ETAPAS DE DESARROLLO DE LA TECNOLOGÍA DE INSPECCIÓN DOMÉSTICA..
ANTONOV Konstantin Anatolyevich,
ANDRYUSHIN Oleg Fedorovich, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor
AKHMATOV Alexander Pavlovich, Candidato de Ciencias Técnicas
ETAPAS DE DESARROLLO DEL EQUIPO DE INSPECCIÓN DOMÉSTICA
La necesidad de crear equipos de inspección surgió después de una serie de ataques terroristas, secuestros de aviones y otros vehículos, que provocaron no sólo daños materiales, sino también víctimas humanas. Es necesario controlar a los pasajeros, su equipaje de mano y su equipaje para evitar la posibilidad de que porten armas, explosivos y otros elementos que puedan suponer un peligro.
En relación con este problema , todos los países líderes han comenzado a trabajar para crear equipos de inspección eficaces y organizar su producción.
En Rusia, este problema surgió en 1978, cuando, en preparación para los Juegos Olímpicos de Moscú, se descubrió que los aeropuertos del país, que se suponía recibirían a los invitados y participantes de los Juegos Olímpicos, no estaban equipados con medios de protección contra terroristas y otros actos de vandalismo. .
En un tiempo relativamente corto, de acuerdo con las especificaciones técnicas del servicio de seguridad de la aviación civil, la empresa nacional llevó a cabo el desarrollo del diseño y aseguró la producción industrial de los introscopios de televisión de rayos X «Luch-1», en los que se formó una X La imagen radiológica del contenido de los objetos inspeccionados instalados en una cinta transportadora se obtuvo mediante la rotación sincrónica de generadores y receptores de rayos X. La instalación de estos introscopios de televisión de rayos X en los aeropuertos olímpicos permitió garantizar la recepción y posterior salida segura de los participantes e invitados extranjeros de los 80 Juegos Olímpicos.
Después de los Juegos Olímpicos continuaron los trabajos de mejora y desarrollo de los medios técnicos de los equipos de inspección. La tarea era no sólo aumentar la eficiencia de los medios existentes y ampliar las condiciones para su uso, sino también encontrar formas de crear nuevos medios que permitieran controlar no sólo las pertenencias personales y el equipaje transportado, sino también a los propietarios de los estos elementos.
Teniendo en cuenta la amplitud y variedad de los medios utilizados para llevar a cabo acciones terroristas y mafiosas, era necesario detectar, además de armas de fuego y armas blancas como pistolas, revólveres, fusiles, bayonetas, aletas y explosivos, mangos de tiro y diversas puntas de afilar. y otras armas diversas para disparar, perforar, cortar y explotar objetos.
Según sus tareas, los equipos de inspección se dividen en tres grupos:
- X -Introscopios de televisión de rayos, que le permiten ver el contenido del equipaje de mano y del equipaje con el fin de detectar visualmente objetos peligrosos en la pantalla del monitor del televisor;
- Detectores de metales arqueados estacionarios que permiten controlar a las personas que pasan a través de ellos para identificar objetos metálicos que no se presentan para una inspección visual abierta y están ocultos en la ropa. La presencia de tales objetos está determinada por señales sonoras y luminosas;
- detectores de metales portátiles que permiten determinar rápidamente la ubicación de objetos metálicos en una persona o en cualquier paquete, incluido el correo postal, que en tamaño pueden corresponder a objetos peligrosos.
Estos grupos de equipos de inspección, cuando se utilizan simultáneamente, permiten garantizar un control eficaz del flujo de objetos inspeccionados.
Rayos X introscopios de televisión
El funcionamiento de los introscopios de televisión de rayos X «Luch-1» y su modificación «Luch-1M», que permite inspeccionar objetos de grandes dimensiones, ha demostrado que el escaneo mecánico de un haz de rayos X debido a la rotación de X -Los generadores y receptores de rayos tienen posibilidades limitadas para mejorar sus características técnicas.
Por lo tanto, desde los introscopios del tipo «Haz», los desarrolladores nacionales y extranjeros de equipos de inspección pasaron a la formación de una imagen inspeccionada utilizando el principio de un haz móvil. Un generador de rayos X con un patrón de radiación ancho en forma de cono, del cual se corta un patrón vertical estrecho en forma de abanico mediante un colimador de hendidura, en este caso no gira, sino que permanece en un lugar. También hay un detector de rayos X extendido verticalmente.
