專利名稱：用于檢測導(dǎo)電運動物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全領(lǐng)域，并提供對沿任意路線運動的導(dǎo)電物體的檢測。本發(fā) 明尤其涉及用于檢測導(dǎo)電運動元素的方法，該方法包括如下布置測量設(shè)備位于監(jiān)控區(qū)中，沿防護邊界或周邊彼此相距相等或不等的距離，并通過連接纜線 彼此連接，該測量設(shè)備采用將磁場轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換器的形式；以及發(fā)射器， 彼此通過另一連接纜線連接，并采用將電壓轉(zhuǎn)換成磁場的轉(zhuǎn)換器的形式，其中 由這些發(fā)射器產(chǎn)生的所得場(其為一次場和二次場之和)的參數(shù)變化由測量設(shè) 備來檢測，并且針對給定的測量參數(shù)組合計算出與導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電物體的 檢測有關(guān)的信息。本發(fā)明可用于檢測進入某些監(jiān)視區(qū)的入侵者或多個入侵者(個人、一群人、 其它生物物體)，這些監(jiān)視區(qū)包括例如國界或潛在危險的設(shè)施或任何其它受保 護設(shè)施(例如核電站、生產(chǎn)化學(xué)或軍用產(chǎn)品的設(shè)施、核武器或常規(guī)武器的兵工 廠、用于公共基金、對社會文化或國民經(jīng)濟而言重要的物體、私人財產(chǎn)的倉庫、) 的防護邊界或防護周邊。這與檢測到的物體進入或試圖進入監(jiān)視區(qū)的方式無 關(guān)直立、彎腰、匍匐穿越茂密的草地、在灌木叢與樹林之間、水下或雪中、 建筑物中、在運輸車輛或手推車上、在馬背上或另一動物上。本發(fā)明對于檢測 范圍寬泛的導(dǎo)電運動物體(金屬及其它)以及對于安全系統(tǒng)中的使用(例如警 告或防止運輸車輛相撞)十分有益。目前，已經(jīng)知道用于檢測運動物體的若干方法，基于所檢測物體的特定屬 性、其元素和/或物品，這些方法可被劃分成以下各組1.包括用于檢測具有磁性的運動物體的一組。本組方法的應(yīng)用局限性是觀測大量條件的必要性所導(dǎo)致的。因此，例如，在SU492413中所述的裝置中所實現(xiàn)的方法，在物體的運動軌跡已知并且在在所檢測的物體上安裝有永磁體的情況下才能檢測該物體。在RU 2106692 Cl中所述的裝置中所實現(xiàn)的方法， 在物體承載磁性物品并引起地面振動的情況下才能檢測該物體。2. 包括用于檢測具有鐵磁性、高導(dǎo)電性、與地球磁場相互作用的能力和/ 或通過其運動產(chǎn)生自身電磁場的運動物體的方法的一組。這些物體的所列屬性 還決定了這些方法的實際應(yīng)用范圍。此外，本組方法的應(yīng)用需要滿足大量其它(額外)條件。因此，例如，SU 591905中所述的方法可用于檢測必須按照 事先己知的路線進入監(jiān)視區(qū)并跨越其邊界的運輸車輛。在SU 1490681 Al 中描述了用于檢測運動物體的另一種方法。然而，在運輸車輛必須通過鐵 檢測器遵照事先已知的路線。RU 204003 Cl所描述的方法可用于檢測諸如 深海潛水器、深水裝置或其它此類物體，這些物體通過其運動產(chǎn)生其自身 的電磁場。在RU 2174244 Cl所述的裝置中所實現(xiàn)的方法旨在根據(jù)水下搜 索設(shè)備檢測和跟蹤包含較大金屬的物體。3. 包括用于檢測例如生物物體的導(dǎo)電性較差的運動物體的方法的一 組。由本組方法檢測到的物體的導(dǎo)電性比由其它組方法檢測到的物體的導(dǎo) 電性小很多倍。因此，例如，人體的導(dǎo)電性比鋁的導(dǎo)電性小幾百萬倍。根據(jù)本發(fā)明的方法的目的在于檢測沿任意路線運動通過監(jiān)視區(qū)的任何導(dǎo) 電物體，包括導(dǎo)電性較差并沿任意路線運動的物體。根據(jù)本發(fā)明的方法的單效包括在SU 1246905 A3中所述的用于檢測運動 金屬物體的位置的方法中，即在載流環(huán)(也可以是磁耦極子)的幫助下， 在物體中會引起渦流，對其電平進行評估，并且基于此來確定該物體的位 置。然而，通過測量介電常數(shù)，可以實現(xiàn)這種方法的物體定位準確度的提 高，由于技術(shù)實現(xiàn)的難度以及在檢測時物體必須處于感應(yīng)環(huán)的范圍內(nèi)，所 以這實際上排除了檢測導(dǎo)電性較差的物體的可能性。這正是該已知方法只 能用于檢測汽車和其它高導(dǎo)電性物體的位置的原因。公知方法中與本發(fā)明的方法最相關(guān)的一個是

