§ 3. 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.