СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ОПТИЧЕСКИ НЕПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ Российский патент 2015 года по МПК G01S13/89 

Изобретение относится к областям радиолокации и дистанционного зондирования. Оно может быть применено для обнаружения протяженных неоднородностей в оптически непрозрачных средах. Это могут быть трещины и скрытые от визуального наблюдения внутренние дефекты в строительных конструкциях, кабели электропроводки, телефонные, оптоволоконные линии и др.

В диапазоне радиоволн для обнаружения предметов в оптически непрозрачных средах применяются методы, работающие на просвет или отражение. Возможность применения способа просвечивания ограничивается из-за больших потерь энергии при прохождении электромагнитных вол через объект. При обнаружении аномалий, залегающих на небольших глубинах, применяется радиолокационный метод. На этом методе основана работа радиоволнового интроскопа [1], принятого за прототип. Принцип его действия заключается в том, что объект освещается плоскополяризованным излучением, которое при рассеянии деполяризуется неоднородностью. Приемник излучения оснащен поляризационным фильтром, пропускающим излучение, поляризованное ортогонально к поляризации падающего излучения. Это позволяет избавиться от помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн. Основным недостатком интроскопа [1] является то, что такой метод приема не обеспечивает оптимально достижимого отношения сигнал-шум. Поэтому, чтобы зондировать объект дистанционно, потребуется применять источник излучения большой мощности.

Технический результат заключается в том, что способ обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах позволяет избавиться от помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн, и увеличить отношение сигнал-шум, что позволит при дистанционном зондировании объектов применять источники излучения меньшей мощности.

Технический результат в способе обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах достигается тем, что область 4 (см. фиг. 1) объекта 3 освещается плоскополяризованным электромагнитным излучением 1, в котором плоскость колебания 2 электрической компоненты поля (вектор E) периодически поворачивается на угол 90°. При взаимодействии с объектом освещающее излучение рассеивается и частично деполяризуется (позиция 6) из-за причин, связанных со структурной неоднородностью 5 и особенностью ее ориентации по отношению к полю (вектору Ē). То есть в излучении 7, рассеянном объектом, все компоненты будут поляризованы с различной степенью. Из этого излучения выделяются компоненты, ориентированные ортогонально к плоскости колебания вектора Ē (выделяется компонента A, если плоскость 2 ориентирована параллельно оси OX, и B, если параллельно OZ). Выделенные излучения преобразуются в пропорциональные им электрические сигналы, по которым определяется разностный сигнал, служащий индикатором наличия или отсутствия анизотропной неоднородности.

Способ может быть реализован устройством, блок-схема которого показана на фиг. 2. Генератор 1 создает высокочастотное плоскополяризованное электромагнитное излучение, поступающее через фидерную линию 2 на вход вращателя поляризации 3. Принцип его работы основан на эффекте Фарадея (вращение плоскости поляризации в магнитном поле). Управляется вращатель 3 однополярными прямоугольными импульсами напряжения, поступающими с генератора звуковой частоты 17. На выходе вращателя в течение полупериода импульса, когда напряжение имеет высокий уровень, плоскость колебания вектора Ē будет ориентирована параллельно оси OX, а при низком уровне параллельно оси OZ. Положение плоскости в зависимости от уровня управляющего напряжения показано позицией 5 в излучении 6, направляемом антенной 4 на зондируемый объект. Излучение после взаимодействия с объектом показано позицией 7. Оно принимается антенной 8 и направляется во вращатель поляризации 9. Принцип его работы аналогичен работе вращателя 3. Управляется он импульсами с генератора 17, прошедшими через инвертор 16. Поэтому импульсы, поступающие на вращатель 9, будут сдвинутыми на половину периода по отношению к импульсам, поступающими на вращатель 3. В результате на входе поляризационного фильтра 10 компонента В будет ориентирована параллельно оси OZ, когда плоскость 5 ориентирована параллельно оси OX, а при ориентации плоскости 5 параллельно оси OZ компонента A будет параллельна этой оси. Фильтром 10 с наименьшим ослаблением пропускается излучение с ориентацией вектора Ē параллельно оси OZ. С выхода фильтра через фидерную линию 11 излучение поступает на детектор 12. Преобразуется им в электрический сигнал, который усиленный усилителем 13 поступает на первый вход логического устройства 18, а на второй - импульсы напряжения с генератора 17. В зависимости от уровня управляющего напряжения сигнал с выхода устройства 18 будет поочередно поступать на интеграторы 19, 20. Один из интеграторов интегрирует сигнал, принятый при ориентации плоскости 5 параллельно оси OX, другой ортогонально к ней. Выходные сигналы интеграторов поступают на устройство 21, которое вычисляет разность между ними. Разностный сигнал регистрируется устройством 22.

Литература

1. Чигряй Е.Е., Хохлов Г.И., Игнатов Б.Г. и др. Радиоволновый интроскоп в миллиметровом диапазоне. // Электронные волны и электронные системы, 2010 г., т. 15, №1, с. 50-54.

Изобретение относится к областям радиолокации и дистанционного зондирования и может быть использовано для обнаружения протяженных неоднородностей в оптически непрозрачных средах. Достигаемый технический результат - уменьшение влияния помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн, и увеличение отношения сигнал-шум. Указанный результат достигается за счет того, что зондируемый объект освещается электромагнитным излучением, в котором плоскость колебаний электрической компоненты периодически поворачивается на девяносто градусов. При взаимодействии с объектом освещающее излучение рассеивается и частично деполяризуется из-за причин, связанных со структурной неоднородностью, расположенной в объекте, и особенностью ее ориентации по отношению к полю. Из деполяризованного излучения последовательно выделяются компоненты, поляризованные ортогонально по отношению к поляризации освещающего объект излучения. Эти компоненты преобразуются в электрические сигналы, между которыми определяется разность. Ее величина является индикатором наличия или отсутствия неоднородности в объекте. 2 ил.

Способ дистанционного обнаружения неоднородностей в оптически непрозрачных средах, заключающийся в освещении зондируемого объекта плоскополяризованным электромагнитным излучением, приеме деполяризованного неоднородностью излучения, выделении из него компоненты, поляризованной ортогонально по отношению к поляризации излучения, освещающего объект, преобразовании ее в электрический сигнал, отличающийся тем, что объект последовательно освещается излучениями поляризации, которыхе взаимно ортогональны, из деполяризованного неоднородностью излучения последовательно выделяются две компоненты поляризации, которыхе ортогональны поляризации освещающего излучения, эти компоненты преобразуются в электрические сигналы, между которыми определяется разностный сигнал, являющийся индикатором наличия или отсутствия неоднородности в зондируемом объекте.