ГЛУБИННЫЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к области технических средств обнаружения металлических объектов глубинного заложения в грунте (невзорвавшихся боеприпасов, кабелей, трубопроводов и др.) и может быть использовано в борьбе с терроризмом, гуманитарном разминировании, строительстве, контроле подземных коммуникаций и др.

Существующие армейские и коммерческие портативные металлоискатели не могут обнаруживать локальные металлические объекты, выполненные из любого металла (как диамагнитные, так и ферромагнитные) на глубинах более 0,6...0,8 м [1].

Известны переносные глубинные магнитометры ряда фирм (FEREX 4.021 фирмы Ферстер, OGF-L, Германия). Однако они не обнаруживают диамагнитные объекты (из диаралюминия, меди, свинца и т.д.). Кроме того, эти приборы сильно подвержены влиянию мелких ферромагнитных предметов, часто находящихся на поверхности грунта и в его толще (гвоздей, пробок от бутылок, обрезков проволоки, гаек и др.), что резко снижает скорость поиска крупных металлических объектов глубинного заложения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является портативный индукционный гармонический металлоискатель типа «прием-передача» [2]. Он содержит генератор, приемник, а также малогабаритные излучающую и приемную антенны (катушки), размещенные на концах короткой соединительной штанги. В качестве катушек используется одиночные малогабаритные рамочные или ферритовые антенны. Передающая и приемная катушки ориентируются в пространстве так, чтобы первоначально обеспечить наименьшую индуктивную связь между собой. Подобные металлоискатели выпускаются рядом фирм: ЕМ-15МК2 (фирма «Геоникс», Канада); GEMINI-3 (фирма «Фишер», США).

Если данный металлоискатель пытаться использовать в качестве глубинного, недостатками известного устройства (металлоискатель на принципе «прием-передача» являются [2]:

- малая глубина обнаружения наиболее важных при поиске предметов (артиллерийских снарядов, противотанковых мин, каски, осколки гранат и др.) - всего до 1,0...1,2 м

- наличие ложных срабатываний от мелких металлических предметов, расположенных на поверхности грунта, что снижает среднюю скорость поиска искомых заглубленных объектов.

Для увеличения глубины обнаружения объектов в грунте здесь требуется увеличивать чувствительность приемника. Но при этом резко возрастает число ложных срабатываний из-за механической нестабильности всей конструкции металлоискателя, возникающей при ходьбе, а также при изменении окружающей температуры. Это обусловлено тем, что приемная катушка находится в сильном первичном поле излучающей катушки и при малейшем изменении геометрии всей поисковой системы (при механических нагрузках и изменении температуры) возникает сигнал раскомпенсации, создающей помеху. Кроме того, при увеличении чувствительности приемника в известном устройстве возрастают помехи от мелких металлических предметов, расположенных на поверхности грунта вблизи приемной катушки, что снижает среднюю скорость поиска.

Была поставлена задача повышения глубины обнаружения металлических объектов в толще грунта и увеличения скорости их поиска. Данная задача была решена настоящим изобретением. Глубинный металлоискатель, содержащий генератор, приемник, а также основную излучающую и приемную магнитные антенны, согласно изобретению дополнительно содержит компенсирующую излучающую магнитную антенну для создания зоны минимума первичного магнитного поля в месте расположения приемной магнитной антенны, при этом расстояние между основной и компенсирующей излучающей магнтными антеннами составляет не более половины расстояния между основной излучающей и приемной магнитными антеннами.

Расстояние между основной и компенсирующей излучающей магнитными антеннами h может быть как угодно мало, если оно не превышает половины расстояния Н между основной излучающей и приемной магнитными антеннами. Предпочтительным является интервал расстояний: h=(1/2-1/3)Н.

Глубинный металлоикатель в качестве магнитных антенн может содержать ферритовые антенны.

В качестве основной излучающей антенны металлоискатель предпочтительно содержит многостержневую ферритовую антенну.

При этом основная излучающая, приемная и компенсирующая излучающая магнитные антенны предпочтительно размещены на соединительной штанге.

Генератор предпочтительно размещен на соединительной штанге между основной и компенсирующей излучающей ферритовыми антеннами.

Введение компенсирующей излучающей магнитной (ферритовой) антенны создает зону минимума первичного магнитного поля в месте расположения приемной ферритовой антенны. Это резко уменьшает число ложных срабатываний из-за механической нестабильности всей переносной конструкции, возникающей при ходьбе оператора, а также при изменении температуры окружающей среды.

Размещение генератора в другой зоне минимума первичного поля, создаваемой в пространстве между основной и компенсирующей излучающими ферритовыми антеннами, уменьшает величину переизлученного от его металлических деталей первичного магнитного поля, что также уменьшает прямое помеховое воздействие на приемную ферритовую антенну. Это также увеличивает глубинность поиска.

Приемники в качестве излучающей не одно-, а многостержневой ферритовой антенны увеличивает величину первичного магнитного поиска в толще грунта без увлеченно потребляемой мощности. Это также увеличивает глубину поиска.

