УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА СКРЫТЫХ В ГРУНТЕ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1999 года по МПК F41H11/12 

Изобретение относится к устройствам для обнаружения скрытых объектов на больших площадях, касается устройств, специально предназначенных для использования при перемещении, например человеком или наземным транспортным средством, а именно устройства для поиска скрытых в грунте объектов.

Предлагаемое устройство используется для определения местоположения преимущественно наземных мин с целью их обезвреживания на минных полях больших площадей и предназначено для установки на наземном транспортном средстве преимущественно с дистанционным управлением. Кроме того, предлагаемое устройство может быть с успехом использовано для обнаружения любых других объектов, скрытых на больших площадях, имеющих как гладкую, так и неровную поверхность, таких, как например, луг, вспаханное поле. Его можно также с успехом использовать для определения местоположения других объектов, скрытых в грунте, таких как кабели, трубопроводы.

Основным узлом таких устройств является датчик, предназначенный для обнаружения искомого объекта. Причем для обнаружения различных объектов используются разные датчики, например, для наземных мин с металлическим корпусом чаще всего используются индукционные поисковые датчики, для мин с неметаллическим корпусом, например пластиковым, в качестве поискового датчика могут использоваться радиолокаторы подпочвенного зондирования.

Принцип действия известных устройств для поиска мин на наземных минных полях - миноискателей - основан на перемещении датчика (чувствительного элемента) над поверхностью грунта, в котором скрыт взрывоопасный объект. При этом датчик может устанавливаться на наземном транспортном средстве, например на мобильном роботе. Это транспортное средство и смонтированные на нем механизмы часто имеют дистанционную систему управления для обеспечения безопасности оператора при проведении работ по разминированию. Эффективность работы поискового устройства зависит от расстояния, на котором расположен чувствительный элемент датчика от поверхности грунта, в котором скрыт объект поиска. Чем меньше это расстояние, тем выше эффективность работы устройства.

Важной проблемой при перемещении датчиков является поддержание минимально возможного расстояния между датчиком и поверхностью грунта для того, чтобы сохранить требуемую чувствительность датчика и, следовательно, уменьшить количество ложных срабатываний датчиков и возможность пропуска объектов. Надежная защита чувствительного элемента от механических повреждений, которые возможны при неровном грунте и наличии "посторонних" предметов, например камней, также повышает эффективность устройства и обеспечивает безопасность работ.

Известно устройство для поиска скрытых в грунте взрывоопасных объектов (RU, 2089826 C1), содержащее чувствительный элемент, установленный внутри кожуха, связанного со средством его перемещения с возможностью контактирования кожуха при поиске с поверхностью грунта.

Чувствительный элемент расположен в кожухе, который имеет коробчатую форму. Связь кожуха с транспортным средством представляет собой систему рычагов, которые шарнирно связаны с транспортным средством и с кожухом, и в одном крайнем положении которых обеспечивается контактирование кожуха с грунтом. В этом положении кожух расположен перед корпусом транспортного средства в направлении его перемещения. При перемещении кожух скользит по поверхности грунта, контактируя с ним днищем, выдерживая оптимальное расстояние между чувствительным элементом и грунтом, которое задано установкой чувствительного элемента в кожухе. Шарнирное соединение кожуха с системой рычагов обеспечивает возможность поворота кожуха вокруг оси, перпендикулярной оси рычагов при скольжении по неровной поверхности грунта.

Однако, при наличии в грунте неровностей, расположенных на расстояниях, соизмеримых с размерами кожуха, положение кожуха будет неопределенным и оптимальное расстояние между чувствительным элементом и грунтом может не выдерживаться за счет неплотного прилегания днища кожуха к грунту.

Кроме того, поскольку в грунте могут встречаться выступающие предметы - камни, корни деревьев, палки, то при наезде кожуха па такие предметы, высота которых соизмерима или превышает высоту кожуха, его ориентация, а следовательно, и положение оси диаграммы направленности чувствительного элемента могут существенно изменяться за счет поворота кожуха вокруг оси шарнира, что также приводит к увеличению расстояния между чувствительным элементом и грунтом и, следовательно, к снижению эффективности работы устройства.

Следует также отметить, что постоянный контакт днища кожуха с поверхностью грунта в процессе поиска приводит к износу кожуха.

