CN101263537B

CN101263537B - 用于检测导电运动物体的方法

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Publication number: CN101263537B
Application number: CN2006800332091A
Authority: CN
Inventors: V·A·阿斯特林; Y·V·达加弗; A·B·卡斯阿诺夫; V·A·米特范诺夫; V·V·斯密诺夫
Original assignee: FOND INNOVATSIONNY TS IBRAE RA
Current assignee: FOND INNOVATSIONNY TS IBRAE RA
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-08-17
Also published as: EP1926066B1; RU2005128189A; EP1926066A1; EP1926066A4; WO2007032707A1; RU2303290C2; CN101263537A

Abstract

本申请描述了用于检测导电运动元素的方法，该方法包括如下布置：测量设备(3)，位于监控区中，沿防护边界或周边彼此相距相等或不等的距离，并通过连接缆线(1)彼此连接，该测量设备采用将磁场转换成电压的转换器的形式；以及发射器(4)，彼此通过另一连接缆线(2)连接，并采用将电压转换成磁场的转换器的形式，其中由该发射器产生的所得场的参数变化由该测量设备(3)来检测，并且针对所测得参数的给定组合计算出与导电物体或一组导电物体的检测有关的信息。为了提高检测一个或多个导电运动物体的可靠性并且提高该一个或多个导电物体穿越防护边界(周边)的一个或多个位置的定位准确度，根据本发明，该测量设备(3)配备有用于对所测得的磁场和电场的参数变化进行初步分析和处理的装置，“测量设备/发射器对”由相邻和靠近的测量设备(3)和发射器(4)构成，该“测量设备/发射器”对还标识由每个“测量设备/发射器”对所计算出的关于导电物体检测的信息，所述信息被发送到中央信息分析和处理装置(14)，该中央信息分析和处理装置对检测到导电物体或一组导电物体生成警告，以指示所检测到的一个或多个物体的位置。

Description

用于检测导电运动物体的方法

技术领域

本发明涉及安全领域，并提供对沿任意路线运动的导电物体的检测。本发明尤其涉及用于检测导电运动元素的方法，该方法包括如下布置：测量设备位于监控区中，沿防护边界或周边彼此相距相等或不等的距离，并通过连接缆线彼此连接，该测量设备采用将磁场转换成电压的转换器的形式；以及发射器，彼此通过另一连接缆线连接，并采用将电压转换成磁场的转换器的形式，其中由这些发射器产生的所得场(其为一次场和二次场之和)的参数变化由测量设备来检测，并且针对给定的测量参数组合计算出与导电物体或一组导电物体的检测有关的信息。

本发明可用于检测进入某些监视区的入侵者或多个入侵者(个人、一群人、其它生物物体)，这些监视区包括例如国界或潜在危险的设施或任何其它受保护设施(例如核电站、生产化学或军用产品的设施、核武器或常规武器的兵工厂、用于公共基金、对社会文化或国民经济而言重要的物体、私人财产的仓库、)的防护边界或防护周边。这与检测到的物体进入或试图进入监视区的方式无关：直立、弯腰、匍匐穿越茂密的草地、在灌木丛与树林之间、水下或雪中、建筑物中、在运输车辆或手推车上、在马背上或另一动物上。本发明对于检测范围宽泛的导电运动物体(金属及其它)以及对于安全系统中的使用(例如警告或防止运输车辆相撞)十分有益。

目前，已经知道用于检测运动物体的若干方法，基于所检测物体的特定属性、其元素和/或物品，这些方法可被划分成以下各组：

1.包括用于检测具有磁性的运动物体的一组。本组方法的应用局限性是观测大量条件的必要性所导致的。因此，例如，在SU 492413中所述的装置中所实现的方法，在物体的运动轨迹已知并且在在所检测的物体上安装有永磁体的情况下才能检测该物体。在RU 2106692 C1中所述的装置中所实现的方法，在物体承载磁性物品并引起地面振动的情况下才能检测该物体。

2.包括用于检测具有铁磁性、高导电性、与地球磁场相互作用的能力和/或通过其运动产生自身电磁场的运动物体的方法的一组。这些物体的所列属性还决定了这些方法的实际应用范围。此外，本组方法的应用需要满足大量其它(额外)条件。因此，例如，SU 591905中所述的方法可用于检测必须按照事先已知的路线进入监视区并跨越其边界的运输车辆。在SU 1490681 A1中描述了用于检测运动物体的另一种方法。然而，在运输车辆必须通过铁检测器遵照事先已知的路线。RU 204003 C1所描述的方法可用于检测诸如深海潜水器、深水装置或其它此类物体，这些物体通过其运动产生其自身的电磁场。在RU 2174244 C1所述的装置中所实现的方法旨在根据水下搜索设备检测和跟踪包含较大金属的物体。

