РАДИОИНТРОСКОП Российский патент 2005 года по МПК G01N22/02 

Изобретение относится к технике СВЧ измерений, а именно к устройствам неразрушающего контроля, и может использоваться для обнаружения неоднородностей и включений в строительных конструкциях и определения их местоположения.

Известно устройство для обнаружения неоднородностей в различных твердых средах, включающее СВЧ генератор, соединенный с входом блока приемо-передающих антенн, размещенного на несущем основании совместно с двухкоординатным электронно-механическим измерителем текущих координат, приемный блок, подсоединенный к выходу блока приемо-передающих антенн, блок обработки и индикации, соединенный также с двухкоординатным измерителем текущих координат (патент RU 2084876).

Данное устройство является громоздким и требует проведения сложных пересчетов для осуществления привязки положения радиоинтроскопа к поверхности исследуемого объекта.

Известно также устройство, предназначенное для зондирования строительных конструкций, содержащее высокочастотный генератор, приемник высокочастотного сигнала, антенный блок в виде пространственно совмещенных передающей и приемной антенн, снабженный сканирующим регистратором координат антенного блока относительно зондируемой поверхности, а также ЭВМ и контроллер для обработки и ввода данных, поступающих от приемника высокочастотных сигналов и сканирующего регистратора координат, при этом частота высокочастотного генератора находится в диапазоне от 3 до 4 гГц. Сканирующий регистратор координат положения антенного блока состоит из устройства считывания координаты X, координатной планки с метками по оси Х и шасси, обеспечивающего перемещение по оси Y (Патент RU 2121671).

С помощью данного устройства можно определять местоположение и формы неоднородностей и включений в реальном масштабе времени. Однако оно не позволяет автоматизировать процесс измерений и не разрешает объекты по глубине (дальности).

Технической задачей изобретения является автоматизация процесса измерений, повышение точности измерений и обеспечение высокой разрешающей способности по глубине (дальности) за счет более точного и оперативного зондирования среды сверхширокополосными видеоимпульсами.

Поставленная задача достигается в радиоинтроскопе, содержащем антенный блок, выполненный в виде двух конструктивно совмещенных антенн, одна из которых соединена с выходом генератора высокочастотных сигналов, а другая - с входом приемника высокочастотных сигналов, датчик координат положения антенного блока, блок сбора и обработки данных, вход которого подсоединен к выходу приемника высокочастотных сигналов, и шаблон с координатой сеткой для размещения на поверхности зондируемой конструкции, в котором, согласно изобретению, антенны установлены над проводящим экраном, между антеннами размещены параллельно друг другу две экранные пластины, прикрепленные к проводящему экрану, а датчик координат положения антенного блока выполнен в виде излучателя и приемника ИК диапазона, установленных между двумя экранными пластинами, при этом выход приемника ИК диапазона соединен с другим входом блока сбора и обработки данных через введенный блок обработки ИК сигналов.

Каждая из антенн выполнена в виде дискового вибратора, соединенного с коаксиальным кабелем, оплетка которого подсоединена к одному из дисков дискового вибратора и проводящему экрану, а центральный проводник - к другому, при этом на участке коаксиального кабеля, расположенном между дисковым вибратором и проводящим экраном, установлены ферритовые кольца, дисковый вибратор размещен на расстоянии половины диаметра диска от поверхности проводящего экрана, а диаметр каждого из дисков равен четверти средней длины волны зондирующего сигнала.

Кроме того, половины дисков дискового вибратора экранированы соответствующими поглощающими лентами шириной, равной половине диаметра диска, соединенными с проводящим экраном.

При этом каждый из дисковых вибраторов вместе с поглощающими лентами дополнительно снабжен поглощающим экраном в виде рамки, установленной по периметру дискового вибратора, при этом высота рамки равна расстоянию от внешней поверхности диска до проводящего экрана.

Наличие оптоэлектронного датчика положения антенного блока позволяет автоматизировать процесс измерений, так как отпадает необходимость считывания оператором координат положения антенного блока на исследуемой поверхности и последующего их пересчета. Координаты положения антенного блока автоматически определяются датчиком с высокой разрешающей способностью по глубине (дальности) и передаются на блок отображения информации.

Выполнение антенн антенного блока в виде дисковых вибраторов, запитываемых коаксиальными кабелями с установленными на них ферритовыми кольцами и снабженных поглощающими экранами и поглощающими лентами, позволяет улучшить форму зондирующего сигнала, а именно существенно уменьшить пульсации в зондирующем сигнале и улучшить характеристики радиоинтроскопа, исключив тем самым появление ложных целей, и обеспечить высокую разрешающую способность по глубине (дальности).

На чертежах приведен пример выполнения устройства. На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - конструкция антенного блока; на фиг.3 - конструкция антенного блока с поглощающими лентами; на фиг.4 - конструкция антенного блока с поглощающим экраном.

