Магнитометрические средства обнаружения - OXFORDST.RU

Магнитометрические средства обнаружения

ОБЗОР: Магнитометрические средства обнаружения

Л.М. Шагабутдинова
Начальник коммерческого отдела ЗАО «Восток — Специальные системы»

На вкус и цвет

На рынке средств, предназначенных для защиты периметров, представлено несколько видов извещателей — вибрационные, радиоволновые, радиолучевые (не путать с предыдущими), магнитометрические, сейсмические. Помимо средств, уже ставших классическими, предлагаются и гибриды. Все они основаны на различных принципах действия и ориентированы на решение задач определенного класса. Сегодня речь пойдет о магнитометрии. Для начала рассмотрим несколько потенциальных нарушителей:

1) подозрительный тип с пассатижами и гвоздем в кармане;
2) вооруженный боец в одежде цвета хаки;
3) человек в танке или еще лучше (или хуже) — в бронетранспортере.

Вопрос: что у них общего? Ответ: наличие железа, или, если говорить по-научному, наличие элементов снаряжения, обладающих ферромагнитными свойствами. К ферромагнетикам, кроме железа (Fe), относятся кобальт (Co), никель (Ni), редкоземельные металлы — гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er) — и их сплавы. Они используются в производстве аккумуляторов, специальных стекол, синтетических гранатов, компьютеров, носителей памяти для современной компьютерной техники. Сплавы хрома (Cr) и марганца (Mn) также являются ферромагнетиками. Одно из свойств ферромагнетиков — способность изменять магнитное поле. Магнитометрические средства обнаружения (МСО) предназначены для выявления попыток несанкционированного проникновения на охраняемую территорию нарушителя с ферромагнитным снаряжением. МСО фиксирует и анализирует локальные изменения постоянного магнитного поля Земли. Дополнительное поле не создается, за счет этого упомянутое средство пассивно и не обнаруживается приборами анализа. Причем имеет значение не только масса ферромагнитных предметов, но и близость их к МСО.

Одной из главных находок военных стал укрепленный подземный туннель под границей сектора Газа и Израиля, которая закрыта почти полгода после терактов в израильских городах. Длина туннеля — 150 м, глубина — около 8 м.

Тактико-технические характеристики

Основные технические характеристики МСО — как и у всех средств обнаружения — это вероятность обнаружения и средняя наработка на ложное срабатывание. Немаловажными характеристиками являются размеры охраняемого МСО рубежа, возможность средства определять направление движения нарушителя, а также возможность дистанционной диагностики и настройки изделия.

Состав

Основные составляющие МСО — это чувствительный элемент, обнаруживающий изменения магнитного поля, и анализатор, обрабатывающий данные с чувствительного элемента. В качестве чувствительного элемента используется кабель, уложенный специальным образом (рис. 1), или соленоид (рис. 2). Как правило, МСО укладывают в грунт, чем достигается полная (или частичная) маскируемость.

Плюсы и минусы

Магнитометрические средства обладают высокой помехоустойчивостью, потому что большинство природных и климатических условий не оказывают на них влияния. Среди плюсов, которыми обладают такие средства, необходимо отметить маскируемость, пассивность, отсутствие «мертвых зон» и простоту эксплуатации. Кроме того, отсутствует необходимость подстраиваться под рельеф, окружающую среду, учитывать сезонные изменения, есть возможность дистанционного контроля. МСО не реагирует на животных, которые «необоснованно» являются источниками помех для других извещателей.

«На голом, что на святом: нечего взять»

Из принципа действия МСО вытекают два основных недостатка таких средств: 1)неспособность обнаружить нарушителя, намеренно избавившегося от ферромагнитных предметов; 2) ограничения, связанные с электромагнитной совместимостью. Если первый недостаток не страшен, так как в реальности подобных нарушителей практически не бывает, то второй, действительно, надо учитывать. Из промышленных помех упомянем железную дорогу, линии электропередач, городской электрифицированный транспорт, водный транспорт, автомагистрали, пролетающие самолеты/вертолеты, а из природных — молнии, магнитные бури. Учитывая все эти факторы, при выборе средства обнаружения надо отчетливо представлять, какую задачу оно должно решать и в каких условиях будет находиться. Для успешного решения этих проблем магнитометрию сочетают с другими методами обнаружения. Так появляются вибромагнитометрические, сейсмомагнитометрические извещатели.

