РУЧНОЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ ПРЕДМЕТОВ, СКРЫТЫХ ПОД ОДЕЖДОЙ ЛЮДЕЙ Российский патент 2003 года по МПК G08B13/189 G01V3/12 

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.

Достигаемый технический результат - создание устройства, способного обнаруживать не только металлические, но и неметаллические предметы типа взрывчатки, скрытые под одеждой людей.

Известно устройство для дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей (см. патент 2183025). В этом устройстве регистрируют изменение интенсивности радиотеплового электромагнитного поля, возникающего вследствие наличия на теле человека посторонних предметов. Для этого проверяемый человек и оператор помещаются внутрь кабины с двойными стенками, между которыми находится поглощающий радиоволны материал, являющийся источником радиотеплового излучения и имеющий температуру, отличную от температуры тела человека. Оператор вручную перемещает устройство, содержащее антенну, сфокусированную на поверхности тела человека, радиометрический приемник и устройство отображения выходного сигнала, вокруг тела человека на некотором расстоянии от него, уделяя особое внимание тем участкам тела человека, где наиболее вероятно нахождение посторонних предметов.

Описанное устройство обладает существенным недостатком: оно требует использования достаточно сложной и дорогой кабины досмотра, размещение которой в пунктах досмотра не всегда бывает возможным из-за громоздкости кабины.

Задачей данного изобретения является:
А) упрощение и удешевление устройства путем исключения из его состава сложной кабины досмотра;
В) дополнение устройства материалом, поглощающим электромагнитные волны, находящимся при температуре, отличной от температуры тела человека, закрепленным на антенне и окружающим пространство между антенной и человеком, проходящим досмотр, при этом сканирование луча антенны по телу человека осуществляется вручную оператором.

Сущность изобретения поясняется описанием.

На чертеже изображен пример выполнения предлагаемого устройства, где:
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.

Устройство содержит последовательно включенные радиоприемную антенну 4, радиометрический приемник радиотеплового излучения 5, блок измерения интенсивности выходного сигнала 6 и блок отображения интенсивности выходного сигнала 7.

На антенне устройства закрепляется цилиндр, окружающий пространство между антенной и обследуемым человеком. Цилиндр изготовлен из радиопоглощающего материала 3, нагреваемого с помощью нагревательного 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 измерения интенсивности 6 и блок отображения интенсивности выходного сигнала 7. 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 перемещает антенну 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, характеризуется величиной абсолютной радиометрической температуры Т (см. , например, книгу Н.А. Есепкиной, Д.В. Королькова. Ю.Н. Парийского "Радиотелескопы и радиометры"). Когда луч антенны сфокусирован на поверхности тела человека, то антенна принимает электромагнитное излучение с интенсивностью, соответствующей абсолютной радиометрической температуре Т'_т:
T'_т=Т_т(1-R_т)+T_фR_т, (1)
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
T'_oб=Т_oб(1-R_об)+Т_фR_т, (2)
где Т_об - истинная (физическая) абсолютная температура объекта,
R_oб - коэффициент отражения (по мощности) электромагнитной волны от поверхности объекта.

Разность δТ=T'_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 (незначительность этого затухания проверена экспериментально авторами в миллиметровом диапазоне волн, представляющем наибольший интерес для рассматриваемой задачи: результаты измерения затухания опубликованы в журнале "Доклады Академии наук", т. 374, 4, 2000), получим следующую приближенную формулу для величины измеренного устройством температурного контраста между объектом и телом человека
ΔT=T'_об-Т'_т=(Т_т-Т_ф)(R_т-R_об).

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 нами значениям коэффициента отражения для тела человека и взрывчатки в миллиметровом диапазоне волн), при Т_т=34^oС и нагреве фонового покрытия до температуры Т_ф= 100^oС из формулы (3) получим ΔТ≈33^oС. Для надежного обнаружения такой величины теплового контраста чувствительность радиометрического устройства должна быть около δТ≈0,5^oС.

Антенна прибора фокусируется 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 предлагаемом 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.

Скорость сканирования определяется чувствительностью радиометрического приемника, равной

(см. цитированную выше книгу "Радиотелескопы и радиометры"). Здесь Т_ш - входная шумовая температура радиометрического приемника; Δf - полоса пропускания приемника; τ - постоянная времени выходного интегратора, соответствующая времени пребывания луча антенны на данном участке тела человека, используя установленную выше необходимость иметь чувствительность установки δТ≈0,5 К, из формулы (4) найдем, что при типичных достигнутых в настоящее время значениях Т_ш=1000 K, Δf=2000 МГц и δТ=0,5 К величина постоянной временит равна τ=0,01 с. При этом обследование тела человека может быть выполнено за время порядка 10 с.

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. Технический результат заключается в создании устройства, способного 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. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Обнаружитель предметов, скрытых под одеждой людей, содержащий последовательно соединенные радиоприемную антенну, выполненную с возможностью сканирования по телу человека вручную оператором, радиометрический приемник, блок измерения интенсивности выходного сигнала и блок отображения интенсивности выходного сигнала, а также материал, поглощающий радиоволны, отличающийся тем, что материал, поглощающий радиоволны, закреплен на антенне, окружает пространство между телом человека и антенной и снабжен нагревательным элементом для нагрева до температуры, превышающей температуру тела человека.2. Обнаружитель по п.1, отличающийся тем, что материал, поглощающий радиоволны, имеет форму цилиндра.