Akustyczne „radarowe” punkty na gapę w metalowych kontenerach ładunkowych

Wykrywanie pasażerów na gapę w ciężarówkach, kontenerach transportowych i wagonach kolejowych staje się coraz ważniejszym działaniem, ponieważ kraje na całym świecie próbują walczyć z nielegalnym przepływem osób przez granice. Różne technologie mają pomóc, ale wszystkie mają znaczne ograniczenia.

Pasywne czujniki fal milimetrowych mogą widzieć przez ściany, ale wymagają źródła oświetlenia, takiego jak niebo. To generalnie wyklucza wykrywanie pasażerów na gapę ukrytych przed światłem słonecznym.

Systemy radarów mikrofalowych zapewniają własne źródło oświetlenia, ale generalnie mają problemy z wykrywaniem nieruchomych ludzi. W każdym razie sygnały te nie przechodzą przez metalowe ściany i dlatego nie nadają się do kontenerów ładunkowych i tym podobnych.

Do tego dochodzą systemy oparte na detekcji promieni gamma. Przechodzą one łatwo przez metalowe ściany i są przeznaczone głównie do wykrywania materiałów jądrowych. Stanowią jednak poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi i dlatego nie nadają się do wykrywania pasażerów na gapę.

Wreszcie istnieją czujniki akustyczne, które z pewnością mogą przesyłać sygnały przez metalowe ściany, ale nigdy nie były wystarczająco silne ani czułe, aby dokładnie wykrywać ludzi po drugiej stronie.

Do teraz. Dziś wszystko to zmienia się dzięki pracy Franklina Felbera w Starmark, naukowej firmie konsultingowej z siedzibą w San Diego, która zbudowała i przetestowała czujnik akustyczny, który jest wystarczająco mocny i czuły, aby wykryć ruch oddechowy nieruchomego człowieka na z drugiej strony ściany kontenera ładunkowego.

Problem z konwencjonalnymi nadajnikami akustycznymi polega na tym, że nie wytwarzają sygnału, który może wykryć ludzi. Musi to mieć określoną, wąską częstotliwość, która pozwoli czujnikowi wychwycić zmianę w odbiciu od obiektu poruszającego się tylko o kilka milimetrów, takiego jak na przykład klatka oddechowa. Szerokopasmowy sygnał, który obejmuje zakres częstotliwości, po prostu rozmywa te odbicia.

Musi być również wystarczająco silny, aby przejść przez metalową ścianę w powietrze po drugiej stronie, a następnie odbić się od przedmiotów i przejść z powrotem przez metalową ścianę do odbiornika.

Felber rozpoczął swoją pracę od eksperymentów z dostępnymi na rynku przetwornikami piezoelektrycznymi. Zmieniają one swój kształt pod wpływem silnego napięcia. To właśnie ta zmiana generuje sygnał dźwiękowy.

Ale Felber odkrył, że mają poważne wady. Najpoważniejsze było to, że aby wytworzyć wystarczająco silny sygnał, muszą działać w pobliżu swojego progu obrażeń. Co więcej, używają ogromnych napięć – rzędu 3000 woltów – a to wymaga specjalistycznych obwodów kondycjonowania zasilania. Co gorsza, tracą swoje właściwości rezonansowe po przymocowaniu do ściany, co zmniejsza ich moc akustyczną tysiąckrotnie.

Ale Felber znalazł niezwykle prostą i wydajną alternatywę, wykorzystując zupełnie inny rodzaj przetwornika akustycznego, który działa z baterią dziewięciowoltową. Jego nowa maszyna to w zasadzie młotek lub, jak to nazywa, mechaniczny nadajnik uderzeniowy.

Powoduje to wytwarzanie silnego sygnału akustycznego poprzez wielokrotne uderzanie w metalową płytę, która następnie rezonuje z określoną częstotliwością. Po przymocowaniu do ściany kontenera sygnał przechodzi w powietrze po drugiej stronie.

Odbiornik akustyczny odbiera wszelkie odbicia z każdego impulsu, a procesor sygnału odejmuje je od odbić z poprzedniego impulsu. Odbicia, które się nie zmieniły, te od nieruchomych obiektów, znoszą się. To pozostawia tylko odbicia od poruszających się obiektów, takich jak ludzie.

Felber przetestował to urządzenie i pokazał, że potrafi wykryć poruszającą się osobę po drugiej stronie ściany, a nawet taką, która jest nieruchoma, jedynie na podstawie czynności oddychania.

To imponujące dzieło, które pokazuje, jak prosty pomysł może przebić najbardziej zaawansowaną materiałoznawstwo.

Oczywiście są pewne zastrzeżenia. Najważniejszy jest sposób, w jaki mechaniczny impaktor łączy się ze ścianą.

Aby urządzenie i odbiornik działały dobrze, muszą być starannie przymocowane do ściany w sposób, który nie zmienia znacząco ich częstotliwości rezonansowych, ponieważ spowoduje to utratę sygnałów.

Być może jest to możliwe w teście, ale ważnym pytaniem jest, czy byłoby to możliwe w praktyce, gdy trzeba przeskanować tysiące kontenerów w różnych warunkach pogodowych.

Niemniej jednak Felber jest optymistą. Mówi, że urządzenia są w stanie zdalnie i nieinwazyjnie skanować stalowe kontenery ładunkowe w poszukiwaniu pasażerów na gapę z szybkością dwóch kontenerów na minutę.

To, że potrzebne jest pilne rozwiązanie tego problemu, z pewnością zwróci uwagę na tę pracę i pomoże skoncentrować się na kilku ostatnich praktycznych kwestiach, które należy dopracować.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1507.01479 : Demonstracja nowatorskiego, ściennego czujnika akustycznego o dużej mocy

ukryć