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Formas de aumentar la inmunidad al ruido de las herramientas de búsqueda magnetométrica y su implementación práctica.

SHERBAKOV Grigory Nikolaevich, Profesor, Doctor en Ciencias Técnicas,
ANTSELEVICH Mikhail Aleksandrovich, Profesor, Doctor en Ciencias Técnicas,
UDINTSEV Dmitry Nikolaevich, Candidato de Ciencias Técnicas,
FILIN Vladimir Grigorievich,
VOLOSHKO Vitaly Sergeevich.

FORMAS DE AUMENTAR LA INMUNIDAD A LAS INTERFERENCIAS DE LAS HERRAMIENTAS DE BÚSQUEDA MAGNETOMÉTRICA Y SU IMPLEMENTACIÓN PRÁCTICA

Formas Se consideran prácticamente aumentar la inmunidad al ruido y la seguridad de las herramientas de búsqueda magnetométrica. Su implementación se presenta en forma de un prototipo de un dispositivo de búsqueda magnetométrico portátil para detectar objetos ferromagnéticos transportados de forma encubierta (armas, minas y objetos explosivos) en un entorno de interferencia desfavorable.

Actualmente, en el contexto de las acciones de grupos criminales y radicales y la intensificación de las actividades terroristas, la relevancia de identificar tales objetos está determinada por la necesidad de resolver el problema de garantizar la seguridad de la población, organizaciones y empresas. Cada vez más, vemos registros manuales por parte de agentes de seguridad de personas sospechosas y sus pertenencias con el fin de buscar artículos que sean una fuente de mayor peligro para la población.

El objetivo de la investigación en esta dirección es crear medios técnicos de lucha contra el terrorismo, diseñados para la identificación rápida y segura de armas de fuego, granadas y armas blancas ocultas bajo la ropa o en el equipaje.

Actualmente, los organismos encargados de hacer cumplir la ley y las organizaciones de seguridad privada utilizan varios detectores de metales que funcionan según el principio de detección de corrientes parásitas (inducción) y están diseñados para buscar objetos metálicos tanto ferrosos como no ferrosos [1 – 3]. La principal desventaja de un detector de metales de este tipo es la gran cantidad de falsos positivos debido a la reacción a cualquier objeto metálico (relojes, joyas, láminas de confitería, etc.), lo que reduce significativamente la velocidad de búsqueda. La capacidad de distinguir entre metales ferrosos y no ferrosos por fase no siempre da un efecto positivo y depende de la forma y las dimensiones geométricas del cuerpo perturbador.

Si es necesario inspeccionar a un gran número de personas, por ejemplo, durante eventos masivos, la baja velocidad de búsqueda imposibilita un control de alta calidad.

Además, el metal de inducción Los detectores están activos, es decir. tienen sus propios campos de sondeo y dispositivos de búsqueda y pueden provocar la detonación de un artefacto explosivo, por ejemplo un cinturón suicida [4].

Los detectores de metales portátiles modernos diseñados para detectar armas de fuego, granadas y armas blancas ocultas debajo de la ropa o en el equipaje deben cumplir los siguientes requisitos:

detectar productos fabricados únicamente con metales ferrosos (materiales ferromagnéticos);
- detectar productos fabricados únicamente con metales ferrosos (materiales ferromagnéticos li>
- no tienen sus propios campos de sondeo.
Para detectar Inhomogeneidades de campo locales en medios de cobertura no ferromagnéticos (tierra, agua, nieve, etc.) causadas por objetos artificiales ferromagnéticosDe origen, los dispositivos magnéticamente sensibles, como los gradiómetros fluxgate o los magnetómetros, son los más utilizados [1, 2, 5 – 8]. Una tarea similar surge cuando se buscan oleoductos y gasoductos de acero, equipos hundidos, armas pequeñas, armas de fuego y armas blancas, bombas y proyectiles de artillería sin explotar y la mayoría de las minas antitanque, antiaterrizaje y antipersonal de ingeniería. Estos objetos tienen su propio campo magnético o distorsionan el campo uniforme de la Tierra y, en ambos casos, la magnitud del campo magnético en la zona del elemento sensible, el fluxgate, cambia su magnitud y dirección. Esta es una señal de la presencia de un objeto ferromagnético. En relación al objeto deseado, estos dispositivos son pasivos, es decir, no tienen ningún efecto sobre el objeto.

F.E.M. a la salida del sistema sensible del gradiómetro [6] es proporcional a la diferencia en la intensidad del campo magnético en dos puntos en el espacio (Fig. 1) ubicados a una distancia l entre sí (la base del gradiómetro). El principal parámetro de un magnetómetro es su sensibilidad. La sensibilidad se mide por la magnitud de la inducción magnética o la intensidad del campo magnético que el dispositivo es capaz de registrar. Otra característica no menos importante es la resolución, que determina la diferencia mínima en los parámetros del campo magnético que puede registrar el dispositivo. Los magnetómetros modernos tienen una resolución de 0,01 a 1 nT, según el principio de funcionamiento y la clase de problemas a resolver.

