Выбор профессионалов

Отсутствие государственных и отраслевых стандартов на металлодетекторы (МД) оставляет потребителя в одиночестве перед довольно трудной задачей выбора МД для конкретно определенных целей и условий досмотра. На сегодняшний день на российском рынке систем безопасности активно продается продукция семи зарубежных фирм-производителей, а число предлагаемых моделей приближается к 20. Для выбора конкретной модели металлодетектора пользователю необходимо, прежде всего, определить объекты поиска (ОП) и условный набор предметов личного пользования (ПЛП). Это позволит определить класс металлодетектора. Классифицировать МД для персонального досмотра можно следующим образом:

• Арочные МД общего назначения (предназначены для обнаружения металлического оружия);
• Арочные МД повышенной чувствительности (предназначены для обнаружения достаточно малых металлических объектов);
• Арочные МД очень высокой чувствительности (предназначены для обнаружения объектов из цветных металлов весом от 5-6 граммов);
• Ручные МД (применяются во всех вышеназванных случаях, как самостоятельное устройство, так и как дополнительное локализующее устройство при совместном использовании с арочными МД).

Ручные МД в общем по принципу работы ничем не отличаются, и основное их различие составляют потребительские и эксплуатационные характеристики, поэтому в данной статье не рассматриваются. При выборе ручного МД следует обращать внимание на соответствие их заявленных характеристик фактическим и специальным требованиям.

Арочные МД очень высокой чувствительности имеют очень ограниченную сферу применения, как правило, предотвращение хищений с предприятий связанных с добычей и переработкой драгоценных металлов. Физические принципы, используемые в таких МД как правило такие же, как и во всех других арочных МД, с введением принципов компенсации сигналов малых полей путем сравнения сигнала детектирования с опорным сигналом, хранящимся в базе данных. Такие МД  используют мощные базы данных на ПК, интегрированную систему доступа и при довольно высокой цене (60-100 тыс. долларов США) весьма чувствительны к электромагнитной обстановке на месте установки.

Арочные МД повышенной чувствительности и общего назначения сходны по принципу действия и используемым технологиям. Основным качественным показателем МД повышенной чувствительности является способность обнаружить любой ОП и, поскольку он может быть соизмерим или даже много меньше любого из ПЛП, показатель селективности не рассматривается. Организационные меры, применяемые при использовании таких МД, включают в себя открытый пункт досмотра с визуальным контролем предъявляемых металлических предметов из ПЛП, обеспечение персонала одеждой и обувью не содержащей, или содержащей минимально возможное количество металлических включений, удовлетворительная электромагнитная обстановка. Применяются арочные МД повышенной чувствительности чаще всего на предприятиях для предотвращения хищений продукции, для досмотра посетителей тюрем (поиск бритвенных лезвий, тонких полосок метала и т. п.), для досмотра посетителей кабинетов ядерного магнитного резонанса в больницах. Примером арочных МД повышенной чувствительности могут служить METOR124 производства Metorex (Финляндия) и SMD600 производства CEIA (Италия).

Большинство из предлагаемых на рынке МД относятся к МД общего применения. Количество моделей, представляемых фирмами-производителями и их дилерами приближается к 20, а, учитывая модификации каждой модели, выбирать приходится из порядка 100 вариантов. При выборе МД следует помнить, что особенно в настоящий момент, когда рынок переживает довольно тяжелые времена, разница в цене очень четко отслеживает разницу в технологиях. Конечно же на цену влияют маркетинговые подходы компаний, но в целом, анализируя, как российский, так и зарубежный рынок, становится очевидно, что дорогостоящие изделия означают использование высоких технологий и высокие обнаруженческие характеристики. Это продукты high-end рынка, при использовании которых, высокие требования обеспечения безопасности, становятся реальностью. Наоборот, недорогие МД, характеризуются низкими обнаруженческими характеристиками, использованием дешевых технологий и низкоквалифицированого труда. Такие low-end изделия могут применяться только для обеспечения определенного уровня безопасности в определенных условиях.

