FI84208C

FI84208C - Foerfarande foer detektering av metallfoeremaol.

Info

Publication number: FI84208C
Application number: FI890463A
Authority: FI
Inventors: Kari Timo Johannes Aittoniemi; Ari Tapani Jaervi
Original assignee: Outokumpu Oy
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1991-10-25
Also published as: DE4002829C2; IT9019165A1; CA2008783A1; FI84208B; FI890463A0; GB2228332B; IT9019165A0; GB9001819D0; GB2228332A; FI890463A; IT1238609B; DE4002829A1; US5047718A

Description

' 84208

MENETELMÄ METALLI KAPPALEIDEN ILMAISEMISEKSI

Esilläoleva keksintö kohdistuu menetelmään netallikappaleiden ilmaisemiseksi, erityisesti diskriminaation parantamiseksi metallinilmaisimessa.

5 Käytettäessä metallinilmaisinta laajojen ihmisjoukkojen tarkastukseen suurimman hidastavan tekijän muodostamat pienten, harmittomien kappaleiden aiheuttamat turhat hälytykset. Näiden hälytysten syyn selvittäminen saattaa olla aikaavievää ja aiheuttaa jonoja tarkastuspis-10 teisiin. Samalla kuitenkin ampuma-aseiden tulee luonnollisesti aiheuttaa hälytys. Tätä metallinilmaisimen kykyä erottaa vaarallinen, suurehko kappale lukuisten vaarattomien, pienten joukosta kutsutaan diskriminaatioksi.

15 Metallinilmaisimen diskriminaatiota on pyritty parantamaan eri menetel millä, kuten herkkyysjakaumaa tasoittamalla kelasuunnittelun avulla. Tämä on tärkeää, koska laitteen herkkyys yleensä asetetaan epäherkim-män kohdan mukaan. Tällöin herkkyysjakauman ollessa epätasainen hyvinkin pienet kappaleet voivat aiheuttaa hälytyksen portin herkin-20 missä kohdissa. Herkkyysjakaumaa on parannettu esimerkiksi kaksika navaisella toteutuksella, kuten US-patentissa 4 605 898, jossa käytetään kahta lähetin/vastaanotin-järjestelmää. Lisäksi herkkyysjakaumaa voidaan parantaa tietokoneavusteisen kelasuunnittelun avulla.

25 Diskriminaatiota voidaan tehostaa myös metallinilmaisimen ajoituksia virittämällä. Laitteissa käytetään yleisesti kuitenkin vain yhtä mittaus-ikkunaa, joka on sijoitettu lähetinvirran katkaisun jälkeen. Tällä tavoin ei kuitenkaan ole mahdollista saavuttaa olennaista parannusta diskriminaatiossa.

30

Metallinilmaisimen kelat voidaan diskriminaation parantamiseksi suunnitella siten, että laajalle alueelle jakautunut N samanlaisen kappaleen joukko synnyttää merkittävästi pienemmän vasteen kuin N kertaa yhden tällaisen kappaleen vaste. Tällainen on esimerkiksi US-patentissa 35 4 605 898 kuvattu kelajärjestelmä, joka koostuu vierekkäisistä eri suun tiin käämityistä silmukoista.

j 84208

Fl-patenttihakemuksesta 86 3309 on tunnettu netallikappaleiden ilmaisumenetelmä, jossa katkaisupiikin alueen vasteesta otetaan kahdelta eri nittausjaksolta näyte. Kyseessä on nenetelmä herkkyyden ja nateriaali-tunnistuksen parantamiseksi eikä sitä voi soveltaa diskriminaation 5 parantamiseksi metallinilmaisimessa, koska menetelmän mukaisesti tarkastellaan ainoastaan mahdollista hälytysrajan ylitystä eikä lainkaan katkaisupiikin alueen vasteen korrelaatiota katkaisupiikin alueen ulkopuolelta saatuun vasteeseen.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukai sia haittapuolia ja aikaansaada entista parempi menetelmä metallikappa-leiden ilmaisimeksi siten, että vaarattomat pienet kappaleet voidaan erottaa vaarallisista suurehkoista kappaleista. Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