Las desventajas de tales dispositivos son, en primer lugar, la presencia de sus propios campos magnéticos, aunque mucho menores que los de los dispositivos de inducción, inducidos por elementos sensibles al fluxgate, que reducen la seguridad del trabajo cerca de objetos explosivos; en segundo lugar, operación inestable cerca de estructuras artificiales y otros objetos que distorsionan el campo magnético de la Tierra. En nuestro caso, el sistema de medición debe registrar faltas de homogeneidad locales sin reaccionar a un cambio relativamente suave en el campo magnético.

Fig.1. Detección de faltas de homogeneidad ferromagnética de pequeño tamaño
en medios de cobertura no ferromagnéticos mediante gradiómetros fluxgate

El primer inconveniente se elimina mediante el uso de elementos sensibles que no tienen campos propios. Uno de los elementos pasivos magnéticamente sensibles que mejor cumple con los requisitos de los elementos incluidos en dispositivos portátiles son los sensores Hall [10]. Los estudios han demostrado que su uso permitió deshacerse de los propios campos de sondeo y, por tanto, aumentar la seguridad de la búsqueda.

El segundo inconveniente, que limita significativamente el ámbito de aplicación del Fluxgate magnetométrico portátil dispositivos de búsqueda, se elimina eligiendo la longitud óptima de la base (distancias entre elementos magnéticamente sensibles).

El trabajo [9] presenta una relación que conecta las principales características de un gradiómetro fluxgate con las características del objeto de búsqueda, aproximado por una esfera ferromagnética y su rango de detección:

, (1)

donde – la diferencia entre las intensidades del campo magnético externo perturbado en los centros de las compuertas del magnetómetro, A/m;
H0 – la intensidad del campo magnético constante de la Tierra, A/m;
Rsf – el radio de la esfera ferromagnética, m;
msf – permeabilidad magnética relativa del objeto de búsqueda;
min – permeabilidad magnética relativa del medio de cobertura externo;
l – distancia entre compuertas de flujo (base longitud), m;
robn – distancia máxima de detección del objeto de búsqueda por el gradiómetro fluxgate, aproximada por una esfera ferromagnética, m.

En la práctica, la característica más precisa de un objeto de búsqueda ferromagnético no es su radio reducido, sino la masa del material ferromagnético. En este caso, la dependencia (1) tomará la siguiente forma:

, (2)

mop – masa del material ferromagnético del objeto de búsqueda, kg;
rop – densidad del material del objeto de búsqueda, kg/m3.

En la figura. La Figura 2 muestra la dependencia del rango de detección robn del objeto de búsqueda (msf = 100) de la masa de su material ferromagnético (acero) y la distancia entre las compuertas de flujo l de un magnetómetro diferencial con una resolución de intensidad de campo magnético de 0,1 A/m.

Fig.2. Dependencia del rango de detección robn del objeto de búsqueda (msf = 100) dependiendo de la masa de su material ferromagnético (acero) y la distancia entre las compuertas de flujo l de un magnetómetro diferencial con una resolución de intensidad de campo magnético de 0,1 A/m

El análisis de las dependencias (1, 2) y el gráfico (Fig. 2) mostraron que:
- disminuyendo la longitud de la base aumenta el valor de la masa mínima del material ferromagnético detectado y reduce la distancia máxima de detección del objeto de búsqueda;
- para cada longitud de base existe una distancia límite a la cual el dispositivo prácticamente no detecta ningún objeto que sea una interferencia;
- la longitud de base apropiada depende y debe ser consistente con la masa ferromagnética esperada del objeto de búsqueda y sus dimensiones geométricas;
- Es aconsejable tener una longitud de base que sea 1,5 — 2 veces mayor que el radio dado del objeto de búsqueda.
La elección correcta de la longitud de la base de un dispositivo de búsqueda magnetométrico permite buscar objetos locales en las condiciones de interferencia electromagnética existentes en la práctica, lo que conduce a un cambio suave en el campo magnético externo.

Así, por ejemplo, con una longitud de base de 0,1 m y una resolución de intensidad de campo magnético de 0,1 A/m, se detectan objetos con una masa ferromagnética (acero) de más de 46 g a una distancia de 0,1 m y más de 165 g. kg a una distancia de 1 m. En consecuencia, en el sitio de inspección a una distancia de más de 1 m, los objetos que pesan hasta 165 kg no afectan la calidad de funcionamiento del equipo de inspección que tiene las características especificadas. A una distancia de más de 2 m ya se pueden ignorar objetos extraños de acero que pesen hasta 2410 kg.

