СОСТАВНОЙ ДЕТЕКТОР С ПОПЕРЕЧНЫМИ КАТУШКАМИ Российский патент 2021 года по МПК H04B5/00 G01V3/12 F41H11/136 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области обнаружения целевых объектов и более конкретно к обнаружению взрывных устройств, таких как закопанные в землю наземные мины.

Уровень техники

Для обнаружения взрывных устройств используют составные детекторы (англ. «dual detector», т.е. детектор двойной технологии или детектор с чувствительными элементами двух типов), содержащие детекторную головку, вмещающую индуктивный датчик и георадар, поскольку эти технологии дополняют друг друга в отношении типов обнаруживаемых материалов (металлы для индуктивного датчика и разность диэлектрических постоянных материалов, и относительное положение для радара).

Однако на практике заявитель обнаружил, что грунт не является нейтральным сточки зрения электромагнетизма и, следовательно, может нарушать связь между катушками. Кроме того, грунт редко намагничен равномерно, таким образом, что при сканировании оператором грунта с помощью детектора детектируемый сигнал может изменяться только из-за присутствия металлического лома или даже из-за состава грунта, инициируя ложные тревоги.

Кроме того, операторы, использующие эти детекторы, могут быть недостаточно обучены и могут неправильно держать детектор или осуществлять неправильные сканирующие движения. При этом детекторная головка может образовывать латеральный угол с землей таким образом, что одна из катушек находится ближе к земле, чем другие, что создает сильную модуляцию сигнала и, таким образом, риск инициирования ложных тревог. И даже в том случае, когда оператор хорошо обучен и пытается удерживать детекторную головку по существу параллельно земле в любой момент сканирующего движения, он не может локально изменить ее наклон с учетом неровности грунта.

Чтобы ослабить эти недостатки, изготовители стремятся снизить чувствительность таких детекторов. Однако при этом создается риск потери способности к обнаружению погруженных в грунт целевых объектов и таким образом подвергания опасности жизни операторов.

В патентном документе WO2012/024133 раскрыт детектор, содержащий индуктивный датчик, образованный передающей катушкой, приемной катушкой и радаром, содержащим V-образную антенны.

Раскрытие сущности изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложение составного детектора, содержащего детекторную головку, вмещающую индуктивный датчик и другой датчик, такой как георадар, который может уменьшить количество ложных тревог, которые могут возникать при сканировании грунта с помощью детектора, обладая при этом более высокой чувствительностью.

Для этого в соответствии с настоящим изобретением предложен составной детектор, содержащий детекторную головку, содержащую:

- индуктивный датчик и

- георадар, содержащий передающую антенну и приемную антенну. Толщина передающей антенны и приемной антенны меньше или равна одному микрону, что позволяет ограничить взаимодействия с индуктивным датчиком.

Ниже описаны некоторые предпочтительные, но не ограничивающие, признаки описанного выше составного детектора, взятые по отдельности или в сочетании:

- толщина передающей антенны и приемной антенны больше или равна ста нанометрам;

- толщина передающей антенны и приемной антенны равна 200 нм;

- индуктивный датчик содержит передающую катушку и приемную катушку, отдельные друг от друга, причем каждая из передающей катушки и приемной катушки образует контур, причем каждая из передающей антенны и приемной антенны расположена в центре одного из контуров передающей и приемной катушек;

- индуктивный датчик содержит передающую катушку и приемную катушку, отдельные друг от друга и содержащие намотанную проволоку, причем передающая катушка содержит большее число витков, чем приемная катушка;

- индуктивный датчик напечатан непосредственно на платформе таким образом, что платформа образует печатную плату;

- индуктивный датчик содержит передающую катушку и приемную катушку, отдельные друг от друга, причем передающая и приемная катушка являются го мо полярными.

- передающая антенна и приемная антенна радара являются антеннами следующих типов: четверная гребенчатая рупорная радиоантенна, конусная антенна «бабочка», прямоугольная конусная антенна «бабочка», Архимедова спиральная антенна, логарифмическая спиральная антенна, антенна Вивальди, логарифмическая спиральная антенна, растянутая по четвертой оси, перпендикулярной первой оси;

- передающая антенна и приемная антенна изготовлены по меньшей мере частично из никеля или хрома, и/или

- центральная часть передающей антенны и приемной антенны изготовлена из меди и содержит на поверхности защитный слой, выполненный из золота.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки, цели и преимущества настоящего изобретения станут ясны из подробного описания, которое будет приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, приведенные в качестве неограничивающих примеров.