Общими признаками с прототипом является наличие разнесенных в пространстве излучающей и приемной ферритовых антенн.

В то же время сопостовительый анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа наличием новых общих и частных существенных признаков:

- наличие излучающей компенсирующей магнитной (ферритовой) антенны;

- дополнительных ферритовых стержней с обмотками в основную излучающую антенну (т.е. многостержневой конструкции);

- оптимальным размещением в пространстве антенн (и генератора).

На чертеже представлена структурная схема глубинного металлоискателя.

Устройство содержит основную многостержневую излучающую ферритовую антенну 1, генератор 2, компенсирующую излучающую ферритовую антенну 3 (включенную в противовес относительно основной антенны), приемник 4, приемную ферритовую антенну 5, диэлектрическую соединительную штангу 6, на которой закреплены элементы устройства 1...5. Графические зависимости на чертеже характеризуют распределение первичного магнитного поля вдоль оси штанги. При этом кривая 7 описывает распределения поля без компенсирующей антенны (как в прототипе), а кривая 8 - при ее наличии. Область 9 и 10 - это зоны минимума первичного поля. В зоне 9 располагается генератор, а в зоне 10 - приемная ферритовая антенна. Зона 11 - зона обнаружения.

Устройство работает следующим образом. При попадании крупного металлического объекта в зону обнаружения вихревые токи, возбужденные в нем первичным полем, создают вторичное магнитное поле, воспринимаемое приемной антенной. Сигнал с нее регистрируется приемником и свидетельствует об обнаружении металлического объекта, расположенного в толще грунта.

С целью проверки для проведения экспериментальных исследований в полевых условиях автором был создан макет переносного индукционного искателя. Макет представлял собой разборную конструкцию, состоящую из передающего и приемного блоков, закрепленных на концах диэлектрической штанги. Макет был разработан с учетом возможности проведения измерений в широком диапазоне частот (0.5...8 кГц), изменения взаимного расположения отдельных узлов на несущей штанге, а также установки различных значений тока в излучающих катушках (0...250 мА) и чувствительности приемника (0,3...300 мкВ).

Введение компенсирующей катушки уменьшило первичное магнитное поле в зоне поиска на 1,5...2 дБ, а в месте расположения магнитоприемника (ферритовой антенны) - на 45...50 дБ. Это обеспечило очень высокую чувствительность приемного устройства - работу на уровне собственных шумов (десятые доли мкВ).

Металлические объекты поиска устанавливались в деревянный колодец глубиной 4 м. Глубина обнаружения объектов (диаметр 0,35 м, длина 0,9 м), выполненных из различных металлов составила: 2,3-2,8 м (дюралюминий), 2,5...3,0 м (слабомагнитная сталь Х17Н40Г9), 2,8...3,5 (сталь СТЗ). Наличие толщи грунта или слоя пресной воды практически не уменьшало глубины обнаружения, что объясняется использованием низких рабочих частот. Без компенсирующего излучателя глубина была в 1,9...2,3 раза меньше, как и предсказывали расчеты.

Литература

1. Б.В.Варенышев и др. Военно-инженерная подготовка. Учебное пособие. М., Воениздат, 1982, стр.56-57.

2. А.Щедрин. Металлоискатель для поиска кладов и реликвий, М., Арбат-информ, 1998, стр.9-35, 60.

Изобретение относится к области технических средств обнаружения металлических объектов глубинного заложения в грунте (не взорвавшихся боеприпасов, кабелей, трубопроводов и др.). Глубинный металлоискатель содержит генератор, приемник, основную излучающую и приемную магнитные антенны, компенсирующую излучающую магнитную антенну для создания зоны минимума первичного магнитного поля в месте расположения приемной магнитной антенны. Расстояние между основной и компенсирующей излучающей магнитными антеннами составляет не более половины расстояния между основной излучающей и приемной магнитными. Генератор размещен между основной и компенсирующей излучающими антеннами. В качестве магнитных антенн использованы ферритовые антенны. В качестве основной излучающей антенны может быть использована многостержневая ферритовая антенна. Антенны размещены на соединительной штанге. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Глубинный металлоискатель, содержащий генератор, приемник, а также основную излучающую и приемную магнитные антенны, отличающийся тем, что он дополнительно содержит компенсирующую излучающую магнитную антенну для создания зоны минимума первичного магнитного поля в месте расположения приемной магнитной антенны, при этом расстояние между основной и компенсирующей излучающими магнитными антеннами составляет не более половины расстояния между основной излучающей и приемной магнитными антеннами, а генератор размещен между основной и компенсирующей излучающими антеннами.2. Глубинный металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитных антенн он содержит ферритовые антенны.3. Глубинный металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве основной излучающей антенны он содержит многостержневую ферритовую антенну.4. Глубинный металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что основная излучающая, приемная и компенсирующая излучающая магнитные антенны размещены на соединительной штанге.