УСТРОЙСТВО ЗОНДИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N22/00 G01V3/12 G01S13/88 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях.

Уровень техники
Известно устройство для обнаружения объектов, распложенных под землей /патент Японии 57-17273, G 01 S 13/34, G 01 V 3/12, 75 г./. Устройство содержит передатчик, выдающий частотно-модулированные сигналы с пилообразной огибающей и с постоянной частотой повторения. Обнаружение объекта производится с помощью фильтра, подавляющего составляющие сигнала, отраженного от поверхности земли. Устройство позволяет обнаружить водопроводные, газовые трубы и т. д. Недостатком данного устройства является невозможность определения расположения подземных неоднородностей в плане зондируемого объекта.

Другим аналогом является устройство для определения месторасположения неоднородностей или разрывов в материале месторождения, имеющее передающее и приемное устройства, а также передающую и приемную антенны /патент ФРГ 2360778, G 01 V 3/12, 76 г./. Недостатком также является невозможность обнаружения малоразмерных объектов, их расположения и формы.

Известно также устройство для подповерхностного зондирования, принятое заявителем за прототип /Финкельштейн М.И., Кутев В.А, Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии, М. , Недра, 1986, с. 46/. Оно содержит высокочастотный генератор, приемник и совмещенные передающую и приемную антенны. В его основе лежит принцип использования непрерывного сигнала с частотой по симметричному или несимметричному пилообразному закону. Частота биений между опорным /прямым/ и отраженным сигналами является функцией расстояния до объекта. Недостатком устройства, препятствующим получению требуемого технического результата, является невозможность определения расположения и формы неоднородностей и включений в плане строительной конструкции, а также обеспечение разрешения в плане зондируемой строительной конструкции 1...2 сантиметра.

Требуемый технический результат состоит в устранении указанных недостатков, а именно в получении в реальном масштабе времени растрового изображения неоднородностей и включений в строительных конструкциях, а также обеспечение разрешения в плане съемки зондируемой строительной конструкции 1...2 сантиметра.

Сущность изобретения
Требуемый технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства пространственно совмещенные передающая и приемные антенны снабжены сканирующим устройством регистрации координат зондируемой поверхности, а сигналы от приемника высокочастотного сигнала и сканирующего устройства регистрации координат зондируемой поверхности поступают в контроллер по обработке и вводу данных в ЭВМ и частота высокочастотного генератора находится в диапазоне от 3 до 4 ГГц. Наличие сканирующего устройства регистрации координат зондируемой поверхности строительной конструкции и частота высокочастотного генератора 3...4 ГГц позволяют определять неоднородности и включения, их расположение, форму и направленность в зондируемом объекте с разрешением в плане съемки 1...2 см, а наличие контроллера по обработке и вводу данных в ЭВМ получать растровое изображение на экране ЭВМ в реальном масштабе времени.

Перечень фигур чертежей и иных материалов
На фиг. 1 представлена схема устройства зондирования строительных конструкций, где 1 - портативная ЭВМ; 2 - блок питания; 3 - электронный блок в составе высокочастотного генератора, приемника высокочастотного сигнала; 4 - пространственно совмещенные передающая и приемная антенны; 5 - сканирующее устройство регистрации координат зондируемой поверхности; 6 - контроллер по обработке и вводу данных в ЭВМ.

На фиг. 2 представлено сканирующее устройство регистрации координат зондируемой поверхности, где 4 - пространственно совмещенные передающая и приемная антенны; 7 - устройство считывания координаты X, 8 - координатная планка с метками по оси X, с дискретностью меток ΔX; 9 - шасси, обеспечивающее перемещение по оси X с дискретностью ΔY.

На фиг. 3 представлен общий вид радиолокатора "Раскан-1".

На фиг. 4 показано расположение объектов в макете стены.

На фиг. 5 показано радиоизображение участка стены с объектами.

На фиг. 6 приведено радиоизображение участка макета стены с объектами и пистолетом.

На фиг. 7 показано радиоизображение участка стены с микропроводом на его поверхности.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Устройство зондирования строительных конструкций /фиг. 1/ включает в себя: 1 - портативную ЭВМ; 2 - блок питания; 3 - электронный блок в составе высокочастотного генератора и приемника высокочастотного сигнала; 4 - пространственно совмещенные передающую и приемную антенны; 5 - сканирующее устройство регистрации координат зондируемой поверхности; 6 - контроллер по обработке и вводу данных в ЭВМ. Сканирующее устройство регистрации координат зондируемой поверхности в свою очередь состоит /фиг. 2/ из устройства считывания координаты X 7; координатной планки с метками по оси X, с дискретностью меток ΔX8; шасси, обеспечивающего перемещение по оси Y с дискретностью ΔY9.
Сущность работы предлагаемого устройства сводится к следующему. Сканирующее устройство регистрации координат 5 располагается на поверхности зондируемой строительной конструкции. СВЧ-сигнал от электронного блока 3 поступает на пространственно совмещенные передающую и приемную антенны 4 и излучается в зондируемую среду. Сигнал, отраженный от неоднородностей и включений в строительной конструкции, поступает обратно в электронный блока 3, где обрабатывается и передается в контроллер обработки и ввода данных 6 и в цифровом виде поступает в ЭВМ 1, при этом одновременно измеряются и регистрируются координаты X и Y зондируемой поверхности сканирующим устройством регистрации координат 5, которые также поступают в контроллер обработки и ввода данных 6 и в цифровом виде также передаются в ЭВМ 1. Устройство считывания координат X 7 передвигается по координатной планке 8 с дискретностью ΔX вместе с пространственно совмещенными передающей и приемной антенными 4, а шасси 9 обеспечивает перемещение по оси Y с дискретностью ΔY. Это позволяет в реальном масштабе времени получить зависимость амплитуды отраженного сигнала от координат X и Y зондируемой поверхности, а частота высокочастотного генератора в диапазоне от 3 до 4 ГГц позволяет обеспечивать разрешение в плане съемки 1.. .2 сантиметра.