圖1中示出并在RU 2071121 Cl中描述的裝置中所實現(xiàn)方法。在此公知方法中，檢測穿越防護 邊界的入侵者可通過應(yīng)用采用將電壓轉(zhuǎn)換成磁場的轉(zhuǎn)換器的形式的多個發(fā) 射器4以及具有將磁場轉(zhuǎn)換成電壓的多個接收器3來實施，這些發(fā)射器通 過連接纜線2來連接，而這些接收器通過連接纜線1連接，并且發(fā)射器4 和接收器3被一個接一個地連續(xù)連接。所述設(shè)備的發(fā)生器5、基準電壓發(fā)生 器12、移相器ll、放大器6、同步檢測器7、帶通濾波器8、閾值塊9和警報信號發(fā)生器10基于經(jīng)由它們處理的來自接收器3的輸入信號發(fā)出(或不發(fā)出)警報信號，該警報信號表明檢測到"入侵者"(或者沒有檢測到)。在此方法中使用磁場發(fā)射器4(本質(zhì)上為磁耦極子)會在該方法被實現(xiàn)時， 導(dǎo)致所檢測到的物體沿位于穿過發(fā)射器4的磁通量的向量及其垂線的平面 內(nèi)(或接近這些的平面內(nèi))以及穿過接收器3的磁通量的向量及其垂線的 平面內(nèi)(或接近這些的平面內(nèi))的方向的額定通道。這是因為沿所述方向 所檢測到的物體生成的信號遠弱于同一物體沿其它方向所生成的信號。實 際上，將它們增強至檢測該物體所需的水平而不使實現(xiàn)此方法的裝置更傾 向于受到干擾是難以實現(xiàn)的。此外，公知方法使得裝置更易于受到干擾， 并且減弱了檢測在其它方向上穿越防護邊界(周邊)的物體的可靠性。后 者的原因在于待處理的輸入信號是來自所有偶數(shù)或所有奇數(shù)接收器的信號 之和，而非與靠近其的發(fā)射器一起位于物體穿越防護邊界(周邊)的位置(區(qū)域)的接收器的信號。這還意味著當檢測到導(dǎo)電運動物體時，此方法 無法區(qū)分發(fā)生防護邊界(周邊)穿越的區(qū)域數(shù)一一個還是多個區(qū)域，以及 在哪個特定區(qū)域中。在此方法的實現(xiàn)中，有用信號的電平取決于發(fā)射器4 與接收器3之間的距離。實際上，不可能在發(fā)射器4與接收器3之間保持 額定距離。額定距離的偏差是由自然或人造障礙物(樹、巨石、工程師的 通信線路等)造成的，這進而使在該設(shè)施上安裝實現(xiàn)該方法的裝置時更難 以安裝。檢測區(qū)往往不平坦。在某些區(qū)域中，需要較大的增強，這使得整 個系統(tǒng)更易于受到干擾。此外，此方法排除了通過裝置改變發(fā)射器4和接 收器3的構(gòu)造的可能性。發(fā)射器4的一級磁場的水平和接收器3的靈敏度 僅在工廠條件下制造該裝置或在設(shè)施上安裝該裝置期間才能進行設(shè)置，并 且在使用期間不能更改，除非重新進行組裝和安裝。基于上文，本發(fā)明的目的是要建立用于以更好的可靠性以及對一個或 多個導(dǎo)電物體穿越防護邊界(周邊)的一個或多個位置的更精確定位，檢 測一個或多個導(dǎo)電運動物體的方法。關(guān)于該方法，在描述的開始部分提到了該方法的特征，本發(fā)明的目的 得以實現(xiàn)是由于以下事實測量設(shè)備配備有用于對所測得的磁場和電場的 參數(shù)變化進行初步分析和處理的裝置；"測量設(shè)備/發(fā)射器對"由相鄰和靠近的測量設(shè)備和發(fā)射器構(gòu)成，該"測量設(shè)備/發(fā)射器"對還標識由每個"測 量設(shè)備/發(fā)射器"對所確立的與導(dǎo)電物體檢測有關(guān)的信息，所述信息被發(fā)送 到中央信息分析和處理裝置，該裝置生成對檢測到導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電物 體的警告，以指示所檢測到物體的一個或多個位置。