RU51238U1

RU51238U1 - MANUAL METAL DETECTOR

Info

Publication number: RU51238U1
Application number: RU2005126003/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Аркадьевич Литвиненко; Алексей Юрьевич Месилов
Original assignee: Машковцев Владимир Викторович
Priority date: 2005-08-15
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Полезная модель относится к области обнаружения скрытых металлических объектов и может быть использовано для обнаружения огнестрельного оружия, спрятанного в одежде или обуви досматриваемого человека. Металлодетектор содержит катушку возбуждения и четыре приемных катушки, которые вместе образуют однонаправленный индуктивный датчик. Приемные катушки соединены попарно и вместе с соответствующим синхронным детектором и пороговым устройством образуют два измерительных канала. Сигналы двух измерительных каналов анализируются вычислительным блоком. Результаты отображаются на дисплее. Пульт управления позволяет выбрать режимы работы металлодетектора. Создание особой диаграммы направленности датчика, а также независимой обработки сигналов двух измерительных каналов позволяют обеспечить высокую селективность металлообнаружителя и низкий уровень ложных срабатываний.The utility model relates to the field of detecting hidden metal objects and can be used to detect firearms hidden in the clothes or shoes of a person being searched. The metal detector comprises an excitation coil and four receiving coils, which together form a unidirectional inductive sensor. The receiving coils are connected in pairs and, together with the corresponding synchronous detector and threshold device, form two measuring channels. The signals of the two measuring channels are analyzed by the computing unit. The results are displayed. The control panel allows you to select the modes of operation of the metal detector. The creation of a special radiation pattern of the sensor, as well as independent signal processing of two measuring channels, allows for high selectivity of the metal detector and a low level of false alarms.

Description

Полезная модель относится к области обнаружения скрытых металлических объектов и может быть использовано для обнаружения огнестрельного оружия, спрятанного в одежде или обуви досматриваемого человека.The utility model relates to the field of detecting hidden metal objects and can be used to detect firearms hidden in the clothes or shoes of a person being searched.

Уровень техники.The prior art.

Известен компактный металлодетектор (патент США №4423377, oп. 27 декабря 1983 г.) содержащий передающую катушку, подключенную к генератору и приемную катушку, подключенную через предварительный усилитель к входу синхронного детектора, синхронизирующий выход генератора соединен через фазосдвигающую цепь с управляемым входом синхронного детектора, выход которого через усилитель подключен к звуковому генератору, выход которого соединен с динамиком.Known compact metal detector (US patent No. 4423377, approx. December 27, 1983) containing a transmitting coil connected to a generator and a receiving coil connected through a pre-amplifier to the input of a synchronous detector, the synchronizing output of the generator is connected through a phase-shifting circuit to a controlled input of a synchronous detector, the output of which through the amplifier is connected to a sound generator, the output of which is connected to the speaker.

Основным недостатком данного устройства является низкая селективность. Низкая селективность обусловлена малой зоной обнаружения, поскольку для прибора, конструктивно выполненного с катушкой возбуждения, расположенной на одной оси и в одной плоскости с приемными катушками, чувствительность убывает в пропорции 103 от расстояния до обследуемого объекта. Это приводит к тому, что наиболее близкие небольшие металлические предметы экранируют более крупные предметы. Прибор приходится настраивать на максимальную чувствительность, что приводит к большому числу ложных срабатываний.The main disadvantage of this device is its low selectivity. The low selectivity is due to the small detection zone, since for a device structurally made with an excitation coil located on the same axis and in the same plane as the receiving coils, the sensitivity decreases in a proportion of 103 from the distance to the object being examined. This leads to the fact that the closest small metal objects shield larger objects. The device has to be tuned to maximum sensitivity, which leads to a large number of false positives.

