Индукционные металлоискатели

Слово "индукционный", в названии металлоискателей данного типа, полностью раскрывает принцип их работы, если вспомнить смысл слова "inductio" (лат.) - наведение. Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который "наводит" в катушке дополнительный электрический сигнал . Остается этот дополнительный сигнал только выделить.

Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу "передача-прием" - сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обуславливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора. С целью устранения этого недостатка излучающую и приемную катушки у металлоискателя объединяют в одну. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.

Выделить отраженный сигнал можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика, сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии металла вблизи (рис. 2). Генератор вырабатывает переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой. Преобразователь "напряжение-ток" (ПНТ) преобразует напряжение генератораUгв токIг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный контур состоит из конденсатораСи катушкиLдатчика. Его резонансная частота равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы напряжение колебательного контураU_аравнялось напряжению генератораU_г(в отсутствие металла вблизи датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал - результат вычитания - равен нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными словами, меняются параметры катушки датчика) и это приводит к изменению напряжения колебательного контураU_а. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.

Металлоискатели на биениях (BFO - beat frequency oscillation)

Биением называют явление, возникающее при наложении двух близких по частоте колебаний. В результате возникает сигнал разностной частоты. Два импульсных генера­тора, настроенных на одну частоту, постоянно излучают электромагнитные колеба­ния. У одного из них в качестве передающего контура используется специальная поисковая рамка, выполненная в виде дуги или кольца. При отсутствии в электри­ческом поле этой рамки металлических предметов сигналы обоих генераторов оди­наковы и на выходе схемы сравнения прибора сигнал индикации отсутствует. При попадании в зону поисковой рамки металлического предмета происходит изменение частоты этого генератора и на схеме сравнения двух частот выделяется сигнал раз­ностной частоты, который и преобразуется в световой и звуковой сигналы, свиде­тельствующие о нахождении металлических предметов в контролируемой зоне. Измерительный генератор содержит две катушкиL₁иL₂. КатушкаL₁имеет подстроечный сердечник, что позволяет в небольших пределах регулировать частоту генератора. КатушкаL₂является поисковой рамкой (датчиком) и для обеспечения жесткости конструкции помещена в тонкостенную медную трубку. КатушкаL₃также имеет сердечник, управление которым выведено наружу в качестве оперативной регулировки опорной частоты генератора перед началом поиска (на ноль выходного сигнала).

Сигналы от обоих генераторов поступают на детектор, на выходе которого выделяется напряжение с частотой, равной разности частот опорного и измерительного генераторов. Далее этот сигнал усиливают по амплитуде и подают на звуковой и светодиодный индикаторы.

Импульсные металлоискатели

Принцип работы основан на возбуждении в зоне расположения металлического объекта импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В данном случае, возбуждающий сигнал передается в катушку датчика не постоянно, а периодически, в виде импульсов. Единственная катушка с намотанным проводом используется как для передачи, так и для приема. Передающая схема состоит из электронного ключа, который подключает эту катушку на короткое время к батарее питания. Сопротивление катушки очень мало, поэтому по катушке может протекать ток силой в несколько ампер. Хотя сила тока велика, но время его протекания очень коротко. Электронный ключ подаёт импульс тока в катушку, затем обрывает его, затем опять включается для подачи следующего импульса. Скважность, т. е. отношение времени, за которое ток включен, к времени, когда ток выключен, составляет обычно около 4%. Это предохранят передатчик и катушку от перегрева и уменьшает разряд батареи. Частота повторения импульсов типичного металлодетектора с импульсной индукцией составляет примерно 100 герц. Разные модели используют частоты от 22 герц до нескольких килогерц. Чем ниже частота передачи, тем больше излучаемая мощность. На более низких частотах достигается большая глубина и чувствительность обнаружения предметов сделанных из серебра, однако при этом падает чувствительность к никелю и сплавам золота. Такие приборы имеют замедленную реакцию, поэтому требуют очень медленного перемещения рамки. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Поле, в свою очередь, наводит в катушке датчика затухающий ток. Соответственно, в зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность, что фиксируют с помощью электронной схемы и выдают сигнал тревоги.

Арочный металлодетектор

Арочные стационарные металлодетекторы предназначены для контроля за проносом запрещенных предметов (холодного и огнестрельного оружия) в случае больших потоков людей. Такие металлодетекторы имеют высокую пропускную способность и используются в качестве системы доступа и досмотра в аэропортах, вокзалах, для предотвращение хищений с предприятий, связанных с добычей и переработкой драгоценных металлов. Многозонные вертикальные панели арочных металлоискателей дают возможность не только зафиксировать наличие у человека металлического предмета, но и точно определить размещение его на теле с помощью индикации на информационной панели: например, правый карман пиджака, левый карман брюк, правый рукав и т.д. Это позволяет свести к минимуму необходимость ручного досмотра.