用于在檢測設(shè)備中對磁場和電場的參數(shù)變化進行即時初步分析和處理 的裝置配置以及測量設(shè)備和發(fā)射器的成對標識能夠?qū)崿F(xiàn)以下優(yōu)點-由于消除了有用信號對相位關(guān)系的依賴而更均勻地形成檢測區(qū)； _有可能獲得僅由策略需要所確定的工作電路的窄發(fā)射頻帶，這又進 而顯著提高了系統(tǒng)抵抗外部電磁干擾的影響的穩(wěn)定性；-有用信號對環(huán)境條件以及發(fā)射器的不穩(wěn)定性(特別是由于高頻增強 器的增強系數(shù)的不穩(wěn)定性)的依賴性被顯著降低(因為有可能計算信號的 相對增加量)。根據(jù)參照本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例之一，測量設(shè)備和發(fā)射器被成對 地布置。此實施例的優(yōu)點是消除了靈敏度降低的地帶(通過"測量設(shè)備/發(fā) 射器"對的特殊布置，每個測量設(shè)備和每個發(fā)射器(除最外面的之外)位 于一對測量設(shè)備與發(fā)射器之間)。較佳地，將微控制器用作對磁場和電場的參數(shù)變化進行初步分析和處 理的裝置。較佳地，將處理器用作中央信息分析和處理裝置。 使用微控制器和處理器的優(yōu)點是由在處理所獲得的信息時可能要執(zhí)行 復(fù)雜算法、該系統(tǒng)的技術(shù)特性的穩(wěn)定性及其有競爭力的經(jīng)濟指標而決定的。 根據(jù)參照本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實施例，在測量設(shè)備和發(fā)射器中使用輻射電阻不超出300歐姆的天線，該天線使得"測量設(shè)備/發(fā)射器"對能 夠沿防護邊界(周邊)實現(xiàn)均勻靈敏度。根據(jù)參照本發(fā)明的方法的以下優(yōu)選實施例，將高頻工作電壓的值選擇 成高于lMHz，這能夠檢測到生物物體和導(dǎo)電性較差的其它物體。在系統(tǒng)響應(yīng)時，中央信息分析和處理裝置自動地接通或按需使用于維 護安全性的技術(shù)裝置接通，并向職員或成員發(fā)出信息，使得他們能夠自己 作出決定。來自外圍裝置以及來自中央信息分析和處理裝置的信息可通過連接纜 線(電纜或光纜)或通過無線電信道來發(fā)送。以下，參考本說明書的附圖，基于本發(fā)明的可能實施例之一的示例(它并不限制本發(fā)明的范圍)更詳細地描述本發(fā)明，附圖中圖1是實現(xiàn)用于檢測導(dǎo)電運動物體的公知方法的公知裝置的示意圖， 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)用于檢測導(dǎo)電運動物體的方法的裝置的示意圖，以及圖3是示出了發(fā)射器和測量設(shè)備的成對布置的示意圖。 圖2中所示的裝置是實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選裝置之一，它實現(xiàn) 檢測可靠性以及導(dǎo)電物體、尤其是生物物體跨越防護邊界(周邊)所處一個位置或多個位置的定位準確度的提高。為此，將磁場和電場的測量設(shè)備3彼此等距或不等距地(沿防護邊界)置于監(jiān)視區(qū)中，而以規(guī)律或不規(guī)律的方式將具有準穩(wěn)態(tài)電磁場的發(fā)射器4布置成靠近它們和/或在它們之間。將 處理塊14，即中央信息分析和處理裝置置于例如區(qū)域機房或受保護的地方。 處理塊14和外圍裝置，即測量設(shè)備3和發(fā)射器4分別通過纜線1和2彼此 連接。處理塊14包括用于調(diào)節(jié)電源的電壓的單元、高頻正弦信號發(fā)生器、 變頻器、電容性升壓電機、中頻發(fā)生器、濾波器和緩沖器、交換器、處理 器、用于與連接線協(xié)調(diào)的裝置、用于防極性顛倒的裝置以及用于防靜電和 閃電放電的裝置。發(fā)射器4包括用于對具有不超出300歐姆的低輻射電阻 的發(fā)射器天線攜帶的高頻信號的電容性升壓電機。測量設(shè)備3包括與發(fā)射 器相同的低歐姆天線、同步高頻檢測器、濾波器、視頻信號檢測器和外圍 微控制器，該控制器具有用于對測量設(shè)備和發(fā)射器的工作就緒參數(shù)以及磁 場和電場的參數(shù)變化進行初步分析和處理的裝置的功能。圖2中所示裝置按如下工作。當從布置在處理塊14中的發(fā)生器向電源 裝置提供高頻電壓時，將所述電壓經(jīng)由連接纜線2提供到發(fā)射器4之一的 輸入，同時將來自同樣布置在處理塊14中的另一發(fā)生器的基準電壓提供到 相應(yīng)測量設(shè)備3的輸入。