En algunos casos, por ejemplo, trabajando en estructuras blindadas, en lugares donde hay una gran cantidad de objetos ferromagnéticos extraños, es extremadamente difícil utilizar el campo magnético de la Tierra para detectar objetos de búsqueda. En este caso, es posible utilizar su propia fuente de campo magnético [11], cuya distorsión de las líneas del campo magnético es registrada por el dispositivo de búsqueda. Los estudios experimentales han demostrado que para garantizar un funcionamiento estable del dispositivo, independientemente de la presencia y el grado de distorsión del campo magnético terrestre, la intensidad de su campo magnético en el área de búsqueda debe ser al menos un orden de magnitud mayor que la intensidad total. del campo magnético externo.

Los estudios teóricos y experimentales realizados nos permiten extraer las siguientes conclusiones
- Es recomendable utilizar dispositivos de búsqueda magnetométricos como medio técnico de lucha contra el terrorismo, diseñados para la identificación rápida y segura de armas de fuego, granadas, armas blancas ocultas bajo la ropa o en el equipaje.
- Garantizar el funcionamiento seguro de un dispositivo de búsqueda magnetométrico, es necesario utilizar elementos sensibles que no tengan campos electromagnéticos propios, o que tengan campos que no sean capaces de provocar la detonación de un artefacto explosivo según sus características.
- La inmunidad al ruido de estas herramientas de búsqueda se logra optimizando la longitud de la base e introduciendo su propia fuente de campo magnético en su composición.
Estas ideas están patentadas [11, 12].

Actualmente, las ideas presentadas se implementan en el detector de objetos ferromagnéticos Zond-F (foto 1), diseñado para buscar objetos ferromagnéticos (armas, minas y objetos explosivos) bajo ropa humana.

Foto 1. Aspecto de un prototipo de detector de objetos ferromagnéticos diseñado para buscar armas, minas y objetos explosivos debajo de la ropa humana

Las principales ventajas de este dispositivo magnetométrico sobre los detectores de metales por inducción existentes:
- Mayor velocidad de detección al buscar solo productos ferromagnéticos y dispositivos electrónicos que se encuentren en estado activo. El dispositivo no reacciona a productos hechos de metales no ferrosos (láminas de confitería y productos de tabaco, joyas, monedas, etc.).
- Alta seguridad en la búsqueda de artefactos explosivos debido a la ausencia de su propio Campos de sondeo que provocan la activación accidental de artefactos explosivos.
- Pequeñas dimensiones que permiten llevar el producto en el bolsillo de la camisa.
Las pruebas han demostrado la promesa de utilizar esta herramienta para la identificación rápida y segura de artefactos explosivos, armas de fuego, granadas y armas blancas ocultas debajo de la ropa o en el equipaje.

Los autores expresan su agradecimiento a Stanislav Ivanovich Mironov y Glushchak Boris Pavlovich por su ayuda en la creación de una configuración experimental y un prototipo.

Literatura

1. Shcherbakov G.N. Detección de objetos en entornos escondidos. Para ciencia forense, arqueología, construcción y antiterrorismo. M.: Arbat-Inform, 1998.
2. Shcherbakov G.N. Detección de objetos ocultos para desminado humanitario, forense, arqueología, construcción y antiterrorismo. M.: Arbat-Inform, 2004.
3. Saulov A.Yu. Detectores de metales para aficionados y profesionales. San Petersburgo: Ciencia y Tecnología, 2004, 224 p.: ill.
4. Shikin A.S. Cómo protegerse de una explosión. M.: Mundo de seguridad, 1999, 79 págs.
5. Arbuzov S.O. Dispositivos de búsqueda sensibles al magnetismo./Equipos especiales, 2000, n° 6.
6. Lyubimov V.V. Magnetómetros de diagnóstico para el monitoreo electromagnético en condiciones urbanas y métodos y medios modernos de visualización individual y masiva de sus resultados. Revisar. Preimpresión No. 6 (1116). M.: IZMIRAN, 1998.
7. Prospección magnética. Manual de geofísica./Ed. V.E.Nikitsky, Yu.S.Glabovsky. M.: Nedra, 1980.
8. Afanasyev Yu.V. Ferrosondas. L.: Energía, 1969.
9. Shcherbakov G.N., Anzelevich M.A., Udintsev D.N. Estimación de la profundidad máxima de detección de objetos ferromagnéticos de origen artificial en el espesor de un medio semiconductor./Equipo especial, 2004, 2.
10. Baranochnikov M.L. Micromagnetoelectrónica.Vol.1. M.: DMK Press, 2001.
11. Detector de objetos ferromagnéticos./Shcherbakov G.N., Anzelevich M.A., Udintsev D.N., Mironov S.I. Patente N38962 del 06/02/2004
12. Detector de objetos ferromagnéticos./Shcherbakov G.N., Anzelevich M.A., Udintsev D.N., Mironov S.I., Glushchak B.P., Filin V.G. Patente N42329 del 08/09/2004