Применение

Типичные нарушители, фиксируемые магнитометрическим средством обнаружения:

  • обычный невооруженный человек (его присутствие могут выдать такие предметы, как гвозди, застежки, ключи, очки);
  • человек с инструментами (такими, как ножницы, кусачки, отвертка);
  • вооруженный человек (в его арсенале нож, пистолет, гранаты, автомат);
  • транспорт;
  • военная техника.

Анализ свойств магнитометрических средств обнаружения позволяет рекомендовать их применение в следующих случаях:

  • когда необходимо создать невидимый рубеж охраны, в качестве упреждающего рубежа;
  • когда нет возможности установить физическое ограждение: например, из-за миграции животных;

при сложном рельефе — гористые или болотистые местности, под водой, между деревьями.

Ложка дегтя

Все упомянутые качества МСО хороши для так называемого неподготовленного нарушителя. Например, Израиль известен всему миру охранными системами, однако это не стало помехой для нелегального пересечения израильской границы.

Сокращения, обычно применяемые в технических описаниях магнитометрических средств обнаружения:

    СО — средство обнаружения;
    30 — зона обнаружения;
    ЧЭ — чувствительный элемент;
    КЧЭ — кабельный чувствительный элемент;
    ПС — полезный сигнал;
    ТТХ — тактико-технические характеристики;
    БОС — блок обработки сигналов;
    ССОИ — система сбора и обработки сигналов;
    ТСО — техническое средство охраны;
    ТУ — технические условия.

Магнитометрическое средство обнаружения «Горгона»

Морские границы страны и различные береговые объекты нуждаются в защите от различных угроз. Для этого требуются разнообразные образцы специального оборудования и техники, способные вести наблюдение за обстановкой и производить обнаружение нарушителей или потенциально опасных объектов. Согласно последним данным, не так давно отечественные силовые структуры получили новое средство для слежения за прибрежными районами. Охранять границу и другие важные объекты теперь предлагается при помощи магнитометрического средства обнаружения «Горгона».

Перспективная аппаратура для наблюдения за акваториями была разработана научно-производственным комплексом «Дедал» (г. Дубна), входящим в состав государственной корпорации «Росатом». В проекте «Горгона» использовались новые для отечественной техники подобного класса принципы работы и обнаружения, что позволило получить достаточно высокие характеристики. Задачей магнитометрического средства обнаружения (МСО) является контроль заданного района и обнаружение различных потенциально опасных объектов, прежде всего боевых пловцов и их техники.

В своей статье «Морские границы России защитит «Горгона» от 15 ноября издание «Известия» процитировало заместителя генерального директора по научно-исследовательской деятельности НПК «Дедал» Сергея Козлова. Он рассказал, что к настоящему времени научно-производственный комплекс успел получить заказ на поставку серийных средств обнаружения. МСО «Горгона» уже поставляется одной из российских силовых структур, а также было развернуто на прибрежном объекте. По понятным причинам, представитель предприятия-разработчика не стал уточнять, какая именно организация стала заказчиком, и где установили новые средства обнаружения.

Параллельно с серийным производством МСО «Горгона» в существующей версии ведется разработка улучшенной модификации, соответствующей обновленным требованиям заказчика. В начале следующего года планируется представить обновленный комплекс с новыми средствами связи. В отличие от базовой версии, он будет передавать данные об обстановке не по кабелю, а при помощи радиостанции. Еще одним средством повышения автономности станут солнечные батареи, обеспечивающие подачу электроэнергии к приборам.

МСО «Горгона» и другие средства, сопрягаемые с этой системой, создавались для охраны акваторий и прибрежных объектов. Следует отметить, что к настоящему времени в нашей стране и за рубежом было создано некоторое количество систем такого назначения, однако в ряде случаев характеристики такой техники были недостаточными. Так, применение гидроакустического способа обнаружения целей, являющего фактическим стандартом в этой сфере, накладывает серьезные ограничения на размещение аппаратуры. При высокой дальности обнаружения гидроакустическая аппаратура не может полноценно выполнять поставленные задачи на участках малой глубины, например в прибрежной зоне.

