CZ2008649A3 - Jednotka polohy pro detektory kovu - Google Patents

Abstract

Jednotka polohy pro detektory kovu sestává z detekcní hlavy (10) pripojené k mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a rídící jednotce (1) s displejem a z trojice akcelerometru (3), prípadne snímacu úhlové rychlosti nebo úhlového zrychlení, které jsou propojeny s touto mikroprocesorovou centrální vyhodnocovací a rídící jednotkou (1) a zároven jsou pevne spojeny s detekcní hlavou (10). K mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a rídící jednotce (1) je pripojen bezkontaktní senzor (4) rychlosti, napríklad optická kamera. Výhodné také je, je-li k mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a rídící jednotce (1) pripojen senzor (7) pro merení vzdálenosti detekcní hlavy (10) od terénu (6) a/nebo od prídavné znacky (5).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká jednotky polohy pro detektory kovů, která využívá akcelerometrů, senzorů úhlové rychlosti, případně úhlového zrychleni a kamer snímajících terén a případně přidané značky. Taková jednotka může být určena k získání profilu nebo dvourozměrné mapy signálu detektoru, což slouží k diskriminaci hledaných objektů.

Dosavadní stav techniky

Detektory kovů se používají k hledání min, nevybuchlé munice a dalších předmětů obsahujících elektricky vodivé součásti. Většina těchto detektorů pracuje na principu vířivých proudů. Detektory pro vyhledávání hlubších předmětů, například nevybuchlých leteckých bomb, pracují i na principu stejnosměrných magnetometrů nebo radiometrů, viz Guelle, D., Smith, A., Lewis, A„ and T. Bloodworth: Metal Detector Handbook for Humanitarian Demining.

European Communities 2003, ISBN 92-894-6236-1.

Ruční detektory slouží k vyhledávání mělkých objektů, jako jsou například, protipěchotní miny. Tyto detektory obvykle mají zvukový výstup. Jejich společnou nevýhodou je malá diskriminační schopnost, neboť tato zařízení reagují na jakýkoli kovový předmět a nejsou tedy schopna rozlišit mezi minou a šrotem. V praktických aplikacích to vede k velkému množství falešných poplachů.

Komplikované mapovací systémy využívají jednoho nebo častěji většího množství detektorů připevněných na vozidle nebo na rameni robota. K informaci o poloze detektoru používají tyto systémy diferenciální GPS, měřicí pásma, scannery nebo inerciální navigační systémy. Po prozkoumání určité oblasti je obvykle vytvořena pseudobarevná dvourozměrná mapa signálu, ve které hledané objekty vytvářejí charakteristické příznaky, viz J. Dirscherl, C. Bruschini: Meta! Detectors Catalogue 2005, Geneva International Centre for Humanitarian Demining, ISBN 2-88487-009-1 • ·

Nevýhodou mapovacích systémů založených na diferenciální GPS nebo na scannerech je nutnost ustavení stacionární stanice a vysoká cena takových systémů. Nevýhodou inerciálních navigačních systémů založených na akcelerometrech a senzorech úhlové polohy je drift, způsobený integrací offsetu. V praxi pak chyba polohy dramaticky narůstá s časem. Takové systémy jsou popsány např. v US 6,026,135 - Multisensor vehiclemounted mine detektor, McFee et al., February 15, 2000, US 6,476,610 - Magnetic anomaly sensing systém and methods for maneuverable sensing platforms, Wiegert et al., November 5, 2002, US 6,809,520 - Compact, autonomous robotíc detection and identification sensor systém of unexploded ordnance site remediation, Nelson, a US 6,333,631 - Cantilevered manipulátor for autonomous non-contact scanning of natural surfaces for the deployment of the landmine detectors Das et al..

US 6,473,025 popisuje systém k vyhledávání min založený na zemním radaru (GPR - ground-penetrating radar), který využívá GPS a inerciální navigaci. Nevýhodou takového řešení je především zmíněná vysoká cena diferenciální GPS s přesností 1 cm a dlouhá doba potřebná k ustaveni stacionární stanice.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nedostatky odstraňuje jednotka polohy založená na inerciální navigaci s kompenzaci driftu. Základem známých inerciálních navigačních systémů je trojice akcelerometrů a případně i trojice snímačů úhlové rychlosti nebo úhlového zrychleni. Podstatou vynálezu je, že inerciální navigační systém je dále vybaven dodatečným bezkontaktním senzorem rychlosti pro korekci offsetu a driftu akcelerometrů a případné snímačů úhlové rychlosti a nebo úhlového zrychlení. Tímto senzorem pro korekci offsetu a driftu může být s výhodou např. optická kamera. Kromě toho může být k mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a řídicí jednotce připojen senzor pro měřeni vzdálenosti detekční hlavy od terénu a/nebo od přídavné značky.