Рассмотрим подробнее различия в используемых в МД принципах работы и технологиях. Сначала необходимо вернутся к началу, и определить конкретный для каждого потребителя, исходя из тех задач, которые ставит служба безопасности, набор объектов поиска и набор ПЛП.

Здесь необходимо предусмотреть тот факт, что, скорее всего через очень короткое время после начала эксплуатации МД, минимальный ОП станет еще меньше, а набор ПЛП увеличится за счет введения некоторых других предметов, или увеличения количества уже имеющихся. Опыт эксплуатации металлодетекторов российскими потребителями показывает, что ОП оказываются гораздо меньше пистолета Макарова, для обнаружения которого покупался конкретный МД, и сделаны они из других материалов. Для ориентировочной справки можно привести набор ОП определенный FAA, так называемый 3-gun test (официально определен Федеральной Администрацией  Аэропортов США, но используется многими службами безопасности по всему миру в качестве набора объектов поиска):

Наименование	Размеры			Вес (г)	Материал
	Длина (мм)	Высота (мм)	Ширина (мм)
Пистолет MP-25 Калибр 0.25	121	80	22	420	Ствол и механические части из стали, затвор и рама из цинко-алюминиевого сплава
MINI - 5-зарядный револьвер, калибр 0.22	100	59	20	130	Нержавеющая сталь
Двухзарядный пистолет Derringer MP-7 калибр 0.38	123	83	31	230	Алюминиевый сплав

Эти предметы должны определяться арочным МД с достаточно высокой вероятностью в соответствии с методиками конкретных тестовых процедур или стандартов. В мире широко используются методики ASTM и NILECJ. NILECJ является первым и довольно старым стандартом, на который можно найти ссылки у всех производителей МД, имеет дело с предметами, искусственно моделирующими те или иные типы оружия. По мнению многих опытных пользователей, такой подход к анализу характеристик МД, очень часто искажает реальные обнаруженческие характеристики МД.

Набор предметов личного пользования может варьироваться от страны к стране, в зависимости от привычек и обычаев, но, в общем, все наборы эквивалентны по той реакции, которую ПЛП дают в магнитном поле МД. Одним из примеров может служить набор ПЛП используемый в США, он же принят в качестве исходного в стандарте ASTM (Американского Общества Материалов и Испытаний):

1. Ботинки со стальными супинаторами;
2. Ключи для “английского” замка (семь);
3. Часы в металлическом корпусе и на металлическом браслете;
4. Две металлические шариковые ручки;
5. Очки в металлической оправе;
6. Монеты (5-по 1 центу, 3 – по 10 центов, 3 – по четверть доллара, 4 – по 5центов);
7. Пряжка ремня;
8. Пачка сигарет;
9. Золотое обручальное кольцо;
10. Зажигалка (Зиппо).

Приведенные выше ОП и ПЛП могут отличаться в каждом конкретном случае, так как каждый потребитель имеет свою конкретную задачу обнаружения. Но без предварительного определения состава данных наборов невозможно провести полноценный анализ работоспособности МД. Данный анализ металлодетекторов обычно строится на соответствие следующим требованиям:

• высокая пропускная способность;
• 100% или близкая к 1 вероятность определения объектов поиска (цифра зависит от конкретно используемых тестов, методик и глубины статистической выборки по некоторым тестам - в сноску);
• высокая селективность (способность “различать” запрещенные предметы и предметы личного пользования (ПЛП));
• очень низкая вероятность ложных тревог (трактовка понятия - ложные тревоги – имеет разночтения. В некоторых случаях это срабатывание от любых предметов не являющихся ОП, в некоторых от ПЛП, в некоторых от внешних помех. Равно как и комбинация любых вышеперечисленных причин. Поэтому необходимо при тестировании выбрать одну из трактовок этого понятия - сноска);
• стабильность параметров во времени.

На удовлетворение каждого из требований влияет множество принципиальных и технологических особенностей, заложенных и реализованных в конструкциях различных МД. Дальнейшее рассмотрение принципов и технологических решений будет приводиться с учетом возможного их влияния на реализации конкретного требования.

Для создания электромагнитного поля внутри МД применяются два принципа: принцип замкнутого элементарного контура и принцип согласованной антенной системы.

