Ручной обнаружитель предметов, скрытых под одеждой людей

Изобретение относится к сигнальным системам обеспечения безопасности при контроле доступа в охраняемые помещения, конкретно к системам дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, проходящих досмотр. Техническим результатом изобретения является повышение надежности обнаружения металлических и неметаллических предметов, скрытых под одеждой людей, путем исключения вариаций температурного поля, не связанных с теплофизическими параметрами предметов. Устройство содержит нагревательный элемент, радиопоглощающий материал, радиоприемную антенну, радиометрический приемник, блок измерения интенсивности выходного сигнала, блок отображения интенсивности выходного сигнала, линию задержки, вычитатель, интегратор, делитель, блок формирования эталонного значения температуры и блок сравнения. 1 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к сигнальным системам обеспечения безопасности при контроле доступа в охраняемые помещения, конкретно к системам дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, проходящих досмотр.

Известны устройства для обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей (авт.свид. СССР №229016; патент №0093245 (ЕР); патент №2199715 (GB); патенты №№2133971, 2183025, 2200454 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Ручной обнаружитель предметов, скрытых под одеждой людей" (патент РФ №2220454, G 08 В 13/189, 2003), который и выбран в качестве прототипа.

Указанное устройство способно обнаружить не только металлические, но и неметаллические предметы (взрывчатку), скрытые под одеждой людей. Оператор с помощью устройства, содержащего антенну, измеряет интенсивность радиотеплового излучения различных участков тела человека и, при наличии на поверхности тела посторонних предметов, по изменению интенсивности радиотеплового излучения определяет наличие таких металлических или неметаллических предметов. При этом для повышения чувствительности устройства на антенне закреплен материал, поглощающий радиоволны, снабженный нагревательным элементом и находящийся при температуре, превышающей температуру тела человека.

Вместе с тем надежное обнаружение металлических и неметаллических предметов, скрытых под одеждой людей, затруднено из-за высокого уровня вариаций температурного поля, не связанных с теплофизическими параметрами обнаруживаемых предметов: тепловые помехи естественного (Солнце, окружающие тела) и искусственного (промышленные установки, электрический свет и т.п.) происхождения.

Технической задачей изобретения является повышение надежности обнаружения металлических и неметаллических предметов, скрытых под одеждой людей, путем исключения вариаций температурного поля, не связанных с теплофизическими параметрами предметов.

Поставленная задача решается тем, что ручной обнаружитель предметов, скрытых под одеждой людей, содержащий блок отображения интенсивности выходного сигнала, последовательно соединенные радиоприемную антенну, выполненную с возможностью сканирования по телу человека вручную оператором, радиометрический приемник и блок измерения интенсивности выходного сигнала, а также материал, поглощающий радиоволны, закрепленный на антенне, окружающий пространство между телом человека и антенной и снабженный нагревательным элементом для нагрева до температуры, превышающей температуру тела человека, снабжен линией задержки, вычитателем, интегратором, делителем, блоком формирования эталонного значения температуры и блоком сравнения, причем к выходу блока измерения интенсивности выходного сигнала последовательно подключены линия задержки, вычитатель, второй вход которого соединен с выходом блока измерения интенсивности выходного сигнала, интегратор, делитель, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного значения температуры, а выход подключен к блоку отображения интенсивности выходного сигнала.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на чертеже, где введены следующие обозначения:

1 - проверяемый человек;

2 - нагревательный элемент;

3 - радиопоглощающий материал;

4 - радиоприемная антенна;

5 - радиометрический приемник;

6 - блок измерения интенсивности выходного сигнала;

7 - блок отображения интенсивности выходного сигнала;

8 - оператор;

9 - линия задержки;

10 - вычитатель;

11 - интегратор;

12 - делитель;

13 - блок формирования эталонного значения температуры;

14 - блок сравнения.

Устройство содержит последовательно включенные радиоприемную антенну 4, радиометрический приемник 5 радиотеплового излучения, блок 6 измерения интенсивности выходного сигнала, линию задержки 9, вычитатель 10, второй вход которого соединен с выходом блока 6 измерения интенсивности выходного сигнала, интегратор 11, делитель 12, второй вход которого соединен с выходом вычитателя 10, блок 14 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 13 формирования эталонного значения температуры, и блок 7 отображения интенсивности выходного сигнала.

На радиоприемной антенне 4 устройства закрепляется цилиндр, окружающий пространство между антенной и обследуемым человеком. Цилиндр изготовлен из радиопоглощающего материала 3, нагреваемого с помощью элемента 2 до температуры, превышающей температуру человеческого тела.

Устройство работает следующим образом.

Оператор 8 направляет луч антенны 4 на исследуемый участок поверхности тела человека 1, проходящего досмотр. Антенна 4 воспринимает радиотепловое электромагнитное излучение участка поверхности, на который сфокусирован луч антенны, и передает это излучение на радиометрический приемник 5, где оно усиливается и детектируется. Затем усиленный сигнал поступает в блок 6 измерения интенсивности. При этом в каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений температурного поля. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений с помощью линии задержки 9 и вычитателя 10. Для этого тепловой сигнал, соответствующий предшествующему измерению, задерживается линией задержки 9 до момента сравнения его с последующим тепловым сигналом (температурой) в вычитателе 10. Операции интегрирования разности температур и деления разности температур на проинтегрированную разность температур производится в интеграторе 11 и делителе 12. В блоке 14 осуществляется сравнение нормированной температуры с пороговым значением температуры, задаваемой блоком 13. В случае превышения заданного порогового значения в блоке 7 отображаются контуры прироста температуры. Отображение может быть выполнено, например, в цифровой форме или в виде звукового или светового сигнала, с изменением частоты звука или цвета светового сигнала в зависимости от изменения интенсивности выходного сигнала.

