20

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

В.П. Руденок, А.П. Чечерина

ЛЕКЦИЯ

«МЕТАЛЛОИСКАТЕЛИ»

Москва

2008

Основные термины

Металлоискатель, магнетометр, поисковая рамка, чувствительность, селективность, магнитное поле, индуктивность, приемная катушка, излучающая катушка, генератор, детектор

1. Классификация и основные параметры

Поиск металлосодержащих предметов при таможенном досмотре выполняется с помощью металлоискателей (по зарубежной терминологии – металлодетекторы).

Эти приборы имеют поисковую рамку, которая в процессе поиска перемещается вдоль контролируемого объекта. При обнаружении металлического предмета прибор издает световой и/или звуковой сигналы. В наиболее совершенных приборах для индикации результатов поиска используются и дисплеи.

Различают ручные и стационарные металлоискатели.

В таможенной практике стационарные металлоискатели широко используются в аэропортах, на железнодорожных переходах, в морских портах и в иных местах, где имеет место таможенное оформление большого числа пассажиров. Такие металлоискатели устанавливается стационарно и представляет собой большую рамку, через которую проходят пассажиры.

Ручные металлоискатели имеют небольшие размеры и вес. Используются сотрудниками таможенных органов в местах пропуска людей для обнаружения в их одежде и личных вещах металлических предметов.

По воздействию на объект контроля металлоискатели можно разделить на три группы: локационные, параметрические и магниточувствительные. Первые две группы иногда называют индукционными металлоискателями, так как их чувствительным элементом является катушка индуктивности.

Локационные металлоискатели работают по следующему принципу. Возбуждающей (излучающей) катушкой индуктивности, по которой протекает импульсный или периодический ток, наводят в искомом проводящем объекте вихревые токи. Эти токи (в физике их называют токами Фуко) создают вторичное электромагнитное поле, которое воздействует на приемную катушку. При достижении приемной катушки оно наводит в ней э.д.с. (напряжение) сдвинутое по фазе относительно излучения, воздействующего на объект. Такая э.д.с. выделяется, усиливается и поступает на индикатор. Иными словами в приборах этого типа реализован принцип радиолокатора: металлоискатель воздействует на объект электромагнитным полем, которое частично возвращается (отражается) и регистрируется.

В металлоискателях параметрического типа металлический предмет и/или создаваемое им отраженное поле, действуют на некоторый параметр регистрирующего элемента металлоискателя, изменение которого выделяется и подается на индикатор. В металлоискателях этого типа по катушке индуктивности также пропускается ток, который создает вокруг нее магнитное поле. При попадании металлического предмета в это поле изменяется магнитная индукция поля вокруг приемной катушки и, соответственно, индуктивность катушки. Это изменение регистрируется тем или иным способом. Например, если катушка является частью генератора, изменение ее индуктивности влечет изменение частоты генератора. Выделяется изменение частоты и, если оно достаточно большое, то формируется сигнал (звуковой, световой) присутствия металла.

Для обнаружения металлических предметов могут применяться специальные приборы, предназначенные для измерения параметров собственно магнитного поля. Последние часто называют магнетометрами и относят к числу магниточувствительных металлоискателей. Они измеряют модуль или направление вектора магнитной индукции поля Земли. Использование магнетометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами. Ферромагнитные объекты обладают либо собственным магнитным полем, либо искажают однородное поле Земли. И в том и другом случае величина магнитного поля в зоне чувствительного элемента изменяет свою величину и направление. Отклонение показаний магнетометра от нормальных для данного места свидетельствует о появлении магнитной аномалии, которая обычно вызывается металлическими предметами. По отношению к искомому объекту эти приборы являются пассивными, т. е. не оказывают на объект никакого воздействия.

Магниточувствительные металлоискатели в практической работе таможенных органов не применяются.

В таможенных органах применяются индукционные металлоискатели.

По принципу действия среди них выделяют четыре основных класса:

 металлоискатели по принципу «прием – передача»;

 металлоискатели на биениях;

 однокатушечные металлоискатели индукционного типа;

 импульсные металлоискатели.

К числу основных параметров, характеризующих ручные металлоискатели относят следующие.

Чувствительность. Важнейший параметр металлоискателей - чувствительность, т.е. максимальная дальность обнаружения искомого предмета.

Для магниточувствительных металлоискателей принято чувствительность оценивать минимальной величиной магнитной индукции поля, которую способен зарегистрировать прибор.

Для индукционных металлоискателей в качестве эталонов чувствительности обычно используют пластины круглой или квадратной формы из различных металлов и различных размеров. С помощью этих пластин можно сравнивать расстояния, на которых их обнаруживают разные индукционные металлоискатели. Часто в качестве эталона рассматривается монета определенного размера.

В общем случае чувствительность тем больше, чем больше число витков приемной катушки, больше размер искомого объекта и меньше расстояние до него.

При досмотре людей, личного багажа или корреспонденции высокой чувствительности не требуется. Как правило, достаточно 15-20 см.

Помехоустойчивость. В процессе применения металлоискателя на него воздействует внешняя среда создавая помехи, затрудняющие, или делающих невозможным выполнение им своих функций. Чаще всего помехи создаются источниками электромагнитного излучения (электрооборудование, мониторы компьютеров и т.п.) или вызваны наличием вблизи больших масс металла, перемещающихся или неподвижных.

