Применение магнитной томографии в проходных металлодетекторах..
Применение магнитной томографии в проходных металлодетекторах
Щербаков Григорий Николаевич,профессор, доктор технических наук,
Анцелевич Михаил Александрович, профессор, доктор технических наук,
Удинцев Дмитрий Николаевич, доктор технических наук,
Шлыков Юрий Александрович, кандидат технических наук,
Бровин Андрей Витильевич, кандидат технических наук
Источник: журнал «Специальная Техника» № 6 2007 год.
В настоящее время в условиях действий криминальных и радикальных группировок, активизации террористической деятельности на территории РФ, актуальность выявления огнестрельного оружия, гранат, холодного оружия, замаскированных под одеждой или в багаже определяется необходимостью решения задачи обеспечения безопасности населения, организаций и предприятий. Все чаще и чаще мы наблюдаем картину досмотра сотрудниками органов безопасности граждан и их вещей с целью поиска предметов являющихся источником повышенной опасности для населения. Для проведения досмотров используются различные технические устройства. Одним из наиболее распространенных, предназначенных для проведения досмотров в местах массового скопления людей, являются проходные металлодетекторы.
Объектами поиска, в борьбе с терроризмом, в большинстве случаев являются ферромагнетиками: огнестрельное оружие; гранаты; холодное оружие, замаскированные под одеждой или в багаже; «пояса шахидов», содержащие готовые осколки; батарейки в электронной схеме подрыва, механические, электронные и радиовзрыватели от различных взрывных устройств. В то же время, сигналы от изделий из диамагнитных металлов (часы, ювелирные изделия, фольга кондитерских изделий и т.д.) в данном случае являются помеховыми, снижающими пропускную способность
При необходимости досмотра большого количества людей, например, при проведении массовых мероприятий, низкая скорость поиска приводит к невозможности качественного проведения контроля.
Большинство современных проходных металлодетекторов работают на вихретоковом принципе и имеют ряд недостатков, основными из которых являются:
- большое число ложных срабатываний, по причине реагирования на любые металлические предметы, в том числе из диамагнитных материалов (часы, ювелирные изделия и т.д.), что значительно снижает скорость поиска;
- нерешенность проблемы взаимной компенсации нескольких металлических предметов с противоположными магнитными свойствами (например, можно рядом с пистолетом расположить подобранную заранее деталь из композиции цветных металлов, в результате чего обнаружение оружия становится затруднительным);
- отсутствие эффективных методов распознавание полезного сигнала на фоне помех (корреляционного анализа и т.д.).
Кроме того, такие металлодетекторы относятся к активным, т.е. обладающим собственными зондирующими полями, поисковым приборам, и могут привести к подрыву взрывного устройства, например пояса шахида с дублирующим радиовзрывателем. Не маловажен в данном случае и медицинский аспект[8]. Долгие годы считалось, что электромагнитные поля оказывают на организм лишь тепловое воздействие, а имеющиеся техногенные источники, особенно в области сверхнизких частот (менее 100 Гц, прежде всего промышленных частот 50 и 60 Гц), обладают слишком малой энергией, чтобы оказывать заметное влияние на человеческие ткани. Однако к настоящему времени установлена достаточно устойчивая корреляция между временем нахождения персонала в зоне действия электромагнитного излучения и рядом неврологических нарушений организма (головная боль, раздражительность, повышенная утомляемость), а также расстройством сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Сейчас считается установленным факт воздействия на организм человека электромагнитного излучения даже незначительной интенсивности. Очень чувствительна к воздействию электромагнитного излучения нервная система эмбриона. Кроме того, имеются требования различных международных институтов относительно влияния электромагнитного излучения на вживленные кардиостимуляторы. Даже кратковременные малые внешние магнитные поля с индукцией 0,1-0,3 мкТл приводят к заметным изменениям участков электрокардиограмм. Наблюдаемые изменения усиливаются с повышением напряженности магнитного поля. Необходимо учесть, что в существующих индукционных проходных металлодетекторах (как гармонических, так и импульсных)индукция низкочастотного магнитного поля достигает единиц мкТл, а иногда и более.
Таким образом, проходные «антитеррористические» металлодетекторы предназначенные для выявления огнестрельного оружия, гранат, холодного оружия, замаскированных под одеждой или в багаже должны отвечать следующим требованиям:
- Обнаруживать изделия только из черных металлов (ферромагнитных материалов).
- Не иметь собственных зондирующих полей. Быть пассивными.
- Указывать зону нахождения объекта поиска на теле человека.
Применение магнитометрического метода поиска в качестве физической основы для разработки проходных металлодетекторов [1,2,3,6,7] позволит выполнить первое и второе требования. Возможность применения магнитометрического метода в качестве досмотрового средства рассмотрена в работах [5,6,7]. Данная идея реализована в виде портативного магнитометрического поискового прибора для обнаружения скрытно носимых ферромагнитных объектов (оружия, мин и взрывоопасных предметов) в условиях неблагоприятной помеховой обстановки.
Для быстрого определения зоны нахождения объекта поиска на объекте досмотра (теле человека) целесообразно использовать несколько датчиков связанных в единую систему. Как показали проведенные исследования, наиболее целесообразно использовать в этих целях принцип магнитной томографии.
