RU2398248C1 - Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2398248C1 RU2398248C1 RU2009127926/28A RU2009127926A RU2398248C1 RU 2398248 C1 RU2398248 C1 RU 2398248C1 RU 2009127926/28 A RU2009127926/28 A RU 2009127926/28A RU 2009127926 A RU2009127926 A RU 2009127926A RU 2398248 C1 RU2398248 C1 RU 2398248C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- detection zone
- low
- search
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано для обнаружения мелких предметов, выполненных из драгоценных металлов, при контроле проходов аэропортов, морских портов и проходных промышленных предприятий. Сущность: на зону обнаружения, в которой находится предмет поиска, действуют низкочастотным электромагнитным и СВЧ-полями. Подбирают величину низкочастотного электромагнитного поля, достаточную для возникновения механической вибрации предмета поиска в зоне обнаружения. Осуществляют прием отраженного от зоны обнаружения СВЧ-сигнала, модулированного параметрами механической вибрации предмета поиска. Выделяют из принимаемого модулированного СВЧ-сигнала полезный сигнал частотой Ω, где Ω - частота механической вибрации предмета поиска. Устройство содержит низкочастотный генератор, соединенный с индукционным излучателем, автодинный СВЧ-приемопередатчик с антенной, фазовый детектор, фильтр нижних частот и индикатор. Технический результат: повышение чувствительности и надежности обнаружения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано для обнаружения мелких предметов, выполненных из драгоценных металлов, при контроле проходов аэропортов, морских портов и проходных промышленных предприятий.
Известен индуктивный аппарат для обнаружения металлических объектов в зоне обнаружения [патент FR №2145679, МКИ G01V 3/10, G08B 13/24, опубл. 23.02.1973], содержащий по крайней мере один блок индуктивностей, источник переменного тока и блок обработки принимаемого сигнала. Блок индуктивностей состоит из излучающей катушки, соединенной через подстраиваемую катушку связи с детекторной катушкой. При отсутствии в постоянном магнитном поле, произведенным излучающей катушкой, металлического предмета путем минимизации взаимной индукции между излучающей и детекторной катушками на выходе детекторной катушки напряжение равно нулю. Источник переменного тока, вырабатывающий сигнал в диапазоне частот от 200 до 4000 Гц, соединен с излучающей катушкой, а детекторная катушка подключена к блоку обработки принимаемого сигнала.
Наиболее близким техническим решением является устройство для обнаружения металлических объектов в зоне поиска [патент GB №1334295, МКИ G01V 3/10, опубл. 17.10.1973], содержащее передающую цепь, приемную цепь и выходной блок. Передающая цепь включает задающий генератор, который через блок предварительных усилителей соединен с передающей катушкой. Задающий генератор обеспечивает зондирование зоны поиска электромагнитным сигналом с определенным уровнем энергии на единицу объема зоны поиска. Приемная цепь состоит из приемной катушки, сумматора принимаемого сигнала, суммирующего трансформатора, соединенного через один из предварительных усилителей передающей цепи с нуль-цепью, и проходного усилителя. На выходе приемной цепи в отсутствие металлического объекта в зоне поиска скомпенсированное напряжение равно нулю. Выходная цепь содержит блок датчиков фазы, параллельно подключенных к проходному усилителю, и блок фазовращателей, соединенных с одним из предварительных усилителей передающей цепи. Число фазовращателей равно числу датчиков фазы. При обнаружении металлического предмета в зоне поиска происходит изменение амплитуды и полярности выходного сигнала, причем по полярности сигнала на выходе каждого датчика фазы судят о типе металла (черный или цветной).
В основу изобретения положена задача повышения чувствительности и надежности обнаружения мелких металлических предметов, вносимых в зону обнаружения.
Поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения мелких металлических предметов, основанном на возбуждении зоны обнаружения низкочастотным электромагнитным полем и приеме отраженного от зоны обнаружения сигнала, согласно изобретению дополнительно зону обнаружения облучают СВЧ-полем, подбирают величину низкочастотного электромагнитного поля, достаточную для возникновения механической вибрации предмета поиска в зоне обнаружения, осуществляют прием отраженного от зоны обнаружения СВЧ-сигнала, модулированного параметрами механической вибрации предмета поиска, выделяют из принимаемого модулированного СВЧ-сигнала полезный сигнал частотой Ω, где Ω - частота механической вибрации предмета поиска.
Поставленная задача решается также тем, что в известное устройство, содержащее низкочастотный генератор, соединенный с индукционным излучателем, дополнительно введены автодинный СВЧ-приемопередатчик с антенной, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами фазового детектора соответственно, а выход фазового детектора через фильтр нижних частот подключен к индикатору обнаружения.
На фиг.1 представлена схема реализации заявляемого способа.