В первом случае катушка металлодетектора вместе с конденсаторами блока электроники образует простейший радиотехнический контур, в котором возбуждаются синусоидальные колебания с установившейся амплитудой. Внесение металлических предметов в такой контур ухудшает его добротность, и  амплитуда колебаний падает, что регистрируется в блоке электроники. Анализ только амплитуды колебаний принципиально не позволяет добиться удовлетворительной селективности, ограниченный динамический диапазон приводит к низкой помехоустойчивости, а дизайн катушки такого контура  принципиально (ограничение возможности стабилизировать параметры) не позволяет достичь равномерности распределения поля, что в целом приводит к низким характеристикам системы.

Подобный принцип создания поля встречается в металлодетекторах производства фирмы SAFLEC (ЮАР), например, в моделях Slimline, PF450(550), Popular2000.

Второй принцип используют практически все производители МД, и заключается он в генерации поля катушкой передатчиком, расположенной в одной панели МД и приемом сигнала поля катушкой приемника, расположенной в противоположной панели МД. При таком типе генерации поля появляется больше возможностей для различного дизайна конфигурации катушек, а следовательно, лучшей равномерности распределения поля и как следствие лучшей селективности и уменьшения ложных тревог. Еще одним преимуществом такого типа генерации поля является возможность временного анализа затухающего поля, что дает множество дополнительных преимуществ для анализа сигналов от металлических объектов.

Во всех рассматриваемых далее МД используется принцип генерации поля посредством согласованной пары Передатчик-Приемник.
Как было замечено ранее, дизайн конфигурации передающей и приемной катушек, по сути определяет однородность поля, и является одним из основных факторов для обеспечения требований по селективности МД, вероятностей обнаружения и ложных тревог. Выбор той или иной конфигурации катушек определяется в результате тщательных исследований  и макетирования. От  того, как спроектированы катушки, зависит равномерность распределения поля внутри металлодетектора, равно как и способность металлодетектора не реагировать на источники излучений, расположенные вне МД (подавление “боковых лепестков” антенной системы).

Проиллюстрировать влияние однородности на характеристики МД можно следующим образом. При однородном поле в каждой точке МД напряженность поля одинакова, а значит, при проносе эталонного объекта в каждой точке в пространстве МД сигнал от объекта будет одинаков. Если поле неоднородно, что означает наличие точек (областей) пространства с напряженностью отличающейся от соседних, то и сигнал от эталонного предмета будет разным в каждой области. В реальном применении это означает следующее: настройка МД на обнаружение ОП, например, на поясе  справа и на уровне груди, где напряженность поля может быть максимальной, может привести к пропуску этого же предмета на уровне пояса слева или колена при тех же установках. Попытка же настройки МД на надежное определение ОП во всех областях приводит  к ложным срабатываниям на ПЛП.

Для улучшения однородности поля в МД применяются некоторые специальные меры:

• применение сдвоенных катушек в Передатчике и Приемнике с независимой обработкой каждого из каналов (например METOR120, METOR160 производства Metorex (Финляндия), SCDM2 производства Е.Т. (Италия), 02PN8 и 02PN10 производства C.E.I.A. (Италия), CHECKGATE 8000 производства Control Screening (CША)). Причем катушки в металлодетекторах METOR120, METOR160 создают э/м поле во взаимно перпендикулярных плоскостях, что значительно улучшает обнаружение линейно протяженных объектов, таких как ножи, прутки арматуры и т.д.
• применение пар приемопередающих катушек включенных во встречном направлении. Таким образом появляется возможность определения местонахождения ОП по отношению к панелям. (применяется в металлодетекторах MT5500 производства фирмы GARRETT (CША), CHECKGATE 9000 производства Control Screening (CША), Intelliscan 6000, 9000, 12000 производства Ranger Security (CША)).  Надо отметить, что такой путь компенсации неоднородности не дает в представленных моделях хорошего результата, так как изначально базируется на недостаточно хорошем дизайне катушек, и применяется как недорогой способ “латания дыр”.
• Использование многокатушечных систем, с пространственным разделением областей поиска. Независимые регулировки чувствительности в таких системах позволяют компенсировать неоднородности поля в МД, возникающие вследствие влияния помех, а пространственная обработка сигналов позволяет увеличить селективность по распределенным ПЛП. Принцип многозонности применен частично в металлодетекторе PMD2 производства C.E.I.A. (Италия) (используется три излучающие катушки и пять приемных с согласованной коммутацией и специальной обработкой), и полностью - в металлодетекторах METOR200 (восемь физических зон детектирования) производства Metorex и Intelliscan12000 (шесть физических зон детектирования) производства Ranger Security.