Помехоустойчивость металлоискателя определяется его способностью сохранять свои характеристики в условиях воздействия внешних помех.

Селективность. Свойство различать объекты по составу вещества и иным параметрам называют селективностью. Современные металлоискатели могут различать объекты по массе, геометрическим размерам, составу вещества (золото, сталь, латунь и т.п.).

Конструкция и разрешающая способность. К числу основных характеристик металлоискателя относится разрешающая способность, т.е. возможность раздельно регистрировать близко расположенные предметы. Для улучшения этой характеристики важным является выбор размера и форма поискового элемента (измерительного элемента). При малых размерах поискового элемента улучшается разрешающая способность прибора. К сожалению, при малых размерах поискового элемента снижается производительность контроля, так как увеличивается время, необходимое для досмотра объекта, что является существенным показателем при использовании приборов, например, в аэропортах с большим пассажиропотоком. Наиболее эффективный путь устранения противоречия между разрешающей способностью и производительностью - это придание поисковому элементу продольно-вытянутой формы. Если же поисковый элемент при этом достаточно плоский, появляется возможность контроля в труднодоступных местах (щели, полости).

Вероятность обнаружения. В результате воздействия помех, недостаточной селективности или разрешающей способности металлоискатель может выдавать ложный сигнал тревоги. В принципе, пользователю не важно какая помехоустойчивость или чувствительность у прибора, он хотел бы иметь гарантию обнаружения некоторых предметов (например, ножа или пистолета) при выполнении им правил поиска.

Оценкой такой гарантии может быть вероятность обнаружения.

Имеются международные стандарты, определяющие требования к металлоискателям, используемым для обнаружения оружия на человеке. Так в стандарте Федерального управления гражданской авиации США нормируется нижняя граница вероятности обнаружения (Р_обн) для трех конкретных образцов огнестрельного оружия. Образцы выполнены из разных материалов (сталь, нержавеющая сталь, специальные сплавы), имеют достаточно малые массу и габариты. Испытания для оценки значения Р_обн проводятся в трех фиксированных точках на теле человека. Используемая в этом стандарте методика позволяет оценивать вероятность обнаружения типовых объектов при их различной пространственной ориентации в наиболее вероятных местах расположения на человеке.

Безопасность. Как и любой прибор, с которым работает человек, металлоискатель должен удовлетворять определенным требованиям по безопасности. Это, например, требования по электрической безопасности, так как он имеет электропитание.

Металлоискатели генерируют электромагнитное поле, которое воздействует на человека, магнитные и электронные приборы. Поэтому кроме выполнения обычных требований по безопасности, металлоискатель должен обеспечивать:

• безопасность по отношению к организму человека;

• допустимый уровень влияния на имплантируемые электрокардиостимуляторы;

• допустимый уровень влияния на магнитные носители информации.

Требования по безопасности электромагнитного поля по отношению к организму человека определяются СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона» и МСанПиН 001-96 «Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях».

Потребляемая мощность. Поскольку портативные металлоискатели работают с автономным источником питания (батарея, аккумуляторы) желательно, чтобы потребляемая мощность была минимальной.

Индикация. Большинство портативных металлоискателей имеют световую (светодиод) и звуковую сигнализацию при обнаружении металла, а также индикатор включения прибора. Как правило, на эти же индикаторы выводится сигнал о разряде батарей. Возможна сигнализация с помощью «виброзвонка», встроенного в ручку металлоискателя, что используется для сокрытия факта обнаружения металла. У наиболее совершенных моделей для индикации результатов работы и настроек используется малогабаритный дисплей. Существуют модели, которые имеют разъем для подключения головных телефонов.

Некоторые модели приборов осуществляют раздельную регистрацию объектов из черных и цветных металлов (различная тональность звукового сигнала, светодиоды разного цвета).

Предназначенные для досмотра пассажиров металлоискатели иногда снабжаются специальной кнопкой, при нажатии которой имитируется сигнал обнаружения металлического предмета, что дает возможность спровоцировать углубленный досмотр.

Органы управления. Для обеспечения оперативности контроля количество органов управления и настройки в портативных металлоискателях стремятся сократить до минимума. Лучшие модели оснащены системами автоматической настройки, т.е. реализован принцип - ''включил - работай''. Однако у любого прибора как минимум имеется кнопка «включения-выключения».

Отечественные металлоискатели, поступившие на вооружение таможенных органов России в первой половине 90-х гг., имеют ручки ручной регулировки чувствительности. С ее помощью перед применением металлоискателя выставляется максимально возможная чувствительность, при которой в отсутствие металла не срабатывают индикаторы.

Органы настройки современных металлоискателей позволяют производить селекцию объектов по типу металла и поиска по геометрическим размерам.

Заметим, что электронные схемы и конструкции металлоискателей во многом зависят от типа объектов, для обнаружения которых они предназначены. Так состав вещества наиболее значительно влияет на фазу принимаемого металлоискателем сигнала. Поэтому металлоискатели различающие, например, черные и цветные металлы, реализуют методы обработки сигналов с приемной катушки, позволяющие реагировать на фазу принимаемого сигнала. Сила вторичного излучения от объекта зависит от частоты сигнала, создаваемого излучающей катушкой. При больших частотах полый металлический предмет и такой же литой объект будут создавать вторичное излучение одной силы. Поэтому металлоискатели, различающие объекты по массе должны иметь определенную частоту излучения.