SISTEMA PARA DETECCIÓN DE METALES CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona a detectores de metales y en particular, a un sistema de detección de metales para circular en su interior, mejorado. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En recientes años, los detectores de metal para pasar o circular en su interior, se han convertido en una parte comúnmente empleada de equipo de seguridad. Mientras que la mayoría de la gente está familiarizada con y acostumbrada al uso de estos sistemas de detección en aeropuertos, el estado de la sociedad actual desgraciadamente ha requerido el uso de sistemas de detección de metal de circulación por dentro, en sitios tan poco convencionales tales como escuelas y cortes.
Independientemente del sitio de uso, la función continua primaria de los sistemas de detección de metal de circulación por dentro, consiste en detectar precisamente la presencia de objetos metálicos ilícitos ocultos tales como armas de fuego y cuchillos, en el cuerpo de un individuo. La operación de sistemas de detección con circulación en su interior de la técnica previa, para el propósito de detectar objetos de metal ilícitos, sin embargo, ha sido menos que satisfactoria cuando menos en
cuatro formas. Primero, la detección del campo electromagnético generado por las bobinas de transmisión-recepción de la técnica previa en los sistemas de detección con circulación en su interior, está plagada por la presencia de puntos débiles o "muertos" a través de los cuales una persona puede pasar un objeto de metal ilícito sin detección. En forma alterna, el detector puede ajustarse para responder a objetos en los puntos débiles o "muertos" , pero desgraciadamente esto provoca que el detector sea hipersensible en las áreas con respuesta normal para activar indeseables alarmas de metales. En segundo lugar, los sistemas electrónicos de la técnica previa que se proporcionan para procesar las señales de salida de las bobinas de transmisión-recepción, carecen de la capacidad de discriminación entre objetos de metales ilícitos y permisibles. De ésta manera, grandes botones metálicos, monedas en las bolsas y hebillas de cinturones a menudo se identifican, con bastante incomodidad para la persona que se explora como objetos de metal ilícitos. En tercer lugar, los sistemas electrónicos de la técnica previa para detector de metales no tienen disposición para discriminar contra la suma acumulativa de la masa de metal total de pequeños objetos de metal permisibles, contra la masa de metal de un solo objeto de metal ilícito grande. Esta desventaja es la más grande fuente de alarmas de metal
indeseables, requiriendo de ésta manera personal adicional de seguridad para realizar búsquedas consumidoras de tiempo. En cuarto lugar, los sistemas electrónicos de la técnica previa además carecen de la capacidad de identificar aproximadamente en el cuerpo de un individuo, la ubicación del objeto de metal transportado que activa la alarma. De ésta manera, los agentes de seguridad a menudo requieren que se desvista casi completamente el individuo explorado, para localizar el objeto de metal ofensor y determinar si el objeto es ilícito. De acuerdo con ésto, hay necesidad por un sistema de detección de metales con circulación en su interior mejorado, que proporciona una generación más uniforme del campo electromagnético de detección, que sea capaz de discriminar entre objetos de metal ilícitos y permisibles, sea capaz de discriminar entre masa acumulativa de metal y agrupada y sea capaz de identificar la ubicación aproximada del objeto de metal transportado que activa la alarma. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, se proporciona una configuración única de la bobina de transmisión-recepción para un detector de metal con circulación por su interior. La bobina de transmisión comprende una sola bobina de alambre dividida a la mitad, y excitada en fase, con una mitad de la bobina dividida
colocada a ambos lados del pasaje para el sistema de detección de metal con circulación en su interior. Colocada adyacente cada mitad de la bobina de transmisión dividida, se encuentra una bobina de recepción separada. La bobina combinada de transmisión-recepción se configura con una geometría verticalmente alargada. Debido al acoplamiento mutuo entre las bobinas de transmisión divididas, un campo electromagnético que tiene una densidad de campo vertical substancialmente uniforme (es decir virtualmente sin puntos débiles o "muertos") se genera, el campo se concentra en el pasaje. Con un campo vertical uniforme, puede realizarse una detección precisa de objetos de metal, independientemente de la porción relativa dentro del pasaje. El sistema electrónico para el sistema de detección de metal con circulación en su interior de la presente invención, incluye un circuito detector separado conectado a cada bobina de recepción. Las señales que se envían de salida de los circuitos detectores, se procesan para generar la señal de salida indicativa de la masa total de metal detectada dentro del campo electromagnético generado. La señal de salida se compara con una señal umbral y si es mayor que la señal umbral, se presume que está presente un objeto de metal ilícito dentro del campo electromagnético y se hace sonar una alarma. El uso de