3.包括用于检测例如生物物体的导电性较差的运动物体的方法的一组。由本组方法检测到的物体的导电性比由其它组方法检测到的物体的导电性小很多倍。因此，例如，人体的导电性比铝的导电性小几百万倍。

根据本发明的方法的目的在于检测沿任意路线运动通过监视区的任何导电物体，包括导电性较差并沿任意路线运动的物体。

根据本发明的方法的单效包括在SU 1246905 A3中所述的用于检测运动金属物体的位置的方法中，即：在载流环(也可以是磁耦极子)的帮助下，在物体中会引起涡流，对其电平进行评估，并且基于此来确定该物体的位置。然而，通过测量介电常数，可以实现这种方法的物体定位准确度的提高，由于技术实现的难度以及在检测时物体必须处于感应环的范围内，所以这实际上排除了检测导电性较差的物体的可能性。这正是该已知方法只能用于检测汽车和其它高导电性物体的位置的原因。

公知方法中与本发明的方法最相关的一个是图1中示出并在RU2071121 C1中描述的装置中所实现方法。在此公知方法中，检测穿越防护边界的入侵者可通过应用采用将电压转换成磁场的转换器的形式的多个发射器4以及具有将磁场转换成电压的多个接收器3来实施，这些发射器通过连接缆线2来连接，而这些接收器通过连接缆线1连接，并且发射器4和接收器3被一个接一个地连续连接。所述设备的发生器5、基准电压发生器12、移相器11、放大器6、同步检测器7、带通滤波器8、阈值块9和警报信号发生器10基于经由它们处理的来自接收器3的输入信号发出(或不发出)警报信号，该警报信号表明检测到“入侵者”(或者没有检测到)。在此方法中使用磁场发射器4(本质上为磁耦极子)会在该方法被实现时，导致所检测到的物体沿位于穿过发射器4的磁通量的向量及其垂线的平面内(或接近这些的平面内)以及穿过接收器3的磁通量的向量及其垂线的平面内(或接近这些的平面内)的方向的额定通道。这是因为沿所述方向所检测到的物体生成的信号远弱于同一物体沿其它方向所生成的信号。实际上，将它们增强至检测该物体所需的水平而不使实现此方法的装置更倾向于受到干扰是难以实现的。此外，公知方法使得装置更易于受到干扰，并且减弱了检测在其它方向上穿越防护边界(周边)的物体的可靠性。后者的原因在于待处理的输入信号是来自所有偶数或所有奇数接收器的信号之和，而非与靠近其的发射器一起位于物体穿越防护边界(周边)的位置(区域)的接收器的信号。这还意味着当检测到导电运动物体时，此方法无法区分发生防护边界(周边)穿越的区域数-一个还是多个区域，以及在哪个特定区域中。在此方法的实现中，有用信号的电平取决于发射器4与接收器3之间的距离。实际上，不可能在发射器4与接收器3之间保持额定距离。额定距离的偏差是由自然或人造障碍物(树、巨石、工程师的通信线路等)造成的，这进而使在该设施上安装实现该方法的装置时更难以安装。检测区往往不平坦。在某些区域中，需要较大的增强，这使得整个系统更易于受到干扰。此外，此方法排除了通过装置改变发射器4和接收器3的构造的可能性。发射器4的一级磁场的水平和接收器3的灵敏度仅在工厂条件下制造该装置或在设施上安装该装置期间才能进行设置，并且在使用期间不能更改，除非重新进行组装和安装。

基于上文，本发明的目的是要建立用于以更好的可靠性以及对一个或多个导电物体穿越防护边界(周边)的一个或多个位置的更精确定位，检测一个或多个导电运动物体的方法。

关于该方法，在描述的开始部分提到了该方法的特征，本发明的目的得以实现是由于以下事实：测量设备配备有用于对所测得的磁场和电场的参数变化进行初步分析和处理的装置；“测量设备/发射器对”由相邻和靠近的测量设备和发射器构成，该“测量设备/发射器”对还标识由每个“测量设备/发射器”对所确立的与导电物体检测有关的信息，所述信息被发送到中央信息分析和处理装置，该装置生成对检测到导电物体或一组导电物体的警告，以指示所检测到物体的一个或多个位置。