В основу изобретения поставлена задача создать устройство для поиска скрытых в грунте объектов с таким кожухом для размещения чувствительного элемента, при контакте которого с неровным грунтом в процессе его перемещения обеспечивалось бы оптимальное расстояние между расположенным в нем чувствительным элементом и поверхностью грунта, а также минимальное трение между кожухом и поверхностью грунта, повышающее эффективность поиска и безопасность работ.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для поиска скрытых в грунте объектов, содержащем чувствительный элемент, установленный внутри кожуха, связанного со средством его перемещения с возможностью контактирования кожуха при поиске с поверхностью грунта, согласно изобретению, кожух выполнен в виде обечайки и по меньшей мере одной боковой стенки, при этом обечайка смонтирована с возможностью вращения на подшипниках, установленных в боковых стенках кожуха.

В зависимости от конфигурации поверхности грунта обечайка может иметь бочкообразную форму или форму цилиндра.

Для более плотного прилегания обечайки к грунту ее можно выполнить гибкой или изготовить из эластичного материала.

Целесообразно, чтобы обечайка была связана со средством перемещения устройства с помощью по меньшей мере одного рычага, один конец которого связан с одной боковой стенкой кожуха, а другой - шарнирно связан со средством перемещения устройства.

При большой протяженности кожуха устройство может также иметь дополнительный рычаг, концы которого шарнирно связаны с другой боковой стенкой кожуха и со средством перемещения.

При наличии на поверхности грунта препятствий, например валунов, пней, кожух может быть связан со средством перемещения устройства с помощью по меньшей мере двух цилиндрических пружин, каждая из которых одним концом связана с одной из боковых стенок кожуха.

Использование в предлагаемом устройстве кожуха с обечайкой, имеющей форму тела вращения, позволяет:
во-первых, на грунтах, имеющих неровную поверхность, более точно выдерживать оптимальное расстояние между чувствительным элементом и поверхностью грунта при расстояниях между неровностями, большими или соизмеримыми с диаметром обечайки, за счет уменьшения площади контакта кожуха с поверхностью грунта;
во-вторых, преодолевать выступающие из грунта объекты, по высоте не превышающие радиус обечайки, а при закреплении концов рычагов устройства на транспортном средстве на высоте от грунта, меньшей, чем радиус обечайки, преодолевать объекты, превышающие по высоте радиус обечайки;
в-третьих, повысить эффективность устройства за счет того, что положение оси диаграммы направленности чувствительного элемента, установленного в таком кожухе, при движении по неровной поверхности изменяется незначительно;
в-четвертых, существенно уменьшить силу трения между кожухом и грунтом за счет замены трения скольжения кожуха о грунт трением качения обечайки по грунту, что позволяет повысить безопасность работ при поиске взрывоопасных предметов и существенно повысить срок службы поискового устройства за счет уменьшения его износа.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - общий вид устройства для поиска скрытых в грунте объектов, пространственное изображение, частичный разрез, согласно изобретению;
фиг. 2 - вариант выполнения устройства с двумя рычагами для связи кожуха со средством перемещения устройства, согласно изобретению;
фиг. 3 - вариант выполнения устройства, содержащего пружины для связи кожуха со средством перемещения устройства, согласно изобретению;
фиг. 4 - часть наземного транспортного средства с группой из трех устройств для поиска скрытых в грунте объектов, с обечайками, оси которых расположены по одной линии, вид сверху;
фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, с обечайками, оси которых смещены друг относительно друга.