Наиболее близким к заявляемому является металлодетектор (патент США №5786696, oп. 28 июля 1998 г.) содержащий передающую катушку, внутри которой расположены первая и вторая приемные катушки. Передающая катушка подключена к генератору. Первая приемная катушка Closest to the claimed is a metal detector (US patent No. 5786696, op. July 28, 1998) containing a transmitting coil, inside which are the first and second receiving coil. The transmitting coil is connected to the generator. First pickup coil

соединена с первой детектирующей схемой (синхронный фазовый детектор), а вторая приемная катушка соединена со второй детектирующей схемой. Выходы первой и второй детектирующих схем через мультиплексор соединены с цифровым сигнальный процессором, который через многоразрядную шину соединен с микропроцессором (вычислительным блоком). К микропроцессору подключена клавиатура (устройство ввода информации), а к выходам микропроцессора подключены цифровой дисплей и звуковая сигнализация.connected to the first detecting circuit (synchronous phase detector), and the second receiving coil is connected to the second detecting circuit. The outputs of the first and second detecting circuits are connected through a multiplexer to a digital signal processor, which is connected via a multi-bit bus to a microprocessor (computing unit). A keyboard (information input device) is connected to the microprocessor, and a digital display and an audible alarm are connected to the microprocessor outputs.

Недостатком данного металлодетектора является низкая селективность, обусловленная тем, что две приемные катушки, расположены соосно, и диаграмма направленности данного датчика имеет множество паразитных лепестков. Это не позволяет достоверно определить местоположение обнаруживаемого объекта и может привести к ложным срабатываниям.The disadvantage of this metal detector is its low selectivity, due to the fact that the two receiving coils are aligned, and the radiation pattern of this sensor has many spurious lobes. This does not allow to reliably determine the location of the detected object and can lead to false positives.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

В основу полезной модели положена задача создания ручного металлодетектора с высокими селективными свойствами. Это достигается путем создания датчика однонаправленной чувствительности и устранения влияния ложных сигналов, возникающих в паразитных лепестках чувствительности за счет специальной обработки сигналов в схеме сравнения, которая пропускает для анализа сигналы только одной полярности.The utility model is based on the task of creating a hand-held metal detector with high selective properties. This is achieved by creating a unidirectional sensitivity sensor and eliminating the influence of false signals that occur in spurious sensitivity lobes due to special signal processing in the comparison circuit, which allows signals of only one polarity to be analyzed.

Поставленная задача решается тем, что в ручном металлодетекторе, содержащем катушку возбуждения, выводы которой подключены к выходам генератора, первую приемную катушку и вторую приемную катушку, первый и второй синхронные детекторы, вычислительный блок, информационный вход которого соединен с устройством ввода информации, а информационный выход с индикатором, аналого-цифровой преобразователь дополнительно введены третья и четвертая приемные катушки, причем первая и третья приемные катушки включены встречно и градиентометрически и соединены с входом первого усилителя, выход которого соединен с входом The problem is solved in that in a hand-held metal detector containing an excitation coil, the terminals of which are connected to the generator outputs, a first receiving coil and a second receiving coil, first and second synchronous detectors, a computing unit, the information input of which is connected to the information input device, and the information output with an indicator, an analog-to-digital converter, the third and fourth receiving coils are additionally introduced, and the first and third receiving coils are turned on counter-and gradiometrically and oedineny to the input of the first amplifier whose output is connected to the input

первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом первого порогового устройства, а вторая и четвертая приемные катушки включены встречно и градиентометрически и соединены с входом второго усилителя, выход которого соединен с входом второго синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго порогового устройства, выходы первого и второго пороговых устройств соединены выходы первого и второго пороговых устройств соединены соответственно с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с измерительными входами вычислительного блока, первый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом генератора, второй управляющий выход вычислительного блока соединен с входом первого синхронного детектора, третий управляющий выход вычислительного блока соединен с входом первого порогового устройства, четвертый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом второго синхронного детектора, пятый управляющий выход вычислительного блока соединен с входом второго порогового устройства.the first synchronous detector, the output of which is connected to the input of the first threshold device, and the second and fourth receiving coils are turned on in the opposite direction and gradiometrically and connected to the input of the second amplifier, the output of which is connected to the input of the second synchronous detector, the output of which is connected to the input of the second threshold device, the outputs of the first and the second threshold devices are connected the outputs of the first and second threshold devices are connected respectively to the inputs of the first and second analog-to-digital converters, the outputs which are connected to the measuring inputs of the computing unit, the first control output of the computing unit is connected to the input of the generator, the second control output of the computing unit is connected to the input of the first synchronous detector, the third control output of the computing unit is connected to the input of the first threshold device, the fourth control output of the computing unit is connected to the input the second synchronous detector, the fifth control output of the computing unit is connected to the input of the second threshold device.

Введение дополнительно двух приемных катушек позволило создать однонаправленный индуктивный датчик. Каждая из пар приемных катушек создает определенную диаграмму чувствительности. Сигналы от них по независимым измерительным каналам поступают в вычислительный блок. Вычислительный блок позволяет устранить влияние сигналов от паразитных лепестков диаграммы чувствительности.The introduction of an additional two receiving coils made it possible to create a unidirectional inductive sensor. Each of the pairs of receiving coils creates a specific sensitivity diagram. The signals from them through independent measuring channels enter the computing unit. The computing unit eliminates the influence of signals from spurious lobes of the sensitivity diagram.

Создание особой диаграммы направленности датчика, а также независимой обработки сигналов двух измерительных каналов позволяют обеспечить высокую селективность металлообнаружителя и низкий уровень ложных срабатываний.The creation of a special radiation pattern of the sensor, as well as independent signal processing of two measuring channels, allows for high selectivity of the metal detector and a low level of false alarms.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг.1 представлен разрез однонаправленного датчикаFigure 1 shows a section of a unidirectional sensor

на фиг.2 внешний вид однонаправленного цилиндрического датчика;figure 2 the appearance of a unidirectional cylindrical sensor;

на фиг.3 внешний вид однонаправленного эллипсообразного датчика;figure 3 the appearance of a unidirectional elliptical sensor;

на фиг.4 диаграмма чувствительности первого канала;4 is a sensitivity diagram of a first channel;

на фиг.5 диаграмма чувствительности второго канала;5 is a sensitivity diagram of a second channel;

на фиг.6 - суммарная диаграмма чувствительности;figure 6 is a summary diagram of sensitivity;

на фиг.7 - электрическая схема металлодетектора;Fig.7 is an electrical diagram of a metal detector;

на фиг.8 - внешний вид металлодетектора;on Fig - the appearance of the metal detector;

на фиг.9 - вид металлодетектора сбоку. figure 9 is a side view of the metal detector.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

В основе металлодетектора лежит многоэлементный однонаправленный индуктивный датчик 1. Многоэлементный однонаправленный датчик (фиг.1) представляет собой катушку возбуждения 2, на внешней стороне которой выполнены две приемные катушки 3 и 4, а на внутренней стороне две дополнительные приемные катушки 5 и 6. Конструктивно датчик может быть выполнен цилиндрической формы (фиг.2) или эллипсообразной формы (фиг.3).The metal detector is based on a multi-element unidirectional inductive sensor 1. The multi-element unidirectional sensor (Fig. 1) is an excitation coil 2, on the outer side of which there are two receiving coils 3 and 4, and on the inside there are two additional receiving coils 5 and 6. Structurally, the sensor can be made of cylindrical shape (figure 2) or ellipsoidal shape (figure 3).