detectores separados proporciona sensibilidad máxima para discriminar entre objetos de metal ilícitos y permisibles, al proporcionar una respuesta a una aproximación precisa de la masa real de metal. También puede determinarse una ubicación horizontal aproximada del objeto de metal detectado. De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, cada bobina de recepción a ambos lados del pasaje comprende una pluralidad de bobinas de recepción individuales. Cada bobina de recepción individual en la pluralidad de bobina se conecta a un circuito detector separado que envia de salida una señal de amplitud y fase compleja indicativa de la detección de el o los objetos de metal dentro del campo electromagnético. Cada una de la pluralidad de señales de amplitud de fase, se convierte a señales digitales y procesa utilizando técnicas de procesamiento de señal digital para identificar el o los objetos de metal que interrumpen el campo electromagnético. El uso de bobinas de recepción múltiples duales con procesamiento de señal digital no solo facilita la discriminación entre objetos de metal ilícitos y permisibles al determinar masa de metal agrupada individual sino también la determinación tanto de la posición vertical como horizontal del objeto de metal detectado en el campo. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Una comprensión más completa del sistema de detección de metales de la presente invención puede lograrse por referencia a la siguiente descripción detallada, cuando se toma en conjunto con los dibujos acompañantes en donde: La Figura 1 es un diagrama de bloques de una primer modalidad del sistema de detección de metales de la presente invención; La Figura 2 es un diagrama de bloques más detallado de la primer modalidad del sistema ilustrado en la Figura 1; La Figura 3 ilustra la geometría de una de las bobinas de transmisión-recepción en la primer modalidad del sistema de detección de metales ilustrado en la Figura 2; La Figura 4 es un diagrama de bloques de una segunda modalidad del sistema de detección de metales de la presente invención; La Figura 5 es un diagrama de bloques del circuito detector para el sistema de la Figura 4; La Figura 6 ilustra la geometría de una de las bobinas de transmisión-recepción en la segunda modalidad del sistema de detección de metales ilustrado en la Figura 4;
La Figura 7 es un diagrama de circuito para el filtro de paso alto de velocidad dual para el sistema de las Figuras 1 y 2; La Figura 8 es un diagrama en circuito para uno del circuito amplificador logarítmico en cadena con auto ajuste a cero para el sistema de las Figuras 1 y 2; y La Figura 9 es un diagrama de circuito para el filtro de paso alto de velocidad dual con señal dual para el sistema de las Figuras 4 y 5. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS Ahora con referencia a la Figura 1, se ilustra un diagrama de bloques de una primer modalidad de un sistema de detección de metales 10 de la presente invención. El sistema 10 utiliza un par de juegos de bobinas de muy baja frecuencia con múltiples vueltas 11, colocado a ambos lados de un pasaje 26 a través del cual pasan personas o artículos para explorar y detectar objetos de metal ilícitos. El sistema 10 utiliza una bobina de generación de campo 12 dividida entre los juegos de bobina 12 y conectada a un solo circuito oscilador 14. La bobina de alambre sencilla para la bobina de generación de campo 12 se divide en su punto medio 16, en una bobina derecha 12r para un juego de bobinas llr y una bobina izquierda 121 para el otro juego de bobinas 111. Las bobinas divididas se conectan en paralelo, con el punto medio 16 acoplado a
d un puerto de corriente alterna 18 del oscilador 14 y los extremos 20 conectados entre sí y a otro puerto de corriente alterna 22. Las bobinas para generación de campo derecha e izquierda 12r y 121 se excitan en fase por el oscilador 14 para generar un campo electromagnético de corriente alterna simple 24, concentrado con densidad de campo substancialmente uniforme en el pasaje 26. La presencia de objetos de metal en el pasaje 26 provoca una perturbación en el campo electromagnético 24 producida por las bobinas de generación de campo en co-fase 12. Esta perturbación se detecta por bobinas para recepción duales derecha e izquierda 28r y 281, respectivamente, que como la bobina de transmisión dividida 12, también se colocan en el juego de bobinas llr y lil en lados opuestos del pasaje 26. Cada bobina de recepción 28 en un juego de bobinas 11, se conecta a un circuito de receptor correspondiente 30 que detecta la perturbación de campo. Un procesador 32 toma las raíces cúbicas apropiadas de las salidas de señal de los circuitos detectores 30, multiplica en forma redundante y diferencia en forma cruzada las raices cúbicas y elige el resultado menor (señal más débil) como una aproximación analógica de la masa total de el o los objetos de metal detectados en el pasaje 26. Si la masa de metal determinada excede un nivel de masa umbral predeterminado, entonces se hace sonar una