По-видимому, именно проблемы и недостатки существующих гидроакустических средств обнаружения привели к использованию в проекте «Горгона» иных принципов работы. Как ясно из полного официального названия перспективного комплекса, для слежения за местностью и поиска потенциально опасных объектов используется магнитометрическая аппаратура. Суть принципа ее работы состоит в слежении за магнитным полем и обнаружением его локальных изменений. Наличие последних свидетельствует о присутствии в зоне ответственности комплекса какой-либо ферромагнитной массы. Последней могут являться элементы снаряжения или вооружения боевых пловцов противника, а также индивидуальные средства передвижения. Сравнительно высокая чувствительность «Горгоны» позволяет выявлять присутствие металлических предметов малых размеров, вплоть до стрелкового или холодного оружия.

Собственно магнитометрическое средство обнаружения состоит всего из двух основных частей, кабельного чувствительного элемента и электронного блока. Кроме того, в составе комплекса охраны побережья должны использования некоторые другие устройства. К примеру, для переноски кабелей предлагается использовать специальные катушки, а электронные приборы должны подключаться к общему пульту управления, размещенному на охраняемом объекте. Подобная архитектура комплекса позволяет размещать различные его элементы в любом требуемом районе без значительных ограничений.

За поиск целей в охраняемом районе отвечает т.н. кабельный чувствительный элемент. Это устройство состоит из двух коммутационных коробок и кабеля, выполняющего функции датчика цели. Коммутационные коробки оснащаются прочным цилиндрическим корпусом с крышкой увеличенного диаметра, внутри которого помещается необходимое электронное оборудование. На крышках коробок предусмотрены несколько разъемов для установки кабелей того или иного назначения. При развертывании комплекса кабельный чувствительный элемент устанавливается на дно водоема, причем он может располагаться даже на урезе воды. К разъемам на крышках коробок предлагается подсоединять кабели, используемые в качестве датчиков цели, а также провода для связи с электронным блоком.

Слежение за изменениями магнитного поля производится при помощи нескольких кабелей. Каждый чувствительный элемент может комплектоваться тремя кабелями, укладываемыми в охраняемой зоне. В составе комплекса «Горгона» предлагается использовать герметизированный судовой кабель марки СМПЭВГ, изначально предназначенный для прокладки в водоемах. Длина штатного кабеля обеспечивает перекрытие рубежа шириной 250 м. Для защиты большего участка побережья требуется использование нескольких средств обнаружения.

При помощи дополнительного кабеля чувствительный элемент соединяется с электронным блоком, отвечающим за обработку полученных данных. Электронный блок представляет собой устройство в прямоугольном корпусе, оснащенное несколькими разъемами и индикаторами. В зависимости от особенностей охраняемого района, блок может устанавливаться как на дне водоема, так и в грунте побережья. От электронного блока отходит еще один кабель, отвечающий за передачу полученных данных на пульт управления.

Оператор комплекса «Горгона» должен размещаться на т.н. локальном посту наблюдения. Пост оснащен всей необходимой аппаратурой, обеспечивающей прием информации от электронных блоков с последующим ее выводом на общий пульт. Один пост управления может контролировать работу восьми магнитометрических средств обнаружения. Также на посту управления располагаются средства энергоснабжения всего комплекса. Пост управления требует сети с напряжением 220 В или 24 В. Напряжение питания средств обнаружения – от 10 до 30 В. Потребляемая мощность последних заявлена на уровне 110 мВт.

Конструкция комплекса «Горгона» обеспечивает работу при температурах от -50° до +50°. Один комплект МСО, соединенный с локальным постом наблюдения, способен непрерывно контролировать рубеж протяженностью 250 м. Зона обнаружения представляет собой полосу шириной 4 м, проходящую параллельно кабельному чувствительному элементу.

Средства комплекса обнаружения «Горгона» предлагается монтировать следующим образом. На берегу, в установленном месте, располагается пост наблюдения с соответствующей аппаратурой. Вблизи береговой линии должен располагаться электронный блок, соединенный с постом управления при помощи кабелей. Электроника также соединяется с одной из коммутационных коробок, находящихся на дне водоема. Кабели следует укладывать параллельно друг другу, расстояние между ними должно составлять 2 м. На определенной дистанции от берега помещается вторая коммутирующая коробка.

Общие принципы работы комплекса «Горгона» достаточно просты и давно нашли применение в схожих сферах. Аппаратура самостоятельно следит за имеющимся магнитным полем и регистрирует его изменения. В случае появления последних на пульте оператора выдается информация об обнаружении подозрительного объекта в том или ином секторе. Для повышения характеристик используются некоторые новые алгоритмы обработки поступающей информации, позволяющие исключить ложные срабатывания из-за появления объектов, не представляющих реальной опасности.