Приемные катушки 3 и 4 формируют диаграмму чувствительности (фиг.4) первого канала. Особенность ее состоит в том, что она имеет два основных лепестка 7 и 8, причем лепесток 7 имеет положительную полярность сигнала, а лепесток 8 отрицательную. На оси симметрии в центре лепестков создаются точки максимальной чувствительности, соответственно 9 и 10. В результате такой диаграммы чувствительности, при перемещении объекта сверху вниз по оси, сначала возникает сигнал положительной полярности, который будет увеличиваться до точки 9 максимальной чувствительности, а затем уменьшаться. В точке 11 он меняет знак, и снова будет увеличиваться до точки максимальной чувствительности 10, а затем убывать. Кроме того, возникают паразитные лепестки 12 и 13, где сигнал также положительный.The receiving coils 3 and 4 form a sensitivity diagram (Fig. 4) of the first channel. Its peculiarity is that it has two main lobes 7 and 8, and lobe 7 has a positive signal polarity, and lobe 8 is negative. The points of maximum sensitivity, respectively 9 and 10, are created on the symmetry axis in the center of the petals. As a result of such a sensitivity diagram, when moving an object from top to bottom along the axis, a signal of positive polarity first appears, which will increase to point 9 of maximum sensitivity and then decrease. At point 11, it changes sign, and again will increase to the point of maximum sensitivity of 10, and then decrease. In addition, spurious petals 12 and 13 arise, where the signal is also positive.

Приемные катушки 5 и 6 формируют диаграмму чувствительности (фиг.5) второго канала. Особенность ее состоит в том, что она имеет два основных лепестка 14 и 15, причем лепесток 14 имеет положительную полярность сигнала, а лепесток 15 отрицательную. На оси симметрии в центре лепестков The receiving coils 5 and 6 form a sensitivity diagram (Fig. 5) of the second channel. Its peculiarity lies in the fact that it has two main lobes 14 and 15, and lobe 14 has a positive polarity of the signal, and lobe 15 is negative. On the axis of symmetry in the center of the petals

создаются точки максимальной чувствительности, соответственно положительной 16 и отрицательной 17.points of maximum sensitivity are created, respectively, positive 16 and negative 17.

Суммарная диаграмма чувствительности (фиг.6) при работе первого и второго каналов имеет явно выраженный по уровню сигнала положительный лепесток 19 с максимумом в точке 20 и отрицательный лепесток 21 с максимумом в точке 22.The total sensitivity diagram (Fig. 6) during operation of the first and second channels has a positive lobe 19 with a maximum at a point 20 and a negative lobe 21 with a maximum at a point 22, expressed in terms of signal level.

Электрическая схема (фиг.7) содержит первый измерительный канал 23 и второй измерительный канал 24. Выводы катушек 3 и 4, которые создают диаграмму чувствительности первого канала, соединены последовательно и градиентометрически и подключены ко входу усилителя 25. Выход усилителя 25 через синхронный детектор 26 подключен ко входу порогового устройства 27. Второй измерительный канал 24 содержит катушки 5 и 6, которые соединены последовательно и градиентометрически и подключены ко входу усилителя 28. Выход усилителя 28 через синхронный детектор 29 подключен ко входу порогового устройства 30. Выводы катушки 2 возбуждения подключены к выходам генератора 31, управляющий вход которого подключен к выходу вычислительному блоку 32. Синхронизирующие выходы вычислительного блока 32 подключены соответственно к синхронизирующим входам синхронных детекторов 26 и 29, а управляющие выходы - соответственно к входам порогового устройства 27 и 30. Информационный вход вычислительного блока 32 соединен с выходом устройства 33 ввода информации (пульт), а информационный выход - с входом индикатора 34. Выходы пороговых устройств 27 и 30 соединены соответственно с входами аналого-цифровых преобразователей 35 и 36, выходы которых соединены с входами вычислительного блока 32.The electric circuit (Fig. 7) contains the first measuring channel 23 and the second measuring channel 24. The outputs of the coils 3 and 4, which create the sensitivity diagram of the first channel, are connected in series and gradiometric and connected to the input of the amplifier 25. The output of the amplifier 25 is connected through a synchronous detector 26 to the input of the threshold device 27. The second measuring channel 24 contains coils 5 and 6, which are connected in series and gradiometrically and connected to the input of the amplifier 28. The output of the amplifier 28 through a synchronous detector 29 is connected to the input of the threshold device 30. The outputs of the excitation coil 2 are connected to the outputs of the generator 31, the control input of which is connected to the output of the computing unit 32. The synchronizing outputs of the computing unit 32 are connected respectively to the synchronizing inputs of the synchronous detectors 26 and 29, and the control outputs are respectively to the inputs threshold devices 27 and 30. The information input of the computing unit 32 is connected to the output of the information input device 33 (remote control), and the information output is connected to the indicator input 34. The outputs are the threshold new devices 27 and 30 are connected respectively to the inputs of analog-to-digital converters 35 and 36, the outputs of which are connected to the inputs of the computing unit 32.