На однородность поля оказывает влияние качество сборки катушек, поскольку отклонение в укладке витков приводит к изменению суммарной напряженности поля катушки и, соответственно всего металлодетектора. Использование роботов при намотке катушек МД фирмами C.E.I.A., Metorex, E.T. позволяет достичь абсолютной повторяемости дизайна катушек в каждом экземпляре панели. Анализ намотки катушек МД Intelliscan12000 производства Ranger Security приводит к удручающим результатам: намотанные вручную катушки, закрепленные на листе фанеры липкой лентой, не только не обеспечивают повторяемости, но и вынуждает производителя подбирать пары катушек для конкретного экземпляра МД только для достижения приемлемой однородности поля.

Все рассуждения о дизайне катушек и качестве их сборки справедливы как для панельной их версии так и для колонной. Катушки в виде колонн выпускаются итальянскими производителями наряду с привычными панелями. Колонны хороши только с эстетической точки зрения, они легки, не закрывают пространство досмотра, экономят место установки. На этом все их достоинства исчерпываются. Об однородности поля приходится забыть,  селективность резко падает, увеличивается число срабатываний от разрешенных к проносу ПЛП. Колонны могут применяться в местах установки с невысокими требованиями к безопасности и небольшим потоком посетителей, для установки по более высоким требованиям безопасности производители рекомендуют те же модели МД но с катушками в виде панелей.

На селективность и вероятности обнаружения и ложных тревог оказывает влияние также вид намагничивающего поля. Как известно в металлодетекторах используется два метода формирования намагничивающего поля – метод гармонического поля и метод импульсного поля. (Подробнее о см. СТ №4 1998 год Обзор принципов действия). При гармоническом типе поле возбуждается синусоидой одной частоты (гармоникой). При импульсном – возбуждение осуществляется импульсом близкой к прямоугольной формы. У каждого из этих типов есть свои недостатки и преимущества.

Прежде всего, у этих методов разная информативность. У гармонического колебания всего два параметра для последующего анализа: амплитуда и фаза переизлученного поля. При импульсном возбуждении поля для анализа используются переходные характеристики всего спектра Фурье-составляющих прямоугольного импульса. Это ведет к значительному увеличению собираемой информации о характеристиках и размерах исследуемого металлического объекта.

Можно встретить заявления некоторых производителей МД о том, что гармонический принцип в десятки тысяч раз более информативен, чем импульсный в силу того, что создаваемое поле непрерывно.  Элементарные понятия подсказывают, что эти заявления лишены всякого смысла, поскольку в гармоническом сигнале, то есть синусоиде, изменение фазы можно измерить не более двух раз за период сигнала, а пиковые значения амплитуды при проносе металлического объекта принципиально не могут меняться чаще частоты сигнала (скорость перемещения объекта много меньше частоты э/м поля). Так, что если частоты при разных типах генерации поля не отличаются в тысячи раз, а они у всех производителей находятся в пределах 100Гц-3кГц, то за счет “непрерывности синусоиды” выигрыша не просматривается. Наоборот, информативность гораздо выше у импульсных систем, поскольку в них принципиально может идти анализ бесконечного множества частот.

Импульсные системы гораздо более стойки к вибрациям, так как при совместной обработке составляющих сигнала переизлученного поля удается скомпенсировать изменения, вызванные изменением взаимного расположения катушек. Вследствие нестойкости к вибрациям, МД, использующие гармонический принцип, обычно на 30-50% тяжелее их импульсных аналогов, что с одной стороны придает им большую жесткость, но с другой стороны ухудшает стойкость к ударам.

