по величине, так что на выходе блока 13 разности напряжения нет. При наличии разностного напряжения на выходе блока 13 разности исполнительный блок 20 не срабатывает, поскольку для этого необходимо последовательное изменение напряжения на выходе блока разности с отрицательного на положительный в течение интервала времени, задаваемого элементом 24 задержки. Кроме того, для открывания ключа 14 необходима определенная очередность поступления напряжений с выходов синхронных детекторов: сначала с выхода синхронного детектора 7 через пороговый элемент 9 на первый вход блока 21 очередности, а затем с выхода синхронного детектора 8 на второй вход блока 21 очередности.

При попытке прохода человека с металлическим предметом в салон самолета при посадке появляется напряжение на выходе приемной катушки 3 и синхронного детектора 7, которое поступает через пороговый элемент 9 на интегратор 11 и на первый вход блока 21 очередности, сигналом с первого выхода которого открывается ключ 14. При этом положительный разностный сигнал с выхода блока 13 разности (поскольку напряжение на выходе интегратора 11 превышает напряжение на выходе интегратора 12) проходит через открытый ключ 14 и вентиль 15 на первый вход элемента И 19 и запоминается в элементе 17 памяти.

При попадании человека с металлическим предметом в зону действия приемной катушки 4 появляется напряжение на ее выходе и на выходе синхронного детектора 8, которое накапливается в интеграторе 12 и подается с его выхода на вход блока 13 разности. На выходе блока разности в этом случае появляется отрицательное напряжение, которое через ключ 14 и вентиль 16, запоминаясь в элементе 18 памяти, поступает на второй вход элемента И 19, выходным сигналом которого включается исполнительный блок 20, сигнализирующий о попытке проникновения в самолет человека с металлическим предметом.

При выходе человека из самолета сначала появляется сигнал на выходах приемной катушки 4, порогового элемента 10 и интегратора 12, при этом включается триггер 23, который обнуляет триггер 22 и поддерживает его в обнуленном состоянии. При выходе человека из зоны действия приемной катушки 4 пропадает сигнал на выходах приемной катушки 4, порогового элемента 10 и на единичном входе триггера 23, при этом сигналом с нулевого выхода триггера 22 обнуляются триггер 23 и интегратор 12. Поскольку в этом случае ключ 14 не открывается, то не срабатывает и исполнительный блок 20, т.е. сигнал "Тревога" не выдается. При последующем проходе человека (при выходе из самолета) через приемную катушку 3 появляется сигнал на выходах порогового элемента 9 и интегратора 11. По сигналу с выхода порогового элемента 9 включается триггер 22, сигналом с единичного выхода которого открывается ключ 14. При этом сигнал с выхода интегратора 11 проходит через блок 13 разности, ключ 14, вентиль 15 и элемент 17 памяти на первый вход элемента И 19, но на выходе элемента И 19 сигнал не появляется, поскольку интегратор 12 обнулен и отсутствует сигнал на втором входе элемента И 19, при этом исполнительный блок 20 не выключается. Через интервал времени, задаваемый элементом 24 задержки , обнуляется триггер 22, при этом сигналом с его нулевого выхода обнуляются триггер 23, интеграторы 11 и 12 и элементы 17 и 18 памяти, а также закрывается ключ 14.

Если человек с металлическим предметом прошел через приемную катушку 3, после чего повернул обратно, не пройдя через приемную катушку 4, то исполнительный блок 20 не срабатывает, поскольку сигнал будет только на выходе интегратора 11 и на одном входе элемента И 19, а через интервал времени, определяемый элементом 24 задержки, обнуляются триггеры 22 и 23 блока 24 очередности, и ключ 14 закрывается. Устройство готово к дальнейшей работе.

Предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить устойчивость устройства к электромагнитным помехам, поскольку исполнительная команда ТРЕВОГА формируется только при выполнении следующих условий: проходе человека с металлическим предметом последовательно через приемную катушку 3 и затем через приемную катушку 4, что сопровождается появлением положительного и затем отрицательного напряжений на выходе блока 13 разности; отсутствии одновременного воздействия на приемные катушки 4 и 3; отличии при воздействии электромагнитной помехи не мгновенных, а просуммированных в интеграторах 11 и 12 за определенный временной интервал напряжений на выходах синхронных детекторов 7 и 8.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРЕДМЕТОВ, содержащее элемент задержки, первый усилитель, первый синхронный детектор, излучающую катушку, первую приемную катушку, размещенную внутри излучающей катушки, элемент И, исполнительный блок и генератор переменного напряжения, подключенный выходом к излучающей катушке и к опорному входу первого синхронного детектора, выход первой приемной катушки соединен с входом первого усилителя, выход которого подключен к информационному входу первого синхронного детектора, отличающееся тем, что в него введен второй усилитель, второй синхронный детектор, два пороговых элемента, два интегратора, блок разности, блок очередности, ключ, два вентиля, первый и второй элементы памяти и вторая приемная катушка, размещенная внутри излучающей катушки, смещенная относительно первой приемной катушки по направлению ее продольной оси и подключенная выходом к входу второго усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго синхронного детектора, подсоединенного опорным входом к выходу генератора переменного напряжения и выходом - к входу первого порогового элемента, выход которого соединен с первым входом блока очередности и с информационным входом первого интегратора, выход первого синхронного детектора соединен с входом второго порогового элемента, выход которого подключен к второму входу блока очередности и к информационному входу второго интегратора, подсоединенного выходом к первому входу блока разности, выход первого интегратора соединен с вторым входом блока разности, выход которого соединен с информационным входом ключа, который соединен управляющим входом с первым выходом блока очередности и выходом - через первый и второй вентили к входам соответственно первого элемента памяти и второго элемента памяти с инвертором на входе, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, подключенного выходом к входу исполнительного блока, блок очередности вторым выходом подключен к обнуляющим входам интеграторов и элементов памяти.

РИСУНКИ

Рисунок 1