Предмет поиска 1 помещают в низкочастотное электромагнитное поле 
зоны обнаружения, периметр которой совпадает со средним радиусом RГ индукционного излучателя 3, питаемого низкочастотным генератором 2. Под действием низкочастотного электромагнитного поля 
зоны обнаружения в предмете поиска 1 наводятся вторичный вихревой ток I2, амплитуда которого равна:
где 
- электродвижущая сила, наведенная гармоническим током I1 в предмете поиска 1;
µ=4π×10-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха;
R - средний радиус предмета поиска 1, м;
RГ - средний радиус индукционного излучателя 3, м;
σ - проводимость материала предмета поиска 1, См/м;
h - толщина предмета поиска, м;
Сила Лоренца, возникающая при взаимодействие токов I1 и I2 и вызывающая механическую вибрацию предмета поиска 1 с частотой вибрации Ω=2πF и с углом отклонения α от начального горизонтального положения, определяется выражением:
Подставим отношение (1) в выражение (2) и получим следующее уравнение для определения силы Лоренца, действующей на предмет поиска 1:
Причем для обеспечения колебательного смещения предмета поиска 1 необходимо соблюдать следующее условие:
где Р=ρπR2h - вес предмета поиска 1;
ρ - удельный вес материала предмета поиска 1, кг/м3.
Для возникновения механической вибрации предмета поиска 1 частотой Ω=2πF подбирают величину амплитуды тока 
, протекающего в индукционном излучателе 3. Из выражений (3) и (4) находим необходимую величину амплитуды тока I1 для обеспечения механической вибрации предмета поиска 1:
Как видно из выражения (5), необходимая величина тока I1 для обеспечения механической вибрации предмета поиска 1 зависит от частоты Ω и от среднего радиуса индукционного излучателя RΓ.
Дополнительно зону обнаружения облучают СВЧ-полем 
частотой ω=2πf с помощью антенны, соединенной с приемопередатчиком 4. Затем осуществляют прием отраженного от зоны обнаружения СВЧ-сигнала 
, модулированного по фазе частотой вибрации предмета поиска Ω:
где Δφ(Ω) - фаза отраженного СВЧ-сигнала ;
E∂ и H∂ начальное значение амплитуды электрической и магнитной составляющих СВЧ-поля соответственно;
Фаза отраженного электромагнитного сигнала определяется следующим выражением:
где Ω=2πF - частота механической вибрации предмета поиска 1;
Α(Ω)=К×РЛ - амплитуда механической вибрации предмета поиска;
К - коэффициент пропорциональности;
λ - длина волны отраженного электромагнитного поля.
Подставив величину α=90° в выражение (7), находим максимальную амплитуду механической вибрации предмета поиска 1:
Как видно из выражения (7), фаза отраженного электромагнитного сигнала Δφ(Ω) зависит от параметров механической вибрации предмета поиска и, следовательно, от габаритных размеров и электрофизических параметров предмета поиска 1.
Последующая фазовая демодуляция принимаемого СВЧ-сигнала позволяет выделить полезный сигнал, содержащий информацию о габаритных размерах и электрофизических параметрах предмета поиска 1. Изменяя частоту Ω, можно идентифицировать предмет поиска 1 по классам. Таким образом, предлагаемый способ позволяет обнаружить с большей надежностью мелкие металлические предметы, находящиеся в зоне обнаружения, чем в известном способе.
Дадим количественную оценку амплитуды механической вибрации предмета поиска 1.
Пусть предметом поиска является диск радиусом R=5×l0-3 м и толщиной h=1×10-3 м. Материал предмета поиска - золото с проводимостью σ=5×107 См/м и удельным весом ρ≈20×103 кг/м. Радиус индукционного излучателя RΓ=0,5 м, а частота первичного магнитного поля F=1 кГц. Подставим вышеприведенные данные в выражение (5) и получим I1>103 Α. Если индукционный излучатель выполнить в виде спирали с n=10 витками провода, то необходимая величина тока I1 составит I1/n=100 A. Фазовый сдвиг Δφ(Ω)=1/57 рад≅1° при длине волны первичного электромагнитного СВЧ-поля λ=10 см получают при значении амплитуды механической вибрации предмета поиска, равном 
На фиг.2 представлена функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ.
Устройство обнаружения мелких металлических предметов содержит низкочастотный генератор 2 с индукционным излучателем 3 и автодинный СВЧ-приемопередатчик 4 с антенной. Первый выход автодинного СВЧ-приемопередатчика 4 (на фиг.2 обозначен как ω±Ω со стрелочкой) соединен с первым входом фазового детектора 5, а второй выход (на фиг.2 обозначен как ω со стрелочкой) - с вторым входом фазового детектора 5. Фазовый детектор 5 через фильтр нижних частот 6 соединен с индикатором обнаружения 7. Индукционный излучатель 3 выполнен в виде рамки, в которой протекает ток 
. На фиг.2 также отображены СВЧ-поле , облучающее зону обнаружения, и СВЧ-сигнал , отраженный от предмета поиска 1, в котором под действием низкочастотного электромагнитного поля 
зоны обнаружения наводится ток 
.
Устройство работает следующим образом.
