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Die Erfindung ist ein Verfahren und Gerät zum Aufspüren von Feldminen anhand der Stickstoffgasmessung. Eine Mine ist ein Sprengstoff, der entwickelt wurde, um Fahrzeuge, Schiffe oder Luftfahrzeuge zu zerstören oder zu beschädigen oder deren Besatzung zu verwunden, zu töten oder auf andere Arten unschädlich zu machen, und sich normalerweise in einem schützenden Ummantelungsmaterial befindet. Es gibt grundsätzlich 2 Hauptgruppen: Land- und Seeminen. Der häufigste Minentyp unter den Landminen sind Antipersonenminen und Antipanzerminen. Man kann sagen, dass die Antipanzerminen in dieser Gruppe im Vergleich zu den Antipersonenminen größer und stärker sind.
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Die Mine zeigt ihre Wirkung bei Berührung oder Ausübung von Druck. Deshalb müssen die Verfahren zum Aufspüren von Minen durchgeführt werden, ohne die Mine zu berühren. Im Hinblick auf die heutigen Verfahren zum Aufspüren von Landminen kann man sagen, dass unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden und dass diese Verfahren unterschiedliche Vorteile haben. Das Aufspüren von Landminen mithilfe von Metalldetektoren ist eine oft verwendete Methode. Bei der Suche nach Minen mittels Metalldetektoren wird das in der Erde befindliche Metall aufgespürt. Diese Methode ist jedoch insbesondere bei Kunststofflandminen wirkungslos und besitzt eine geringe Effizienz, weil nicht festgestellt werden kann, ob es sich bei dem im Boden verborgenen Metall um eine Mine handelt. Auch wenn thermische Neutronen aktivierende Detektoren dies erkennen können und den Erfolg der Aufspürmethode steigern, ist dieses Gerät für den Geländeeinsatz zu langsam, zu teuer und zu groß, was seine Effektivität mindert.
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Unter den elektromagnetischen Aufspürmethoden nehmen die Radarsysteme, die in den Boden eindringen, die bedeutendste Stellung ein. Diese Methode erzeugt im Boden Radiowellen und misst die Frequenz der eingehenden Signale. Infolge dieser Messung werden im Boden befindliche Objekte aufgespürt und Minen gefunden. Der größte Vorteil dieser Methode ist, dass sie im Vergleich zu den oft eingesetzten Metalldetektoren eine höhere Erfolgsrate besitzt. Denn diese Methode erkennt Veränderungen im Boden besser und wird auch zum Aufspüren von Nichtmetallminen eingesetzt. Darüber hinaus ist diese Methode eine leicht anzuwendende, bekannte und ausgereifte Technologie. Allerdings hat sie auch einige Nachteile. Beispielsweise können große Felsen, Wassermassen oder große Baumwurzeln, die sich im Boden befinden, die Radiowellen stören. Infolgedessen erhält man ein fehlerhaftes Signal und die Methode hat weniger Erfolg. Der zweite große Nachteil ist, dass der Detektor nicht sehr tief in den Boden reicht. In diesem Fall werden Minen, die etwas tiefer im Boden verborgen sind, nicht aufgespürt.
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Eine andere innovative Methode zum Aufspüren von Minen ist die Suchmethode mit dem Röntgengerät. Dieses Verfahren, das wie die Röntgentechnologie funktioniert, fotografiert mit Strahlen, die in den Boden geschickt werden, das Bodeninnere. Die so erhaltenen Aufnahmen werden dahingehend interpretiert, ob eine Mine vorhanden ist oder nicht. Der Vorteil der Methode ist, dass der physische Standort und das Aussehen der Mine vollständig reflektiert werden können. Die Tatsache, dass nur Minen in maximal 10 cm Tiefe aufgespürt werden können, dass das Aufspüren von tiefer liegenden Minen sehr lange dauert und dass das Gerät bei der Suche auf Vibrationen reagiert, sind große Nachteile des Systems.
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Es ist bekannt, dass auch die Infrarottechnologien zum Aufspüren von Minen eingesetzt werden. Anhand dieser Methoden soll der elektromagnetische Strahlenpegel im Boden und dessen Veränderung beobachtet werden. Auf diese Weise können große Flächen in kurzer Zeit abgesucht werden. Außerdem besteht keine physische Abhängigkeit von der Person, die die Suche durchführt. Aus diesem Grund ist das Risiko sehr gering. Das System ist jedoch sehr empfindlich gegenüber Umweltveränderungen. Außerdem muss die Wetterlage zum Aufspüren der Minen sehr günstig sein. Bei Wind, Regen oder Nebel ist das Aufspüren von Minen mit dieser Methode ziemlich schwierig.
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Heutzutage können Minen auch unter Verwendung von akustischen oder seismischen Daten aufgespürt werden. Diesem Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, den Standort der Mine durch Vibration aufzuspüren. Objekte mit unterschiedlicher Struktur vibrieren unter gleichem Einfluss unterschiedlich stark. Auf dieser Erkenntnis basieren die entwickelten Verfahren. Dieses Aufspürverfahren nimmt wegen seiner niedrigen Falschalarmrate einen wichtigen Stellenwert unter den anderen Verfahren ein. Sein größter Nachteil ist jedoch, dass es keine tiefliegenden Minen aufspüren kann. Denn das Signal einer tief verborgenen Mine gelangt nur sehr schwer an die Oberfläche. Die lange Aufspürdauer ist ein weiterer wichtiger Nachteil der Methode.
