Зарубежные арочные металлодетекторы. Осознанный выбор.

Зарубежные арочные металлодетекторы — осознанный выбор.

Синелыциков Георгий Александрович

Металлодетекторы для поиска оружия при персональном досмотре стали неотъемлемой частью большинства систем обеспечения безопасности.

При построении такой системы у потребителя появляется задача выбора из 30 моделей и модификаций металлодетекторов отечественного и зарубежного производства, представленных в настоящий момент на рынке.

Отсутствие государственных и отраслевых стандартов на металлодетекторы и методик их испытаний и оценки значительно усложняет возможность правильного выбора металлодетектора для конкретно определенных целей и условий досмотра.

Тем не менее, каждый потребитель сам может подобрать металлодетектор для своих задач, обладая определенными знаниями в области детектирования металлов и временем, необходимым для самостоятельного проведения несложных испытаний.

Для выбора конкретной модели металлодетектора пользователю необходимо, прежде всего, определить объекты поиска.

Способность металлодетектора решать различные задачи при обнаружении металлических предметов позволяет классифицировать металлодетекторы по их применению. Определение объекта поиска позволяет выбрать класс металлодетектора.

Классифицировать металлодетекторы (МД) для персонального досмотра можно следующим образом:

— арочные МД общего назначения (предназначены для обнаружения металлического оружия);
— арочные МД повышенной чувствительности (предназначены для обнаружения достаточно малых металлических объектов);
— арочные МД очень высокой чувствительности (предназначены для обнаружения объектов из цветных металлов весом от единиц граммов);
— ручные МД (применяются во всех вышеназванных случаях как самостоятельное устройство, так и дополнительное локализующее устройство при совместном использовании с арочными МД).

Ручные металлодетекторы практически не отличаются друг от друга по принципу работы и основное их различие составляют потребительские и эксплуатационные характеристики.

При выборе ручного металлодетектора следует обращать внимание на соответствие их заявленных характеристик фактическим и специальным требованиям пользователя. Арочные металлодетекторы очень высокой чувствительности имеют ограниченную сферу применения.

Они используются в качестве системы доступа и досмотра для предотвращение хищений с предприятий, связанных с добычей и переработкой драгоценных металлов.

Принципы работы таких металлодетекторов основаны на оценке разницы сигнала измеренного при контролируемом проходе конкретного человека и сигнала от того же человека, но “металлически чистого”, хранящегося в базе данных компьютера.

Данные металлодетекторы используют интегрированную систему доступа, сложны в настройке и имеют довольно высокую цену ($60-100 тыс.).

Арочные металлодетекторы повышенной чувствительности и общего назначения сходны по принципу действия и используемым технологиям.

Основным качественным показателем металлодетектора повышенной чувствительности является способность обнаружить довольно маленький объект поиска (это могут быть лезвия бритвы, перочинного ножа, микросхемы, некоторые драгоценности, упаковки из металлической фольги и т.п.), и, поскольку он соизмерим или даже много меньше любого из предметов личного пользования, показатель селективности в таких металлодетекторах не оценивается.

Организационные меры, применяемые при использовании таких металлодетекторов, включают в себя открытый пункт досмотра с визуальным контролем предъявляемых металлических предметов, обеспечение персонала одеждой и обувью, не содержащей или содержащей минимально возможное количество металлических включений, при удовлетворительной электромагнитной обстановке.

Применяются арочные металлодетекторы повышенной чувствительности чаще всего на предприятиях для предотвращения хищений продукции, для досмотра посетителей тюрем, кабинетов ядерного магнитного резонанса в больницах.

Примером арочных металлодетекторов повышенной чувствительности могут служить METOR124 производства Metorex (Финляндия) и SMD600 производства C.E.I.A (Италия).

Большинство из предлагаемых на рынке металлодетекторов относятся к металлодетекторам общего применения.

При выборе металлодетектора следует помнить, что особенно в настоящий момент, когда рынок переживает довольно тяжелые времена, разница в цене очень четко отслеживает разницу в технологиях.