На фиг. 1 представлен вид в аксонометрии детектора в соответствии с одним из вариантов осуществления.

На фиг. 2 представлен разнесенный покомпонентный вид сверху и в аксонометрии детекторной головки детектора с фиг. 1.

На фиг. 3 представлен разнесенный покомпонентный вид снизу и в аксонометрии детекторной головки детектора с фиг. 1.

На фиг. 4 представлен разрез в плоскости Р1 детекторной головки детектора с фиг. 1.

Осуществление изобретения

Составной детектор 1 в соответствии с изобретением содержит детекторную головку 10.

Детекторная головка 10 соответствует части, предназначенной для приближения к грунту для обнаружения целевых объектов. Для этого она содержит:

- индуктивный датчик 12, 13, и

- георадар 60, содержащий передающую антенну 61 и приемную антенну 62. Индуктивный датчик 12, 13 содержит либо единственную катушку,

образующую передатчик (излучатель) и приемник, либо передающую катушку 12 и приемную катушку 13, отдельные друг от друга. В таком случае каждая из передающей катушки 12 и приемной катушки 13 образует контур и сформированы таким образом, что контур передающей катушки 12 по меньшей мере частично перекрывает контур приемной катушки 13 таким образом, чтобы образовалась зона 14 связи. Такая конфигурация позволяет получить индуктивный датчик с минимальной взаимной индуктивностью.

По сравнению с индуктивным датчиком, содержащим одну катушку, являющуюся передатчиком (излучателем) и приемником и образованную двумя последовательными контурами противоположных направлений для нейтрализации внешних паразитных эффектов, использование двух отдельных катушек 12, 13, образующих передающую катушку 12 и приемную катушку 13, позволяет усилить сигнал и, таким образом, не требует снижения порога обнаружения для того, чтобы избежать риска ложных тревог.

Ниже настоящее изобретение будет описано более конкретно на примере индуктивного датчика, содержащего отдельные передающую катушку 12 и приемную катушку 13. Однако этот вариант не является ограничивающим, и изобретение применимо также к индуктивному датчику, содержащему единственную катушку.

Передающая катушка 12 и приемная катушка 13 являются гомополярными. Они могут быть закреплены на платформе 11, жестко закрепленной в детекторной головке 10. Контур передающей катушки 12, зона 14 связи и контур приемной катушки 13 имеют одинаковое продольное направление и проходят рядом друг с другом.

Традиционно передающая и приемная катушки 12, 13 выполнены с возможностью передачи и приема волн частотой от 300 Гц до 180 кГц.

Передающая антенна 61 и приемная антенна 62 радара 60 выполнены с возможностью передачи и приема электромагнитных волн в грунте, например, с частотой от 100 МГц до 8 ГГц. Когда эти волны встречают изменения среды, часть волн передается на поверхность и регистрируется приемной антенной 62.

Для ограничения взаимодействия с передающей катушкой 12 и приемной катушкой 13, толщина е передающей антенны 61 и приемной антенны 62 меньше глубины поглощения электромагнитных волн катушек 12, 13 таким образом, что антенны 61, 62 становятся невидимыми для магнитного поля индуктивного датчика 12, 13. Под толщиной в настоящем контексте подразумевается размер антенн в направлении, по существу перпендикулярном к плоскости, содержащей платформу 11, на которой закреплены передающая катушка 12 и приемная катушка 13.

Однако следует заметить, что толщина е передающей антенны 12 и принимающей антенны 13 должна оставаться больше пороговой толщины, чтобы гарантировать достаточную механическую прочность антенн 61, 62 и избежать всякого риска поломки. Таким образом, толщина е передающей антенны 61 и приемной антенны 62 выбирается так, чтобы она была больше ста нанометров и меньше одного микрона. Например, передающая антенна 61 и приемная антенна 62 могут иметь толщину е порядка 200 нм.

Для изготовления антенн 61, 62 с такой толщиной, можно, в частности, использовать технологию физического осаждения из газовой фазы (PVD, от англ. Physical Vapor Deposition). Эта технология позволяет на самом деле получить антенны 61, 62 очень малой толщины с высокой размерной точностью и изготовить множество антенн за один раз.

В соответствии с первым вариантом осуществления, передающая катушка 12 и приемная катушка 13 напечатаны непосредственно на платформе 11. Таким образом, платформа 11 и передающая и приемная катушки 12, 13 образуют печатную плату. Преимущество этого варианта осуществления состоит в уменьшении пространства, занимаемого индуктивным датчиком в детекторной головке 10, а также общей массы детектора 1. Однако его стоимость является существенной. Следовательно, в соответствии со вторым вариантом осуществления, представленным на фиг. 2-4, передающая катушка 12 и приемная катушка 13 могут содержать намотанную проволоку, причем передающая катушка 12 содержит большее число витков, чем приемная катушка 13.

Детекторная головка закреплена на ручке 20 с помощью механического соединения 30. Механическое соединение 30 может содержать соединение типа жесткого вделывания в паз, поворотного шарнира или шарового шарнира. Предпочтительно, как можно видеть на чертежах, механическое соединение 30 содержит поворотный шарнир.

Как вариант, детектор 1 содержит, кроме того, средства 40 для захвата детектора 1 оператором. Обычно средства 40 захвата могут содержать дугу 41, выполненную с возможностью вмещения руки оператора с возможностью скольжения, а также рукоять 42, предназначенную для захвата оператором.

Ручка 20 может быть телескопической и/или содержать множество отдельных частей, выполненных с возможностью сборки друг с другом перед их скреплением, например, с помощью винтового соединения.

Традиционно детектор 1 содержит также средства обработки 50, содержащие в частности микропроцессор, выполненный с возможностью обработки сигнала, детектированного индуктивным датчиком 12, 13, такие как одна или множество электронных карт, запоминающее устройство и, в случае необходимости, средства оповещения и/или устройство 51 отображения.

Средства 50 обработки могут быть расположены целиком или частично в области средств 40 захвата.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, каждая из передающей антенны 61 и приемной антенны 62 расположена в центре одного из контуров передающей катушки 12 и приемной катушки 13. Таким образом, максимальная чувствительность радара 60 находится в той же области, что и максимальная чувствительность индуктивного датчика, т.е. в зоне 14 связи. Иными словами, лепестки диаграммы направленности микроволнового детектирования радара 60 и лепестки диаграммы направленности магнитного детектирования индуктивного датчика 12,13 соответствуют таким образом, что позволяют оператору считать, что детектирование целевого объекта осуществляется в центральной зоне детекторной головки 10 при наведении на точку.

Контуры передающей катушки 12 и приемной катушки 13 имеют вытянутую форму таким образом, что их размер в плоскости платформы 11, превышает другой размер. Когда каждая из передающей антенны 61 и приемной антенны 62 расположена в центре одного из контуров передающей катушки 12 и приемной катушки 13, эти антенны 61, 62 также имеют вытянутую форму, следующую наибольшему размеру контуров передающей катушки 12 и приемной катушки 13, чтобы максимизировать их поверхность излучения и, таким образом, пропускную способность. Например, передающая антенна 61 и приемная антенна 62 могут иметь форму логарифмической спирали, которая была растянута для максимизации излучающей поверхности и коэффициента усиления антенн, при этом минимизируя длину каждого из вибраторов 63, образующих спираль антенн 61, 62, чтобы не увеличивать импульс.В антенне в виде растянутой логарифмической спирали расстояние между вибраторами 63 спирали на самом деле больше и возрастает логарифмически. Например, растянутая логарифмическая спираль, образующая антенны 61, 62, может иметь высоту приблизительно 150 см для 80 см. Как вариант, передающая антенна 61 и приемная антенна 62 радара 60 могут быть следующих типов: четверная гребенчатая рупорная радиоантенна, конусная антенна «бабочка» (известная под своим английским названием «bow tie»), прямоугольная конусная антенна «бабочка», Архимедова спиральная антенна, антенна Вивальди.

Традиционно передающая антенна 61 и приемная антенна 62 могут быть изготовлены из меди, которая является хорошим электрическим проводником.