Výhodou uvedeného řešení je, že diky periodickému automatickému nulováni offsetu inerciálních senzorů, to je senzorů zrychlení a případně úhlové rychlosti nebo úhlového zrychlení, je možno dosáhnout vyšší přesnosti určeni polohy. Toto nulování se provádí s pomocí přídavného bezkontaktního senzoru rychlosti.

Přehled obrázků na výkrese

Na Obr.1 je detektor kovů, používaný např. pro hledání protipěchotních min. Obr.2 ukazuje postup při liniovém skenováni. Obr.3 ukazuje postup při plošném skenování při hledání min. Výsledkem liniového skenování je profil, jehož příklad je na obr. 4. Na Obr.5 je uvedeno blokové schéma jednotky polohy pro detektory kovů jako ilustrace příkladu provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na Obr.1 je znázorněn jednoduchý detektor kovů používaný například pro hledání protipěchotních min. Hlavní součástí detektoru je detekční hlava 10, která má obvykle tvar ploché smyčky. Operátor detekční hlavou pohybuje nad kontrolovanou oblasti ve směrech x a y. Operátor při tom dodržuje konstantní vzdálenost detekční hlavy od terénu. Součásti detekční hlavy 10. je obvykle i elektronika, takže na výstupu detekční hlavy 10 je již signál úměrný typu přítomného vodivého objektu. V takovém případě stačí k detekční hlavě 10 připojit jen indikátor tohoto signálu, obvykle sluchátko, což je obvyklé řešení u dosud známých detektorů kovů.

Při liniovém skenování, které je znázorněno na Obr.2, se postupuje tak, že se detekční hlavou 10 pomalu kýve mezi body označenými A a B. Při plošném skenování při hledání min, viz Obr.3, operátor kýve detekční hlavou 10 ze strany na stranu a při tom současně postupuje vpřed. Trajektorie měřicí hlavy prochází body C-D-E-F-G-H-l-J. Výsledkem liniového skenování je profil, jehož příklad je na obr. 4. Na ose x je vynesena poloha X na linii skenování, na ose y intenzita [výstupního signálu detektoru kovů. Výsledkem plošného skenování je pak intenzitní mapa, například pseudobarevná mapa, která barvou vyznačuje hodnotu výstupního signálu detektoru kovů. Na zmíněném Obr. 4 jsou příklady hodnot naměřených nad protipěchotní minou, kdy data pocházejí z databáze JRC Ispra.

Jedno možné provedení jednotky polohy pro detektory kovů je schematicky naznačeno na Obr.5. Mikroprocesorová centrální vyhodnocovací a řídicí jednotka 1 má na svůj výstup připojen displej 2. Tato mikroprocesorová centrální vyhodnocovací a řídicí jednotka 1 je propojena s v · detekční hlavou 10. Detekční hlava 10 je pevně spojena s trojící akcelerometrů 3, vyznačených zde jako jeden blok, s bezkontaktním senzorem 4 rychlosti, který je zde tvořen optickou kamerou a se senzorem 7 pro měření vzdálenosti detekční hlavy 10 od terénu 6 a/nebo od přídavné značky 5. Trojice akcelerometrů 3, bezkontaktní senzor 4 rychlosti, detekční hlava 10 a senzor 7 pro měření vzdálenosti detekční hlavy 10 od terénu 6 a/nebo od přídavné značky 5 jsou v tomto provedení pevně propojeny,

Do mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a řídící jednotky 1 vstupuje signál z akcelerometrů 3 a z bezkontaktního senzoru 4 rychlosti, zde z optické kamery, která sleduje polohu přídavné značky 5 na terénu 6 nebo přímo povrch terénu 6. Senzor 7 pro měření vzdálenosti detekční hlavy od terénu a/nebo od přídavné značky 5 průběžně měří výšku detekční hlavy 10 nad terénem 6 nebo nad přídavnou značkou 5. Akcelerometry 3 jsou vždy umístěny na detekční hlavě 10. Bezkontaktní senzor 4 rychlosti je obvykle umístěn na detekční hlavě W, v jiném provedení může ale být umístěn například na přilbě operátora a v tom případě není pevně spojen s akcelerometry 3 a se senzorem 7 pro měření vzdálenosti detekční hlavy 10 od terénu 6 a/nebo od přídavné značky 5.