15

Keksinnön mukaisesti metallinilmaisimen läpi kulkevalle materiaalille määritetään vaste ainakin kahdella eri viiveellä, jolloin ainakin yksi määritys tapahtuu katkaisupiikin alueella ja vastaavasti ainakin yksi katkaisupiikin alueen ulkopuolella, sekä tutkitaan vasteiden korrelaa-20 tiota määrätyllä aika-alueella. Tällöin yksi suurehko kappale käyttäytyy eri tavalla kuin useampi pieni kappale ja diskriminaatiota voidaan parantaa seuraamalla tarkasteltavan materiaalin pitkällä viiveellä antaman vasteen korrelaatiota lyhyen viiveen vasteen kanssa. Käyttäen vasteiden määrityksessä vasteiden lukumäärää vastaavaa määrää eri 25 kanavia ja/tai taajuuksia sekä lyhyen ja pitkän viiveen vasteet voidaan määrittää olennaisen samanaikaisesti. Sijoittamalla määritetyt vasteet aikamuuttujan avulla samaan aikamuuttuja-vaste-koordinaatistoon voidaan todeta, että yhden suurehkon kappaleen kyseessä ollessa eri viiveiden vasteiden itseisarvojen maksimit saavutetaan samaan aikaan. 30 Sen sijaan kun joukolla kappaleita lyhyen viiveen vasteen itseisarvo saavuttaa maksiminsa, pitkällä viiveellä mitattu vaste on lähellä nolla-kohtaansa.

Pulssitekniikkaa käyttävässä metallinilmaisimessa lähetinpulssijono koos-35 tuu vakiovälein toistetuista identtisistä, polariteetiltaan vuorottelevista pulsseista, joiden toistotaajuus voi olla esimerkiksi 1 kHz. Vastaavasti näytteitä otetaan kunkin pulssin jälkeen polariteettia vuorotellen.

3 84208 Tällainen ilmaisin päästää läpi häiriöitä, jotka ovat toistotaajuudella tai ovat sen parittomia harmonisia. Diskriminaation perustana olevien kertoimien laskentatarkkuutta voidaan pulssitoimisessa laitteessa parantaa järjestämällä näytteenotto siten, että pitkän ja lyhyen viiveen vasteet 5 mitataan käyttäen eri toistotaajuutta, jotka ovat edullisesti kokonaislu- kusuhteessa toisiinsa. Esimerkiksi lyhyen viiveen mittaus voidaan tehdä toistotaajuudella 500 Hz ja pitkän viiveen mittaus toistotaajuudella 1 kHz. Edellisessä mittauksessa läpi pääsevät häiriöt ovat taajuuksilla 500 Hz, 1,5 kHz, 2,5 kHz, 3,5 kHz jne ja jälkimmäisessä mittauksessa 10 taajuuksilla 1 kHz, 3 kHz, 5 kHz jne. Eri viiveillä mitattuihin vasteisiin kytkeytyvät täten eritaajuiset häiriöt, jotka tunnusparametrien määräämisessä vaimenevat. Keksinnön mukaisen lyhyen viiveen itseisarvon maksimikohdan määräämiseksi mittauskohinaa välttäen voidaan määrittää tunnusparametri a kaavan (1) mukaisesti 15 __/ AsALdt f Λ ^ CL — -:-;- II) S\As\dt jossa Ag ja ovat lyhyellä ja pitkällä viiveellä mitatut vasteet.