Устройство для поиска скрытых в грунте объектов содержит чувствительный элемент 1 (фиг.1) для обнаружения объекта поиска, смонтированный в кожухе 2. В качестве чувствительного элемента 1 может быть использован любой известный датчик, применяемый для обнаружения соответствующего объекта поиска, например индукционный датчик или локатор подпочвенного зондирования. Кожух 2 предназначен как для защиты чувствительного элемента 1, так и для поддержания оптимального расстояния между чувствительным элементом 1 и поверхностью грунта, в котором скрыт объект поиска. Кожух 2 содержит обечайку 3 и по меньшей мере одну боковую стенку 4. Обечайка 3 имеет форму тела вращения и смонтирована с возможностью вращения на оси 5, установленной в подшипнике 6, расположенном в стенке 4. Конструктивно стенка 4 может быть выполнена как сплошной, так и иметь сквозные отверстия. Чувствительный элемент 1 закреплен на оси 5. В варианте устройства, показанном на фиг. 1, обечайка 3 имеет форму прямого кругового цилиндра. Для более плотного прилегания к поверхности исследуемого грунта в зависимости от его профиля форма обечайки может быть различной, например бочкообразной. Для этой же цели обечайка может быть выполнена гибкой. Гибкость обечайки может быть обеспечена ее конструктивным выполнением, например, в виде сильфона, или использованием для ее изготовления эластичного материала, например полиуретана. При этом используемый для изготовления обечайки материал не должен влиять на работу чувствительного элемента. Например, для индукционных чувствительных элементов и радиолокаторов подпочвенного зондирования, используются диэлектрики, в частности стеклотекстолит. Устройство для поиска скрытых в грунте объектов предназначено преимущественно для перемещения транспортным средством с дистанционным управлением, однако при необходимости его может перемещать и человек. Кожух 2 устанавливается перед транспортным средством 7 (на чертеже показано условно) и связан с ним так, что при перемещении транспортного средства 7 обеспечивается контактирование обечайки 3 с грунтом. В показанном на фиг.1 варианте эта связь содержит один рычаг 8, один конец которого жестко связан с осью 5. Другой конец рычага 8 связан с транспортным средством 7 шарнирами 9 и 10. Шарнир 9 обеспечивает возможность поворота обечайки 3 вокруг продольной оси рычага 8 в направлении ω₁ и ω₂. Шарнир 10 обеспечивает возможность поворота обечайки 3 вокруг оси, по существу перпендикулярной продольной оси рычага 8 в направлении ω₃ и ω₄.
Предлагаемое устройство может содержать два рычага для связи кожуха 2 с транспортным средством 7. Обечайка 3 (фиг. 2) кожуха 2 установлена на подшипниках 11 качения, смонтированных на осях 12, жестко связанных с его боковыми стенками 13. В показанном на фиг.2 варианте в каждой стенке 13 имеется по три оси 12, расположенных на одинаковом расстоянии одни от других, и при этом с каждой стороны обечайка 3 опирается на три подшипника 11. Каждая боковая стенка 13 жестко связана с осью 5, на которой закреплен чувствительный элемент 1. При этом между обечайкой 3 и каждой из боковых стенок 13 кожуха 2 имеется зазор 14, достаточный для свободного вращения обечайки 3 вокруг оси 5. Ось 5 связана с транспортным средством 7 двумя рычагами 8, 15. Один конец рычага 8 жестко связан с одной из боковых стенок 13, а другой - с помощью шарниров 9 и 10 связан с транспортным средством 7.

Рычаг 15 (фиг. 2) связан с осью 5 и транспортным средством 7 с помощью сферических шарниров 16 и 17, которые обеспечивают возможность поворота кожуха 2 вокруг продольной оси рычага 8. Обечайка 3 (фиг.2) по сравнению с обечайкой 3 (фиг. 1) имеет большую длину и применяется при использовании широкозахватного чувствительного элемента 1. Связь обечайки 3 кожуха 2 с транспортным средством 7 должна обеспечивать в процессе качения обечайки 3 по поверхности исследуемого грунта свободное преодолевание различных неровностей грунта при поддержании минимально возможного расстояния между обечайкой и грунтом.

В варианте устройства, представленного на фиг. 3, кожух 2 связан с транспортным средством 7 с помощью двух цилиндрических пружин 18, один конец каждой из которых жестко связан с осью 5, на которой смонтирована с возможностью вращения обечайка 3. Другой конец каждой из пружин 18 связан с транспортным средством 7 шарниром 19, что обеспечивает возможность поворота кожуха 2 вокруг оси, по существу перпендикулярной оси пружины 18.

При использовании малогабаритного поискового устройства кожух 2 может быть связан с транспортным средством с помощью одной пружины 18.

Кожух 2 устройства может быть связан с транспортным средством также и системой рычагов, расположенных с каждой стороны кожуха или с помощью связанных между собой рычагов и пружин.

На одно транспортное средство можно установить группу предлагаемых устройств для увеличения площади поиска за один проход транспортного средства или для поиска различных объектов, для обнаружения которых используют разные чувствительные элементы.

На фиг. 4 показана группа из трех устройств для поиска, обечайки 3 которых установлены по существу по одной прямой для увеличения ширины поиска. При этом крайние обечайки 3 связаны с транспортным средством 7 с помощью рычагов 8 и 20, шарнирно связанных между собой и с транспортным средством 7, а средняя обечайка 3 связана с транспортным средством 7 через соседние обечайки 3, посредством сферических шарниров 21.

Оси вращения обечаек группы устройств для поиска скрытых объектов могут быть расположены параллельно друг другу.