將到達發(fā)射器4的輸入的電壓的容量(capacity) 增大，隨后發(fā)送到其天線。在周圍空間中產(chǎn)生準穩(wěn)態(tài)電磁場。測量設(shè)備3 的天線處存在由影響該測量設(shè)備的場的分量合成所決定的電壓，該電壓由同步檢測器來檢測。在進行相應(yīng)的濾波之后，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該電壓提 供到微控制器的輸入，該微控制器是測量設(shè)備3的一部分并將該電壓標識 為直接信號，即與在沒有檢測到物體的情況下工作中的"測量設(shè)備/發(fā)射器" 對的區(qū)域有關(guān)電壓電平。測量設(shè)備3的微控制器還對有效電壓量進行分析，
將它們與給定值進行比較，計算出關(guān)于測量設(shè)備3和發(fā)射器4的工作就緒 信息，并且在它們不匹配的情況下向處理器發(fā)送其上的相關(guān)信息。此外， 測量設(shè)備3的微控制器對檢測到的信號進行處理，以形成所需寬度的工作 頻帶，將有效電壓與激活閾值作比較，調(diào)節(jié)激活閾值，根據(jù)各個參數(shù)、尤 其根據(jù)電壓的前沿和后沿的變化率對信號進行選擇，以及借助外圍裝置實 現(xiàn)與處理器的信息交換。當入侵者出現(xiàn)在"測量設(shè)備/發(fā)射器"對的區(qū)域中 時，在布置有測量設(shè)備3的位置上，電磁場的分量合成發(fā)生變化，這導(dǎo)致 了其微控制器的輸入處電壓的相應(yīng)變化?；诜治鼋Y(jié)果，電壓變化的微控 制器計算出關(guān)于檢測到入侵者(導(dǎo)電物體)的信息。所獲得的信息連同確 切測量設(shè)備3的標識符經(jīng)由連接接口一起被傳遞到處理塊14的處理器。中 央信息分析和處理裝置，即處理塊14發(fā)出關(guān)于檢測到導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電 物體并指示檢測到的位置的警告，自動接通用于維護安全性的技術(shù)裝置或 者使其接通，以及向運輸車輛的職員或成員發(fā)送信息以使他們自己作出決 定。此外，處理塊14的處理器切斷工作中的"測量設(shè)備/發(fā)射器"對并接通 新的"測量設(shè)備/發(fā)射器"對，并對所有"測量設(shè)備/發(fā)射器"對繼續(xù)重復(fù)此 過程。
圖2中所示的裝置還可僅包括一個"測量設(shè)備/發(fā)射器"對，并且例如 在入口、行人和車輛的通道、山路和小路的監(jiān)視中、在碰撞警告系統(tǒng)以及 用于防止車輛碰撞的系統(tǒng)中推薦使用這種配置。
圖3示出了通過連接纜線1彼此連接的測量設(shè)備3和通過連接纜線2 彼此連接的發(fā)射器4成對布置的版本。在此版本中，沿防護邊界(周邊) 布置一發(fā)射器4、接著另一發(fā)射器4、然后一測量設(shè)備3、然后另一測量設(shè) 備3、接著一發(fā)射器4、然后一發(fā)射器4、然后一測量設(shè)備3、然后一測量 設(shè)備3，以此類推。就檢測物體而言， 一個等效布置是根據(jù)以下設(shè)計的布置 一測量設(shè)備3、接著一測量設(shè)備3、然后一發(fā)射器4、然后另一發(fā)射器4、然后一測量設(shè)備3、然后一測量設(shè)備3、然后一發(fā)射器、然后另一發(fā)射器4， 以此類推。
圖3中所示裝置與圖2中圖示的裝置類似地工作。發(fā)射器4與測量設(shè) 備3之間的距離被選擇成可以生成足以檢測一個或多個導(dǎo)電運動物體并防 止測量設(shè)備3彼此影響(所發(fā)射的信號的增大或減小必須不超出30%)的 有用信號。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測導(dǎo)電運動物體的方法，所述包括如下布置測量設(shè)備，位于監(jiān)控區(qū)中，沿防護邊界或周邊彼此相距相等或不等的距離，并通過連接纜線彼此連接，所述測量設(shè)備采用將磁場轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換器的形式；以及發(fā)射器，彼此通過另一連接纜線連接，并采用將電壓轉(zhuǎn)換成磁場的轉(zhuǎn)換器的形式，其中由所述發(fā)射器產(chǎn)生的所得場的參數