Конструктивно ручной металлодетектор может быть выполнен в виде либо в виде стрежня, либо в форме теннисной ракетки (фиг.8, 9). Зона эффективного обнаружения 37 имеет размеры достаточные для выявления известных запрещенных предметов 38. Structurally, a hand-held metal detector can be made either in the form of a rod or in the form of a tennis racket (Figs. 8, 9). The effective detection zone 37 is large enough to detect known prohibited items 38.

Работа устройства.The operation of the device.

В основе работы устройства лежит широко применяемый импульсный метод. Характерными признаками обнаруживаемого предмета при использовании такого метода являются продолжительность и вид процесса затухания вихревых токов в обнаруживаемом предмете, переносимые в сигнал, наведенный в приемных катушках переизлученным полем. В качестве критериев селекции могут использоваться как мгновенные значения переходной характеристики для различных моментов времени, так и результат их совместной обработки по специальным алгоритмам, выбранным для распознавания обнаруживаемого предмета.The device is based on the widely used pulse method. Characteristic features of a detected object when using this method are the duration and type of the process of attenuation of the eddy currents in the detected object, transferred to the signal induced in the receiving coils by the reradiated field. As selection criteria, both instantaneous values of the transient response for different time instants and the result of their joint processing using special algorithms selected to recognize the detected object can be used.

Предварительно с помощью устройства 33 ввода информации при визуальном контроле на индикаторе 34 в вычислительный блок 32 задаются необходимые параметры прямоугольных излучающих импульсов: частота, скважность, амплитуда. Также настраиваются синхронные детекторы 26 и 29 путем задания ширины стробирующего импульса. Обычно его ширина берется около 0.25 от периода следования излучающих импульсов. Это позволяет отсечь сигналы от наиболее мелких предметов.Previously, using the information input device 33 during visual inspection on the indicator 34, the necessary parameters of rectangular emitting pulses are set in the computing unit 32: frequency, duty cycle, amplitude. Synchronous detectors 26 and 29 are also tuned by setting the width of the strobe pulse. Usually its width is taken about 0.25 from the period of the repetition of emitting pulses. This allows you to cut off signals from the smallest objects.

Дополнительно задаются уровни анализируемых сигналов для пороговых устройств 27 и 30. Данные настройки позволяют достичь компромисса между обнаруженческими и селективными параметрами устройства.Additionally, the levels of the analyzed signals for threshold devices 27 and 30 are set. These settings allow you to achieve a compromise between the detection and selective parameters of the device.