На фиг. 5 показана группа из трех устройств для поиска, установленных так, что обечайки 3 соседних устройств сдвинуты одна относительно другой в направлении V перемещения транспортного средства и в направлении W, перпендикулярном направлению V перемещения, что также позволяет увеличить площадь поиска за один проход. В направлении W торцы соседних обечаек 3, обращенные в одну сторону, расположены один от другого на расстоянии а, меньшем длины обечайки 3. Это расстояние a выбирается таким, чтобы получить за счет взаимного перекрытия диаграмм направленности каждого чувствительного элемента сплошную диаграмму направленности чувствительных элементов всех поисковых устройств. При этом длина рычагов 8 каждого из устройств различна.

Для обнаружения различных объектов в соседних кожухах группы устройств могут быть установлены различные чувствительные элементы. При этом расстояние а (фиг. 5) по существу может быть равно нулю.

Предлагаемое устройство для поиска скрытых в грунте объектов работает следующим образом. Перед началом движения обечайка 3 (фиг.1) устанавливается поворотом рычага 8 в шарнире 10 вниз по стрелке ω₄ и в шарнире 9 в направлении ω₁ или ω₂ в зависимости от наклона грунта в положение, при котором она за счет собственного веса устройства контактирует с грунтом. В процессе поиска при перемещении устройства обечайка 3 катится по поверхности грунта, в котором скрыты объекты поиска. При этом кожух 2 защищает чувствительный элемент 1 от повреждений, а контактирование обечайки 3 с грунтом обеспечивает поддержание оптимального расстояния между чувствительным элементом и грунтом. При неровном грунте обечайка 3 легко преодолевает препятствия за счет изменения положения оси вращения при повороте рычага 8 в шарнирах 9 и 10.

Обечайка 3 (фиг. 2) в процессе перемещения транспортного средства также преодолевает неровности поверхности грунта за счет изменения положения оси вращения при повороте рычагов 8 и 15 соответственно в шарнирах 9, 10 и 16, 17. При качении обечайки 3 выдерживается оптимальное расстояние между чувствительным элементом 1 и грунтом.

При качении обечайки 3 (фиг. 3) положение ее оси вращения изменяется за счет деформации пружин 18 и поворота пружин в шарнирах 19, что обеспечивает необходимый контакт обечайки 3 с грунтом.

При качении обечаек 3 (фиг. 4) группы устройств для поиска, установленных на одном транспортном средстве, каждая из них преодолевает препятствия за счет изменения положения своей оси вращения, несущественно влияя на изменение положения оси вращения соседних обечаек, при этом обеспечивается наиболее плотное контактирование обечаек 3 с грунтом.

При качении обечаек 3 (фиг. 5) группы устройств для поиска каждая из них преодолевает препятствия за счет изменения положения своей оси вращения, обеспечивающего наиболее плотное прилегание обечаек к грунту. При этом непрерывность суммарной диаграммы направленности чувствительных элементов всех устройств обеспечивает высокую эффективность и надежность поиска.

Изобретение относится к области поиска и обнаружения скрытых в грунте объектов, в том числе наземных мин. Устройство выполнено в виде чувствительного элемента, установленного внутри кожуха. Кожух выполнен в виде обечайки с по меньшей мере одной боковой стенкой. Обечайка смонтирована с возможностью вращения на подшипниках, установленных в боковых стенках кожуха. При этом кожух связан со средством перемещения с возможностью контактирования с поверхностью грунта при поиске. Изобретение позволяет обеспечить оптимальное расстояние между чувствительным элементом и поверхностью грунта, снизить трение между кожухом и грунтом, что повышает эффективность и безопасность поисковых работ. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для поиска скрытых в грунте объектов, содержащее чувствительный элемент, установленный внутри кожуха, связанного со средством его перемещения с возможностью контактирования с поверхностью грунта при поиске, отличающееся тем, что кожух выполнен в виде обечайки с по меньшей мере одной боковой стенкой, при этом обечайка смонтирована с возможностью вращения на подшипниках, установленных в боковых стенках кожуха. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обечайка выполнена цилиндрической или бочкообразной формы. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что обечайка выполнена гибкой. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что обечайка выполнена из эластичного материала. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что кожух связан со средством перемещения по меньшей мере одним рычагом, один конец которого связан с боковой стенкой кожуха, а другой - шарнирно со средством перемещения. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено вторым аналогичным рычагом, связанным с другой боковой стенкой кожуха. 7. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что кожух связан со средством перемещения с помощью по меньшей мере двух пружин, каждая из которых одним концом соединена с боковой стенкой кожуха.