WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
И. И. Чадович ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА ДОСМОТРА Учебное пособие 2001 УДК 621.38(075) ББК 32.85 Ч13 Чадович И. И.

Ч13 Электронные средства досмотра: Учеб. пособие/ СПбГУАП. СПб., 2001. 36 с.

Рассматриваются назначение, принцип действия и функциональные схемы электронных средств досмотра, используемых в аэропортах: переносных и стационарных металлоискателей и рентгеновского интроскопа.

Предназначено для студентов дневной и заочной формы обучения по дисциплине «Электронные средства досмотра» для специальности 2013.

Рецензенты:

кафедра связи с общественностью и социологии Санкт-Петербургского государственного института сервиса и экономики;

кандидат философских наук доцент В. Г. Смирнов - Учебное издание Чадович Игорь Иванович ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА ДОСМОТРА Учебное пособие Редактор А. Г. Ларионова Компьютерная верстка А. Н. Колешко Лицензия ЛР № 020341 от 07.05.97. Сдано в набор 16.09.01. Подписано к печати 25.10.01.

Формат 6084 1/16. Бумага тип. № 3. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,16. Усл. кр.-отт. 2,3.

Уч. -изд. л. 2,3. Тираж 200 экз. Заказ № Редакционно-издательский отдел Лаборатория компьютерно-издательских технологий Отдел оперативной полиграфии СПбГУАП 190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67 Санкт-Петербургский © государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2001 И.И. Чадович, 2001 © 2 ВВЕДЕНИЕ Задачей досмотра является выявление на теле, в одежде, ручной клади и багаже авиапассажира предметов, не разрешенных к перевозке авиатранспортом, в первую очередь холодного, огнестрельного оружия и взрывных устройств.

Первичный досмотр выполняется с помощью технических средств, которые позволяют обнаружить наличие скрытых подозрительных предметов, изготовленных главным образом из черных или цветных металлов. На основании первичного досмотра в необходимых случаях производится вторичный – визуальный – досмотр, в результате которого устанавливается функциональное назначение обнаруженных предметов.

Основными техническими средствами первичного досмотра являются металлоискатели и рентгеновские интроскопы.

В зависимости от конструкции металлоискатель либо только обнаруживает металлический предмет, либо дополнительно позволяет оценить размеры и массу предмета. Возможна также идентификация черного или цветного металла.

Рентгеновский интроскоп создает теневое изображение внутренней структуры досматриваемого объекта.

Металлоискатели делятся на переносные (мобильные) и стационарные. Первые применяются преимущественно при индивидуальном досмотре. Для массового досмотра большого пассажиропотока практичнее вторые.

Рентгеновские интроскопы применяются для контроля багажа. С их помощью можно также производить досмотр крупногабаритных объектов (например, контейнеров).

1. МЕТАЛЛОИСКАТЕЛИ 1.1. Принцип обнаружения металлических предметов Возможность обнаружения предметов из металлов основана на искажении первоначальной структуры электромагнитного поля внесенным в него предметом. Искажение структуры поля воспринимает датчик, вырабатывающий определенный электрический сигнал.

Электромагнитное поле создает катушка поискового элемента металлоискателя.

Выходной сигнал датчика в зависимости от его типа подвергается той или иной обработке и сравнивается с пороговым напряжением. Если порог превышен, формируется сигнал сигнализации обнаружения. На обнаружение могут влиять внешние помехи и помехи, возникающие в самом металлоискателе и связанные типом используемого датчика. Поэтому процесс обнаружения имеет вероятностный характер.

Из сказанного вытекает обобщенная структурная схема металлоискателей (рис. 1.1).

ПЭ U о ПК АГ U U вых у УО ПУ УС БП U д Д U п Рис. 1.Электромагнитное поле создается автогенератором АГ относительно высокочастотных колебаний и передающей катушкой ПК поискового элемента ПЭ. С поисковым элементом конструктивно объединяется датчик Д, выходной сигнал U которого поступает в устройство обрад ботки УО. В некоторых металлоискателях на второй вход УО подается опорное напряжение Uо от АГ. Выходное напряжение U сравнивается вых в пороговом устройстве ПУ с пороговым напряжением U. При превып шении порога ПУ вырабатывается управляющее напряжение U для усу тройства сигнализации УС. Блок питания БП переносных металлоискателей обычно автономный. Поскольку в любом металлоискателе имеется ПУ, для получения порогового напряжения необходимо наличие в составе его схемы стабилизатора напряжения. В некоторых типах металлоискателей для питания отдельных элементов УО также требуется стабильное напряжение.