Принципиально преимущество гармонических МД заключается хорошей помехозащищенности, так как существует возможность эффективной  фильтрации помех с частотами, отличными от частоты возбуждения. Однако, на практике, это преимущество практически не реализовано. Помехозащищенность производимых импульсных и гармонических металлодетекторов примерно одинакова. Практический выигрыш получен в металлодетекторах 02PN10 и PMD2 производства компании C.E.I.A.. Эти модели металлодетекторов при установке в ряд удается размещать на расстоянии 5 см друг от друга, разнося, естественно, частоты генерации поля.

Если в гармонических МД использовать возбуждение поля одновременно несколькими, специально подобранными частотами, то, возможно, удастся несколько приблизить их характеристики обнаружения к импульсным системам. Однако на сегодняшний день все производители гармонических металлодетекторов используют моночастотный метод возбуждения. На российском рынке представлено всего несколько моделей металлодетекторов, использующих гармонический метод формирования поля, это 02PN10 и PMD2 производства компании C.E.I.A. и Intelliscan12000 производства Ranger Security. Все остальные производители в мире используют импульсный метод формирования поля.

Импульсный метод формирования поля МД представляется наиболее перспективным в развитии. При использовании методов анализа переходных процессов представляется теоретически возможным дать заключение о точной форме и электромагнитных характеристиках исследуемого объекта. Достигается это путем измерения амплитуд переходных характеристик на разных частотах при различных задержках относительно заднего фронта импульса возбуждения. Накапливая результаты измерений за несколько циклов воздействия импульса при проносе ОП через металлодетектор, и применяя необходимую обработку, возможно получить электромагнитный образ объекта. Сравнивая его с образами из существующей библиотеки, можно довольно точно идентифицировать предметы являющиеся объектами поиска. В небольшом объеме, насколько это позволяют технические возможности и конечная стоимость,  данная технология измерений применяется в металлодетекторах METOR, производимых компанией Metorex.

Для удобства сравнения технологий металлодетекторы, упоминавшиеся в статье, а также другие модели наиболее широко известные на российском рынке безопасности, приведены в таблице.

Фирма-производитель	Название модели	Вид поля	Варианты исполнения	Особенности
CEIA (Италия)	02PN8(HI-PE)	Гармонический	Панели, колонны	Двухканальная система катушек
	02PN10	Гармонический	Панели, колонны	Двухканальная система катушек, модель очень чувствительна к вибрациям
	PMD2	Гармонический	Панели, колонны	Псевдо-многозонная система – три катушки передатчика и пять – приемника
Control Screening (США)	CHECKGATE 8000	Импульсный	Панели	Двухканальная система катушек
	CHECKGATE 9000	Импульсный	Панели	Двунаправленная система катушек. Индикация близости проноса от панелей.
EG&G Astrophysics	HS-4W	Импульсный	Панели	Одна передающая катушка, две приемные катушки. Довольно низкая помехоустойчивость.
Е.Т. (Италия)	SCDM2	Импульсный	Панели, колонны	Двухканальная система катушек
Garrett Electronics (США)	CS5000	Импульсный	Панели	Низкая однородность поля, металлический объект на расстоянии 30 см от металлодетектора сильно искажает однородность поля уровня в МД
	MT5500	Импульсный	Панели	Двунаправленная система катушек. Индикация близости проноса от панелей.
Metorex (Финляндия)	METOR160 (METOR 120)	Импульсный	Панели	Двухканальная система катушек, создающая взаимно перпендикулярные поля, для решения проблем ориентации.
	METOR200	Импульсный	Панели	Многозонный, восемь независимых физических зон.
Ranger Security (США)	Intelliscan12000	Гармонический		Многозонный, 6 физических  независимых зон. Двунаправленная система катушек, определяющая близости проноса от панелей.
SAFLEC (ЮАР)	Разные модели	Гармонический	Панели, колонны	Анализ добротности контура

Надо отметить, что упомянуты далеко не все модели МД и не все производители металлодетекторов, хотя подобные изделия можно встретить уже установленными на некоторых объектах в России. В статье нашли отражение наиболее известные модели или предлагаемые известными в России фирмами-поставщиками МД.