Согласно опубликованным данным, МСО «Горгона» должно производить обнаружение диверсантов или иных целей по изменениям магнитного поля, связанным с появлением в зоне ответственности металлических предметов. Заявлена возможность поиска малогабаритных объектов из металла, таких как дыхательные аппараты или акваланги, стрелковое оружие, магнитные мины и даже ножи. Естественно, аппаратура сможет найти и более крупные объекты, такие как подводные буксировщики, используемые аквалангистами для быстрого перемещения.

По информации компании-разработчика, магнитометрические средства обнаружения нового типа могут выполнять обнаружение боевых пловцов противника на глубинах до 3 м. Существующие гидроакустические системы, в отличие от комплекса «Горгона», не могут эффективно работать при такой глубине водоема. Вероятность обнаружения цели в таких условиях превышает 95%.

Высокие характеристики обнаружения приводят к возможности возникновения некоторых проблем. Так, система нового типа способна замечать природные явления и объекты, не являющиеся противником. Правильной работе комплекса может мешать волнение на поверхности, различная температура разных слоев воды, скорость течения и т.д. Кроме того, возможно обнаружение рыб, бревен и других подводных или надводных объектов. Для исключения ложных срабатываний автоматика поста управления имеет специальные алгоритмы обработки данных, позволяющие отличить опасный объект в виде пловца или какой-либо техники от «природных» целей.

Сообщается, что на базе исходного проекта МСО «Горгона» был разработан улучшенный вариант комплекса под названием «Горгона-Р». Такое изделие сохраняет некоторые основные черты базовой системы, однако при этом имеет ряд характерных отличий. Все изменения нового проекта связаны с необходимостью увеличения автономности работы. Путем в комплекс некоторых новых средств удалось значительно сократить количество кабелей, необходимых для соединения различных элементов в единый комплекс.

В базовом проекте питание кабельных чувствительных элементов и электронного блока осуществляется при помощи кабелей, идущих от поста наблюдения. МСО «Горгона-Р» комплектуется иными средствами энергоснабжения, использующими солнечные батареи. Фотоэлектрические преобразователи должны размещаться на специальном буе, при помощи кабелей связанном с прочей аппаратурой комплекса. Так же в буе предлагается устанавливать радиостанцию, отвечающую за связь между средством обнаружения и береговым постом наблюдения.

За счет внедрения буя с солнечными батареями и радиоэлектронной аппаратурой комплекс «Горгона-Р» получает определенные преимущества перед базовым изделием. В частности, сокращается количество прокладываемых кабелей, а также в определенной мере упрощается развертывание на выбранной позиции.

В то же время, некоторые черты модернизированного комплекса могут считаться недостатками. Дело в том, что, в отличие от базовой системы, «Горгона-Р» имеет буй со специальной аппаратурой, который должен постоянно находиться на поверхности воды. Наличие такого агрегата может демаскировать позицию средства обнаружения. Базовый комплекс, имеющий в своем составе кабельные средства связи, лишен подобных недостатков.

Согласно последним сообщениям отечественных средств массовой информации, к настоящему времени МСО «Горгона» пошло в серию и уже поставляется заказчикам. Один из прибрежных объектов уже получил полный комплект средств обнаружения, которые теперь отвечают за его безопасность и защиту от возможных диверсий. Кроме того, продолжается развитие проекта «Горгона-Р». Завершить разработку обновленной версии системы планируется в начале следующего года.

Необходимо отметить, что появление отечественного магнитометрического средства обнаружения «Горгона» может считаться настоящим прорывом в этой области. На данный момент на международном рынке имеется минимальное количество систем этого класса, благодаря чему разработка НПК «Дедал» может с полным правом считаться одним из лидеров. Таким образом, новейшая российская система охраны прибрежных объектов должна иметь большие коммерческие перспективы как на внутреннем, так и на международном рынке.

Магнитометрические средства обнаружения

Предназначены для регистрации факта проноса в их чувствительной зоне предметов, выполненных из металлов или их сплавов (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Внешний вид некоторых МСО

По физическим принципам действия существуют следующие магнитометрические средства обнаружения (МСО):

С использованием эффекта переизлучения сигнала (СОП). На передатчик МСО подается опорный сигнал с постоянной частотой и амплитудой, которой он 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 приемником.