20 Kaavassa (1) integrointi on ulotettu yli aikamuuttujan t määritettävän materiaalin kulkiessa metallinilmaisimen läpi. Tunnusparametri a on korrelaatiokerroin, joka on lisäksi verrannollinen vasteen suuruuteen pitkällä viiveellä. Tunnusparametri on itseisarvoltaan suuri, jos vasteet ovat olennaisesti koko mittausajan samanmerkkisiä eli sekä lyhyen että 25 pitkän viiveen vasteet muodostavat olennaisen samanaikaisesti naksimi- ja/tai minimikohdan. Näin tapahtuu, jos ilmaistava kappale on yksittäinen suurehko kappale. Useamnan kappaleen yhteisvaikutuksessa eri viiveillä mitatut vasteet korreloivat huonosti, jolloin tunnusparametri a on itseisarvoltaan pieni, koska lyhyen ja pitkän viiveen vaste ei 30 muodosta samalla kohtaa itseisarvon maksimikohtaa. Keksinnön mukaista menetelmää käyttäen hälytys annetaan, mikäli tunnusparametri a ylittää ennalta asetetun hälytysrajan.

Keksinnön mukaisen menetelmän vasteista saadaan myös toisia paramet-35 rejä, kuten on esitetty kaavoissa (2) ja (3).

« 84208 b=SAsArft m \Jf Ägdt . S AsA^dt i3 ^ J Ä2sdt\JJ A2Ldt

Kaavassa (3) esitetty parametri c on todellinen korrelaatiokerroin, joka 10 saa arvoja välillä Γ-1,+1]. Koska parametri c ei ole verrannollinen vas teen suuruuteen, ei sitä yksinään voi käyttää tunnusparanetrinä, mutta parametriä c voidaan käyttää esimerkiksi parametrin 6 kanssa määrittämään kappalejoukko. Kaavan (2) mukainen parametri b on verrannollinen parametriin c sekä lisäksi pitkän viiveen vasteeseen. Täten 15 parametri b tuo esille pitkän viiveen vasteesta sen osan, joka korreloi lyhyen viiveen vasteen kanssa. Koska parametri b on myös verrannollinen signaalin kokoon, metallikappaleiden ilmaisu voi perustua siihen.

Kaavojen (1) - (3) mukaisia kertoimia laskettaessa käytetään ennalta 20 määrätyn pituista integrointiaikaa. Metallinilmaisimeen voidaan liittää valokennosysteemi, joka ilmoittaa tutkittavan henkilön saapumisen porttiin. Integroinnin aloitus voidaan sitoa tähän aikaan. Vaihtoehtoisessa menetelmässä seurataan lyhyellä viiveellä mitattua viivettä ja määritetään sen itseisarvon maksimikohta. Tällöin integrointi tehdään tämän 25 ajankohdan molemmin puolin käyttäen hyväksi talletettuja mittausarvoja.

Mikäli integrointi ajoitetaan havaitun lyhyen viiveen vasteen maksimi-kohdan ympärille, diskriminointia voidaan parantaa tekniikan tasoon nähden myös lyhyttä integrointiaikaa (alle 100 ms) käyttäen, koska lyhyellä ja pitkällä viiveellä mitattujen vasteiden maksimit sattuvat 30 yhdellä isolla kappaleella samaan ajankohtaan ja monella pienellä kappa leella eri ajankohtaan.

Eräässä keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa aika-alue valitaan siten, että aika-alueena käytetään metallinilmaisimen läpi menevän mate-35 riaalin ilmaisuvyöhykkeellä cloaikaa, jonka pituus vaihtelee välillä 1 - 2s.

5 84208

Keksinnön mukaista menetelmää käyttävässä laitteessa voidaan ottaa myös useita näytteitä eri viiveillä, joiden perusteella voidaan määrittää useita tunnusparametreja ja/tai tunnusparametrin mukaisia kertoimia tarkasteltavan materiaalin sisältämän kappalemäärän ilmaisemiseksi. 5 Hälytystä muodostettaessa voidaan käyttää usean tunnusparametrin yhdistelmää.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuvio 1 esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa käyttäen tietokonesimuloinnin avulla saatua vastetta ajan funktiona, kun metallinilmaisimen läpi on kuljetettu yksi suurehko metallinen kappale, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista sovellutusmuotoa käyttäen tietokone-15 simuloinnin avulla saatua vastetta ajan funktiona, kun metal linilmaisimen läpi on kuljetettu joukko useita, pieniä metallisia kappaleita.