Радиоинтроскоп (фиг.1) содержит антенный блок 1, выполненный в виде конструктивно совмещенных двух антенн 2, 3, генератор 4 высокочастотного сигнала, соединенный с входом антенны 2, приемник 5 высокочастотных сигналов, подсоединенный к выходу антенны 3, датчик 6 координат положения антенного блока 1, блок 7 сбора и обработки данных, вход которого подсоединен к выходу приемника 5 высокочастотных сигналов, шаблон 8 для размещения на зондируемой поверхности. Антенны 2 и 3 закреплены над проводящим экраном 9. Между антеннами 2, 3 установлены параллельно друг другу две экранные пластины 10, 11, прикрепленные к проводящему экрану 9, а датчик 6 координат положения антенного блока 1 размещен между экранными пластинами 10, 11 и выполнен в виде излучателя и приемника ИК (инфракрасного) диапазона, при этом выход приемника ИК диапазона подсоединен к входу блока 7 сбора и обработки данных через введенный блок 12 обработки ИК сигналов.

Каждая из антенн 2 (3) антенного блока 1 (фиг.2) выполнена в виде дискового вибратора, плечи которого образованы дисками 13, 14, соединенного с подводящим коаксиальным кабелем 15, пропущенным через отверстие в проводящем экране 9. Оплетка коаксиального кабеля 15 соединена с диском 13 дискового вибратора и проводящим экраном 9, а центральный проводник - с диском 14 дискового вибратора. На участке коаксиального кабеля 15, расположенном между дисковым вибратором и проводящим экраном 9, закреплены ферритовые кольца 16.

Диски 13 и 14 дискового вибратора установлены на расстоянии половины диаметра диска от поверхности проводящего экрана 9, при этом диаметр каждого диска 13 (14) равен четверти средней длины волны зондирующего сигнала. Половины поверхностей дисков 13 и 14 экранированы поглощающими лентами 17, ширина каждой из которых равна половине диаметра диска 13 (14), соединенными с проводящим экраном 9, как показано на фиг.3. Поглощающая лента 17 имеет П-образную форму, при этом одна из боковых частей П-образной поглощающей ленты 17 закрывает половину внешней поверхности соответствующего диска 13 (14), другая - контактирует с поверхностью проводящего экрана 9, а перекладина П-образной поглощающей ленты 17 перпендикулярна поверхности проводящего экрана 9.

Каждый из дисковых вибраторов 13, 14 вместе с поглощающими лентами 17 заключен в поглощающий экран 18 в виде рамки, установленной перпендикулярно поверхности проводящего экрана 9 и охватывающей по периметру соответствующий дисковый вибратор, см. фиг.4.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 4 высокочастотных сигналов формирует короткие зондирующие видеоимпульсы субнаносекундного диапазона с определенной длительностью и частотой повторения, которые возбуждают широкополосную антенну 2. Антенна 2 излучает радиоволны в зондируемую среду с наложенным на ее поверхность шаблоном 19 в виде, например, радиопрозрачного листа с нанесенными на него чередующимися темными и светлыми полосами с заданным шагом сканирования. Отраженные радиоволны, попадающие в приемную антенну 3, имеют широкополосный спектр. При обработке широкополосных сигналов можно использовать стробоскопическое преобразование, в процессе которого временной интервал принимаемой реализации разбивается на 256 точек, в каждой из которых значение сигнала фиксируется в одном периоде зондирования. При этом короткий широкополосный сигнал, поступающий на вход приемника 5, преобразуется в длительный сигнал низкочастотного диапазона, обработка и отображение которого не представляет технических трудностей. Обработка осуществляется в блоке 7 сбора и обработки данных. Сюда же поступает информация с датчика 6 координат положения антенного блока 1. Прибор может быть реализован на базе переносного компьютера, например, “ACME-II”, в слоты расширения шины ISA-16 которого установлены две дополнительные платы: преобразователь стробоскопический и плата генератора импульсов и управления сбором данных.

При зондировании строительных конструкций антенный блок 1 перемещается по поверхности обследуемого объекта. При этом координаты местоположения антенного блока 1 определяются с помощью датчика 6 координат, путем измерения момента пересечения оптоэлектронным датчиком полос шаблона 19, Приемник ИК диапазона в моменты прихода отраженного импульса формирует выходные сигналы, поступающие на блок 12 обработки ИК сигналов, в котором они преобразуются в сигналы, соответствующие состояниям 1 и 0. На блок 7 сбора и обработки данных поступают сигналы с выходов приемника 5 высокочастотных сигналов и блока 12 обработки ИК сигналов. Блок 7 осуществляет: сбор и регистрацию данных на носителях; привязку данных к прямоугольной системе координат; отображение радиолокационных данных в виде двумерной яркостной картины; звуковую индикацию ошибок сбора данных; калибровку ИК системы местоопределения.