– селективность по объектам из различных металлов и их сплавов;

С использованием эффекта переизлучения сигнала с одной катушкой индуктивности для передачи и приема сигналов (СОИН). Катушка индуктивности возбуждается переменным током. При приближении катушки к металлическому предмету сигнал переизлучается, что наводит в ней дополнительную ЭДС.

– селективность по объектам из различных металлов и их сплавов;

– необходимость компенсации параметров катушки от температуры.

С использованием эффекта биения частоты (СОБ). Содержит два генератора МСО-1 и МСО-2 (рис. 6.16). Частота первого стабильна и не зависит от внешних дестабилизирующих факторов, а частота второго может изменяться. Частоты генераторов поступают на устройство сравнения, выделяющее разностную частоту. Сигнал на выходе устройства появляется в случае неравенства частот. Изменение частоты второго генератора происходит за счет изменения параметров колебательного контура, определяющего частоту настройки генератора.

Рис. 6.16. Функциональная схема МСО с использованием эффекта биения частоты

С использованием эффекта самоиндукции (СОИМ). Его принцип действия похож на МСО с использованием эффекта переизлучения сигнала. Отличие заключается в том, что в МСО с использованием эффекта самоиндукции сигнал излучается и принимается в виде одиночных импульсов.

С использованием эффекта локального искажения магнитного поля Земли (магнитометр) (СОМ). Принцип действия этого вида МСО основан на явлении локального искажения магнитного поля Земли ферромагнитными материалами. Он обладает максимальной дальностью обнаружения.

Сравнительная характеристика рассмотренных МСО приведена в табл. 6.3.

Сравнительная характеристика МСО
Тип МСО Дальность обнаружения пистолета Макарова, м Возможность селекции цветных металлов Сравнительная помехоустойчивость
СОП 0,5 Имеется возможность определения вида металла Высокая. Имеется возможность отстройки от внешних дестабилизирующих факторов

Окончание табл. 6.3

СОБ 0,1 Отсутствует Слабая. Имеется возможность паразитной синхронизации
СОИН 0,4 Аналогично СОП Слабая. Зависит от колебаний температуры
СОИМ 0,5 Отсутствует Высокая. Имеется возможность отстройки от внешних дестабилизирующих факторов. Является источником помех импульсного характера
СОМ Отсутствует Слабая. Чувствителен к внешним магнитным полям

Дата добавления: 2015-09-07 ; просмотров: 1613 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Поиск кладов и сокровищ

Страницы

  • Главная страница
  • Видео
  • Литература
  • Контакты

Использование магнитометров археологами и поисковиками

1. Возможности магнитных исследований

Итак, с магнитным полем Земли мы справились. Вернее, с его постоянной, не меняющейся во времени, частью. Но нас подстерегает другая, более коварная помеха – магнитные поля, меняющиеся во времени, или геомагнитные вариации.

2. 2. Геомагнитные вариации

Расстояние между профилями в зависимости от размеров искомого объекта выбирается таким, чтобы профили пересекали аномалию над ним не менее, чем 2 раза. Обычно в зависимости от глубины и намагниченности предмета размер аномалии превышает его размер в 1,5-3 раза. Профили ориентируются, по возможности, перпендикулярно длинной оси объекта, если её направление известно. Расстояние между точками измерений на профиле должно быть в 4 и более раз меньше, чем расстояние между профилями (в случае применения феррозондовых градиентометров, дающих непрерывную информацию вдоль линии наблюдения, этот параметр, естественно, не имеет смысла).

Участок делается по возможности прямоугольным. Если участок большой, он разбивается на квадраты примерно 20х20 метров и отрабатывается по этим квадратам. Предварительно в начале и в конце каждого профиля устанавливаются колышки, каждому профилю присваивается порядковый номер. Начинаются измерения с самого крайнего профиля №1, затем 2 и т.д. Вдоль профиля натягивается мерная лента или шнур, оператор делает для измерений остановку согласно выбранному расстоянию между точками, например, через 0,5 метра. Показания магнитометра на каждой точке записываются на магнитный носитель, а при его отсутствии – в журнал, с отметкой номера профиля и номера точки на профиле. Проход по профилям для экономии времени выполняется «змейкой».