alarma 34 indicando la presencia y detección de un objeto de metal ilícito. Aunque la modalidad preferida del circuito detector 30 y el procesador 32 comprende dispositivos de circuito analógico, por supuesto se comprenderá que las funciones de procesamiento y detección necesarias pueden implementarse utilizando técnicas de procesamiento de señal digital por igual . Ahora se hace referencia a la Figura 2 en donde se ilustra un diagrama de bloques más detallado de la primer modalidad del sistema de detección de metal de la Figura 1. Un circuito selector de canal 36 se conecta al oscilador 14 para permitir selección (señal CS) por el usuario del sistema de diferentes frecuencias (de preferencia aproximadamente 6 kilohertz, con 100 hertz que separa los canales) para el campo electromagnético de corriente alterna generado 24. Ligeros ajustes de fase en la señal de corriente alterna generada también son posibles con el circuito selector 36. Con adecuada selección de frecuencia y fase son operables múltiples sistemas 10 en proximidad inmediata entre sí, con mínima interferencia para afectar adversamente el desempeño. El oscilador 14, además incluye dos salidas de onda cuadrada 38 y 40. La primer salida 38 proporciona una onda cuadrada en fase (señal I) con el campo electromagnético generado 24. La segunda salida 40 proporciona una onda cuadrada en fase de
cuadratura (señal Q) con la señal que excita el campo electromagnético generado 24. Aunque en la Figura 1 se ilustra como una sola bobina, cada lado de la bobina de generación de campo 12 en un juego de bobinas 11, de preferencia está constituido por tres elementos separados. El primer elemento es una bobina de transmisión 42r y 421, el segundo elemento es un bucle de ajuste a cero 44r y 441, y el tercer elemento es una bobina de realimentación 46r y 461. Los tres elementos de la bobina de generación de campo 12 en cada juego de bobinas 11 se conectan en serie entre el punto medio 16 y el extremo de bobina 20. Ahora se hace referencia de la Figura 3 en donde se ilustra la geometría de un juego de bobinas 11 colocado en un lado del pasaje 26. Por supuesto, se comprenderá que una imagen en el espejo de la geometría de bobina ilustrada en la Figura 3, está presente en el juego de bobinas 11 en el lado opuesto del pasaje 26. La bobina de transmisión 42 para la bobina de generación de campo 12, tiene esquinas redondeadas y una forma rectangular alargada, que tiene un eje de simetría longitudinal 43. El bucle para ajuste a cero 44 se alinea coaxialmente con la bobina de transmisión 42 que tiene una forma rectangular alargada similar con esquinas redondeadas. El bucle para ajuste a cero 44 tiene un ancho
más estrecho y una longitud ligeramente más corta que la bobina de transmisión 42. La bobina de realimentación 46 es coplanar con y también se alinea coaxialmente con la bobina de transmisión 42, y se co-localiza con y tiene un 5 tamaño y forma total substancialmente idéntico que el bucle de ajuste a cero 44. Similarmente, la bobina de recepción 28 también es coplanar y coaxialmente alineada con la bobina de transmisión 42, y se co-localiza con y tiene un
,___ tamaño y forma total substancialmente idénticos que el O bucle de ajuste a cero 44 y bobina de realimentación 46. La bobina de transmisión 42 se protege con un blindaje tubular de sección dividida Faraday resistivo 45 que se termina a la tierra del sistema 49. La bobina de recepción co-localizada 28 y la bobina de realimentación 46 5 se reúnen en conjunto y también se protegen con un blindaje tubular de sección dividida Faraday resistivo 47, que se termina a tierra del sistema 49. La terminación de los blindajes 45 y 47 a la tierra del sistema proporciona interferencia electromecánica primaria y supresión de 0 interferencia de radiofrecuencia. Aberturas en los blindajes tubulares 45 y 47 se localizan selectivamente cerca de los extremos longitudinales de las bobinas, para minimizar la carga del campo electromagnético generado 24. Al co-localizar el bucle de ajuste a cero 44, la 5 bobina reactiva 28 y el bucle de realimentación 46 en el
juego de bobinas 11, la sensibilidad del sistema 10 cerca de las regiones de extremo longitudinal 51 de la estructura de bobina, se mejora. El bucle de ajuste a cero 44 además incluye una pluralidad de puntos de cruce para alambre con ajuste a cero, para conformar el campo electromagnético generado 24. Con ajuste a cero adecuado, se genera un campo electromagnético substancialmente uniforme, libre de puntos débiles o "muertos". De nuevo con referencia a la Figura 2, cada circuito detector 30 incluye un transformador simétrico-asimétrico (balún) 48 para terminar una correspondiente de las bobinas de recepción 28r y 281. El balún 48 proporciona una alimentación balanceada 50 conectada a los extremos 52 y 54 de la bobina de recepción 28, permitiendo de ésta manera que las bobinas de recepción 28 operen con una frecuencia resonante relativamente elevada, proporcionando sensibilidad incrementada. El balún 48 incorpora circuiteria para filtrado de paso bajo de alimentación, para proporcionar tanto supresión de interferencia electromecánica como de radio frecuencia. El balún 48 además convierte la alimentación balanceada 50 a una terminación desbalanceada de un solo extremo 58. La señal desbalanceada en la terminación 58 se aplica a un circuito preamplificador 60 que incorpora adicional filtrado de paso bajo y desplaza la fase de la señal