La visualización del objeto inspeccionado se realiza mediante el movimiento vertical de un haz puntual de rayos X creado al girar el disco colimador de metal. con ranuras a lo largo del radio, mientras simultáneamente se mueve el objeto en el transportador en dirección horizontal.
La inmovilidad del generador y del receptor de rayos X ha mejorado significativamente características del introscopio como la potencia de penetración y la resolución.
Los introscopios de este tipo de las series «Nadzor» y «Nadzor-1», mediante el uso de un haz puntual, crearon un bajo nivel de radiación de rayos X, garantizando así la seguridad de los materiales fotográficos y cinematográficos, cintas magnéticas, discos y elementos electrónicos. y suministros médicos, además de permitir una zona de inspección, lo que permitió al operador controlar visualmente los objetos sometidos a inspección.
El introscopio Nadzor-1 se diferencia del introscopio Nadzor en el mayor tamaño del objeto inspeccionado. área y la mayor capacidad de carga del transportador (hasta 400 kg).
Sin embargo, el rendimiento de los introscopios de la serie «Nadzor», debido a la necesidad de un escaneo mecánico, que limita la velocidad de paso del haz de rayos X a través del objeto inspeccionado, fue relativamente pequeño, por lo que se llevaron a cabo más desarrollos que hizo posible no solo aumentar el rendimiento del introscopio, sino también mejorar significativamente sus características de detección. Esto se logró gracias a la creación de un detector semiconductor multielemento, que permitió abandonar el uso de un sistema mecánico de escaneo por haz de rayos X y cambiar al escaneo electrónico, lo que, a su vez, aumentó la velocidad de visualización. el objeto que se inspecciona mediante el haz de rayos X y, por lo tanto, aumentó la velocidad de movimiento de la cinta transportadora y también redujo el tiempo de inspección y, por lo tanto, aumentó el rendimiento del introscopio.
Además, la transición a un detector de semiconductores de elementos múltiples aumentó significativamente la sensibilidad y resolución del sistema y también hizo posible cambiar a métodos de procesamiento de señales por computadora.
Como resultado del trabajo realizado, se creó el introscopio de televisión de rayos X Nadzor-2, en el que el registro de la radiación de rayos X que atraviesa el objeto inspeccionado se realiza mediante un detector multielemento que contiene diodos semiconductores, que alternativamente registrar un haz estrecho de radiación de rayos X que pasa a través del objeto inspeccionado. El número de diodos está determinado por el tamaño del túnel de equipaje y la resolución de imagen requerida.
El generador genera un patrón de haz de rayos X en forma de abanico, ancho en el plano vertical y estrecho en el plano horizontal. El ángulo del diagrama en el plano vertical está determinado por las dimensiones máximas seleccionadas del equipaje inspeccionado. La presencia de dicho diagrama requiere que el túnel cierre el área de inspección, pero permite inspeccionar objetos con una altura y un ancho de hasta 1,5 — 2 m y una longitud determinada por las dimensiones del transportador.
Un mayor desarrollo de la tecnología de detectores de semiconductores hizo posible crear un detector de elementos múltiples que registra el componente «suave» (de baja energía) del espectro de rayos X que atraviesa el objeto inspeccionado. El uso de dicho detector en un introscopio como segundo detector hizo posible crear una imagen en color del contenido interno del objeto inspeccionado, lo que permite separar por color los materiales de los objetos ubicados dentro del objeto, dependiendo de la número atómico efectivo de estos materiales y así determinar qué tipo de material es.
Así, además de la imagen del contorno de los objetos en el objeto inspeccionado, fue posible analizar información sobre el material de estos objetos, lo que facilitó significativamente el reconocimiento de los objetos y la determinación del grado de peligro.
El introscopio de televisión de rayos X Nadzor-2M se creó basándose en el principio de separación espectral de un haz de rayos X estrecho registrado que atraviesa un objeto inspeccionado. En este introscopio, además de resaltar el color de los objetos en el objeto inspeccionado, se introdujo el procesamiento de señales por computadora, lo que permitió implementar modos de imagen negativa y de contorno, así como brindar la capacidad de duplicar y cuadriplicar el tamaño de cualquier de las nueve áreas en la pantalla del dispositivo de inspección por video.