Конечно же, на цену влияют маркетинговые подходы компаний, но в целом, анализируя как российский, так и зарубежный рынок, становится очевидно, что дорогостоящие изделия означают использование высоких технологий и высокие характеристики обнаружения.

Это изделия, при применении которых, высокие требования обеспечения безопасности становятся реальностью.

Наоборот, недорогие металлодетекторы характеризуются невысокими характеристиками, использованием дешевых технологий и низкоквалифицированого труда. Такие изделия могут применяться только для обеспечения невысокого уровня безопасности при принятии дополнительных жестких организационных мер.

Анализ характеристик различных моделей металлодетекторов можно проводить, используя только одни и те же объекты поиска и набор предметов личного пользования.

Очень часто при приобретении металлодетектора российские потребители определяют в качестве единственного объекта поиска пистолет Макарова (ПМ).

Однако, как показывает опыт, после некоторого времени эксплуатации металлодетектора в 70% случаев, реальные объекты поиска оказываются меньше ПМ, появляются требования по определению объектов из немагнитной стали и цветных металлов.

Поэтому выбирать металлодетектор необходимо с запасом на будущее.

Конечно же, только потребитель может определить необходимый для него объект поиска, но для ориентировочной справки можно привести набор объектов поиска, так называемый 3-gun test (см. табл. 1), определенный FAA (Федеральной Авиационной службой США) для оценки характеристик обнаружения металлодетекторов, предназначенных для использования в аэропортах США.

Кстати, FAA оценивает металлодетекторы в каждом конкретном случае, а не сертифицирует их в общем для применения в аэропортах США.

Таблица 1. Тестовые предметы FAA. (3-Gun Test).

Эти предметы должны определяться арочным металлодетектором с достаточно высокой вероятностью в соответствии с методиками конкретных тестовых процедур или стандартов.

В мире широко используются методики NILECJ и ASTM для оценки характеристик металлодетекторов. NILECJ является первым и довольно старым стандартом (год разработки -1974), на который можно найти ссылки у всех производителей МД.

Он имеет дело с предметами, искусственно моделирующими те или иные типы оружия.

По мнению многих опытных пользователей, такой подход к анализу характеристик МД очень часто искажает реальные характеристики обнаружения металлодетекторов.

Набор предметов личного пользования может варьироваться от страны к стране, от объекта к объекту в зависимости от привычек, обычаев и конкретных требований безопасности.

Обычно набор включает металлические предметы, имеющиеся у среднестатистического взрослого человека.

Расположение этих предметов при проведение тестов должно быть стандартным и неизменным от теста к тесту.

Одним из примеров может служить набор предметов личного пользования, определенный FAA и используемый в США, он же принят в качестве исходного в стандарте ASTM (Американского Общества Материалов и Испытаний):

1. Ботинки со стальными супинаторами;
2. Ключи для “английского” замка (семь);
3. Часы в металлическом корпусе и на металлическом браслете;
4. Две шариковые ручки с металлическими корпусами ;
5. Очки в металлической оправе;
6. Монеты (5 шт.- по 1 центу, 3 шт.- по 10 центов, 3 шт.- по четверть доллара, 4 шт.- по 5центов);
7. Пряжка ремня из немагнитного материала;
8. Пачка сигарет;
9. Золотое обручальное кольцо;
10. Зажигалка (“Зиппо”, необязательно)

Каждый потребитель определяет свой набор объектов поиска и предметов личного пользования, так как задачи обнаружения могут быть разными.

Но без предварительного определения состава этих наборов невозможно провести полноценный анализ работоспособности металлодетектора.

Оценка характеристик обнаружения металлодетекторов обычно строится на соответствие следующим требованиям:

— высокая пропускная способность;
— 100% или близкая к этому вероятность определения объектов поиска;*
— высокая селективность (способность различать” объекты поиска и предметы личного пользования);
— очень низкая вероятность ложных тревог;**- стабильность параметров во времени.

Примечания:
*Значение зависит от конкретно используемых тестов, методик и глубины статистической выборки по некоторым тестам.

**Понятие “ложные тревоги” имеет разную трактовку. В одних случаях это срабатывание от любых предметов, не являющихся объектами поиска, в других — срабатывание от предметов личного пользования, в третьих — от внешних помех, а также любая из комбинаций вышеперечисленных причин.

