Полезная модель относится к области обнаружения с помощью электрических или магнитных средств ферромагнитных и не ферромагнитных металлических объектов для борьбы с терроризмом для выявления огнестрельного и холодного оружия, гранат и других объектов, спрятанных под одеждой или в багаже. Известен патент на полезную модель №42329, мпк G01V 3/11, «Обнаружитель ферромагнитных объектов», 2004 г. Обнаружитель ферромагнитных объектов содержит два датчика Холла, дифференциальный усилитель, индикаторное устройство и корпус из немагнитного материала. Обнаружитель ферромагнитных объектов работает следующим образом. Ферромагнитный объект поиска, попадая в зону обнаружения, искажает силовые линии магнитного поля Земли, данные искажения фиксируются двумя датчиками Холла и через усилитель попадают на индикаторное устройство. Недостатком данного прибора является низкая чувствительность. Внешнее влияние ферромагнитных объектов (машины, трамваи, металлические двери и другие), не входящие в зону контроля, влияют на достоверность полученных результатов изменений магнитного поля Земли и допускают возможность ложного срабатывания обнаружителя, что также является существенным недостатком, не позволяющим использование обнаружителя в местах, подверженных этому влиянию. Известен патент №2300788 «Ручной металлодетектор»,2005 г. Изобретение относится к области обнаружения скрытых металлических объектов. Он содержит катушку возбуждения и четыре приемных катушки, которые вместе образуют однонаправленный индуктивный датчик. Приемные катушки соединены попарно вместе с синхронным детектором и пороговым устройством, образуя два измерительных канала, сигналы которых анализируются вычислительным блоком. Независимая обработка сигналов двух измерительных каналов обеспечивает высокую селективность металлодетектора. Необходимость генерации электромагнитного поля катушкой требует существенных энергозатрат. Металлодетектор с электромагнитными катушками обладает небольшим радиусом обнаружения и не исключает ложные срабатывания при ударах и деформациях корпуса металлодетектора. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является патент на полезную модель №51238, 2005 г. «Ручной металлодетектор», который взят за прототип. Он содержит катушку возбуждения и генератор, создающие электромагнитное поле определенного радиуса действия и приемные катушки, улавливающие изменения электромагнитного поля, созданного катушкой возбуждения. Сигнал с приемной катушки поступает на синхронный детектор и пороговое устройство, где полезный сигнал отделяется от шумовых составляющих и поступает в аналого-цифровой преобразователь, в вычислительный блок и индикатор. Недостаток данного металлодетектора состоит в небольшом радиусе обнаружения объекта. Необходимость генерации электрического поля в радиусе обнаружения обуславливает существенные энергозатраты. Кроме того не исключены ложные срабатывания металлодетектора при ударах, деформациях корпуса во время проведения досмотровых операций.
Решаемая техническая задача - увеличение радиуса действия в обнаружении металлических объектов, снижение энергопотребления и исключение ложных срабатываний.
Решаемая техническая задача в ручном металлообнаружителе, содержащем размещенные в корпусе передающую катушку возбуждения выводы, которой соединены с выходами генератора, входы которого соединены с выходом микроконтроллера, приемную катушку, через последовательно соединенные синхронный детектор и пороговое устройство, соединенную с входом микроконтроллера, выход которого соединен с звуковым вещателем, достигается тем, что металлообнаружитель дополнительно содержит магниторезистивные датчики постоянного магнитного поля, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем, выходы которых соединены с устройством обработки изменений магнитного поля в виде полосовых фильтров, сумматоров и вычитателей, входы полосовых фильтров соединены с выходами дифференциальных усилителей, выходы полосовых фильтров соединены с входами сумматора и первыми входами вычитателей, выход сумматора соединен с вторыми входами вычитателей, выходы которых соединены с мультиплексором, выход мультиплексора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с микроконтроллером, осуществляющим управление и синхронизацию работы всей схемы, выходы микроконтроллера соединены с магниторезисторами и звуковым извещателем, а вход соединен с акселерометром, при этом в цепь металлообнаружителя с катушками между синхронным детектором и пороговым устройством последовательно присоединен к ним интегратор.
На фиг. 1 схематично представлен ручной металлообнаружитель; на фиг. 2 - структурная схема ручного металлообнаружителя. Металлообнаружитель содержит размещенную в корпусе 1 передающую катушку возбуждения 2, выводы которой соединены с выходами генератора 3, вход которого соединен с выходом микроконтроллера 4. Приемная катушка 5 через последовательно соединенные синхронный детектор 6, интегратор 7 и пороговое устройство 8, соединена с входом микроконтроллера 4, выход которого соединен с звуковым вещателем 9 (фиг. 1, фиг. 2).