El registro de información sobre los objetos inspeccionados en el disco duro garantiza que las imágenes de todos los objetos se guarden durante un período seleccionado de tiempo de inspección ( por ejemplo, inspección de las pertenencias de los pasajeros al abordar un vuelo de avión específico). Esto permite, si es necesario, ver repetidamente el objeto que es de interés para el servicio de inspección.
El introscopio Nadzor-2M le permite inspeccionar objetos de hasta 70×50 cm de alto y ancho con una longitud de cinta transportadora de 3 m.
Para inspección de objetos más grandes objetos de hasta 100×100 cm de tamaño se creó el introscopio “Nadzor-3”.
En la creación de introscopios de televisión de rayos X participan varias empresas nacionales y extranjeras, como FSUE NPP Delta, Hyman (Alemania), Kurt Mitterfellner (Alemania), Rapiscan (Inglaterra) y G&G Astrophysics (EE.UU.). Metorex (Finlandia), “Garrett” (EE.UU.), “CHIA” (Italia), Centro de Investigación Científica Okhrana (RF), SNPO Eleron (RF), “Grotek” (RF), NIIIN INPO “Spectrum” «.
Los equipos de inspección por rayos X creados por las empresas que cotizan en bolsa tienen características técnicas similares y se diferencian principalmente en el diseño externo, la gama de servicios, los tipos de modelos diseñados para la inspección de objetos de diversos tamaños y pesos, así como así como su precio.
Las características técnicas estándar de los introscopios de televisión de rayos X modernos son las siguientes:
- La tensión de funcionamiento del generador de rayos X es de 140 kV.
- La corriente del generador de rayos X es 0,4 — 0,9 mA.
- El registro de la radiación se realiza mediante un detector de rayos X multielemento que contiene dos grupos de diodos semiconductores, cuyo número está determinado por el tamaño del túnel de equipaje y la resolución de imagen requerida; El procesamiento de la señal se realiza mediante una computadora utilizando un programa apropiado, que permite:
- separación de objetos en el objeto inspeccionado con una imagen en color en la pantalla del monitor de TV en colores dependiendo del número atómico efectivo Zeff. material de los objetos;
- presentar, si es necesario, una imagen visible en la pantalla en blanco y negro o en negativo para un examen más detallado de los objetos en el objeto inspeccionado;
- ampliar secciones individuales de la imagen 2, 4 o más veces en diferentes sectores de la pantalla;
- recuperar imágenes de objetos que han pasado la inspección para su revisión y guardar hasta 1000 imágenes en la base de datos para permitir su revisión y análisis si es necesario;
- optimizar la nitidez y el brillo de la imagen.
- Características de resolución de los introscopios:
- diámetro del cable de cobre detectado 0,1 — 0,15 mm;
- capacidad de penetración de hasta 200 mm de acero;
- número de niveles de brillo 256.
- Velocidad de la cinta transportadora 20 cm/s.
- La capacidad de carga de la cinta transportadora está determinada por las tareas de un modelo de introscopio específico y puede alcanzar los 400 kg o más.
- Todos los introscopios no afectan la película fotográfica ubicada en el objeto que se está probado, con una sensibilidad de hasta 1600 ISO (33 DIN).
El diagrama de bloques del introscopio de televisión de rayos X se muestra en la Fig. 1.
La radiación de rayos X necesaria para el funcionamiento del introscopio se genera mediante un generador de rayos X 1, equipado con un tubo de rayos X. Para formar un haz de rayos X dirigido, estrecho en el plano horizontal y en forma de abanico en el plano vertical, se utiliza un sistema de colimación y protección 2.
Componentes “blandos” y “duros” del haz de rayos X que atraviesa el objeto controlado 18, son registrados por un detector de rayos X multicanal 3 que contiene dos grupos de detectores de semiconductores. Las señales del receptor de rayos X ingresan al bloque de direcciones 4, donde se normalizan y se transmiten a la unidad del sistema 5 para su posterior procesamiento y formación de imágenes.