1.2. Основные технические характеристики металлоискателей 1. Чувствительность.

Для мобильных металлоискателей она характеризуется максимальным расстоянием между поисковым элементом и эталонным для данного типа металлоискателя предметом из черного или цветного металла.

При этом в зависимости от типа датчика может оговариваться определенный интервал для скорости перемещения (сканирования) поискового элемента относительно объекта досмотра.

Для стационарных металлоискателей указывается определенная область пространства вблизи передающих катушек и датчиков, в которой чувствительность максимальна.

2. Разрешающая способность.

Характеризуется минимальным расстоянием между двумя эталонными для данного типа металлоискателя предметами, которые обнаруживаются раздельно на указанном максимальном расстоянии от них до поискового элемента. При этом для некоторых типов датчиков указывается интервал допустимой скорости перемещения поискового элемента.

3. Вероятность правильного обнаружения.



Этот показатель – отношение числа правильных обнаружений N к пр общему числу Nобщ процедур обнаружения одного и того же предмета или эталона, произведенных в одинаковых условиях при соблюдении требований, оговоренных для чувствительности данного металлоискателя. Например, если при последовательном проведении ста процедур обнаружения (Nобщ=100) предмет или эталон был обнаружен 90 раз (N =90), то вероятность правильного обнаружения пр Nпр Pпр = = = 0,9.

Nобщ 4. Время готовности к работе после включения питания.

5. Условия эксплуатации.

Под этим подразумеваются допустимые интервалы температуры окружающей среды, атмосферного давления и влажности воздуха.

6. Номинальное напряжение питания и потребляемая мощность.

Очевидно, что показатель потребляемой мощности особенно важен для переносных металлоискателей с автономным питанием.

1.3. Датчики металлоискателей и их сравнительная характеристика Датчики всех металлоискателей относятся к индукционному типу, т. е. их основой является одна или несколько катушек, которые часто называют приемными катушками.

Датчики различаются физическим принципом преобразования изменения структуры электромагнитного поля при появлении в нем металлического предмета в выходной сигнал, видом выходного сигнала – постоянный или переменный ток, свойствами выходного сигнала, конструкцией.

Наибольшее распространение получили следующие виды датчиков:

вихретоковые, дифференциально-мостовые и трансформаторные.

Вихретоковый датчик Принцип действия этого датчика основан на явлении возникновения в металлическом образце под действием переменного магнитного поля кольцевых микротоков, называемых индукционными или токами Фуко. Они нагревают образец, т.е. происходит поглощение и преобразование в тепловую форму части энергии электромагнитного поля. После резкого исчезновения переменного магнитного поля индукционные токи постепенно затухают. Оба указанных свойства используются в датчиках.

Датчик первого типа работает в непрерывном режиме и схемотехнически составляет единое целое с высо+E п кочастотным АГ, создающим электромагR нитное поле. Такой вариант вихретокового датчика называется вихретоковым С р преобразователем (ВТП). Функции передающей и приемной катушек в нем моС L гут быть совмещены. На рис. 1.2 представлена упрощенная принципиальная U д схема ВТП. Катушка L поискового элемента и конденсатор C образуют колебаРис. 1.тельный контур АГ, выполненного по схеме индуктивной трехточки. Выходное напряжение U снимается с д отвода катушки. Амплитуда колебаний напряжения на контуре при неизменных прочих условиях уменьшается при увеличении затухания контура. Поглощение части энергии электромагнитного поля, создаваемого катушкой, металлическим предметом эквивалентно увеличению затухания. Поэтому полезным эффектом является отрицательное приращение амплитуды напряжения U.

д Датчик второго типа, принцип действия которого иллюстрирует рис. 1.3, работает в импульсном режиме. Передающая катушка питается импульсами длительностью t переменного тока с частотой порядка и 1 кГц (см. временную диаграмму 1), повторяющимися с периодом T.

Напряжение приемной катушки в интервале t имеет примерно прямоуи гольную форму, а по окончании этого интервала постепенно затухает (см. диаграмму 2). Полезным выходным сигналом датчика являются относительно короткие импульсы длительностью tc, которые получаются в результате стробирования затухающего напряжения приемной катушки (см. диаграмму 3).

Ток передающей катушки Время t и T Напряжение приемной катушки Время t с Сигнал датчика Время Рис. 1.Характер выходных напряжений обоих вихретоковых датчиков одинаков. Это – периодические последовательности импульсов, различающихся лишь частотой повторения. У вихретокового преобразователя частота повторения импульсов равна частоте, на которой работает автогенератор (обычно порядка 100 кГц). У датчика второго типа – частоте повторения импульсов, питающих передающую катушку (порядка 10 Гц).

Дифференциально-мостовой датчик Схема датчика приведена на рис. 1.4. Две одинаковые катушки индуктивности L1 и L2 соединены последовательно и согласно. Катушки совмещают функции передающих и приемных. Совместно с остальными элементами схемы они образуют последовательный колебательный контур, настраиваемый в резонанс с автогенератором металоискателя с помощью конденсатора С2.

+ При положительной полуволне (-) С% питающего напряжения U0 (знаки L1 Lмгновенного напряжения в этой полуволне показаны на рис. 1.4 без + i%Lскобок) ток катушки L1 протеD1 D2 D3 Dкает через диод D1 и конденсатор ~ %+ C1. Ток катушки L2 протекает iLU + + i%L1 i%L2 i%L1 через диод D4 и конденсатор C3.

i%LU д При отрицательной полуволне С1 С3 (знаки питающего напряжения по+ UC1 UC+ казаны в скобках) через конденса- тор C1 и диод D2 протекает ток i%L(+) катушки L2, а через конденсатор %Рис. 1.C3 и диод D3 протекает ток iL1 катушки L1.

Если индуктивности катушек L1 и L2, параметры диодов D1 – D4 и емкости конденсаторов C1 и C3 попарно одинаковы, то напряжения на конденсаторах C1 и C3 имеют одинаковую амплитуду в обоих полупериодах и синфазны. Поэтому выходное напряжение датчика U, как разд ность падений напряжений на C1 и C3, равно нулю.

В реальной схеме попарной идентичности параметров одноименных элементов из-за технологических погрешностей их изготовления нет.

Поэтому амплитуды полуволны напряжений на конденсаторах C1 и Cразличны, и на них появляются постоянные составляющие DUC1 и DUC2, противоположные по знаку. В результате выходное напряжение датчика имеет не равное нулю значение, называемое остаточным напряжением датчика Uост.





При внесении в поле датчика металлического предмета возникает добавочная асимметрия индуктивностей катушек L1 и L2, зависящая от расстояния между катушками и предметом, его размера и массы. Обусловленное этой добавочной асимметрией изменение выходного напряжения является полезным сигналом Uс датчика.

Таким образом, при наличии металлического предмета в поле датчика его выходное напряжение:

U = U + U. (1.1) д ост с Слагаемые (1.1) могут отличаться только величиной. Физического различия между ними нет. Поэтому в статическом режиме выделение полезного сигнала невозможно.

Обнаружение полезного сигнала Uс возможно лишь в течение ограниченного и относительно небольшого интервала времени (порядка нескольких десятков секунд) после появления металлического предмета в поле датчика.

Такое обнаружение реализуется следующим образом. В устройство обработки сигнала датчика (см. рис. 1.1) вводится схема автоматической компенсации остаточного напряжения, которая при отсутствии металлического предмета в поле датчика уменьшает выходное напряжение устройства обработки до значения меньшего порога обнаружения U. При появлении металлического предмета выходное напряжение усп тройства обработки возрастает и превышает порог, т.е. происходит обнаружение появившегося полезного сигнала. Однако одновременно схема автоматической компенсации начинает отработку возникшего рассогласования. Через время, зависящее от постоянной времени следящей системы, выходное напряжение устройства обработки будет уменьшено до подпорогового уровня.

Из сказанного следует, что: выходное напряжение дифференциально-мостового датчика является постоянным напряжением, которое представляет собой алгебраическую сумму остаточного напряжения и полезного сигнала и может иметь положительное или отрицательное значение относительно общей шины; выход датчика – симметричный; входной каскад устройства обработки должен выполнять операцию вычитания напряжений, имеющихся на конденсаторах C1 и C3.

Трансформаторный датчик Применяется в стационарных металлоискателях, иногда называется индукционным.

Принцип действия датчика поясняется рис. 1.5 и 1.6. Передающая катушка L3 имеет вид прямоугольной рамки (см. рис. 1.5). На боковых сторонах рамки расположены приемные катушки L1 и L2 так, что их IL1 L& & UL1 UL– + & Uд I& L1 L& Uд – + & & I&I&Рис. 1.5 Рис. 1.одноименные выводы находятся вверху. Катушки соединены параллельно. В местах расположения приемных катушек синусоидальный переI&менный ток передающей катушки L3 протекает в противоположных направлениях. Поэтому ЭДС, наведенные в приемных катушках, противофазны и порождают в них ток I&, показанный на эквивалентной схеме рис. 1.6.

Покажем, что при совершенно одинаковых приемных катушках выходное напряжение датчика равно нулю. Для эквивалентной схемы рис. 1.6 можно записать уравнения & & && 1 -UL1 -UL2 + 2 = 0, && & Uд =1 -UL1.

& & Выражая и через ток и индуктивности катушек, получаем UL1 UL2 I& && (1.2) 1 - I&L1 - I&L2 + 2 = 0, & & Uд =1 - I&L1. (1.3) & & & и При 1 = 2 = L1 = L2 = L из (1.2) следует &, из (1.3) – - I&L = & & & Uд = - I&L и Uд = 0.

Предположим, что индуктивности катушек не совсем одинаковы, т. е. L2 = L1 + DL = L + DL.

Тогда из (1.2) и (1.3) вытекает & 2- 2I&L - I&L = 0, I&L & & & (1.4) Uд = - I&L и Uд = 0.

Поскольку из-за технологических погрешностей изготовления идентичность приемных катушек невозможна, трансформаторному датчику присуще остаточное напряжение.

Металлический предмет, внесенный в электромагнитное поле датчика, изменяет индуктивности катушек, и в соответствии с выражением (1.4) возникает полезный сигнал датчика.

Выходное напряжение трансформаторного датчика – переменное. В устройстве обработки металлоискателя должна быть схема автоматической компенсации остаточного напряжения.

Сравнительная характеристика датчиков Основное различие между рассмотренными типами датчиков связано с остаточным напряжением.

Металлоискатели с дифференциально-мостовыми и трансформаторными датчиками схемотехнически сложнее, так как должны иметь следящую систему компенсации остаточного напряжения. Обнаружение ими металлического предмета принципиально возможно лишь при относительном перемещении поискового элемента и объекта досмотра.

Напротив, металлоискатели с вихретоковыми датчиками могут работать в обоих режимах. Схемотехнически они проще. Но в процессе эксплуатации зачастую требуются оперативные регулировки. В первую очередь это относится к простейшему металлоискателю с вихретоковым преобразователем.

Для переносных металлоискателей, по-видимому, наиболее подходящим является дифференциально-мостовой датчик. Во-первых, потому, что металлоискатель с этим датчиком не требует оперативных регулировок. Во-вторых, сформировать постоянное компенсирующее напряжение легче, чем пременное.

Трансформаторный датчик лучше соответствует стационарным металлоискателям. В них приемные катушки расположены на значительном расстоянии друг от друга, и их взаимное влияние минимально. Однако сформировать переменное компенсирующее напряжение сложнее, чем постоянное. Это обусловлено сложностью подгонки фазы компенсирующего напряжения. Стационарные металлоискатели с электромеханической следящей системой (например, типа МИС) в процессе эксплуатации нуждаются в оперативной регулировке. Электронная следящая система автокомпенсации, выполненная на современной элементной базе, могла бы существенно улучшить их эксплуатационные качества.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.