Металлообнаружитель дополнительно содержит магниторезистивные датчики постоянного магнитного поля 10, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем 11, выходы которого соединены с устройством обработки изменений магнитного поля в виде полосовых фильтров 12, сумматора 13 и вычитателей 14. Входы полосовых фильтров 12 соединены с выходами дифференциальных усилителей 11, выходы полосовых фильтров соединены с входами сумматора 13 и первыми входами вычитателей 14, выход сумматора 13 соединен со вторыми входами вычитателей 14, выходы которых соединены с мультиплексором 15, выход мультиплексора 15 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 16, выход которого соединен с микроконтроллером 4, осуществляющим управление и синхронизацию работы всей схемы. Выходы микроконтроллера 4 соединены с звуковым извещателем 9, магниторезисторами 10, а вход соединен с акселерометром 17. В ручном металлообнаружителе совмещены две магниточувствительные схемы на основе электромагнитных катушек, передающей и принимающей, и на основе пассивных датчиков изменения постоянного магнитного поля Земли-магниторезисторов. На фиг. 2 они пунктирно обозначены, соответственно, как I и II и объединены микроконтроллером 4, звуковым извещателем 9 и акселерометром 17 Это позволило эффективно использовать свойства каждой системы в одном металлообнаружителе. Для I системы - возможность обнаружения ферромагнитных и не ферромагнитных металлических объектов, а для II системы - снижение энергопотребления при увеличении радиуса действия магниторезисторов в обнаружении ферромагнитных объектов. Ручной металлообнаружитель может работать в трех режимах. В режимах работы систем с электромагнитными катушками, магниторезисторами и их одновременной работы. Активная система металлообнаружителя, содержащая передающую катушку 2, запитываемую генератором 3, создающую электромагнитное поле в радиусе действия металлообнаружителя, приемную катушку 5, улавливающую изменения созданного передающей катушкой магнитного поля, сигнал с которой поступает на синхронный детектор 6, где выделяется амплитудная и фазовая составляющие изменения вектора электромагнитного поля, которые далее поступают на интегратор 7 и проходят через пороговое устройство 8, где полезный сигнал отделяется от шумовой составляющей, после чего поступают на микроконтроллер 4. Для генерации тревожного извещения, в случае появления в радиусе действия металлообнаружителя металлических объектов, используется звуковой извещатель 9, управляемый микроконтроллерм 4. Акселерометр 17 в автоматическом режиме определяет, когда металлообнаружитель используется непосредственно для проведения досмотровых операций. Извещая об этом микроконтроллер 4, который отключает питание основной части схемы, когда металлообнаружитель не используется, существенно снижая этим энергопотребление. Наличие акселерометра исключает ложные срабатывания металлообнаружителя при ударах, деформациях корпуса во время проведения досмотровых операций. Магниторезисторы 10 улавливают изменение постоянного магнитного поля Земли, вызванного появлением в радиусе их действия ферромагнитных объектов. Сигналы с магниторезисторов усиливаются дифференциальными усилителями 11 и поступают в блок изменений магнитного поля, где проходят через полосовые фильтры 12 и поступают на вычитатели 14, где из сигнала каждого магниторезистора вычитается среднее арифметическое сигналов обоих магниторезисторов 10, вычисляемое сумматором 13, что позволяет отсечь изменения постоянного магнитного поля, вызванные изменением положения магниторезисторов относительно силовых линий магнитного поля Земли. Ферромагнитный объект, попадая в радиус действия магниторезисторов, вызывает разные изменения сигналов на их выходах, что приводит к положительному сигналу на выходе одного из вычитателей. Далее сигналы с вычитателей поступают в мультиплексор 15 и подаются на аналого-цифровой преобразователь 16, где оцифровываются и поступают в микроконтроллер 4. Микроконтроллер осуществляет синхронизацию работы всей схемы, выходы с которого соединены с звуковым извещателем 9 и магниторезисторами 10, которое необходимо для их перемагничивания. Радиус обнаружения металлообнаружителя на основе электромагнитных катушек, например, пистолета Макарова составляет не более 25-30 см, вто время как, для металлообнаружителя на основе магниторезисторов он составляет до 80 см. Это позволяет производить обнаружение запрещенных металлических объектов в крупногабаритном багаже без его вскрытия. Таким образом ручной металлообнаружитель повышает радиус обнаружения металлических объектов, снижает энергозатраты и исключает ложные срабатывания. В настоящее время металлообнаружитель изготовлен и прошел необходимые испытания.