Поэтому необходимо при оценке выбрать одну из трактовок понятия ложные тревоги”

На удовлетворение каждого из требований влияет множество принципиальных и технологических особенностей, заложенных и реализованных в конструкциях различных металлодетекторов. Рассмотрим подробнее различные принципы работы металлодетекторов и используемые технологические решения.

Для создания электромагнитного поля внутри металлодетектора применяются два принципа:

принцип замкнутого элементарного контура и принцип согласованной антенной системы.

В первом случае катушка металлодетектора вместе с конденсаторами блока электроники образует простейший радиотехнический контур, в котором возбуждаются синусоидальные колебания с установившейся амплитудой.

Внесение металлических предметов в такой контур ухудшает его добротность и амплитуда колебаний падает, что регистрируется в блоке электроники.

Анализ только амплитуды колебаний не позволяет добиться удовлетворительной селективности. Ограниченный динамический диапазон приводит к низкой помехоустойчивости, а дизайн катушки такого контура (ограничение возможности стабилизировать параметры) не позволяет достичь равномерности распределения поля, что в целом приводит к низким характеристикам системы.

Подобный принцип создания поля встречается в металлодетекторах производства фирмы SAFLEC (ЮАР), например, в моделях Slimline, PF450(550), Popular2000.

Второй принцип используют практически все производители металлодетекторов и заключается он в генерации поля катушкой передатчика, расположенной в одной панели металлодетектора и приемом сигнала поля катушкой приемника, расположенной в противоположной панели металлодетектора.

При таком типе генерации поля появляется больше возможностей для различного дизайна катушек, а, следовательно, лучшей равномерности распределения поля и как следствие лучшей селективности и уменьшения ложных тревог.

Еще одним преимуществом такого типа генерации поля является возможность анализа поля во времени при распространении от одной панели к другой, а также параметров затухания поля, что дает множество дополнительной информации для анализа сигналов от металлических объектов.

Во всех рассматриваемых далее металлодетекторах используется принцип генерации поля посредством согласованной пары Передатчик-Приемник.

Как было замечено ранее, дизайн конфигурации передающей и приемной катушек, по сути, определяет однородность поля, и является одним из основных факторов для обеспечения требований по селективности металлодетекторов, вероятностей обнаружения и ложных тревог.

Выбор той или иной конфигурации катушек осуществляется в результате тщательных исследований и макетирования.

От того, как спроектированы катушки, зависит равномерность распределения поля внутри металлодетектора, равно как и способность не реагировать на источники излучений, расположенные вне его (подавление “паразитных лепестков” антенной системы).

Проиллюстрировать влияние однородности на характеристики металлодетекторов можно следующим образом.

При однородном поле в каждой точке металлодетектора напряженность поля одинакова, а значит, при проносе эталонного объекта в каждой точке в пространстве металлодетектора сигнал от объекта будет одинаков.

Если поле неоднородно, что означает, наличие точек (областей) пространства с напряженностью, отличающейся от соседних, то и сигнал от эталонного предмета будет разным в каждой области.

В реальном применении это означает следующее: настройка металлодетектора на обнаружение объекта поиска, например, на поясе справа и на уровне груди, где напряженность поля может быть максимальной, может привести к пропуску этого же предмета на уровне пояса слева или колена при тех же установках.

Попытка же настройки металлодетектора на надежное определение объекта поиска во всех областях приводит к ложным срабатываниям на предметы личного пользования.