El funcionamiento del introscopio es controlado por la unidad del sistema a través del bloque de direcciones y la unidad de aislamiento del optoacoplador 7. ¿Señales del teclado, panel de control 8 y sensores 13? 16Las posiciones del objeto controlado instalado en la cinta transportadora 11 se envían a la unidad del sistema a través de una unidad de aislamiento optoacoplador y un bloque de direcciones. La señal de imagen procesada y generada por la unidad del sistema se envía al monitor de televisión 6, en cuya pantalla aparece una imagen del objeto monitoreado.
La pantalla del monitor de TV tiene una línea de información que muestra la fecha y hora de la inspección, así como la cantidad de objetos que pasaron la inspección. La columna “modo” muestra el tipo de presentación de imagen seleccionado (blanco y negro, color, iluminación, etc. de acuerdo con el comando seleccionado en el teclado del panel de control).
La información recibida de los receptores de rayos X se registra en el disco duro de la unidad del sistema. Esto le permite ver la imagen del objeto monitoreado en la pantalla del monitor de TV por tiempo ilimitado, incluso después de apagar la radiación de rayos X y, si es necesario, recuperar una imagen que ya pasó para un nuevo examen.
La conexión del introscopio a la fuente de alimentación, el seguimiento del tiempo de funcionamiento del introscopio, la distribución de las tensiones de alimentación y los comandos de control entrantes se realiza mediante el dispositivo de conmutación 9. La vida útil del introscopio se controla mediante el contador de horas de funcionamiento 10. Para alimentar los circuitos de baja tensión del introscopio con una tensión estabilizada se utiliza la fuente de alimentación 17.
Arroz. 1. Diagrama de bloques de un introscopio de televisión de rayos X
Detectores de metales
Además de los introscopios de televisión de rayos X, el grupo de equipos de inspección técnica incluye detectores de metales estacionarios y portátiles (de mano).
Los detectores de metales (detectores de metales y detectores de metales) están diseñados para buscar objetos que contengan metal escondidos en la ropa, los zapatos o en el cuerpo humano. Se utilizan en aeropuertos, bancos, agencias gubernamentales, centrales nucleares, aduanas, empresas, fábricas y otras instalaciones.
Según el método de realización de inspecciones, los detectores de metales se dividen en estacionarios y portátil (de mano).
Detectores de metales estacionarios
Detectores de metales estacionarios Los detectores, por regla general, se fabrican estructuralmente en forma de arco prefabricado en forma de P.
Los postes laterales, paneles o columnas del arco contienen los sistemas de antena generadora y receptora. Los bastidores se conectan entre sí en el lugar de instalación formando una estructura rígida mediante un puente, que al mismo tiempo sirve como alojamiento de la unidad electrónica.
La zona de detección del detector de metales es ubicado en el espacio entre las antenas generadora y receptora, por lo que en el punto de control hay un detector de metales que se instala de manera que durante la inspección una persona pase por la abertura del arco entre sus postes laterales.
El principio de funcionamiento de un detector de metales estacionario se basa en registrar los cambios en la inducción mutua de las antenas generadoras y receptoras que se producen cuando los objetos metálicos se mueven en la zona de detección.
El funcionamiento de un detector de metales estacionario ocurre de la siguiente manera.
La unidad electrónica genera una corriente alterna en la antena del generador, realizada en forma de circuito de inducción, excitando un campo electromagnético primario en el espacio controlado. En la antena receptora (también en forma de bucle de inducción) se forman señales que representan la fem inducida por el campo primario. Cuando se introduce un objeto metálico en la zona de detección, se forman corrientes parásitas en el detector de metales bajo la influencia del campo primario, que inducen una fem secundaria en el circuito receptor. F.e.m. totales en la salida de la antena receptora cambia, lo cual es registrado por la unidad electrónica.
Se utilizan varias opciones para la excitación del campo primario: corrientes armónicas, poliarmónicas o pulsadas. Su frecuencia oscila entre 1 y 10 kHz.
Las principales características técnicas de un detector de metales estacionario son: sensibilidad, probabilidad de detección correcta, probabilidad de falsa alarma, selectividad y compatibilidad con otros dispositivos. de aplicaciones similares.