Při aplikaci jednotky nejprve operátor položí značku 5 na terén 6. Obvyklý postup je, že dvě značky 5 ve tvaru terčíku nebo praporku vyznačují místo, kde byl zachycen signál při přehledovém měření, a které bude podrobněji měřeno. Značky 5 mohou být však umístěny kdekoli na terénu a tvořit jen artefakt pro snadnější měření rychlosti kamerou. Toto se využívá v případě, kdy povrch terénu na sobě nemá žádné kontrasty, o které by se mohla kamera opřít, například je-li terénem 6 rovna písková plocha. Jednotku je ale možno použit bez značky 5 a to tak, že bezkontaktní senzor 4 rychlosti snímá přímo povrch terénu 6.

Mikroprocesorová centrální vyhodnocovací a řídící jednotka 1 zpracovává informaci z akcelerometrů 3, a vyhodnocuje okamžitou polohu detekční hlavy 10.. K tomu numericky integruje informaci z akcelerometrů 3 a získává tím informaci o okamžité rychlosti detekční hlavy 10.. Další integrací získá údaj o poloze detekční hlavy 10. Mikroprocesorová centrální vyhodnocovací a řídící jednotka 1 dále zpracovává informaci z bezkontaktního senzoru 4 rychlosti a vyhodnocuje okamžik nulové rychlosti detekční hlavy 10.. V tomto okamžiku se provádí korekce offsetu » ♦· akcelerometrů 3 tak, že se veličina reprezentující okamžitou rychlost položí rovná nule. Mikroprocesorová centrální vyhodnocovací a řídící jednotka 1 také zpracovává informaci ze senzoru 7 pro měřeni vzdálenosti detekční hlavy 10 od terénu 6 a/nebo od přídavné značky 5, který funguje například na ultrazvukovém nebo optickém principu. Tato informace se primárně používá pro kontrolu správné činnosti operátora.

Bezkontaktní senzor 4 rychlosti, který je použit pro korekci offsetu a driftu, detekuje okamžik nulové rychlosti, případně úhlového zrychlení nebo okamžik průchodu detekční hlavy 10 nad umělou značkou. Korekce offsetu a driftu jednotlivých senzorů, akcelerometrů 3 a případně senzorů úhlové rychlosti nebo úhlového zrychleni může být provedena například tak, že v okamžiku, kdy byla detekována nulová okamžitá rychlost detekční hlavy 10 je vynulována odpovídající proměnná ve výpočetním programu. Kromě toho muže být jednotka vybavena dalším senzorem 7, který měří vzdálenost nad terénem 6. Mikroprocesorová centrální vyhodnocovací a řídicí jednotka 1 vypočte z údajů akcelerometrů 3_a případně ze senzorů úhlové rychlosti nebo úhlového zrychlení okamžitou polohu detekční hlavy 10 a vytváří profil, tedy liniový graf, nebo dvourozměrnou mapu, na které je vyznačena sila signálu detekční hlavy a případně také polohy přídavných značek 5. Z plošné mapy nebo profilu je pak možno usoudit na typ nalezeného objektu. Tím je možno odlišit hledané objekty, například protipěchotní miny, od jiných objektů jako je např. šrot.

V jiném možném uspořádání detekční hlava 10 neobsahuje elektroniku, která je soustředěna do zvláštního bloku, který může být např. zavěšen na těle operátora.

Průmyslová využitelnost

Jednotka polohy pro detektory kovů může zvýšit detekční a diskriminační schopnost detektorů kovů. Může se vyrábět jako součást těchto detektorů nebo jako samostatná přídavná jednotka. Jednotka může být s výhodou využita i při výcviku operátorů detektorů kovů.

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Jednotka polohy pro detektory kovů sestávající z detekční hlavy připojené k mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a řídící jednotce s displejem a z trojice akcelerometrů, případně snímačů úhlové rychlosti nebo úhlového zrychlení, které jsou propojeny s touto mikroprocesorovou centrální vyhodnocovací a řídící jednotkou a zároveň jsou pevně spojeny s detekční hlavou vyznačující se tím, že k mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a řídící jednotce (1) je připojen bezkontaktní senzor (4) rychlosti.

2. Jednotka podle nároku 1 vyznačující se tím, že bezkontaktní senzor (4) rychlosti je tvořen optickou kamerou.

3. Jednotka podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že k mikroprocesorové centrální vyhodnocovací a řídící jednotce (1) je připojen senzor (7) pro měření vzdálenosti detekční hlavy (10) od terénu (6) a/nebo od přídavné značky (5).

4. Jednotka podle nároku 3 vyznačující se tím, že přídavné značky (5) jsou umístěné v terénu (6) v místech, kde byl zachycen signál při přehledovém měření.