desbalanceada para enviar de salida una señal preamplificada en la línea 62. La fase de la señal de preamplificación, de preferencia se desplaza en comparación con la fase de las dos señales de onda cuadrada 38 y 40 que se envían de salida desde el oscilador 14, según se requiere para proporcionar una respuesta de todos los metales a la salida del circuito detector. La señal salida de preamplificador en la línea 62 se aplica a un detector de cuadratura 64 que tiene salidas de fase acoplada de CD 66 y amplitud 68. Las salidas de señales de onda cuadrada de cuadratura de fase (Q) y en fase (I) desde el oscilador 14, también se aplican al detector de cuadratura 64. La selección del punto de operación estático para el detector 66 se realiza por el selector de canal 36 con la señal de selección de canal (CS) para acoplar la frecuencia selecta para el campo electromagnético de corriente alterna 24. Un ligero ajuste de fase también puede proporcionarse por el selector de canal 36, para compensar un desplazamiento de respuesta en las bobinas de recepción 28, cuando el sistema 10 se opera en las diversas frecuencias de operación selectas. Las salidas acopladas a CD 66 y 68 se suman en 70 y la respuesta dinámica del sistema se ajusta en 72 (con respecto a los componentes de amplitud y fase sumados) para proporcionar una respuesta dependiente de metal
predeterminada para la bobina de recepción 28. La respuesta dependiente de metal se refiere a un balance de la operación de circuito detector 30, para detectar igualmente bien todos los metales (tanto ferrosos como no ferrosos). La salida de señal ajustada del sumador 70 se aplica a un filtro de paso bajo 74 que separa por filtración componentes de interferencia de alta frecuencia y ajusta una velocidad de avance al caminar máxima para detección de objetos de metal. Esta velocidad máxima permite velocidades de oscilación tipica de las piernas. Después del filtrado de paso bajo, la salida de señal filtrado en la línea 76 se acopla en CA a un filtro de paso alto de velocidad dual 78 que incluye comparadores de precisión para detectar si un objeto se aproxima o se aleja del pasaje 26. Si el objeto se detecta que se aproxima, el filtro 78 se ajusta a una velocidad lenta para procesar la señal filtrada en la línea 76 y generar una señal de salida del detector en la linea 79. Esto permite qué el sistema procese precisamente objetos de movimiento lento. Por el contrario, si el objeto se detecta que se aleja, el filtro 78 se ajusta a una alta velocidad para procesar la señal filtrada y generar la señal de salida del detector en la línea 79. Esto permite que el sistema reajuste rápidamente para un objeto que se va a procesar subsecuente, llevando de ésta manera al máximo la velocidad
de rendimiento del objeto. El diagrama de circuito para el filtro de paso alto de velocidades dual 78 se ilustra en la Figura 7. El circuito de procesamiento 32 se conecta para recibir las señales de salida del detector generadas por ambos circuitos detectores 30, para las bobinas de recepción derecha e izquierda 28r y 281 respectivamente. El circuito de procesamiento 32 incluye un par de circuitos amplificadores logarítmicos encadenados 80 y 82, cada uno conectado para procesar una de las señales de salida de detector recibidas y en las líneas 79r y 791. Los circuitos amplificadores logarítmicos encadenados 80 y 82 se implementan con los amplificadores de transconductancia operacional, estabilizados con un comparador de tipo umbral con ventana. Los amplificadores de transconductancia además proporcionan una función de filtro de paso bajo variable de múltiples polos, que mejora la inmunidad a interferencia del sistema. Cada circuito amplificador logarítmico 80 y 82 además incluye un circuito de realimentación de ajuste automático a cero, 84 para compensar desplazamiento térmico e interferencia de fondo. El diagrama de circuito para uno de circuito amplificador logarítmico 80 y 82 junto con el circuito de realimentación de ajuste automático a cero 84 se ilustran en la FIGURA 8.
Cuando un objeto se mueve a través del pasaje 26 más cercano a una bobina de recepción 28 que otro, la señal derivada de la bobina cercana recibe una respuesta de procesamiento rápida y relativamente intensa de los circuitos amplificadores logarítmicos 80 y 82, mientras que la señal derivada de la bobina distante recibe una respuesta relativamente más débil y más lenta. Una señal de salida de detector débil indicativa de la detección de un objeto de metal pequeño o distante en el pasaje 26, se amplifica significativamente por los filtros de paso bajo variables de los circuitos 80 y 82 de acuerdo con una constante de tiempo de larga integración. Por el contrario, una fuerte señal de salida de detector indicativa de la detección de un objeto de metal grande o cercano está sujeta a una corta constante de tiempo de integración y solo se amplifica ligeramente. Esta amplificación selectiva de las señales de salida del detector en efecto toma la raíz cúbica de la señal de detector de salida y funciona para compensar las conocidas características de atenuación de ley cúbica inversa de campo cercano de las bobinas de recepción 28. De esta manera, el sistema 10 poseerá una gama dinámica amplia. Por supuesto se comprenderá que en una implementación digital del circuito procesador 32, una raíz cúbica precisa de la señal de salida del detector se tomará.