Однако, чтобы снизить риски окисления антенн, передающая и приемная антенны 61, 62 могут быть частично изготовлены из никеля и/или хрома, а частично из меди. Никель и хром имеют то преимущество, что они не окисляются со временем, будучи при этом электрическими проводниками.

Например, центр 64 каждой из антенн 61, 62 может быть изготовлен из меди и защищен слоем, содержащим золото, тогда как остальная часть 65 антенн 61, 62 выполнена из никеля и/или хрома. Область, проходящая между центральной частью каждой из антенн 61, 62 и остальной антенной 61, 62 может быть выполнена из меди и покрыта слоем никеля (и/или хрома).

Изобретение относится к технике обнаружения целевых объектов и более конкретно к обнаружению взрывных устройств, таких как закопанные в землю наземные мины. Техническим результатом является создание составного детектора, содержащего детекторную головку, вмещающую индуктивный датчик и другой датчик, такой как георадар, который может уменьшить количество ложных тревог, которые могут возникать при сканировании грунта с помощью детектора, обладая при этом более высокой чувствительностью. Предложен детектор, в котором детекторная головка содержит: индуктивный датчик, закрепленный на платформе (11) и содержащий передающую катушку (12) и приемную катушку (13), отдельные друг от друга, причем каждая из передающей катушки (12) и приемной катушки (13) образует контур, георадар (60), содержащий передающую антенну (61) и приемную антенну (62), причем каждая из передающей антенны (61) и приемной антенны (62) расположена в центре одного из контуров передающей катушки (13) и приемной катушки (13), причем передающая антенна (61) и приемная антенна (62) имеют толщину, меньшую или равную одному микрону, чтобы ограничить взаимодействия с индуктивным датчиком (12). 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Составной детектор (1), содержащий детекторную головку, содержащую:

- индуктивный датчик, и

- георадар (60), содержащий передающую антенну (61) и приемную антенну (62),

отличающийся тем, что передающая антенна (61) и приемная антенна (62) имеют толщину (е), меньшую или равную одному микрону, чтобы ограничить взаимодействия с индуктивным датчиком (12).

2. Детектор (1) по п. 1, в котором толщина (е) передающей антенны (61) и приемной антенны (62) больше или равна ста нанометрам.

3. Детектор (1) по любому из по пп. 1 или 2, в котором толщина (е) передающей антенны (61) и приемной антенны (62) равна 200 нм.

4. Детектор (1) по любому из пп. 1-3, в котором индуктивный датчик (12, 13) содержит передающую катушку (12) и приемную катушку (13), отдельные друг от друга, причем каждая из передающей катушки (12) и приемной катушки (13) образует контур, и каждая из передающей антенны (61) и приемной антенны (62) расположена в центре одного из контуров передающей катушки (12) и приемной катушки (13).

5. Детектор (1) по любому из пп. 1-4, в котором индуктивный датчик (12, 13) содержит передающую катушку (12) и приемную катушку (13), отдельные друг от друга и содержащие намотанную проволоку, причем передающая катушка (12) содержит большее число витков, чем приемная катушка (13).

6. Детектор (1) по любому из пп. 1-4, в котором индуктивный датчик (10) напечатан непосредственно на платформе таким образом, что платформа (11) образует печатную плату.

7. Детектор (1) по любому из пп. 1-6, в котором индуктивный датчик (12, 13) содержит передающую катушку (12) и приемную катушку (12), отдельные друг от друга, причем передающая катушка (12) и приемная катушка (13) являются гомополярными.

8. Детектор (1) по любому из пп. 1-7, в котором передающая антенна (61) и приемная антенна (62) радара (60) являются антеннами одного из следующих типов: четверная гребенчатая рупорная радиоантенна, конусная антенна «бабочка», прямоугольная конусная антенна «бабочка», Архимедова спиральная антенна, логарифмическая спиральная антенна, антенна Вивальди, логарифмическая спиральная антенна, растянутая по четвертой оси (Х₄) перпендикулярной первой оси (X₁).

9. Детектор (1) по п. 8, в котором передающая антенна (61) и приемная антенна (62) изготовлены по меньшей мере частично из никеля или хрома.

10. Детектор (1) по п. 9, в котором центральная часть передающей антенны (61) и приемной антенны (62) изготовлена из меди и содержит на поверхности защитный слой, выполненный из золота.