La sensibilidad está determinada por el tamaño más pequeño de un objeto que puede detectarse con una probabilidad determinada. Desde la f.e.m. a la salida de la antena receptora depende de varios parámetros del objeto (tamaño, forma, conductividad eléctrica, permeabilidad magnética), es difícil elegir una medida exacta que determine la sensibilidad. Por lo tanto, en la práctica, utilizan datos aproximados sobre el volumen de un objeto o su masa.
El diagrama de bloques de un detector de metales estacionario se muestra en la Fig. 2.
Sistema inductivo radiante 2Consta de cuatro bobinas emisoras (dos emisoras del canal principal y dos de compensación), que crean un campo magnético pulsado de cuatro fases en la zona de detección. El generador 1 produce pulsos de potencia estables en el tiempo para el sistema inductivo emisor y pulsos de muestreo de señal en los circuitos de las unidades de procesamiento de señales de los canales 1 y 2. Sistema inductivo receptor 3consta de dos bobinas. Para obtener una sensibilidad uniforme en el área controlada, las bobinas tienen forma de ochos dobles, desplazadas entre sí vertical y horizontalmente. Los bloques 4, 5 de procesamiento de señales de los canales 1 y 2 están diseñados para amplificar, convertir y filtrar señales provenientes de las bobinas del sistema inductivo receptor.
Las señales principal y de compensación de cada canal tienen polaridades diferentes debido al desfase de las bobinas emisoras. Esto permite obtener en la unidad de procesamiento de señales la adición de señales útiles y la destrucción mutua de interferencias de modo común. Una señal útil es cualquier cambio en la forma del proceso transitorio cuando un objeto metálico pasa a través de los sistemas inductivos de transmisión y recepción del detector de metales. La señal total en el bloque de procesamiento de señal se amplifica, se filtra de interferencias y luego el circuito de generación del módulo de señal se alimenta al indicador.
En el indicador 7Las señales del canal de recepción se suman, se convierten de señales analógicas a discretas y se envían a un indicador de nivel LED discreto y a un generador de señales de audio con una duración del sonido proporcional a la amplitud de la señal. La centralita 6sirve para encender y apagar el producto y ajustar su sensibilidad. La fuente de alimentación 8 genera los voltajes necesarios para el funcionamiento de los componentes electrónicos del producto.
Los detectores de metales estacionarios modernos tienen una sensibilidad suficiente para registrar objetos que pesan a partir de 10 g y permiten un ajuste de sensibilidad para detectar objetos de menor tamaño y masa que los objetos de búsqueda. El rango de ajuste es de 40 dB (100 rad) o más, lo que corresponde aproximadamente al rango de cambios en el tamaño de los objetos de búsqueda reales. Al prepararse para el trabajo, se selecciona el nivel de sensibilidad requerido de modo que, con la máxima desafinación de objetos más pequeños, la probabilidad de detectar objetos de búsqueda sea prácticamente igual a 1. En este caso, la probabilidad de perder objetos de menor tamaño y masa que el buscar objetos se llama selectividad.
La selectividad depende significativamente de la uniformidad de la zona de detección, que se caracteriza por la relación de la fem máxima. en la antena receptora al mínimo en toda la apertura del arco al portar el mismo objeto. Cuanto más cercana a 1 esté esta relación, mejor será la uniformidad y, por tanto, la selectividad del dispositivo.
El detector de metales estacionario tiene una inmunidad al ruido bastante alta, lo que está garantizado por el diseño y configuración especiales de las antenas receptoras, así como por las soluciones de circuitos de los componentes electrónicos. Sin embargo, cuando se opera en un entorno con interferencias electrónicas intensas, como el entorno de un aeropuerto, pueden producirse falsas alarmas. Para mejorar significativamente la inmunidad al ruido, el detector de metales estacionario incluye un canal infrarrojo (IR) adicional, un canal para registrar a una persona que pasa a través de una abertura y el procesamiento conjunto de señales de los canales principal e IR.