Hasta este momento, las señales derivadas por el sistema a partir de la detección del campo electromagnético 24 por las bobinas de recepción derecha e izquierda 28r y 281, respectivamente, se han mantenido separadas entre si. El circuito de procesamiento además incluye un par de circuitos multiplicadores 86 y 88. El primer circuito multiplicador 86 multiplica una salida de señal de raíz cúbica A del amplificador logarítmico 80 por una salida de señal de raíz cúbica B del amplificador logarítmico 82. Esta operación de multiplicación de señal genera una señal de salida C de acuerdo con la siguiente ecuación: C = (xA)*(yB) . Similarmente, el segundo circuito multiplicador 88 multiplica la señal A por la señal B. Sin embargo, la multiplicación genera una señal de salida D de acuerdo con la siguiente ecuación: D = (yA)*(xB) . Los coeficientes de multiplicación x e y en las dos ecuaciones anteriores se eligen empíricamente como factores de calibración. Con la selección correcta, una salida de nivel de voltaje predeterminado en C y D se logrará independientemente de la colocación del objeto de metal detectado en el campo 24. Las señales de raíz cúbica A y B que se envían de salida de los amplificadores logarítmicos ao y 82, pueden
ser procesadas adicionalmente para identificar la ubicación horizontal aproximada de cualquier objeto detectado. La intensidad de las señales A y B se relaciona tanto a la proximidad de un objeto a las bobinas de recepción 28r y 281 respectivamente, como la masa metálica del objeto. Un dispositivo de gráfica de barras LED de canal dual 85 se conecta a la salida de los amplificadores logarítmicos encadenados 80 y 82 e incluye un circuito para medición de intensidad de señal dirigido por las señales de raíz cúbica de salida A y B. Entre mayor sea la resistencia de la señal de raíz cúbica de salida, más LEDs en el dispositivo 85 se encenderán y más probable es que el objeto detectado esté próximo a la bobina de recepción correspondiente 28'. Cuando las señales son aproximadamente iguales, el objeto está más probablemente localizado en el centro en el campo 24. El dispositivo de gráfica de barras 85 además incluye un circuito para retención de exhibición, para retener el exhibidor LED de la resistencia en señal pico, permitiendo de esta manera que el personal de seguridad revise la indicación de ubicación que se proporciona por el exhibidor LED después de que la persona o articulo pasa a través del campo 24. Las señales de salida de multiplicación C y D se acoplan en forma cruzada por un par de amplificadores de diferencia 90 y 92. El primer amplificador de diferencia
90 substrae la señal de salida D de la señal de salida C, para generar una señal de salida E de acuerdo con la siguiente ecuación: E = 2C - D. Similarmente, el segundo amplificador de diferencia 92 substrae la señal de salida C de la señal de salida D para generar una señal de salida F de acuerdo con la siguiente ecuación: F = 2D - C. El circuito de procesamiento 32 además incluye un circuito de selección 94 que recibe las señales de salida de diferencia E y F de los amplificadores de diferencia 90 y 92, respectivamente y envía de salida una señal G que comprende aquélla de las señales E o F que tiene el nivel de señal más débil. De esta manera, si el circuito de selección 94 determina que E<F, entonces la señal E se envía de salida del circuito de selección como señal G. Por el contrario, si el circuito de selección 94 determina que F<E, entonces la señal F se envía de salida del circuito de selección como señal G. La señal de salida G tiene un nivel de señal indicativo de la masa total de metal detectado en el campo electromagnético 24. La señal G se aplica a una alimentación de un comparador 96 con la otra alimentación al comparador que comprende una señal ajustable H generada
por un circuito umbral de sensibilidad 98. Si el nivel de señal de la señal G es mayor que el nivel de señal de la señal H, entonces se ha detectado un objeto de metal ilícito y se activa la alarma 34. Mediante el circuito umbral de sensibilidad 98, el nivel de la señal H puede ajustarse para controlar la sensibilidad del sistema 10 y minimizar la incidencia de alarmas de metal indeseadas. Con referencia ahora a la FIGURA 4, en donde se ilustra un diagrama de bloques de una segunda modalidad del sistema de detección de metal 10' de la presente invención. Como el sistema 10 de la FIGURA 1, la segunda modalidad también utiliza una bobina de generación de campo dividida 12, que se excita en fase por el oscilador 14 para generar un solo campo electromagnético de corriente alterna 24 concentrado con densidad de campo substancialmente uniforme en el pasaje 26. En el sistema 10', sin embargo, el campo electromagnético 24 se detecta por una pluralidad de bobinas dd recepción 28r', para el juego de bobinas lateral derecho llr', y una pluralidad de bobinas de recepción 281' para el juego de bobinas del lado izquierdo 111'. En la modalidad preferida, seis bobinas de recepción individuales 28' (1) a 28' (6) se disponen en cada juego de bobinas 11' a ambos lados del pasaje 26. Debido a la complejidad del sistema agregado que se proporciona por la utilización de