(shù)變化由所述測量設(shè)備來檢測，并且對所測得參數(shù)的給定組合計算出與導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電物體的檢測有關(guān)的信息，其特征在于，所述測量設(shè)備配備有用于對所測得的所述磁場和電場的所述參數(shù)的變化進行初步分析和處理的裝置，“測量設(shè)備/發(fā)射器對”由相鄰和靠近的測量設(shè)備和發(fā)射器構(gòu)成，所述“測量設(shè)備/發(fā)射器”對還標識由每個“測量設(shè)備/發(fā)射器”對所計算出的關(guān)于導(dǎo)電物體檢測的信息，所述信息被發(fā)送到所述中央信息分析和處理裝置，所述中央信息分析和處理裝置對檢測到導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電物體生成警告，以指示所檢測到的物體的位置或所檢測到的多個物體的多個位置。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述測量設(shè)備沿防護邊界 或周邊成對地排列，以及所述發(fā)射器沿所述防護邊界或周邊成對地排列。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，微控制器被用作對所測得 的所述磁場和電場的所述參數(shù)變化進行初步分析和處理的裝置。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，處理器被用作中央信息分 析和處理裝置。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，輻射電阻不超出300歐姆 的天線被應(yīng)用在所述測量設(shè)備和發(fā)射器中。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，高頻工作電壓的頻率被選 擇成超過lMHz。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述中央信息分析和處理 裝置自動接通或按需使維護安全性的技術(shù)裝置接通，并向職員或成員發(fā)出 信息，使得他們可以自己作出決定。
全文摘要
本申請描述了用于檢測導(dǎo)電運動元素的方法，該方法包括如下布置測量設(shè)備(3)，位于監(jiān)控區(qū)中，沿防護邊界或周邊彼此相距相等或不等的距離，并通過連接纜線(1)彼此連接，該測量設(shè)備采用將磁場轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換器的形式；以及發(fā)射器(4)，彼此通過另一連接纜線(2)連接，并采用將電壓轉(zhuǎn)換成磁場的轉(zhuǎn)換器的形式，其中由該發(fā)射器產(chǎn)生的所得場的參數(shù)變化由該測量設(shè)備(3)來檢測，并且針對所測得參數(shù)的給定組合計算出與導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電物體的檢測有關(guān)的信息。為了提高檢測一個或多個導(dǎo)電運動物體的可靠性并且提高該一個或多個導(dǎo)電物體穿越防護邊界(周邊)的一個或多個位置的定位準確度，根據(jù)本發(fā)明，該測量設(shè)備(3)配備有用于對所測得的磁場和電場的參數(shù)變化進行初步分析和處理的裝置，“測量設(shè)備/發(fā)射器對”由相鄰和靠近的測量設(shè)備(3)和發(fā)射器(4)構(gòu)成，該“測量設(shè)備/發(fā)射器”對還標識由每個“測量設(shè)備/發(fā)射器”對所計算出的關(guān)于導(dǎo)電物體檢測的信息，所述信息被發(fā)送到中央信息分析和處理裝置(14)，該中央信息分析和處理裝置對檢測到導(dǎo)電物體或一組導(dǎo)電物體生成警告，以指示所檢測到的一個或多個物體的位置。
文檔編號G08B13/24GK101263537SQ200680033209
公開日2008年9月10日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者A·B·卡斯阿諾夫, V·A·米特范諾夫, V·A·阿斯特林, V·V·斯密諾夫, Y·V·達加弗 申請人:英諾斯尼三特里艾博里蘭基金