Оператор 8 перемещает антенну 4 прибора параллельно поверхности тела человека на расстоянии фокусировки от нее, фиксируя те места на теле человека, где произошло изменение интенсивности выходного сигнала, свидетельствующее о присутствии постороннего предмета на теле человека под его одеждой.

Физические основы работы устройства состоят в следующем.

Каждый участок поверхности тела человека испускает электромагнитные волны в радиодиапазоне, обусловленные тепловым излучением. Вместе с тем, этот же участок поверхности отражает электромагнитные волны, излучаемые окружающими телами (фоновое излучение). Интенсивность радиотеплового излучения, принятого радиоприемной антенной 4, характеризуется величиной абсолютной радиометрической температуры (Н.Е.Есепкина, Д.В.Корольков, Ю.Н.Парийский. Радиотелескопы и радиометры).

Когда луч антенны сфокусирован на поверхности тела человека, то антенна принимает электромагнитное излучение с интенсивностью, соответствующей радиометрической температуре Т'_т:

где Т_т - истинная абсолютная температура тела;

R_т - коэффициент отражения (по мощности) электромагнитной волны от поверхности тела;

Т_ф - абсолютная температура, характеризующая фоновое излучение, облучающее человека.

Соотношение, аналогичное (1), справедливо и для постороннего предмета (объекта), находящегося на теле человека.

где Т_об - истинная (физическая) абсолютная температура объекта;

R_об - коэффициент отражения (по мощности) электромагнитной волны от поверхности объекта.

Разность δТ=Т'_об-Т'_т характеризует фиксируемый радиометром температурный контраст между поверхностью тела человека и инородным предметом, находящимся на нем.

Полагая для простоты Т_т≈Т_об и пренебрегая затуханием электромагнитных волн в одежде, получим следующую приближенную формулу для величины измеренного устройством температурного контраста между объектом и телом человека:

Из формулы (3) следует, что разность Т_т-Т_ф желательно иметь возможно большей. Этого можно добиться, повышая с помощью нагревательного элемента температуру радиопоглощающего покрытия, радиотепловое излучение которого облучает обследуемый участок тела проверяемого человека.

Так, например, при R_т≈0,5 и R_об≈0 (что соответствует измеренным значениям коэффициента отражения для тела человека и взрывчатки в миллиметровом диапазоне волн), при Т_т=34°С и нагреве фонового покрытия до температуры Т_ф=100°С из формулы (3) получим ΔТ≈33°С. Для надежного обнаружения такой величины теплового контраста чувствительность радиометрического устройства должна быть около δТ≈0,5°C.

Современные медицинские тепловизоры с построчным сканированием могут различать прирост температуры δТ до 0,1°С.

Антенна 4 прибора фиксируется на поверхности тела человека. При этом размер фокального пятна равен

Δx≈λL/D,

где λ - длина волны;

L - расстояние от антенны до тела человека;

D - размер апертуры антенны.

Поэтому в устройстве предпочтительно использование миллиметрового диапазона длин волн, что позволит уменьшить размеры фокального пятна, т.е. достичь требуемой разрешающей способности при минимальных размерах антенны.

В описываемом примере устройства применена линзовая антенна, находящаяся в раскрыве рупора, заканчивающегося волноводом. Возможно использование и других типов фокусированных антенн, например зеркальной параболической (сфокусированной путем соответствующей установки облучателя). Сканирование луча антенны по поверхности тела человека производится оператором вручную. При этом особое внимание может уделяться тем участкам тела, где наиболее вероятно нахождение посторонних предметов.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности обнаружения металлических и неметаллических предметов, скрытых под одеждой людей. Это достигается путем исключения вариаций температурного поля, не связанных с теплофизическими параметрами предметов.

По предлагаемому устройству регистрируется не абсолютная температура исследуемого участка поверхности тела человека, а ее прирост, отсекая постоянный неинформативный для поставленной задачи тепловой фон. Это легко осуществить, разделив время обследования, равное времени измерения температуры, на отдельные интервалы, величину и число которых можно задавать произвольно.

Кроме того, для исключения неинформативного теплового фона осуществляется периодическое измерение температурного поля поверхности и операция нормирования разности температур двух последовательных измерений, т.е. интегрируется разность температур и делится разность температур на проинтегрированную разность температур. Операция сравнения нормированной разности температур с заданным пороговым значением позволяет повысить достоверность принятия решения о наличии или отсутствии предметов, скрытых под одеждой людей.

Ручной обнаружитель предметов, скрытых под одеждой людей, содержащий блок отображения интенсивности выходного сигнала, последовательно соединенные радиоприемную антенну, выполненную с возможностью сканирования по телу человека вручную оператором, радиометрический приемник и блок измерения интенсивности выходного сигнала, а также материал, поглощающий радиоволны, закрепленный на антенне, окружающий пространство между телом человека и антенной и снабженный нагревательным элементом для нагрева до температуры, превышающей температуру тела человека, отличающийся тем, что он снабжен линией задержки, вычитателем, интегратором, делителем, блоком формирования эталонного значения температуры и блоком сравнения, причем к выходу блока измерения интенсивности выходного сигнала последовательно подключены линия задержки, вычитатель, второй вход которого соединен с выходом блока измерения интенсивности выходного сигнала, интегратор, делитель, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного значения температуры, а выход подключен к блоку отображения интенсивности выходного сигнала.