— поиски археологических объектов, имеющих остаточную намагниченность, к которым относятся: фундаменты и строения, содержащие обожжённый кирпич и камни, очаги и печи, в некоторых случаях подземные пустоты.

Заметим, что величина аномалии от железосодержащих предметов сильно зависит от марки стали, из которой он изготовлен. В частности, нержавеющая сталь менее магнитна, чем обычная, а нержавеющая сталь марки 300 можно считать немагнитной.

Вообще аномалия магнитного поля затухает обратно пропорционально кубу расстояния между датчиком магнитометра и объектом, что позволяет путём сравнительно несложных вычислений определить расстояние до объекта. Для этого существует развитый математический аппарат и разработаны специальные программы, есть и «ручные» методы. Однако применительно к археологическим объектам они практически не применяются по причине их неглубокого (до первых метров) расположения. При этом любой поисковик может приблизительно прикинуть по размеру и интенсивности аномалии, как глубоко находится объект.

Например, небольшая в плане интенсивная, но быстро исчезающая с высотой аномалия связана с небольшим, неглубоко погруженным предметом. А большая по площади аномалия, медленно затухающая с высотой – с крупным глубоко залегающим предметом (см. рис. 6). Понятно, что термины «быстро, медленно затухающая», «большая, малая интенсивность», «большая, малая в плане аномалия» относительны, и дают, на первый взгляд, весьма размытое представление. Однако умение по характеру аномалии оценивать параметры найденного объекта быстро приходит с опытом.

Приведём некоторые расстояния (глубины), с которых могут быть обнаружены некоторые объекты (по S. Breiner): .

Автомобиль весом 1 тонна даёт аномалию 40 нТл на расстоянии 10 метров и 1 нТл на расстоянии 30 метров;
Корабль 1000 тонн – от 300 до 700 нТл на 30 метрах;
Лёгкий самолёт – от 20 до 30 нТл на 7 метрах; 0,5-2 нТл на 17 метрах;
Отвёртка длиной 5 дюймов – 5-10 нТл на 1,7 метра; 0,5-1 нТл на 3 метрах;
Пистолет 38 или 45 калибра – 10-20 нТл на 1,7 метра, от 1-2 нТл на 3 метрах;
Стрелковое оружие – 10-50 нТл на на 1,7 метра, 2-10 нТл на 3 метрах.

Типичные археологические объекты – фундаменты, скопления керамики дают аномалии от первых нТл до десятков на расстояниях 0,5-1 м. Очаги, печи – от нескольких до десятков до сотен нТл.

3. Результаты работ и их истолкование

Результаты поисковых работ очевидны – в ходе движения по произвольному маршруту обнаруживается аномалия, методом «холодно – теплее – горячо» находится её центр. Поисковик, обследовав аномалию и оценив её интенсивность, размеры на поверхности и форму, делает вывод о её связи или отсутствии таковой с нужным объектом, и объект извлекается или не извлекается из земли.

Подведём некоторые итоги. Очевидно, что магниторазведка обладает рядом преимуществ перед другими техническими методами в археологии, в частности, перед электроразведочными (съёмки с металлоискателями, георадарами, зондированиями и профилированиями):

— большая глубинность;
— компактность аппаратуры;
— отсутствие ложных аномалий;
— простота истолкования результатов;
— отсутствие природных помех;
— возможность работы в любых условиях – по льду, по болоту, на воде и пр.

Однако не забывайте о недостатках магнитометров. Основным является отсутствие дискриминации, присущей практически всем современным металлоискателям. Также магнитометр не является оптимальным выбором при поиске мелких предметов на небольшой глубине.

Поэтому не существует прибора, дающего исчерпывающую информацию обо всех объектах, за исключением, конечно же, поисков железных объектов – тут ответ очевиден. И потому, как и в «большой» геофизике, самыми эффективными являются комплексные исследования, когда применяются сразу несколько методов, каждый из которых освещает определённые свойства объекта. Конкретный перечень методов, конечно же, зависит от конкретных целей исследований, от предполагаемой глубины, размеров и свойств объекта.

С.Г.Седов. кандидат геол.-минер. наук

Магнитометрические средства обнаружения

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

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.

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

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

Средство обнаружения с использованием эффекта переизлучения сигнала, содержащее одну катушку индуктивности для передачи и приема сигналов (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. 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.

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

Рассмотренный принцип действия средств обнаружения широко использовался в первых промышленных моделях миноискателей.