doce bobinas de recepción, las técnicas de procesamiento de señal digital se emplean de preferencia para identificar la presencia de objetos de metal ilícitos en el campo. El uso de bobinas de recepción múltiples 28' en cada juego de bobinas 11', permite que varios objetos de metal en el campo 24 se detecten e interponen individualmente. Esto permite que el sistema 10' diferencie entre un solo objeto con una gran masa metálica y múltiples objetos con masas metálicas más pequeñas. Cada bobina de recepción 28' se conecta a un circuito detector correspondiente 30' que detecta cualesquiera perturbaciones en el campo electromagnético 24 detectado por las bobinas 28'. Cada circuito detector 30' es similar en configuración con el circuito detector 30 ilustrada en las FIGURAS 1 y 2, excepto porque las salidas de fase acopladas CD 66 y amplitud 68 del detector de cuadratura 64, se filtran con paso bajo en 74(1)' y 74(2)', y además se procesan por un filtro de paso alto de velocidad dual, de tipo señal dual 78' (ver FIGURA 5) que envía de salida una señal de detección filtrada de paso bajo (en 99(1) y 99(2)) de fase 100 y amplitud 102 del circuito detector 30'. El filtro de paso alto 78' además se modifica para permitir una ligera salida de señal CD que se mide por la circuiteria de procesamiento del sistema 10' para determinar en un modo de operación de auto prueba del
sistema, si uno de los canales está sobre cargado. Cada uno de los filtros de paso bajo 74(1)' y 74(2)' utiliza un diseño de filtro de paso bajo de un solo polo. Cada uno de los filtros de paso bajo 99(1) y 99(2) utiliza un diseño dé paso de bajo, alisado de dos polos. El diagrama de circuito para el filtro de paso alto de velocidad dual de tipo señal dual 78', se ilustra en la FIGURA 9. El sistema 10' además incluye un convertidor analógico-a-digital de doce bits de canales múltiples 104, para convertir la pluralidad de señales de detección de amplitud y fase analógica complejas que se envían de salida en las líneas 100 y 102 de cada uno de los circuitos detectores 30'. Una unidad de procesamiento central 106 utiliza técnicas de procesamiento de señal digital para procesar la pluralidad digitalizada de las señales de detección en una imagen digitalizada de el o los objetos detectados en el campo electromagnético 24. Al procesar las señales de detección, la unidad de procesamiento central 106 realiza procesos matemáticos de raíz cúbica, multiplicación y diferenciación similares en las señales de detector, como se efectúan por el circuito de procesamiento 32 en el sistema analógico 10 para detectar masas de metal de objetos individuales. Cada masa de objeto detectada, luego se compara por la unidad de procesamiento 106 con un umbral de
sensibilidad predeterminado, para determinar si cualquier objeto tiene suficiente masa de metal para considerarse como un objeto de metal ilícito. Por cada objeto así determinado, se hace sonar una alarma y las salidas de procesador a través de la interfase de alimentación/salida 108 para presentación en el exhibidor 110, una imagen de metal digitalizada que representa el tipo de metal y masa de metal de cada objeto detectado. Además, la imagen del objeto se coloca en el exhibidor 110 de acuerdo con su ubicación detectada aproximada dentro del campo electromagnético 24 para facilitar mayor investigación por personal de seguridad. El procesador 106 además tiene la capacidad de superponer la ubicación exhibida del objeto detectado ilícito, en una imagen de una persona o articulo que se recibe de una cámara de televisión 112, para ayudar al personal de seguridad en ubicar el objeto en la persona o artículo. Un panel de control 114 también se proporciona para permitir que personal de seguridad controle y programe la operación del sistema 10' y se proporciona una interfase remota 115 para permitir que el sistema se comunique con sistemas externos tales como un sistema de seguridad. Por programación apropiada de la unidad de procesamiento central 106, las técnicas de procesamiento de señal digital implementadas facilitan la operación del sistema 10', para ignorar la detección de ciertos tipos de
objetos conocidos con masas de metal relativamente grandes (por ejemplo botas con puntas de acero) que típicamente disparan alarmas. Además, pueden colocarse objetos de prueba en el campo 24 y muestrearse por el sistema 10' para programar respuesta del sistema a ciertos objetos. La programación del sistema 10' también puede implementarse a través de la descarga de datos de detección de objeto (masa de metal) de un disco o mediante un modem en una unidad de procesamiento central 106. El uso de múltiples bobinas de recepción 28' junto con procesamiento de señal digital de las señales de detector, además facilita la diferenciación entre objetos de tipos de metal diferente. De esta manera, el sistema operará para distinguir entre objetos de metal ferrosos y no ferrosos y además distinguirá grados de composición de metal (por ejemplo cobre contra plata) . Esto evita que una alarma de metal indeseado se active por el agrupamiento de detecciones ferrosas y no ferrosas en una sola masa de metal. Las múltiples bobinas de recepción 28' junto con técnicas de procesamiento de señal digital además facilita la diferenciación de objetos metálicos por ubicación dentro del campo 24. Esto evita que se active una alarma de metal indeseada por el agrupamiento de detecciones en sitios separados dentro de una sola masa de metal. En combinación, estos beneficios permiten que el sistema 10'
determine que no se señalarán ninguna alarma cuando se detectan dos objetos de tipos de metal diferente (tales como un juego de llaves de latón y encendedor de acero) en diferentes sitios (en las bolsas izquierda y derecha), cuando la combinación de estos objetos de metal detectados típicamente activaría una alarma de metal indeseada. El sistema 10' además incluye un lector de identificación 116 para explorar personas o artículos que recorren a través del pasaje 26 para un código de identificación. El selector 116 puede explorar brazaletes o tarjetas de identificación (cada registro de ese código) que se transporta por personas o conectados a artículos. Personas y artículos conocidos que pasan repetidamente a través del pasaje se explorarán inicialmente y un patrón de metal típico que resulta de la exploración almacenada por la unidad de procesamiento central 106 en un archivo asociado con el código de identificación de persona o artículo explorado. La siguiente vez que la persona o articulo pasan a través del pasaje, el código de identificación se lee por el lector 116 y el patrón de metal detectado por el sistema 10' se compara por la unidad de procesamiento central 106 con el patrón de metal típico almacenado por el código de lectura. Desviaciones detectadas entre los patrones de
típicos y
actualmente detectados luego se utilizan para identificar la presencia de objetos de metal ilícitos. Es preferible que todo el sistema se implemente digitalmente. De acuerdo con esto, un filtro de paso alto de velocidad dual, de tipo de señal dual 78', puede reemplazarse por un convertidor analógico-a-digital de dieciséis bits de alta resolución con desplazamientos programables. Además, un convertidor analógico a digital de alta resolución, alta velocidad, puede substituirse casi por toda la circuitería analógica ilustrada en el circuito detector 30' . La bobina para generación de campo dividido 12 en cada juego de bobinas 11' de preferencia está constituida por una serie de bobinas de transmisión conectadas 42', bucle de ajuste a cero 44', y bobina de realimentación 46'. Ahora se hace referencia a la Figura 6, en donde se ilustra la geometría del juego de bobinas 11' de la FIGURA 4 colocadas en un lado del pasaje 26. Por supuesto, se comprenderá que una imagen en el espejo de la geometría de bobina ilustrada en la FIGURA 6, esta presente en el juego de bobinas 11' en el lado opuesto del pasaje 26. La bobina de transmisión 42' para la bobina de generación de campo 12 tiene esquinas redondeadas y una forma rectangular alargada que tiene un eje longitudinal de simetría 43. Las seis bobinas de recepción 28'(1) a 28'(6)
cada una tiene una forma rectangular alargada con esquinas redondeadas, están coaxialmente alineadas sobre el eje 43 y se orientan coplanares con la bobina de transmisión 42'. El bucle de ajuste a cero 44' y la bobina de realimentación 46' se co-localizan con la pluralidad de bobinas de recepción 28', y de esta manera están constituidas por una pluralidad correspondiente de secciones conectadas en serie, cada sección tiene un tamaño y forma substancialmente idénticos a la bobina de recepción correspondiente. Cada sección para el bucle de ajuste a cero 44' además incluye una pluralidad de puntos de cruce 47' de alambre para ajuste a cero para conformar el campo electromagnético generado 24. La bobina de transmisión 42' se protege con un blindaje tubular de sección dividida Faraday resistivo 45 que se termina a tierra del sistema 49. Cada bobina de recepción 28' junto con su sección correspondiente de la bobina de realimentación 46', se reúne en conjunto y también se protegen con un blindaje tubular de sección dividida Faraday resistivo 47' que se termina a tierra del sistema 10. La terminación de los blindajes 45 y 47' a la tierra de sistema, proporciona supresión de interferencia de radio frecuencia e interferencia electromecánica primaria. Aberturas en los blindajes tubulares 45 y 47' se localizan selectivamente cerca de los extremos
longitudinales de las bobinas, para minimizar carga del campo electromagnético generado 24. Ahora se hace referencia a la FIGURA 7, en donde se ilustra un diagrama de circuito para el filtro de paso alto, de velocidad dual 78, para el sistema 10 de las FIGURAS 1 y 2. El resistor Rl y el capacitor Cl forman el filtro de paso bajo de alimentación 74 (ver FIGURA 2) para filtrar las señales de amplitud 66 y fase sumadas, que se envían de salida del detector de cuadratura 64. La señal filtrada se pasa a través del capacitor C2 que funciona como un filtro de paso alto de bloqueo CD. Las alimentaciones positiva (+) y negativa (-) al amplificador operacional de bajo desplazamiento, alta impedancia Ul, se conectan al capacitor C2 a través de una alimentación protegida 118. La salida del amplificador Ul también se conecta a la alimentación negativa (-) y a un resistor que contiene bucle de realimentación R2 conectado a la alimentación positiva (+) de un amplificador operacional U2 configurado como un comparador con una función de filtrado de ligero paso bajo. La alimentación negativa (-) del amplificador U2 se conecta a tierra 120 y al resistor R2 a través de un capacitor C3. La salida del amplificador U2 se conecta a la alimentación positiva (+) a través de un resistor R4, y a una continuación del bucle de realimentación que conduce al puerto de control C del
conmutador analógico 122. El puerto A del conmutador 122 se conecta a tierra 120 y el puerto B del conmutador se conecta a través de un resistor R5 a la alimentación positiva (+) del amplificador Ul y al capacitor C2. Un resistor R6 también se conecta adesdela alimentación positiva (+) del amplificador Ul y capacitor C2 a tierra 120. El resistor R7 funciona como un resistor de tracción para la porción del bucle de realimentación que conduce al puerto de control C del conmutador analógico 122. Cuando el conmutador 122 se actúa al puerto B por la señal de realimentación en el puerto C, el resistor R5 se pone a tierra 120 y el circuito funciona en el modo operacional de velocidad rápida descrito anteriormente. Por el contrario, cuando el conmutador 122 no se acciona, el resistor R6 controla la operación del circuito en el modo de operación de velocidad lenta. Ahora se hace referencia a la FIGURA 8, en donde se ilustra un diagrama de circuito para uno de los circuitos amplificadores logarítmicos encadenados 80 u 82 con ajuste automático a cero 84 para el sistema 10 de las FIGURAS 1 y 2. El circuito amplificador logarítmico encadenado comprende un primer circuito amplificador logarítmico 124, implementado con dos amplificadores operacionales de tipo LM13600N y conectado a la línea de alimentación 79, un primer circuito amortiguador 126, un
segundo circuito amplificador logarítmico 128 también implementado con dos amplificadores operacionales de tipo LM13600N, y un segundo circuito amortiguador 130 que envía de salida a una línea 132. Conectado a la línea 132 está una linea de realimentación 134 con un resistor R8 que conecta la linea de realimentación 134 a la alimentación negativa (-) del amplificador operacional U3 configurado como un comparador. La salida del amplificador U3 se conecta a la alimentación negativa (-) a través de un resistor R9. La terminal positiva (+) del amplificador U3 se conecta a Vee, a través de un resistor RIO, y a tierra 120 a través de una combinación paralela del resistor Rll y capacitor C4. Los resistores RIO y Rll funcionan como un divisor de voltaje para ajustar el punto operativo del amplificador U3. El capacitor C4 actúa como un filtro de interferencia. La salida del amplificador operacional U3 se conecta a un circuito filtro de paso bajo 136 que comprende un resistor R12 y un capacitor electrolítico no polarizado C5. La salida del circuito de filtro de paso bajo 136 se conecta a la línea de alimentación 79 del circuito amplificador logarítmico encadenado 80 u 82 a través de un conmutador 138 y un resistor R13. La salida de señal del filtro de paso bajo 136 comprende una onda cuadrada que da seguimiento a la interferencia de fondo y térmica que pasa a través del circuito amplificador
logarítmico encadenado 80 u 82. Cuando se alimenta de regreso a la línea de alimentación 79 del circuito amplificador logarítmico encadenado 80 u 82, este componente de interferencia se substrae de la señal. El conmutador 138 permite que el circuito de ajuste automático a cero 84 sea desconectado, permitiendo de esta manera que el circuito amplificador logarítmico encadenado 80 u 82, sea calibrado. Ahora se hace referencia a la FIGURA 9, en donde se ilustran un diagrama de circuito para el filtro de paso alto de velocidad dual, señal dual 78' para el sistema 10' de las FIGURAS 4 y 5. El filtro 78', incluye tanto una alimentación de amplitud 140 como una alimentación de fase 142. El filtro 78' es idéntico al filtro 78 de la FIGURA 7, excepto en la siguiente forma. Él filtro incluye un circuito para selección de velocidad y filtro de alimentación para el componente de fase. De esta manera, las alimentaciones de amplitud y fase 140 y 142 se conectan al puerto A de sus conmutadores respectivos 122a y 122p a través de divisores de voltaje 144a y 144p, respectivamente, constituidos por resistores R14 y R15. Los divisores de voltaje 144 permiten que un poco del componente CD de las señales en las alimentaciones de amplitud y fase 140 y 142 alcance las salidas de amplitud y fase 146 y 148. Además, se notará que el conmutador 122p
en el lado de fase del filtro 78' no se dirige por su propio comparador sino más bien se dirige por la salida de realimentación desde el comparador de lado de amplitud U2 que desplaza el conmutador 122a. Aunque múltiples modalidades del sistema de detección de metal de la presente invención se han ilustrado en los dibujos acompañantes y descrito en la descripción detallada anterior, se comprenderá que la invención no se limita a las modalidades mostradas, sino que es capaz de numerosos rearreglos, substituciones y modificaciones sin apartarse del espíritu de la invención.