Kuvion 1 mukaisesti metallinilmaisimen läpi on kuljetettu vaarallinen 20 suurehko metallikappale, kuten käsiase. Metallikappaleen kulkiessa metallinilmaisimen läpi sen aiheuttama vaste on mitattu kahdella viiveellä, 40 mikrosekuntia ja 100 mikrosekuntia virtapulssin katkaisun jälkeen. Tällöin lyhyt viive, 40 mikrosekuntia, on pulssin katkaisupiikin alueella. Katkaisupiikki kestää noin 50-60 mikrosekuntia. Näin toinen 25 mitattu viive, 100 mikrosekuntia, on pulssin katkaisupiikin alueen ulko puolella. Tietokoneella simuloidut suurehkon metallikappaleen aiheuttamat vasteet on sijoitettu aikamuuttujan avulla samaan koordinaatistoon kuvion 1 mukaisesti. Koska pulssin katkaisupiikin alueen ulkopuolella muodostunut vaste on olennaisesti lyhyen viiveen vastetta pienempi, 30 pitkän viiveen vaste on esitetty koordinaatistossa kerrottuna luvulla 5 luettavuuden parantamiseksi. Kuvion 1 perusteella voidaan havaita, että eri viiveillä saadut vasteet ovat samanmuotoisia ja itseisarvon muodostavat maksimikohdan olennaisesti samalla aikamuuttujan arvolla.

35 Kuviossa 2 on esitetty kuviota 1 vastaavat tulokset, kun metallinilmai simen läpi on kuljetettu useiden pienten vaarattomien ainakin osittain 6 84208 metallisten kappaleiden joukko. Tällaisia metallikappaleita ovat avain-nippu, taskulaskin, taskuveitsi, sytytin, vyönsolki, kolikoita, silmälasit, kengät eli esineitä, joita metallinilmaisimen läpi kulkevalla henkilöllä on mahdollisesti mukanaan. Kuvion 2 mukaisia vasteita määritettä-5 essä kappaleet on sijoitettu metallinilmaisimeen nähden siten, että ne esimerkiksi korkeutensa puolesta vastaavat luonnollista paikkaa ihmiskehon ympärillä, kuten avainnippu housuntaskussa. Kuvion 2 perusteella voidaan havaita, että eri viiveillä saadut vasteet poikkeavat muodoltaan olennaisesti toisistaan, jolloin vasteiden itseisarvojen maksimi-10 kohdat eroavat olennaisesti toisistaan.

Kuviossa 1 ja 2 esitetyistä vasteista voidaan kaavan (1) avulla muodostaa tunnusparametri a , kun kaavaan (1) sijoitetaan A^:n paikalle viiveellä 40 nikrosekuntia saatu vaste sekä A^:n paikalle viiveellä 100 15 mikrosekuntia saatu vaste. Kaavan (1) integrointi voidaan suorittaa ajan funktiona välillä (-320ms, 320 ms). Seuraavassa on esitetty suhteellisissa yksiköissä eri viiveillä saadut maksimiarvot sekä kaavan (1) mukainen tunnusparametri : 20 Kuvio 1 Kuvio 2

Max 40 ps 38,4 15,8

Max 100 /js 5,7 5,6

Parametri 3,87 -0,64 25 Tunnusparametrin a arvoista voidaan havaita, että suurehkon metalli- kappaleen, kuten käsiase, kulkiessa metallinilmaisimen läpi tunnuspa rametri a on itseisarvoltaan suuri, kun taas pienten kappaleiden kulkiessa metallinilmaisimen läpi tunnusparametri a on itseisarvoltaan pieni. Näin tunnusparametrin a arvoksi voidaan ennalta määrittää arvo, ns. 30 hälytysraja, jonka ylittyessä metallinilmaisin antaa hälytyksen. Hälytys annetaan siis ainoastaan yksittäisen suurehkon kappaleen kyseessä ollessa.

