Магнитометрические средства обнаружения

Введение

Магнитометрические средства обнаружения предназначены для регистрации факта проноса в их чувствительной зоне предметов, выполненных из металлов или их сплавов.

1. Виды магнитометрических СО, принципы их действия

МСО различают по физическим принципам действия, заложенным в основу построения средств обнаружения, как то:

- с использованием эффекта переизлучения сигнала;

- с использованием эффекта биения частоты;

- с использованием эффекта самоиндукции;

- с использованием эффекта локального искажения магнитного поля Земли.

Рассмотрим кратко физическую суть изложенных принципов.

СО с использованием эффекта переизлучения сигнала. СОП содержит две катушки - передающую и приемную. На передающую катушку подается опорный сигнал, частота и амплитуда которого постоянны во времени. Посредством передающей катушки этот сигнал излучается в окружающую среду. За счет явления самоиндукции во встреченном на пути сигнала проводящем предмете наводится ЭДС, которая в свою очередь вызывает излучение этим предметом "вторичного" поля, т.е. имеет место переизлучение сигнала.

Переизлученный сигнал принимается приемной катушкой СОП. Для ослабления эффекта прямого наведения ЭДС на приемную катушку от передающей, катушки располагают под углом друг к другу или даже разносят в пространстве.

Данное МСО обладает селективностью - четко выраженной способностью различать объекты, изготовленные из различных металлов и сплавов, по фазе отраженного сигнала за счет оптимизации выбора частоты сигнала излучающей катушки.

Уровень сигнала, наводимого в приемной катушке, обратно пропорционален 6-7-й степени расстояния до обнаруженного предмета, т.е. при увеличении расстояния от приемной катушки до обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала U в приемной катушке уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина Ui будет находиться в пределах:

СОП имеет четко выраженную диаграмму направленности. За счет этого он теоретически обладает максимальной помехоустойчивостью по сравнению с другими типами СО аналогичного назначения.

Схема применяется в подавляющем большинстве зарубежных СО. Обладает свойством обнаруживать объекты с минимальными размерами по сравнению с другими СО.

СО с использованием эффекта переизлучения сигнала, содержащее одну катушку индуктивности для передачи и приема сигналов. Это частный случай СОП. СОИН содержит только одну катушку индуктивности, возбуждаемую переменным током. При приближении катушки к металлическому предмету появляется переизлученный сигнал, который наводит в ней дополнительную ЭДС.

Уровень сигнала, наводимого в катушке, обратно пропорционален 6-й степени расстояния до обнаруженного предмета, т.е. при увеличении расстояния от катушки до обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала U в катушке уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина Ui составит:

СОИН сочетают в себе чувствительность и селективность к металлам СОП и простоту конструкции СОБ, который будет рассмотрен ниже. Недостаток - необходимость компенсации изменения параметров катушки индуктивности от температуры, так как в принципе действия СОИН заложено не только реагирование на полезный отраженный сигнал, но и на любое изменение параметров чувствительного элемента.

СО с использованием эффекта биения частоты. СОБ содержит два генератора, частоты которых при отсутствии внешних дестабилизирующих факторов равны.

Генераторы отличаются друг от друга тем, что частота первого стабильна и не зависит от внешних дестабилизирующих факторов, а частота второго может меняться.

Частоты генераторов поступают на устройство сравнения, выделяющее разностную частоту. Сигнал на выходе устройства появляется только в случае неравенства частот и он тем выше, чем больше это неравенство.

Изменение частоты второго генератора происходит за счет изменения параметров колебательного контура, определяющего частоту настройки генератора. Индуктивность колебательного контура может меняться за счет приближения последнего к металлическому предмету.

Таким образом, при отсутствии металла частоты генераторов равны и разностный сигнал равен нулю. Наличие металла приводит к перестройке контура не стабильного по частоте генератора и появлению разностного сигнала.

Уровень разностного сигнала обратно пропорционален 6-й степени расстояния от обнаруженного предмета, т.е. при увеличении расстояния до обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина Ui составит:

По сравнению с другими типами МСО, СОБ обладает малой дальностью обнаружения вследствие эффекта паразитной синхронизации. Селекция по металлам отсутствует.

Рассмотренный принцип действия СО широко использовался в первых промышленных моделях миноискателей.

СО с использованием эффекта самоиндукции. Принцип действия СОИМ похож на СОП. Отличие заключается в том, что в СОП сигнал излучается и принимается непрерывно, например, в виде импульсной последовательности, а в СОИМ - в виде одиночных импульсов. В состав СОИМ обычно входят генератор импульсов тока, приемная и излучающая катушки, устройство коммутации и блок обработки сигналов.

Уровень сигнала, наводимого в приемной катушке, обратно пропорционален 4 .6-й степени расстояния до обнаруженного предмета, т.е. при увеличении расстояния от приемной катушки до обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала в приемной катушке уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина будет находиться в пределах:

Практически отсутствует селекция по металлам. Существенный недостаток СОИМ в том, что он является источником помех импульсного характера.

СО с использованием эффекта локального искажения магнитного поля Земли. Принцип действия этого вида СО основан на явлении локального искажения магнитного поля Земли ферромагнитными материалами. Он обладает максимальной дальностью обнаружения. Это объясняется тем, что аналогом излучаемого поля для магнитометров является сильное однородное магнитное поле Земли, поэтому отклик на ферромагнитный предмет обратно пропорционален 3-й степени расстояния, т.е. при увеличении расстояния от катушки до обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала в катушке уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина 1 составит:

К недостаткам СОМ, как правило, следует отнести большие габаритные размеры и массу, а также невозможность обнаружения предметов из цветных металлов.

2. Основные характеристики МСО

Условно все МСО можно разделить на пассивные и активные. На практике в оперативных мероприятиях стараются применять пассивные МСО, т.е. такие, собственное излучение у которых отсутствует. Пассивные МСО значительно труднее обнаружить, а значит легче камуфлировать. Активные МСО применяют в тех случаях, когда не требуется их камуфлировать по излучению.

 Скачать реферат