Принципы работы арочных 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. 

Арочный металлодетектор должен иметь прочный, водозащищенный корпус, соответствующий стандарту IP20 для работы в помещении иIP55 для уличного исполнения с защитой от поражения электрическим током. Арочный металлодетектор должен иметь встроенные функции самодиагностики: при включении прибора или при нарушении работы запускается программа самодиагностики для проверки программных и аппаратных средств. Современный арочный металлодетектор имеет полностью цифровое управление с помощью микропроцессорной контрольной панели, что обеспечивает возможность настройки в широким диапазоне чувствительности и порогов срабатывания значений.

Оценку характеристик обнаружения металлодетекторов обычно строят на соответствие следующим требованиям:

• высокая пропускная способность;

• близкая к 100% вероятность определения объектов поиска;

• высокая селективность (способность “различать” объекты поиска и предметы личного пользования); 

• низкая вероятность ложных тревог;

• стабильность параметров во времени. 

                 

Конструктивно металлодетектор представляет собой арку, в которой в боковых панелях расположены системы передающих и приемных индукционных катушек, а «потолочной» части – блоки обработки данных и органы управления (рис. 3).  Для создания электромагнитного поля внутри металлодетектора используют катушки передатчика, расположенные в одной панели металлодетектора. Принимают сигналы катушками приемника, расположенными в противоположной панели металлодетектора. При таком типе генерации поля появляется больше возможностей для создания лучшей равномерности распределения поля и, как следствие, лучшей селективности и уменьшения ложных тревог. Еще одним преимуществом 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. Выбор той или иной конфигурации катушек осуществляется в результате тщательных исследований и макетирования.           В арочном металлодетекторе «Блокпост РС-800СД»:

• Реализована программная самодиагностика при включе­нии питания: выполняются автоматическая проверка левой и правой дверных панелей, лампочки светодиода и выбор оптимальной рабочей частоты.

• Использован перспективный блок обра­ботки цифровых сигналов взамен традици­онного блока обработки аналоговых сигна­лов, что обеспечивает высокую стабиль­ность работы.

• Металлодетектор имеет шесть взаимно перекрывающихся зон контроля с регулируемой чувствительностью: каждая зона имеет 255 уровней степени чувстви­тельности; три шаблона: высокий, средний, низкий – для различных требований. При максимальной чувствительности можно детектировать такие металлические предметы, как металлические скрепки для бумаги. Возможна предва­рительная установка размеров, веса, объема, расположения металлических пред­метов, чтобы при необходимости исключить детектирование монет, ключей, пряжек ремней.

• Продолжительность звукового сигнала тревоги (125) сек.; можно выбрать 255 различных уровней громкости звука. Предусмотрен световой сигнал тревоги: столб­чатые светодиодные графики на левой и правой дверных рамах создают визуальный сигнал тревоги для индикации положения металлических предметов.

• Реализован автоматический подсчет пассажиров и сигналов тревоги.

• Использована защита с помощью пароля: только уполно­моченное лицо может эксплуатировать устройство.

• Имеется функция защиты от помех с использованием современных интерактивных методов пере­дачи и приема сигналов.

Металлодетектор безвреден для человеческого организма: используется магнитное поле низкой интен­сивности, безопасное для людей с кардио­стимуляторами, беременных женщин, магнитных флоппи-дисков, лент с записями и т.д.

На работу металлодетектора могут повлиять:

Электронные помехи

Рабочая частота проходного металлодетектора составляет (48) кГц, поэтому в рабочей зоне должны отсутствовать электронные системы с частотами, близкими к рабочей частоте металлодетектора (например, генераторы, телевизоры и т.д.).

Помехи от движущихся металлических предметов

Процессу детектирования проходов через металлодетектор могут мешать движущиеся металлические предметы в рабочей зоне системы, например, такие как турникеты, машины и другие крупные металлические объекты.

Помехи между изделиями

Между двумя расположенными рядом проходными металлодетекторами возможны помехи, поэтому необходимо избегать использования одинаковой рабочей частоты. Во избежание помех между двумя металлодетекторами минимальное расстояние между ними должно превышать 0,7 м.

Спецификации функций клавиатуры

Клавиши клавиатуры выполняют следующие функции:

• Клавиша ввода «ВВОД»: Запуск и завершение, введение опции.

• Левая клавиша: Левая опция, возврат, левые параметры или верхние опции.

• Правая клавиша: Правая опция, правые параметры или нижние опции.

• Клавиша вверх: Опция вверх, настройка параметров в сторону увеличения.