Vaikka edellä on keksintöä sovellettu pulssitekniikkaa käyttävään metal-35 linilmaisineen, voidaan keksintöä sen olennaisesti huonontumatta sovel taa myös jatkuvatoimisissa metallinilmaisimissa. Tällöin A^-mittausta vastaa mittaus taajuusalueelle 200 - 500 Hz. edullisesti taajuudella 300 7 84208

Hz sekä A^-mittausta vastaa mittaus taajuusalueella 20 - 50 kHz, edullisesti taajuudella 30 kHz. Myös edellä esitettyjä tunnusparanetrejä voidaan käyttää vastaavalla tavalla.

Claims

1. Menetelmä metal li kappa leiden ilmaisemiseksi, erityisesti diskriminaation parantamiseksi metallinilmaisimessa, jossa metallinilmaisimen läpi 5 kulkevista metallikappaleista mitataan ainakin kaksi vastetta, tun nettu siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan määrätyllä aika-alueella metallinilmaisimessa ja vasteista muodostetaan ainakin yksi tun-nusparametri vasteen aiheuttaneen kappalejoukon määrittämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vasteiden korrelaation määrittämiseksi vasteet mitataan eri taajuudella ja/tai eri mittausviiveillä.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan sillä aikamuuttujan (t) alu eella, jolla lyhyellä viiveellä tai pienellä taajuudella mitattu vaste saavuttaa itseisarvoltaan maksimikohdan.

4. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet- 20. u siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan aikamuuttujan (t) alueella, jonka pituus on alle 100 millisekuntia.

5. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan aikamuuttujan (t) alueella, 25 jolla alueella metallinilmaisimen läpi menevä materiaali saadaan kulkemaan ilmaisuvyöhykkeen läpi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan aikamuuttujan (t) alueella, jonka 30 pituus on 1 - 2 sekuntia.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vasteiden korrelaation tutkimiseksi pulssi-tekniikkaa käyttävässä metallinilmaisimessa ainakin yksi vaste mitataan 35 katkaisupiikin alueelta ja ainakin yksi vaste katkaisupiikin alueen ulko puolelta. 9 84208

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan tunnusparametrillä, jolla katkaisu-piikin alueen ulkopuolelta mitatusta pitkän viiveen vasteesta saadaan esille se osa, joka korreloi katkaisupiikin alueelta mitatun lyhyen 5 viiveen vasteen kanssa.

8 84208

9. Patenttivaatimusten 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katkaisupiikin alueen vasteen viive on 40 mikrosekuntia ja katkaisupiikin alueen ulkopuolisen vasteen viive on 100 mikrosekuntia. 10

10. Patenttivaatimusten 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katkaisupiikin alueen vasteen näytteenottotaajuus ja katkaisupiikin alueen ulkopuolisen vasteen näytteenottotaajuus ovat kokonais-lukusuhteessa toisiinsa. 15

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katkaisupiikin alueen vasteen näytteenottotaajuus on 500 Hz ja katkaisupiikin alueen ulkopuolisen vasteen näytteenottotaajuus 1 kHz. 20

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jatkuvatoimisessa metallinilmaisimessa vasteiden korrelaation tutkimiseksi ainakin yksi vaste määritetään taajuusalueella 200 - 500 Hz ja ainakin yksi vaste taajuusalueella 20 - 50 kHz. 25

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi vaste mitataan taajuudella 300 Hz ja ainakin yksi vaste taajuudella 30 kHz.

14. Patenttivaatimusten 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että vasteiden korrelaatiota tutkitaan tunnusparametrillä, jolla korkealla taajuusalueella mitatusta vasteesta saadaan esille se osa, joka korreloi matalalla taajuusalueella mitatun vasteen kanssa. 10 84208