Для улучшения однородности поля в металлодетекторах применяются некоторые специальные меры:

• применение сдвоенных катушек в передатчике и приемнике с независимой обработкой каждого из каналов (например, METOR120, METOR160 производства Metorex (Финляндия), SCDM2 производства Е.Т. (Италия), 02PN8 и 02PN10 производства C.E.I..А. (Италия), CHECKGATE 8000 производства Control Screening (США)). Причем катушки в металлодетекторах METOR120, METOR160 создают электромагнитное поле во взаимно перпендикулярных плоскостях, что значительно улучшает обнаружение линейно протяженных объектов, таких как ножи, прутки арматуры и т.д.
• применение пар приемопередающих катушек, включенных во встречном направлении. Таким образом, появляется возможность определения местонахождения объекта поиска по отношению к панелям, (применяется в металлодетекторах МТ5500 производства фирмы GARRETT (США), CHECKGATE 9000 производства Control Screening (США), Intelliscan 6000, 9000, 12000 производства Ranger Security (США)). Надо отметить, что такой путь компенсации неоднородности не дает в представленных моделях значительного улучшения результатов, так как изначально базируется на недостаточно хорошем дизайне катушек и применяется как недорогой способ “латания дыр”.
• использование многокатушечных систем с пространственным разделением областей поиска. Независимые регулировки чувствительности в таких системах позволяют компенсировать неоднородности поля в металлодетекторах, возникающие вследствие влияния помех, а пространственная обработка сигналов позволяет увеличить селективность по распределенным предметам личного пользования. Принцип многозонности применен частично в металлодетекторе PMD2 производства C.E.I.A. (Италия) (используется три излучающие катушки и пять приемных с согласованной коммутацией и специальной обработкой), и полностью — в металлодетекторах METOR200 (восемь физических зон детектирования) производства Metorex и Intelliscan 12000 (шесть зон) производства Ranger Security.

На однородность поля оказывает влияние качество сборки катушек, поскольку отклонение в укладке витков приводит к изменению суммарной напряженности поля катушки и, естественно, всего металлодетектора.

Использование роботов при намотке катушек металлодетекторов фирмами C.E.I.A., Metorex, ET позволяет достичь абсолютной повторяемости дизайна катушек в каждом экземпляре панели.

Различия в однородности у них определяются лишь исходным дизайном.

Анализ намотки катушек металлодетектора Intelliscan 12000 производства Ranger Security приводит к удручающим результатам: намотанные вручную катушки, закрепленные на листе фанеры липкой лентой, не только не обеспечивают повторяемости, но и вынуждает производителя подбирать пары катушек для конкретного экземпляра только для достижения приемлемой однородности поля.

Все рассуждения о дизайне катушек и качестве их сборки справедливы как для панельной их версии, так и для колонной.

Катушки в виде колонн выпускаются итальянскими производителями наряду с привычными панелями.

Колонны хороши только с эстетической точки зрения, они легки, не закрывают пространство досмотра, экономят место установки.

На этом все их достоинства исчерпываются. Об однородности поля приходится забыть, селективность резко падает, увеличивается число срабатываний от разрешенных к проносу предметов.

Колонны могут применяться в местах установки с невысокими требованиями к безопасности и небольшим потоком посетителей, для установки по более высоким требованиям безопасности производители рекомендуют те же модели металлодетекторов, но с катушками в виде панелей.

На селективность и вероятности обнаружения и ложных тревог оказывает влияние также вид намагничивающего поля.

В металлодетекторах используется два метода формирования намагничивающего поля — метод гармонического поля и метод импульсного поля.

(Подробнее см. СТ №4-5, 1998 год).

При гармоническом типе поле возбуждается синусоидой одной частоты (гармоникой).

При импульсном — возбуждение осуществляется импульсом, близким к прямоугольной форме. У каждого из этих типов есть свои недостатки и преимущества.

Прежде всего, у этих методов разная информативность.

У гармонического колебания всего два параметра для последующего анализа: амплитуда и фаза переизлученного поля.

При импульсном возбуждении поля для анализа используются переходные характеристики всего спектра Фурье-составляющих прямоугольного импульса. Это ведет к значительному увеличению собираемой информации о характеристиках и размерах исследуемого металлического объекта.

Можно встретить заявления некоторых производителей металлодетекторов о том, что гармонический принцип в десятки тысяч раз более информативен, чем импульсный в силу того, что создаваемое поле непрерывно.

Курс физики средней школы показывает, что эти заявления лишены всякого смысла, поскольку в гармоническом сигнале, то есть синусоиде, изменение фазы можно измерить не более двух раз за период сигнала, а пиковые значения амплитуды при проносе металлического объекта принципиально не могут меняться чаще частоты сигнала (скорость перемещения объекта много меньше частоты электромагнитного поля).