Низкочастотный генератор 3 создает ток 
частотой Ω=2πF, протекающий в индукционном излучателе 2, с помощью которого в зоне обнаружения наводится низкочастотное электромагнитное поле 
. Одновременно автодинный СВЧ-приемопередатчик 4 вырабатывает СВЧ-сигнал частотой ω=2πf, который через антенну облучает зону обнаружения. При попадании в зону обнаружения предмет поиска 1, в котором под действием низкочастотного электромагнитного поля наводится вихревой ток 
, механически вибрирует с частотой Ω=2πF. Амплитуда механической вибрации предмета поиска 1, возникающая под действием силы Лоренца, вызванной взаимодействием токов 
и 
, увеличивается с ростом амплитуды тока 
. Автодинный СВЧ-приемопередатчик 4 с помощью антенны осуществляет прием отраженного от зоны обнаружения СВЧ-сигнала 
модулированного по фазе частотой механической вибрации предмета поиска Ω. С выхода автодинного СВЧ-приемопередатчика 4 принимаемый СВЧ-сигнал поступает на первый вход фазового детектора 5, на второй вход которого подается зондирующий СВЧ-сигнал частотой ω=2πf. Фазовый детектор 5, соединенный с фильтром нижних частот 6, выделяет из принимаемого СВЧ-сигнала полезный сигнал частотой Ω, поступающий на индикатор 7.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяет обнаружить с большей надежностью мелкие металлические предметы, проносимые через зону обнаружения, чем в известном способе.
Claims (2)
1. Способ обнаружения мелких металлических предметов, основанный на возбуждении зоны обнаружения низкочастотным электромагнитным полем и приеме отраженного от зоны обнаружения сигнала, отличающийся тем, что дополнительно зону обнаружения облучают СВЧ-полем, подбирают величину низкочастотного электромагнитного поля, достаточную для возникновения механической вибрации предмета поиска в зоне обнаружения, осуществляют прием отраженного от зоны обнаружения СВЧ-сигнала, модулированного параметрами механической вибрации предмета поиска, выделяют из принимаемого модулированного СВЧ-сигнала полезный сигнал частотой Ω, где Ω - частота механической вибрации предмета поиска.
2. Устройство для обнаружения мелких металлических предметов, содержащие низкочастотный генератор, соединенный с индукционным излучателем, отличающееся тем, что дополнительно содержит автодинный СВЧ-приемопередатчик с антенной, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами фазового детектора соответственно, а выход фазового детектора через фильтр нижних частот подключен к индикатору обнаружения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127926/28A RU2398248C1 (ru) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127926/28A RU2398248C1 (ru) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2398248C1 true RU2398248C1 (ru) | 2010-08-27 |
Family
ID=42798875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009127926/28A RU2398248C1 (ru) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2398248C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579644C2 (ru) * | 2014-06-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий и устройство для его осуществления |
| RU2634546C1 (ru) * | 2016-05-30 | 2017-10-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Автодинный датчик для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий |
| RU2634785C1 (ru) * | 2016-05-30 | 2017-11-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий |
-
2009
- 2009-07-20 RU RU2009127926/28A patent/RU2398248C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579644C2 (ru) * | 2014-06-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий и устройство для его осуществления |
| RU2634546C1 (ru) * | 2016-05-30 | 2017-10-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Автодинный датчик для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий |
| RU2634785C1 (ru) * | 2016-05-30 | 2017-11-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3896489B2 (ja) | 磁気検知装置及び物質判定装置 | |
| US7106056B2 (en) | Security screening method and apparatus | |
| CZ2013822A3 (cs) | Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů | |
| RU2398248C1 (ru) | Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления | |
| He et al. | Multi-frequency ECT with AMR sensor | |
| KR101670427B1 (ko) | 외란에 강인한 고감도 금속검출기 | |
| EP1447685A2 (en) | Flux control system for metal detectors | |
| RU56005U1 (ru) | Ручной металлодетектор | |
| JP2009103534A (ja) | 磁気測定装置 | |
| WO2019044018A1 (ja) | 非破壊検査装置 | |
| EP3159854B1 (en) | Coin detection system | |
| JPH09292471A (ja) | 金属検出装置 | |
| RU2561250C2 (ru) | Способ обнаружения дефектов на поверхности ферромагнитных материалов и изделий и устройство для его осуществления | |
| Bruschini | Metal detectors in civil engineering and humanitarian demining: overview and tests of a commercial visualizing system | |
| RU2251125C1 (ru) | Селективный металлодетектор с гармоническим возбуждением | |
| RU2262123C1 (ru) | Индукционный измерительный преобразователь для металлоискателя | |
| JPH10111363A (ja) | 金属検出装置 | |
| Vyhnanek et al. | AMR gradiometer for mine detection and sensing | |
| Yu et al. | Research on quality inspection and sorting on-line system for bearing steel ball | |
| JPH09269316A (ja) | 渦流探傷方法及び渦流探傷器 | |
| Kiwa et al. | Low-frequency magnetic field detection for metal sensing | |
| RU2046377C1 (ru) | Металлоискатель | |
| RU2760826C1 (ru) | Селективный резонансно вихретоковый металлоискатель | |
| Qiu Xu et al. | A differential probe design for large-range metal detector | |
| RU40497U1 (ru) | Индукционный измерительный преобразователь для металлоискателя |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140721 |