用于在检测设备中对磁场和电场的参数变化进行即时初步分析和处理的装置配置以及测量设备和发射器的成对标识能够实现以下优点：

-由于消除了有用信号对相位关系的依赖而更均匀地形成检测区；

-有可能获得仅由策略需要所确定的工作电路的窄发射频带，这又进而显著提高了系统抵抗外部电磁干扰的影响的稳定性；

-有用信号对环境条件以及发射器的不稳定性(特别是由于高频增强器的增强系数的不稳定性)的依赖性被显著降低(因为有可能计算信号的相对增加量)。

根据参照本发明的方法的优选实施例之一，测量设备和发射器被成对地布置。此实施例的优点是消除了灵敏度降低的地带(通过“测量设备/发射器”对的特殊布置，每个测量设备和每个发射器(除最外面的之外)位于一对测量设备与发射器之间)。

较佳地，将微控制器用作对磁场和电场的参数变化进行初步分析和处理的装置。

较佳地，将处理器用作中央信息分析和处理装置。

使用微控制器和处理器的优点是由在处理所获得的信息时可能要执行复杂算法、该系统的技术特性的稳定性及其有竞争力的经济指标而决定的。

根据参照本发明的方法的另一优选实施例，在测量设备和发射器中使用辐射电阻不超出300欧姆的天线，该天线使得“测量设备/发射器”对能够沿防护边界(周边)实现均匀灵敏度。

根据参照本发明的方法的以下优选实施例，将高频工作电压的值选择成高于1MHz，这能够检测到生物物体和导电性较差的其它物体。

在系统响应时，中央信息分析和处理装置自动地接通或按需使用于维护安全性的技术装置接通，并向职员或成员发出信息，使得他们能够自己作出决定。

来自外围装置以及来自中央信息分析和处理装置的信息可通过连接缆线(电缆或光缆)或通过无线电信道来发送。

以下，参考本说明书的附图，基于本发明的可能实施例之一的示例(它并不限制本发明的范围)更详细地描述本发明，附图中：

图1是实现用于检测导电运动物体的公知方法的公知装置的示意图，

图2是根据本发明的实现用于检测导电运动物体的方法的装置的示意图，以及

图3是示出了发射器和测量设备的成对布置的示意图。

图2中所示的装置是实现根据本发明的方法的优选装置之一，它实现检测可靠性以及导电物体、尤其是生物物体跨越防护边界(周边)所处一个位置或多个位置的定位准确度的提高。为此，将磁场和电场的测量设备3彼此等距或不等距地(沿防护边界)置于监视区中，而以规律或不规律的方式将具有准稳态电磁场的发射器4布置成靠近它们和/或在它们之间。将处理块14，即中央信息分析和处理装置置于例如区域机房或受保护的地方。处理块14和外围装置，即测量设备3和发射器4分别通过缆线1和2彼此连接。处理块14包括用于调节电源的电压的单元、高频正弦信号发生器、变频器、电容性升压电机、中频发生器、滤波器和缓冲器、交换器、处理器、用于与连接线协调的装置、用于防极性颠倒的装置以及用于防静电和闪电放电的装置。发射器4包括用于对具有不超出300欧姆的低辐射电阻的发射器天线携带的高频信号的电容性升压电机。测量设备3包括与发射器相同的低欧姆天线、同步高频检测器、滤波器、视频信号检测器和外围微控制器，该控制器具有用于对测量设备和发射器的工作就绪参数以及磁场和电场的参数变化进行初步分析和处理的装置的功能。