Detectores de metales portátiles (de mano)
Los detectores de metales portátiles (de mano) se utilizan para buscar rápidamente objetos metálicos escondidos en el cuerpo humano, en equipaje, correspondencia, etc. Estructuralmente, el detector de metales tiene la forma de una carcasa dieléctrica portátil, que alberga un elemento de búsqueda, unidades de visualización y procesamiento electrónico y baterías. El elemento de búsqueda es un bucle de inducción en forma de bobina rectangular, redonda o cilíndrica.
El detector de metales portátil funciona según el siguiente esquema.
La bobina está conectada al circuito del generador. Cuando aparece un objeto metálico cerca de él, su inductancia cambia, lo que provoca un cambio en los parámetros de generación. Estos cambios son registrados por el circuito de procesamiento y transmitidos en forma de señal luminosa o sonora.
Arroz. 2. Diagrama de bloques de un detector de metales estacionario
La frecuencia del generador suele estar en el rango de 10 a 100 kHz. El campo electromagnético de la bobina es bastante débil y, al igual que en la versión estacionaria del detector de metales, cumple totalmente con los estándares sanitarios y biológicos.
El diagrama de bloques del detector portátil (manual) detector de metales sostenido) se muestra en la Fig. 3.
Oscilador de referencia 1 genera impulsos eléctricos con una frecuencia de repetición Fc. En ausencia de un objeto metálico en el campo eléctrico del inductor, el generador de medición 2 genera impulsos eléctricos con una frecuencia de repetición FP. Las señales de los generadores de medición y referencia se alimentan al mezclador 3, después de lo cual, como resultado del procesamiento, se genera una señal en forma de pulsos con una frecuencia de repetición F = FC – FP. A continuación, la frecuencia de repetición se convierte en pulsos en dientes de sierra, cuya amplitud es inversamente proporcional a la frecuencia de repetición. Los pulsos en forma de rampa se envían a la entrada del comparador 7, lo que forma una caída de voltaje que se utiliza para activar el modelador de señal de audio 8. Cuando se activa el generador de señal de audio, el circuito de coincidencia 10 pasa la señal del generador de audio al amplificador de potencia y al altavoz 11, que produce la señal de salida de audio del detector de metales.
Hasta que aparezca un objeto metálico en el campo de la bobina inductora del generador de medición, la amplitud de los pulsos en forma de diente de sierra es menor que el umbral de respuesta del comparador y no se generan señales de sonido.
Cuando un objeto metálico ingresa al campo de acción del inductor, la frecuencia de los pulsos generados por el generador de medición cambia, la amplitud de los pulsos en forma de diente de sierra aumenta y excede el umbral de operación del comparador, el comparador pone en marcha el generador de señal de sonido, el El circuito de coincidencia comienza a transmitir la señal del generador de sonido y aparece una señal de sonido en la salida del detector de metales, indicando la presencia de metal. Para eliminar la influencia de las fluctuaciones de la tensión de alimentación (descarga de la batería 12), se introduce en el circuito un estabilizador de tensión 13.
Los detectores de metales portátiles se utilizan eficazmente en combinación con los estacionarios. En este caso, después de pasar por un detector de metales estacionario, si es necesario, puede aclarar la presencia de elementos de búsqueda mediante una verificación adicional con un dispositivo portátil.
Los detectores de metales portátiles de varias compañías difieren en las formas elegidas, la introducción de controles de servicio adicionales y características operativas con características de detección prácticamente similares. La sensibilidad de los detectores de metales portátiles se establece caso por caso mediante ajuste manual.
Fig. 3. Diagrama de bloques de un detector de metales portátil (de mano)
Los equipos de inspección nacionales, con las mismas características técnicas básicas que los extranjeros, tienen un diseño inferior, pero son más resistentes a las condiciones climáticas de funcionamiento en Rusia y tienen un costo significativamente menor. Según los introscopios, ¿a los 20? 25%, ¿y para los detectores de metales? hasta el 50%. Además, las reparaciones y el mantenimiento de equipos nacionales durante los períodos de garantía y posgarantía son mucho más baratos que los extranjeros.
La intensificación del terrorismo internacional plantea la tarea de aumentar aún más la eficiencia de equipos de inspección, tanto en términos de mejorar las características técnicas de los equipos existentes como en términos de encontrar formas de crear dispositivos prometedores basados en nuevos principios físicos.
Literatura
-
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