Зондирование строительных конструкций осуществляется данным устройством с использованием раздельных приемной и передающей антенн. Применение разнесенных антенн 2 и 3 обеспечивает обнаружение дефектов или скрытых предметов в строительной конструкции даже на ее поверхности при условии, что отраженные от них сигналы не маскируются сигналом прямого прохождения от передающей антенны к приемной. Это достигается обеспечением развязки между передающим и приемным излучателями не менее 40 дБ.

При зондировании строительных конструкций для получения высокой разрешающей способности требуется использование субнаносекундных импульсов, в спектре которых содержатся составляющие, превышающие 2000 МГЦ. Для излучения субнаносекундных импульсов без увеличения их длительности необходимы излучатели с входным сопротивлением, близким к 50 Ом.

В данном устройстве антенны 2 и 3 представляют собой вибраторные антенны, плечи каждой из которых выполнены в виде дисков диаметром 30 мм (фиг.2). Входное сопротивление такой антенны на частотах более 2 ГГЦ составляет около 100 Ом. Улучшение согласования входного сопротивления антенн 2 (3) с волновым сопротивлением стандартного кабеля, равным 50 Ом, достигается за счет введения резистивных пленок с поверхностным сопротивлением 100...200 Ом/квадрат, в виде поглощающих лент 17, ширина каждой из которых равна диаметру диска дискового вибратора, соединяющих поверхности дисков 13 и 14 дисковых вибраторов с проводящим экраном 9, как показано на фиг.3.

Для исключения влияния оператора на зондирующий сигнал дисковые вибраторы экранируются с помощью поглощающих экранов конечных размеров, поверхностное сопротивление каждого из которых составляет 50 Ом/квадрат, см. фиг.4, что позволяет исключить дополнительные паразитные пульсации в зондирующем сигнале. Таким образом, улучшение формы зондирующего сигнала позволяет улучшить характеристики данного устройства, а именно исключить появление ложных целей и обеспечить высокую разрешающую способность устройства по глубине (дальности).

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может использоваться для обнаружения неоднородностей в строительных конструкциях. Техническим результатом является автоматизация процесса измерений, повышение точности измерений и обеспечение высокой разрешающей способности по глубине. Радиоинтроскоп содержит антенный блок в виде двух конструктивно совмещенных антенн, одна из которых соединена с выходом генератора высокочастотных сигналов, а другая - с входом приемника высокочастотных сигналов, датчик координат положения антенного блока, выполненный в виде излучателя и приемника ИК диапазона, установленный между двумя экранными пластинами, блок сбора и обработки данных, соединенный с выходом приемника высокочастотных сигналов и выходом приемника ИК диапазона, шаблон с координатой сеткой для размещения на поверхности зондируемой конструкции, антенны установлены над проводящим экраном и между ними размещены две экранные пластины, прикрепленные к проводящему экрану. Каждая антенна может быть выполнена в виде дискового вибратора, соединенного с коаксиальным кабелем, и на участке коаксиального кабеля, расположенном между дисковым вибратором и проводящим экраном, установлены ферритовые кольца. Кроме того, половины дисков могут быть экранированы поглощающими лентами и поглощающими экранами. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Радиоинтроскоп, содержащий антенный блок, выполненный в виде двух конструктивно совмещенных антенн, одна из которых соединена с выходом генератора высокочастотных сигналов, а другая - с входом приемника высокочастотных сигналов, датчик координат положения антенного блока, блок сбора и обработки данных, вход которого подсоединен к выходу приемника высокочастотных сигналов, и шаблон с координатной сеткой для размещения на поверхности зондируемой конструкции, отличающийся тем, что антенны установлены над проводящим экраном, между антеннами размещены параллельно друг другу две экранные пластины, прикрепленные к проводящему экрану, а датчик координат положения антенного блока выполнен в виде излучателя и приемника ИК-диапазона, установленных между двумя экранными пластинами, при этом выход приемника ИК-диапазона соединен с другим входом блока сбора и обработки данных через введенный блок обработки ИК-сигналов.2. Радиоинтроскоп по п.1, отличающийся тем, что каждая из антенн выполнена в виде дискового вибратора, соединенного с коаксиальным кабелем, оплетка которого подсоединена к одному из дисков дискового вибратора и проводящему экрану, а центральный проводник - к другому, при этом на участке коаксиального кабеля, расположенном между дисковым вибратором и проводящим экраном, установлены ферритовые кольца, дисковый вибратор размещен на расстоянии половины диаметра диска от поверхности проводящего экрана, а диаметр каждого из дисков равен четверти средней длины волны зондирующего сигнала.3. Радиоинтроскоп по п.2, отличающийся тем, что половины дисков дискового вибратора экранированы соответствующими поглощающими лентами шириной, равной половине диаметра диска, соединенными с проводящим экраном.4. Радиоинтроскоп по п.3, отличающийся тем, что каждый из дисковых вибраторов вместе с поглощающими лентами дополнительно снабжен поглощающим экраном в виде рамки, установленной по периметру дискового вибратора, при этом высота рамки равна расстоянию от внешней поверхности диска до проводящего экрана.