• Клавиша вниз: Опция вниз, настройка параметров в сторону уменьшения.

Включение прибора и настройка

Сначала подключите электропитание с помощью переключателя внизу дверной панели. В результате лампочка переключателя загорается, что означает подачу внешнего питания. Нажмите на клавишу ВВОД в течение 5-ти секунд для включения режима подачи питания (то же самое необходимо сделать при выключении питания). Таким образом осуществляется вход в нормальный рабочий режим. При этом на цифровом индикаторе на панели блока управления будут воспроизводиться длительность прошедшего после включения времени, а также число выданных за это время сигналов тревоги (см. рис. 4).

Примечание:включение и выключение прибора осуществляет преподаватель!

Настройка чувствительности

Находясь в нормальном рабочем режиме, нажмите на клавишу «ВВОД» и введите первоначальный пароль. Клавиши «вверх» и «вниз» на клавиатуре позволяют выбрать конкретное число, а клавиши «влево» и «вправо» позволяют переходить от одной цифры к другой. Нажмите на клавишу ВВОД, чтобы подтвердить пароль и войти в меню. Затем на панели высвечивается Н--0 230. В Н--Х Х обозначает чувствительность зоны Х, причем 0 обозначает чувствительность в целом, а число 230 обозначает чувствительность данной зоны (изменение в диапазоне от 0 до 255). Данное оборудование используется для установки полного сигнала тревоги, который может быть установлен в соответствии с требованиями. Чем больше число, тем выше чувствительность. В случае установки Н-0 значение 0 обозначает отмену чувствительности при детектировании, т.е. все зоны детектирования не будут выдавать сигналы тревоги.

Нажмите на клавишу «ВВОД» для входа в режим настройки, нажимайте клавиши «вверх» и «вниз» для настройки уровня чувствительности, нажмите на клавишу «влево» для выхода из режима настройки чувствительности в целом. После настройки уровня чувствительности нажмите на клавишу «ВВОД» для сохранения и возврата обратно в интерфейс установки чувствительности в целом.

Нажмите на клавишу «Вниз» для входа в режим установки чувствительности зоны номер 1. Для установки чувствительности зоны номер 1 нажмите на клавишу ВВОД, чтобы войти в интерфейс установки чувствительности зоны 1. Нажимайте на клавиши «вверх» и «вниз» для настройки уровня чувствительности . Нажмите на клавишу «влево» для выходы из режима установки чувствительности зоны 1. После настройки уровня чувствительности нажмите на клавишу «ВВОД» для сохранения значения чувствительности и возврата обратно в интерфейс установки чувствительности каждой зоны. Нажимайте на клавиши «вверх»/ «вниз» для входа в режим установки чувствительности каждой зоны.

Установка громкости сигналов тревоги

После установки чувствительности зоны 6 нажмите на клавишу «ВВОД», чтобы сохранить уровень чувствительности и для входа в интерфейс установки сигналов тревоги. На панели высвечивается изображение, где А-1 обозначает установку громкости, 050 обозначает уровень громкости сигнала тревоги (диапазон изменения громкости от 0 до 255). Чем больше величина громкости, тем громче выдаваемый сигнал тревоги. Если уровень громкости меньше 20, то звука почти не будет слышно. Во время установки уровня громкости нажимайте на клавиши «вверх» или «вниз» до тех пор, пока не будет выбран нужный уровень громкости.

Установка времени сессии сигналов тревоги

На панели воспроизводится А--2 001. А--2 обозначает установку времени сессии сигналов тревоги. При этом 001 обозначает время выдачи сигнала тревоги (диапазон изменения времени выдачи сигналов тревоги от 0 до 25 сек.). Нажмите на клавишу «ВВОД» для входа в режим установки времени сессии сигналов тревоги, и нажимайте на клавиши «вверх» и «вниз» для установки времени. Нажмите на клавишу «влево» для выхода из данного режима. После настройки, пожалуйста, нажмите на клавишу «ВВОД» для сохранения данных и возврата обратно в интерфейс установки времени сессии сигналов тревоги.

Установка рабочей частоты

На панели воспроизводится F--1 4000. F--1 обозначает режим установки рабочей частоты, а число 4000 обозначает величину рабочей частоты, причем диапазон изменения рабочей частоты занимает 4-8 кГц. Нажмите на клавишу ВВОД для входа в режим установки рабочей частоты. Нажимайте на клавиши «вверх»/ «вниз» для настройки значения. Нажмите на клавишу «влево» для выхода. Нажмите на клавишу «ВВОД» для сохранения данных и возврата обратно в интерфейс установки рабочей частоты.

