ИНДУКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1997 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к средствам электромагнитного обнаружения и может быть использовано для обнаружения слабопроводящих (по сравнению с металлическими телами) объектов в среде, удельная электропроводимость которой меньше средней электропроводимости вещества, из которого состоит объект, например, при проведении спасательных работ для обнаружения тела человека, засыпанного грунтом или снегом.

Известные индукционные преобразователи устройств обнаружения скрытых объектов, являющиеся колебательным контуром перестраиваемого генератора (авт. св. N 393713, кл. G 01 V 3/11; Р.Граф Микромощный металлоискатель - Электронные схемы. 130 примеров. М. Мир, 1989, с.353; патент РФ N 2002280, кл. G 01 V 3/11). Принцип действия таких устройств основан на диамагнитном эффекте эффекте уменьшения регулирующего потока магнитной индукции, создаваемой индукционным преобразователем при поднесении к нему проводящего тела, что эквивалентно уменьшению его индуктивности и сопровождается увеличением резонансной частоты колебательного контура и частоты генерируемых перестраиваемым генератором колебаний.

Индукционный преобразователь в виде многовитковой катушки (Р. Граф Электронные схемы. 130 примеров. М. Мир, с.353) позволяет достаточно эффективно обнаруживать хорошо проводящие (металлические) объекты, однако он не может быть использован для обнаружения слабопроводящих объектов, например, тела человека в завалах, так как большое число витков (140) и малый диаметр катушки ограничивают его чувствительность и радиус действия.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является индукционный преобразователь, выполненный в виде экранированной кольцевой рамки (патент РФ N 2002280, кл. G 01 V 3/11).

Недостаток устройства низкая собственная резонансная частота преобразователя, ограничивающая начальную частоту генерирования перестраиваемого генератора и соответственно снижающая его чувствительность; при этом чувствительность индукционного преобразователя при его значительном диаметре (-1 м), определяющем глубину поиска, убывает с ростом числа витков.

Цель изобретения повышение собственной резонансной частоты одновиткового индукционного преобразователя без уменьшения его размеров, что позволяет повысить начальную частоту генерирования перестраиваемого измерительного генератора, соответственно повысить чувствительность устройства обнаружения в целом и обеспечить возможность обнаружения тела человека под слоем снега, грунта и т.п. при проведении спасательных работ.

Указанная цель достигается тем, что в индукционном преобразователе для устройства обнаружения скрытых объектов, выполненном в виде экранированной кольцевой рамки, кольцевая рамка образована идентичными изолированными друг от друга проводящими элементами, последовательно соединенными между собой через конденсаторы, экран выполнен из изолированных друг от друга трубчатых элементов, зазоры между которыми, снабженные дополнительными экранами, расположены посередине соответствующих проводящих элементов.

Такое выполнение индукционного преобразователя уменьшает эффективное сопротивление индуктивного характера рамки при одновременном симметрировании диаграммы направленности и устранения паразитного емкостного эффекта, возникающего за счет потенциального электрического поля рамки, в результате чего собственная частота повышается с значения (обычно десятки или сотни кГЦ) до значения

где C_o собственная емкость одновитковой цельной рамки;
C_g емкость конденсатора;
n>1 количество конденсаторов;
L индуктивность рамки.

На фиг. 1 представлен предлагаемый индукционный преобразователь; на фиг. 2 пример структурной схемы устройства обнаружения скрытых объектов с предлагаемым индукционным преобразователем; на фиг.3 эквивалентная схема индукционного преобразователя.

Индукционный преобразователь содержит идентичные проводящие элементы 1, соединенные в кольцо через запаянные между ними конденсаторы 2, и кольцевой экран, образованный трубчатыми элементами 3, укрепленными с зазором 4 в диэлектрических соединительных элементах 5. Конденсаторы 2 представляют собой промышленно выпускаемые конденсаторы емкостью 100-200 пкф. Трубчатые элементы 3 выполнены из немагнитного металла, например, из алюминия. В качестве диэлектрических соединительных элементов могут быть использованы кольца из пластмассы. Соединительные элементы 5 снабжены дополнительными экранами 6, выполненными из металлической, например, латунной фольги.

Устройство для обнаружения скрытых объектов (фиг.2) может быть выполнено, как приведено в описании к патенту РФ N 2002280. Выводы 7 и 8 индукционного преобразователя 9 соединены с перестраиваемым генератором 10, выход которого, а также выход опорного генератора 11 подключены к смесителю 12, выход которого связан с блоком индикации 13, в качестве которого могут быть использованы известные средства звуковой, световой или цифровой индикации.

Предлагаемый индукционный преобразователь работает следующим образом.

При подаче питания на перестраиваемый генератор 10 ( источник питания на чертеже не показан), в нем возникают собственные колебания на резонансной частоте индукционного преобразователя 9, определяемой реактивностями кольцевой рамки из n проводящих элементов 1 и конденсаторов 2, а индукционный преобразователь 9 создает переменное магнитное поле. При этом ЭДС индукции оказывается приложенной к воздушным зазорам 4 между трубчатыми элементами 3, что приводит к возникновению паразитного диэлектрического эффекта (по потенциальному электрическому полю), который выражен тем слабее, чем больше число воздушных зазоров 4 (число трубчатых элементов 3). При поднесении индукционного преобразователя 9 к зоне нахождения человека под слоем грунта в теле человека под действием магнитного поля преобразователя 9 наводятся токи Фуко, которые создают магнитное поле, уменьшающее первоначальное поле преобразователя 9, что эквивалентно уменьшению его эффективной индуктивности. При этом происходит увеличение частоты, генерируемой перестраиваемым генератором 10, по наибольшему изменению которой относительно частоты опорного генератора 11 на выходе смесителя 12 регистрирует наличие тела.

Повышение собственной резонансной частоты одновиткового индукционного преобразователя до десятков мГц без уменьшения его диаметра позволяет повысить чувствительность устройства обнаружения и при n≈10 и диаметре преобразователя 0,8-1 м обеспечивает возможность обнаружения тела человека на глубине 5-6 м.

Использование: в средствах обнаружения с использованием магнитных или электрических полей. Сущность изобретения: кольцевая рамка содержит набор идентичных проводящих элементов, соединенных через конденсаторы, а экран -набор изолированных друг от друга трубчатых элементов. Экранированные зазоры между трубчатыми элементами размещены на уровне середины соответствующих проводящих элементов рамки. 3 ил.

Индукционный преобразователь для устройства обнаружения скрытых объектов, выполненный в виде одновитковой экранированной кольцевой рамки, отличающийся тем, что кольцевая рамка образована идентичными изолированными друг от друга проводящими элементами, последовательно соединенными между собой через конденсаторы, а экран выполнен из изолированных друг от друга трубчатых элементов, зазоры между которыми, снабженные дополнительными экранами, расположены посередине соответствующих проводящих элементов.