图2中所示装置按如下工作。当从布置在处理块14中的发生器向电源装置提供高频电压时，将所述电压经由连接缆线2提供到发射器4之一的输入，同时将来自同样布置在处理块14中的另一发生器的基准电压提供到相应测量设备3的输入。将到达发射器4的输入的电压的容量(capacity)增大，随后发送到其天线。在周围空间中产生准稳态电磁场。测量设备3的天线处存在由影响该测量设备的场的分量合成所决定的电压，该电压由同步检测器来检测。在进行相应的滤波之后，经由模数转换器将该电压提供到微控制器的输入，该微控制器是测量设备3的一部分并将该电压标识为直接信号，即与在没有检测到物体的情况下工作中的“测量设备/发射器”对的区域有关电压电平。测量设备3的微控制器还对有效电压量进行分析，将它们与给定值进行比较，计算出关于测量设备3和发射器4的工作就绪信息，并且在它们不匹配的情况下向处理器发送其上的相关信息。此外，测量设备3的微控制器对检测到的信号进行处理，以形成所需宽度的工作频带，将有效电压与激活阈值作比较，调节激活阂值，根据各个参数、尤其根据电压的前沿和后沿的变化率对信号进行选择，以及借助外围装置实现与处理器的信息交换。当入侵者出现在“测量设备/发射器”对的区域中时，在布置有测量设备3的位置上，电磁场的分量合成发生变化，这导致了其微控制器的输入处电压的相应变化。基于分析结果，电压变化的微控制器计算出关于检测到入侵者(导电物体)的信息。所获得的信息连同确切测量设备3的标识符经由连接接口一起被传递到处理块14的处理器。中央信息分析和处理装置，即处理块14发出关于检测到导电物体或一组导电物体并指示检测到的位置的警告，自动接通用于维护安全性的技术装置或者使其接通，以及向运输车辆的职员或成员发送信息以使他们自己作出决定。此外，处理块14的处理器切断工作中的“测量设备/发射器”对并接通新的“测量设备/发射器”对，并对所有“测量设备/发射器”对继续重复此过程。

图2中所示的装置还可仅包括一个“测量设备/发射器”对，并且例如在入口、行人和车辆的通道、山路和小路的监视中、在碰撞警告系统以及用于防止车辆碰撞的系统中推荐使用这种配置。

图3示出了通过连接缆线1彼此连接的测量设备3和通过连接缆线2彼此连接的发射器4成对布置的版本。在此版本中，沿防护边界(周边)布置一发射器4、接着另一发射器4、然后一测量设备3、然后另一测量设备3、接着一发射器4、然后一发射器4、然后一测量设备3、然后一测量设备3，以此类推。就检测物体而言，一个等效布置是根据以下设计的布置：一测量设备3、接着一测量设备3、然后一发射器4、然后另一发射器4、然后一测量设备3、然后一测量设备3、然后一发射器、然后另一发射器4，以此类推。

图3中所示装置与图2中图示的装置类似地工作。发射器4与测量设备3之间的距离被选择成可以生成足以检测一个或多个导电运动物体并防止测量设备3彼此影响(所发射的信号的增大或减小必须不超出30％)的有用信号。

Claims

1.一种用于检测导电运动物体的方法，所述方法包括如下布置：测量设备(3)，位于监控区中，沿防护边界或周边彼此相距相等或不等的距离，并通过连接缆线(1)彼此连接，所述测量设备采用将电磁场转换成电压的转换器的形式；以及发射器(4)，彼此通过另一连接缆线(2)连接，并采用将电压转换成电磁场的转换器的形式，所述测量设备(3)和发射器(4)形成“测量设备/发射器”对，其中由所述发射器(4)产生的所得场的参数变化由所述测量设备(3)来检测，并且对所测得参数的给定组合计算出与导电物体或一组导电物体的检测有关的信息，其特征在于，所述测量设备(3)配备有用于对所检测的由所述发射器(4)产生的所述所得场的所述参数变化进行初步分析和处理的装置，所述“测量设备/发射器”对由相邻的测量设备(3)和发射器(4)以及靠近它们的测量设备(3)和发射器(4)构成，所述“测量设备/发射器”对还标识由每个“测量设备/发射器”对所计算出的关于导电物体检测的信息，所述信息被发送到中央信息分析和处理装置(14)，所述中央信息分析和处理装置对检测到导电物体或一组导电物体生成警告，以指示所检测到的物体的位置或所检测到的多个物体的多个位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射器(4)采用将电压转换成电磁场的转换器的形式。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量设备(3)和所述发射器(4)沿所述防护边界成对地排列。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，微控制器被用作对所测得的所述电磁场的所述参数变化进行初步分析和处理的装置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，处理器被用作中央信息分析和处理装置(14)。

6.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，输入电阻不超出300欧姆的天线被应用在所述测量设备(3)和发射器(4)中。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，高频工作电压的频率被选择成超过1MHz。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央信息分析和处理装置(14)自动接通或按需使维护安全性的技术装置接通，并向职员或成员发出信息，使得他们可以自己作出决定。