Установка пароля

На панели высвечивается Р--- 1234. Нажмите на клавишу «ВВОД» для входа в интерфейс задания пароля. Нажимайте на клавиши «вверх»/ «вниз» для увеличения/уменьшения значения, нажимайте на клавишу «влево»/ «вправо» для перехода от определения одной цифры к другой. После завершения задания пароля нажмите на клавишу ВВОД для сохранения нового пароля.

Прибор готов к использованию!

ВНИМАНИЕ! Материалы для настройки прибора даны для справки! Настройку прибора осуществляет преподаватель!

Портативный ручной металлоискатель

Вихретоковый ручной металлоискатель «СФИНКС ВМ-611» предназначен для поиска в слабопроводящих и диэлектрических средах металлических предметов из черных и цветных металлов, скрытых на теле человека (при проведении личного досмотра), в багаже, корреспонденции и т. д. Прибор обеспечивает обнаружение объектов в динамическом режиме при скоростях до 0,5 м/сек.

Контролируемые расстояния:

• пистолет типа «ПМ» - 160 мм;

• пластина 100*100*1 мм – 150 мм;

• батарея «Крона» - 100 мм.

Рабочая частота – 50 кГц; вероятность правильного обнаружения – 0,98.

Достоинствами прибора являются:

• высокая чувствительность;

• широкая зона сканирования;

• полная автоматическая настройка;

• защита от внесения изменений в настройку прибора;

• высокая помехоустойчивость;

• ударопрочный корпус из пластика ABS; обнаружение всех видов металлов;

• звуковая и световая индикация;

• индикация разряда батареи;

• низкое энергопотребление – время непрерывной работы до 250 часов;

• широкий диапазон рабочих температур -15⁰до +50⁰;С;

• эргономичная конструкция;

• модульное зарядное устройство, с возможностью крепления к стене.

Прибор ВМ 611 представляет собой портативный металлоискатель с вихретоковым преобразователем ВТП, встроенным в корпус из ударопрочного пластика, внутри которого размещены также электронные элементы схемы и источник питания. принцип работы прибора основан на гармоническом (одночастотном) вихретоковом методе обнаружения скрытых металлических объектов. Сущность метода заключается в регистрации электромагнитного поля вихревых токов, возбуждаемых в электропроводящем объекте при питании катушки ВТП переменным током. ЭДС вихревых токов, наводимая в катушке ВТП, вызывает изменения амплитуды установившихся колебаний автогенератора, которые усиливаются и детектируются в электронной схеме прибора. После детектирования сигнал постоянного тока подается через пороговое устройство на пьезоэлектрический звуковой сигнализатор (зуммер), светодиодный индикатор (красный) и разъем для подключения наушников. Звуковая и световая сигнализация прибора срабатывает при попадании металлического предмета в поле ВТП, и соответствующем превышении сигналом порогового уровня. Система автоподстройки обеспечивает поддержание стабильной амплитуды колебаний генератора при изменении условий эксплуатации (температура, влажность) и автоматическую настройку прибора сразу после включения питания без ручной настройки. Встроенный стабилизатор напряжения обеспечивает работоспособность прибора при изменении напряжения аккумулятора от 9 до 6,5 В. При разряде аккумулятора ниже 6,5 В. гаснет зеленый светодиод и загорается красный совместно со звуковой сигнализацией.

Подготовка к работе

Надеть ремешок, закрепленный на корпусе прибора, на запястье руки и взять прибор в руку. Включить прибор, нажав на кнопку . Загорается зеленый светодиод. Проверить готовность прибора к работе, поднеся поисковую рамку к металлическому предмету (монета, часы, ключи и т. д.). Световая сигнализация (красный светодиод) и звуковая сигнализация должны срабатывать на расстоянии до объекта порядка 100 мм. Прибор готов к работе!

Порядок использования прибора

Поднести прибор к контролируемому объекту и медленным сканированиемв непосредственной близости от его поверхности провести поиск. Скорость сканирования не должна превышать 0,5 м/с. В противном случае дальность и вероятность обнаружения скрытых металлических предметов, особенно мелких, несколько снижаются. Срабатывание звуковой и световой сигнализации указывает на наличие скрытых металлических предметов. Прибор обеспечивает раздельную сигнализацию о наличии двух мелких предметов, расположенных на расстоянии не менее 80 мм друг от друга.

Если после включения прибора возникает непрерывный звуковой сигнал и горит только светодиод «Металл», значит напряжение питания ниже 6,5 В. и следует зарядить аккумулятор. Для зарядки аккумулятора прибор подключают к зарядному устройству (любой стороной), при этом загорится индикатор «Заряд» (см. рис. ). Для полной зарядки аккумулятора требуется не более 16 часов.