Средство обнаружения с использованием эффекта самоиндукции (СОИМ). 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. Практически отсутствует селекция по металлам. Существенный недостаток СОИМ в том, что он является источником помех импульсного характера.

Средство обнаружения с использованием эффекта локального искажения магнитного поля Земли (СОМ). Принцип действия этого вида средства обнаружения 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. К недостаткам СОМ, как правило, следует отнести большие габаритные размеры и массу, а также невозможность обнаружения предметов из цветных металлов.

Основные характеристики магнитометрических средств обнаружения

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.

К активным магнитометрическим средствам обнаружения можно отнести СОП, СОБ, СОИН и СОИМ, к пассивным — СОМ.

Главное назначение МСО — поиск оружия. Поэтому, к основным характеристикам МСО можно отнести дальность обнаружения металлических предметов и помехоустойчивость.

Наибольшую дальность обнаружения имеет пассивное средство СОМ, а наиболее помехоустойчивым является активное средство СОП. В то же время СОП позволяет определить вид металла, из которого изготовлен обнаруженный предмет.

На практике СОМ часто используется в камуфлируемой аппаратуре для обнаружения оружия. Такая аппаратура устанавливается скрытно и может работать длительное время в автономном режиме, так как собственное потребление СОМ незначительно или отсутствует. Благодаря пассивному характеру работы СОМ обнаружить такую аппаратуру по собственному излучению очень трудно. Наиболее важной характеристикой СОМ в этом случае является именно дальность обнаружения, так как специальные методы обработки сигналов позволяют существенно скомпенсировать чувствительность устройства к помехам.

Наиболее характерная область применения СОП — миноискатели. В этой аппаратуре идеально сочетаются сравнительно малые массогабаритные характеристики СОП с его высокой помехоустойчивостью. Дальность обнаружения не имеет существенного значения, так как мины часто устанавливают на малой глубине. Собственное излучение СОП в данном случае значения не имеет.

Важнейший параметр огнестрельного оружия, влияющий на уровень полезного сигнала как активных, так и пассивных МСО — остаточная намагниченность оружия. В то же время остаточная намагниченность оружия — это единственный параметр, определяющий уровень полезного сигнала пассивных МСО. Характерными местами расположения магнитных масс огнестрельного оружия являются область дула и, как правило, диаметрально противоположная ей область — до 50%. Однако уровень полезного сигнала существенно зависит и от амплитуды колебания оружия при его переноске. В качестве примера можно привести увеличение уровня полезного сигнала от автомата Калашникова примерно в 3. 5 раз при его проносе мимо МСО с амплитудой колебания его дула примерно на 0,1 м с частотой около 1 Гц.

В подавляющем большинстве случаев средства обнаружения применяют для негласного контроля за пересечением вооруженными людьми контролируемой зоны.

Как было сказано ранее, магнитометрические средства обнаружения применяют для выявления факта проноса на охраняемую территорию предметов с магнитными свойствами. В основу построения МСО могут быть положены три группы методов:

— с использованием феррозондов;

— с использованием пассивных катушек;

— квантовые измерители индукции.

Феррозондом называется устройство, чувствительное к внешним магнитным полям, главным образом постоянным и медленно изменяющимся, содержащее ферромагнитные сердечники и обмотки, распределенные по их длине.

От пассивных индукционных датчиков и ферритовых антенн феррозонды отличаются тем, что являются устройствами активного типа. Происходящие в них процессы всегда связаны с существованием двух полей — внешнего измеряемого поля и некоторого вспомогательного поля, образуемого за счет тока, протекающего в одной из его обмоток. Взаимодействие этих полей в объеме сердечников, изготавливаемых из легко насыщающихся магнитных материалов, например пермаллоя, приводит к появлению в другой обмотке электродвижущей силы, по величине которой и судят о напряженности внешнего поля.

Существует довольно много типов и модификаций феррозондов. Все они отличаются друг от друга режимом работы, способом наложения вспомогательного поля, выбранной схемой и конструктивным исполнением. Эти отличия оказываются более или менее существенными в зависимости от диапазона и частотного спектра измеряемых полей, условий, в которых проводятся измерения, особенностей преобразования полезного сигнала в измерительной схеме. Однако феррозондам присущи и некоторые общие свойства.

Дата добавления: 2016-07-27 ; просмотров: 3601 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: