ПОДПОВЕРХНОСТНЫЙ ЛОКАТОР Российский патент 2000 года по МПК G01V3/12 G01S13/02 

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в конденсированных средах.

Известно устройство для обнаружения объектов, расположенных 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 неоднородностей и включений 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 основано на использовании непрерывного сигнала с изменением частоты 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 низкая разрешающая способность, т. е. невозможность определения расположения и формы неоднородностей и включений в плане исследуемого объекта.

Требуемый технический результат состоит в устранении указанных недостатков, а именно в получении в реальном масштабе времени растрового изображения неоднородностей и включений в исследуемом объекте с высоким разрешением.

Требуемый технический результат достигается тем, что в отличии от известного устройства, передающая и приемные антенны снабжены системой ввода координат диагностируемой поверхности, при этом передающая и приемная антенны совмещены в одном рупоре круглого сечения, в котором размещен передающий и два приемных электрода, причем передающий электрод размещен по радиусу рупора, один приемный электрод размещен перпендикулярно передающему, второй приемный электрод размещен напротив передающего электрода так, что они находятся на одной линии, проходящей через диаметр рупора, а перестройка частоты высокочастотного генератора осуществляется в диапазоне до двадцати пяти процентов.

На фиг. 1 представлена блок-схема подповерхностного локатора, состоящего из высокочастотного генератора с перестраиваемой частотой (1), рупорной антенны (2), передающего электрода (3) и двух приемных электродов (4) и (5), подключенных к входам приемника высокочастотного сигнала (6) и системы ввода координат (7).

На фиг. 2 приведена схема расположения объектов поиска в гипсокартонной стене, в которой заложены семь круглых монет диаметром 25 мм два тонких провода и выбрано во втором слое квадратное отверстие 30 на 30 мм. Рядом с каждым изображением расположена цифра, указывающая под каким слоем от поверхности находится данный объект (толщина слоя 15 мм).

На фиг. 3 приведены результаты диагностики фрагмента строительной конструкции с заложенными внутрь различными объектами и скрытым отверстием.

Подповерхностный локатор работает следующим образом. Излучаемая передающим электродом (3) радиоволна распространяется в диагностируемой среде и отражается от находящихся в ней неоднородностей и включений. Отраженная от них радиоволна поступает на приемные электроды (4) и (5), где складывается с сигналом прямого прохождения радиоволн от передающего электрода и приемным электродом. После усиления и детектирования сигналов в приемнике они преобразуются в интерфейсном блоке и поступает в ЭВМ для обработки. В процессе работы подповерхностного локатора его антенна перемещается вдоль диагностируемой поверхности объекта и ее относительные координаты вводятся в ЭВМ, которая по специальной программе строит растровое изображение U₁(x,y) и U₂(x, y), где U₁ и U₂ - яркости свечения экрана пропорциональные амплитуде сигналов приемника, а x и y координаты точек экрана, линейно связанные через геометрический масштаб с относительными координатами антенны. Таким образом, на экране ЭВМ формируется радиоизображение объектов, расположенных под диагностируемой поверхностью.

Передающий электрод излучает линейно поляризованную радиоволну. Перпендикулярно расположенный электрод принимает сигналы от объектов вращающих поляризацию (проводов, кабелей, труб и т.д.). Параллельный приемный электрод предназначен для приема сигналов, отраженных от объектов симметричной формы. Так как сигнал на входе приемника является векторной суммой отраженного сигнала и сигнала прямого прохождения, то для компенсации неблагоприятных фазовых соотношений сигналов высокочастотный генератор выполняется с перестраиваемой частотой с диапазоном перестройки по частоте до двадцати пяти процентов.

На фиг. 2 приведены результаты диагностики фрагмента стены здания, состоящей из нескольких слоев гипсокартона (сухой штукатурки). Рядом с каждым изображением указано значение частоты излучаемой волны. Из приведенных изображений видно, что подповерхностный локатор обладает высоким разрешением, позволяющим диагностировать мелкие предметы и пустоты в строительных конструкциях, а наличие двух приемных электродов позволяет селектировать их по геометрическим признакам. Наличие у высокочастотного генератора перестройки частоты позволяет выделять предметы по изменению их контрастности по отношению к фону.

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, раскрытого в материалах заявки.

Изобретение относится к подповерхностной радиолокации, а именно к средствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в конденсированных средах. Устройство состоит из высокочастотного генератора с перестраиваемой частотой, приемника высокочастотного сигнала, приемной и передающей антенн, приемная и передающая антенны снабжены системой ввода координат диагностируемой поверхности, передающая и приемная антенны совмещены в одном рупоре круглого сечения, в котором размещен передающий и два приемных электрода. Передающий электрод размещен по радиусу рупора, один приемный электрод размещен перпендикулярно передающему, а второй приемный электрод - напротив передающего. Перестройка частоты высокочастотного генератора осуществляется в диапазоне до 25%. Рупорная антенна снабжена системой ввода координат. Устройство позволяет определять расположение и форму неоднородностей и включений в конденсированных средах с высоким разрешением. 3 ил.

Подповерхностный локатор, состоящий из высокочастотного генератора с перестраиваемой частотой, приемника высокочастотного сигнала, приемной и передающей рупорных антенн, отличающийся тем, что приемная и передающая рупорные антенны снабжены системой ввода координат диагностируемой поверхности, при этом передающая и приемная антенны совмещены в одном рупоре круглого сечения, в котором размещен передающий и два приемных электрода, причем передающий электрод размещен по радиусу рупора, один приемный электрод размещен перпендикулярно передающему, второй приемный электрод размещен напротив передающего электрода так, что они находятся на одной линии, проходящей через диаметр рупора, а перестройка частоты высокочастотного генератора осуществляется в диапазоне до 25%.