Устройство реализовано при разработке прибора "Раскан-1", общий вид представлен на фиг. 3.

Метод сканирования - механический, а ввод информации в ЭВМ производится через специальный интерфейс в автоматическом режиме через порт принтера. При этом сама ЭВМ никаких доработок не требует. Отображение информации производится в реальном масштабе времени на экране ЭВМ в виде полутонового изображения, где каждому уровню принимаемого сигнала отсутствует определенная градация яркости.

Отражение электромагнитного излучения происходит от объектов, обладающих контрастом диэлектрической проницаемости по отношению к среде, в которой они находятся. В силу этого на получаемых изображениях видны не только металлические объекты, но и диэлектрические неоднородности, например пустоты, что отличает данный прибор от широко используемых в настоящее время металлоискателей. Высоким контрастом будет обладать вода, а также участки конструкций с повышенной влажностью.

Данная разработка может найти применение в следующих областях: контрразведывательной деятельности по выявлению подслушивающих устройств; оперативно-розыскной деятельности правоохранительных органов; зондировании строительных конструкций с целью определения положения арматуры, пустот и других неоднородностей; зондировании особо ответственных строительных конструкций (взлетно-посадочных полос аэродромов, мостов, переходов и т.д.) с целью определения скрытых дефектов в них.

Для определения работоспособности предлагаемого устройства были проведены эксперименты по зондированию макета стены с установленными в нем различными объектами. Кроме того, проводилось зондирование железобетонной стены здания.

В качестве макета стены использовался пакет из 7 листов сухой штукатурки размером 1x1,2 м² и общей толщиной 10,5 см, между слоями которой были расположены различные объекты. В приводимых в данной записке экспериментах в качестве объектов, подлежащих обнаружению, использовались два металлических провода, а также 5 монет ⊘25 мм. Кроме этого, во втором слое штукатурки было выбрано квадратное отверстие размером 3x3 см² в плане съемки, глубина отверстия соответствовала толщине листа штукатурки - 1,5 см.

Схема расположения объектов в макете стены приведена на фиг. 4. Размер заштрихованной части поверхности на схеме составлял 0,6x0,6 м². Цифра у каждого их объектов задает порядковый номер слоя, считая сверху, под которым он находится, т. е. объект с цифрой 2 находится между 2 и 3 слоем сухой штукатурки. В третьем и втором слоях была выбрана ниша, в которую был заложен макет пистолета с длиной ствола 13,5 см и высотой по рукоятке 9,7 см. Для удобства на схеме нанесена сетка. Шаг сетки равен 3 см /фиг. 4/. Расположение объектов в макете стены 0,6x0,6 м² показано в конце описания.

Результаты экспериментов по зондированию различных участков макета стены приведены на фиг. 5 и 6. На фиг. 5 приведено радиоизображение участка макета, обведенного на фиг. 4 пунктирной линией. На данном изображении видны провод, три монеты и отверстие. На фиг. 6 приведено изображение, которое захватывает и макет пистолета. На схеме этот участок обведен штрихпунктирной линией.

Исследовался еще один тип объекта - микропровод 0,06 мм и длиной около 20 см. Изображение данного объекта, наклеенного на внешнюю поверхность макета стены, приведено на фиг. 7.

Как видно из приведенных результатов, по сравнению с известным решением устройство позволяет достигнуть поставленной технической задачи - идентификации и определения положения неоднородностей в строительных конструкциях и сооружениях, что повышает информативность результатов зондирования.

Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предлагаемое изобретение, обладающее новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия "изобретательский уровень", из уровня техники не известен также механизм достижения технического результата, раскрытый в материалах заявки.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях. Устройство состоит из высокочастотного генератора, пространственно совмещенных передающей и приемных антенн, приемника высокочастотного сигнала. Для идентификации и определения в реальном масштабе времени положения неоднородностей и включений в строительных конструкциях пространственно совмещенные передающая и приемные антенны снабжены сканирующим устройством регистрации координат зондируемой поверхности, выполненным в виде линейки, а сигналы от приемника высокочастотного сигнала и сканирующего устройства регистрации координат зондируемой поверхности поступают в контроллер по обслуживанию и вводу данных в ЭВМ. Частота высокочастотного генератора находится в диапазоне от 3 до 4 ГГц. 7 ил.

Устройство зондирования строительных конструкций, состоящее из высокочастотного генератора, пространственно совмещенных передающей и приемной антенн, приемника высокочастотного сигнала, отличающееся тем, что совмещенные передающая и приемная антенны снабжены сканирующим устройством регистрации координат зондируемой поверхности, а сигналы от приемника высокочастотного сигнала и сканирующего устройства регистрации координат зондируемой поверхности поступают в контроллер по обработке и вводу данных в ЭВМ и частота высокочастотного генератора находится в диапазоне от 3 до 4 ГГц.