При досмотре оператор проводит ручным металлодетектором вдоль поверхности тела досматриваемого. При попадании в зону 37 металлического предмета 38, в катушках 3 и 4 первого измерительного канала 23 и в катушках 5 и 6 второго измерительного канала 24 наводится сигнал переизлучения. После выделения полезного сигнала синхронными детекторами 26 и 28, а также пороговыми устройствами 27 и 30 сигналы обоих измерительных каналов поступают через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 35 и 36 в вычислительный блок 32. Особенность обработки полезных сигналов в вычислительном блоке 32 состоит в том, что использование сигналов от двух измерительных каналов позволяет устранить During the inspection, the operator conducts a hand-held metal detector along the surface of the body being searched. When metal object 38 enters zone 37, a re-emission signal is induced in coils 3 and 4 of the first measuring channel 23 and in coils 5 and 6 of the second measuring channel 24. After extracting the useful signal by synchronous detectors 26 and 28, as well as threshold devices 27 and 30, the signals of both measuring channels are fed through the corresponding analog-to-digital converters 35 and 36 to the computing unit 32. A feature of processing the useful signals in the computing unit 32 is that the use of signals from two measuring channels eliminates

влияние предметов находящихся вне зоны контроля 37. Это достигается тем, вычислительный блок предварительно анализирует полярность сигналов в каждом из каналов 23 и 24. Для дальнейшего анализа выбираются сигналы одной полярности, например, только положительные. В частности сигнал положительной полярности от паразитных лепестков в первом канале 23 не будет анализироваться как полезный сигнал, поскольку во втором измерительном канале 24 он отсутствует.the influence of objects outside the control zone 37. This is achieved by the fact that the computing unit first analyzes the polarity of the signals in each of the channels 23 and 24. For further analysis, signals of the same polarity are selected, for example, only positive ones. In particular, a signal of positive polarity from spurious lobes in the first channel 23 will not be analyzed as a useful signal, since it is absent in the second measuring channel 24.

Кроме того диаграммы чувствительности устройства позволяют устранить влияние предметов, находящихся к металлодетектору ближе (например, металлические пуговицы), поскольку, несмотря на то, что они находятся ближе - сигнал от них будет значительно меньше.In addition, the sensitivity diagrams of the device can eliminate the influence of objects located closer to the metal detector (for example, metal buttons), because, despite the fact that they are closer, the signal from them will be much less.

Металлодетектор удобен в работе, поскольку оператор точно может определить точное местоположение запрещенного обнаруживаемого предмета 38, так как они обнаруживаются только в зоне 37The metal detector is convenient in operation, since the operator can accurately determine the exact location of the prohibited detectable object 38, since they are detected only in zone 37

Claims

1. A hand-held metal detector containing an excitation coil, the terminals of which are connected to the generator outputs, a first receiving coil and a second receiving coil, first and second synchronous detectors, a computing unit, the information input of which is connected to the information input device, and the information output with an indicator, the first analog -digital converter, characterized in that the third and fourth receiving coils are introduced, wherein the first and third receiving coils are turned on counter-and gradiometrically and connected to the input of the first o the amplifier, the output of which is connected to the input of the first synchronous detector, the output of which is connected to the input of the first threshold device, and the second and fourth receiving coils are turned on in the opposite direction and gradiometrically and connected to the input of the second amplifier, the output of which is connected to the input of the second synchronous detector, the output of which is connected with the input of the second threshold device, the outputs of the first and second threshold devices are connected respectively to the inputs of the first and second analog-to-digital converters, the outputs of which are are connected to the measuring inputs of the computing unit, the first control output of the computing unit is connected to the input of the generator, the second control output of the computing unit is connected to the input of the first synchronous detector, the third control output of the computing unit is connected to the input of the first threshold device, the fourth control output of the computing unit is connected to the input of the second synchronous detector, the fifth control output of the computing unit is connected to the input of the second threshold device.

2. The hand-held metal detector according to claim 1, characterized in that the first and third receiving coils are located on the outer surface of the field coil, and the second and fourth receiving coils are located on the inner surface of the field coil.

3. The hand-held metal detector according to claim 1, characterized in that the excitation coil and the first, second, third and fourth receiving coils form a unidirectional inductive sensor made in the form of a circle.

4. Hand-held metal detector according to claim 1, characterized in that the excitation coil, the first, second, third and fourth receiving coils form a unidirectional inductive sensor made in an elliptical shape.