Так, что если частоты при разных типах генерации поля не отличаются в тысячи раз, а они у всех производителей находятся в пределах 100 Гц-3 кГц, то за счет “непрерывности синусоиды” выигрыша не просматривается.

Наоборот, информативность гораздо выше у импульсных систем, поскольку в них можно анализировать бесконечное множество частот.

Импульсные системы гораздо более стойки к вибрациям, так как при совместной обработке составляющих сигнала переизлученного поля удается скомпенсировать изменения, вызванные вибрационным перемещением катушек.

Вследствие нестойкости к вибрациям, металлодетекторы, использующие гармонический принцип, обычно на 30-50% тяжелее импульсных металлодетекторов, что с одной стороны придает им жесткость, но с другой стороны еще больше ухудшает стойкость к ударам.

Преимущество гармонических металлодетекторов заключается в хорошей помехозащищенности, так как существует возможность эффективной фильтрации помех с частотами, отличными от частоты возбуждения. Однако, на практике, это преимущество практически не реализовано.

Помехозащищенность производимых импульсных и гармонических металлодетекторов примерно одинакова.

Практический выигрыш получен в металлодетекторах 02PN8, 02PN10 и PMD2 производства компании C.E.I.A..

Эти модели металлодетекторов при установке в ряд удается размещать на расстоянии 5 см друг от друга, разнося, естественно, частоты генерации поля.

Если в гармонических металлодетекторах использовать возбуждение поля одновременно несколькими, специально подобранными частотами, то, возможно, удастся несколько приблизить их характеристики обнаружения к импульсным системам.

Однако на сегодняшний день все производители гармонических металлодетекторов используют моночастотный метод возбуждения.

На российском рынке представлено всего несколько моделей металлодетекторов, использующих гармонический метод формирования поля.

Это 02PN8, 02PN10 и PMD2 производства компании C.E.I.A. и Intelliscan 12000 производства Ranger Security.

Все остальные производители в мире используют импульсный метод формирования поля.

Импульсный метод формирования поля МД представляется наиболее перспективным в развитии.

При использовании методов анализа переходных процессов (оценка затухания электромагнитного поля в металлодетекторе по окончании действия импульса возбуждения) имеется теоретическая возможность дать заключение о точной форме и электромагнитных характеристиках исследуемого объекта.

Достигается это путем измерения амплитуд переходных характеристик на разных частотах при различных задержках относительно заднего фронта импульса возбуждения.

Накапливая результаты измерений за несколько циклов воздействия импульса при проносе объекта поиска через металлодетектор, и применяя необходимую обработку, возможно получить электромагнитный образ объекта.

Сравнивая его с образами из существующей библиотеки, можно довольно точно идентифицировать предметы, являющиеся объектами поиска.

В небольшом объеме, насколько это позволяют технические возможности и конечная стоимость, данная технология измерений применяется в металлодетекторах METOR, производимых компанией Metorex.

Для удобства сравнения технологий металлодетекторы, упоминавшиеся в статье, а также другие модели, наиболее широко известные на российском рынке безопасности, приведены в табл. 2.

Надо отметить, что в таблице указаны далеко не все модели МД и не все производители металлодетекторов, чьи изделия можно встретить уже установленными на некоторых объектах в России.

В статье нашли отражение наиболее известные модели или предлагаемые известными в России фирмами-поставщиками МД.

При выборе металлодетектора немаловажным фактором является его стоимость. Однако относительно низкая цена МД не является очевидным и явным преимуществом.

Если экономия даже в два раза по стоимости приводит к невозможности решения вновь появляющихся задач досмотра, и вследствие этого возможным угрозам жизни, дополнительным расходам на ремонт и зарплату сотрудникам безопасности, дублирующим работу такого металлодетектора, значит, предпочтение низкой цене было неверным.

Жизнь человека, надежное функционирование государственных и частных структур, защита материальных ценностей являются гораздо более важными, чем кажущаяся сиюминутная экономия.