В основе томографии (в широком смысле) лежит возможность математического реконструирования пространственного распределения той или иной характеристики вещества внутри объекта по влиянию этого вещества на физической поле или излучение, пронизывающее объект и регистрируемое внешними датчиками.
Выполнение всех трех требований предъявляемых к проходным металлодетекторам достигается использованием в них в качестве датчиков линейки из твердотелых полупроводниковых датчиков магнитного поля, осуществляющих динамическое «послойное» сканирование, а также введением в состав проходного металлодетектора контроллера, приёмо-передающего устройства и автономного индикаторного устройства, включающего приёмо-передающее устройство и блок сопряжения с компьютером.
На рис.1 показана структурная схема перспективного магнитного томографа — проходного металлодетектора отвечающего всем трем указанным выше требованиям.
Магнитный томограф содержит блок сбора-передачи информации и автономное индикаторное устройство. Блок сбора-передачи информации включает датчики искажения магнитного поля Земли в виде линейки из твердотелых полупроводниковых датчиков магнитного поля[4], закрепленных на одной оси, контроллер, приёмо-передающее устройство, корпус из немагнитного материала. Автономное индикаторное устройство включает корпус из немагнитного материала, приёмо-передающее устройство и блок сопряжения со специальным компьютером.
Магнитный томограф работает следующим образом.
Рис.1. Магнитный томограф- пассивный проходной металлодетектор:
1- содержит блок сбора-передачи информации;
2- автономное индикаторное устройство;
3- датчики искажения магнитного поля Земли в виде линейки из магнитометрических датчиков, закрепленных на одной оси;
4- резервный блок;
5- контроллер;
6- приёмо-передающее устройство;
7- корпус из немагнитного материала;
8- корпус автономного индикаторного устройства выполненный из немагнитного материала;
9- приёмо-передающее устройство автономного индикаторного устройства;
10-блок сопряжения с компьютером;
11-компьютер с гибким интерфейсом.
Ферромагнитный объект поиска, попадая в зону обнаружения, искажает силовые линии магнитного поля Земли. Данное искажение фиксируется датчиками магнитного поля (твердотелыми или пленочной структуры) , сигналы с которых обрабатываются микроконтроллером с помощью специального алгоритма, позволяющего исключить помехи. Далее информация по проводам или радиоканалу поступает на компьютер. Очень важно, чтобы интерфейс устройства представлял собой не статическую картину по принципу «да»-«нет», а динамическую «дышащую» послойно сканируемую картину изменения магнитного поля.
В настоящее время практически все известные многозонные проходные металлодетекторы используют индукционный (вихретоковый) принцип работы. Из известных многозонных проходных металлодетекторов с программной обработкой сигналов пассивным, т.е. не облучающим проходящих через них людей, является только изделие «Зонд-П»(рис.2).
Его технические характеристики:
Габариты – 190х4х2 см;
Масса комплекта – (размещен в двух укладках) – 12 кг;
Рабочее напряжение- 220В, 50 Гц;
Потребляемая мощность- 60 Вт;
Время сборки комплекта и ввод в рабочий режим эксплуатации не более 10 мин;
Температурный диапазон работы от 0 до +500С;
Ширина прохода до 1 м.
Рис.2. Внешний вид металлодетектора «Зонд-П»
Основные преимущества перед существующими металлодетекторами:
1. Два уровня интеллектуального распознавания объекта: собственный встроенный микропроцессор и специальное программное обеспечение на персональном компьютере.
2. Более высокая скорость обнаружения за счет поиска только ферромагнитных издлиий и электронных устройств, находящихся в активном состоянии. Пибор не раегирует на изделия из цветных металлов (фольга о кондитерских и табачных изделий, ювелирные украшения, монеты и др.)
3. Высокая безопасность поиска взрывных устройств за счет отсутствия собственных зондирующих полей, вызывающих случайное срабатывание взрывателей с электронными компонентами.
4. Отсутствует электромагнитное излучение, влиияющее на здоровье человека. В частности не влияет на вживленные кардиостимуляторы.
Небольшие габариты изделия обеспечивают его мобильность, не требует подготовки, а при необходимости дают скрытность установки.
Литература:
1. Щербаков Г.Н. Обнаружение объектов в укрывающих средах. Для криминалистики, археологии, строительства и борьбы с терроризмом.- М.: Арбат-Информ, 1998г.
2. Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов — для гуманитарного разминирования, криминалистики, археологии, строительства и борьбы с терроризмом. -М.: Арбат-Информ, 2004г.
3. Удинцев Д.Н., Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А. Выбор электромагнитного метода зондирования укрывающих сред. Специальная техника, 2005.- №1.- с.21-25.
4. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника.Т.1.-М.:ДМК Пресс, 2001г.
5. Обнаружитель ферромагнитных объектов./Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А., Удинцев Д.Н., Миронов С.И. Патент N38962 от 6.02.2004г.
6. Обнаружитель ферромагнитных объектов./Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А., Удинцев Д.Н., Миронов С.И., Глущак Б.П., Филин В.Г. Патент N42329 от 8.09.2004г.
7. Пути повышения помехоустойчивости магнитометрических средств поиска и их практическая реализация// Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А., Удинцев Д.Н. и др. Специальная техника-.№3, 2005г.- с.19-24.
8. Гордиенко В.А. Физические поля и безопасность жизнедеятельности.-М.: АСТ, 2006.-316 с.