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Außer den mechanischen und elektronischen Methoden werden auch verschiedene biologische Methoden zum Aufspüren von Minen eingesetzt. Mit ihnen werden die Reaktionen der Säugetiere, Insekten oder verschiedenen Mikroorganismen, die in dem Gebiet ausgesetzt werden, in dem die Minen aufgespürt werden sollen, untersucht und entsprechend ihren Verhaltensweisen nach den Minen gesucht. Unter den Säugetieren werden am häufigsten Hunde und Ratten eingesetzt. Die Grundlage dieser Aufspürmethode ist der Geruch, der sich in dem verminten Gebiet bildet. Der größte Vorteil dieser Methode ist, dass unter unterschiedlichen geografischen Bedingungen und Wetterbedingungen gearbeitet werden kann. Außerdem können die Minen wegen des Gewichts der Lebewesen, ohne zu explodieren, aufgespürt werden. Der Erfolg der Methode hängt jedoch von der Ausbildungsqualität und den Geruchsnerven der Lebewesen ab, was ein Nachteil ist. Darüber hinaus hat die Ausbreitung oder Verringerung des Sprengstoffgeruchs bei schlechten Wetterverhältnissen ein fehlerhaftes Ergebnis zur Folge. Des Weiteren ist diese Methode in zeitlicher Hinsicht nicht effektiv.
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Bei der Aufspürmethode, die Gegenstand der Erfindung ist, bestehen die Nachteile, die für die unterschiedlichen Methoden aufgelistet wurden, nicht. Diese Methode ermöglicht, die Minen in kürzester Zeit fehlerfrei aufzuspüren. Die Möglichkeit eines fehlerhaften Signals, das bei den anderen Aufspürmethoden vorhanden ist, gibt es bei dieser Methode nicht. Denn jede Landmine beinhaltet viel Stickstoff und gibt viel Stickstoff in anorganischer Form in die Umgebung, in der sie sich befindet, ab. Aus diesem Grund beeinflussen Faktoren, wie schlechte Wetterverhältnisse oder die Struktur des geografischen Gebietes, die Aufspürmethode nicht. Außerdem ermöglicht sie das Aufspüren jeder Art von Landmine, ohne zwischen Kunststoff oder Metall zu unterscheiden. Da das Aufspürgerät 2 Hunderstel-Sekunden nach der Luftanalyse ein Signal abgibt, wird die Mine sehr schnell aufgespürt. Infolgedessen ist es insbesondere für mobile Militäreinheiten bei der Suche und dem Aufspüren von Minen äußerst nützlich.
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Stickstoff ist Bestandteil jeder lebenden Zelle und insbesondere für Pflanzen lebenswichtig, weil Stickstoff das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen beschleunigt und die Ballaststoff-, Obst- und Samenmenge steigert. Fehlt der Stickstoff in der Erde, werden die Pflanzen gelblich-grün. Untersuchungen haben ergeben, dass Pflanzen den Stickstoff in organischer Form binden.
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Der Stickstoff, der in den meisten Böden anorganisch gebunden ist, kommt als Ammonium (NH4 +) und Nitrat (NO3) vor. Obwohl die Nitritmenge (NO2) manchmal gemessen werden kann, ist sie im Vergleich zum Ammonium und Nitrat sehr gering und im Allgemeinen zur Bestimmung nicht in ausreichender Menge vorhanden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich in alkalischen Böden, die stark mit Ammonium gedüngt wurden, Nitrit ansammelt. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass Ammonium die Nitritoxidation von Nitrobacter verhindert. Dieser Sachverhalt führt zu der Annahme, dass die Nitritansammlung eine Folge der starken Zugabe von ammoniumhaltigen oder ammoniumproduzierenden Düngemitteln in den alkalischen Boden ist. Es ist bekannt, dass andere anorganische Stickstoffformen, wie Hydroxylamin, hyposalpetrige Säure und Ammonsalpeter (Nitrammit) während der mikrobiellen Vorgänge (Nitrifikation, Denitrifikation, Stickstofffixierung, etc.), die zur Stickstoffveränderung im Boden führen, als Zwischenprodukt auftreten, dass die meisten dieser Verbindungen instabil sind und aus diesem Grund nicht im Boden nachgewiesen werden können. Das im Boden befindliche Hydroxylamin zerfällt mittels einer nicht biologischen Reaktion leicht und es entsteht gasförmiger Stickstoff.
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Bis in die jüngste Zeit nahm man an, dass nur ein geringer Teil (2%) des Gesamtstickstoffs in anorganischen Formen vorliegt. Heute weiß man jedoch, dass viele Böden Ammonium fixieren können (nicht austauschbare Ammoniumadsorbtion). Neue Untersuchungen haben gezeigt, dass einige Böden eine hohe Konzentration an fixiertem Ammonium enthalten und dass dieses Ammonium mithilfe der Methoden, die für den Nachweis von anorganischen Stickstoffformen im Boden angewandt werden, nicht nachgewiesen wurde. Dem aktuellen Stand der Forschung zufolge übersteigt der nicht austauschbare Teil des Bodenstickstoffs in den Oberflächenböden normalerweise 5% nicht. Diese Menge kann aber in einigen Unterböden 30% übersteigen. Bis jetzt wurde noch nicht vollständig geklärt, wie der Boden das Ammonium fixiert. Darüber hinaus ist bekannt, dass die organischen und anorganischen Bestandteile des Bodens Ammonium fixieren können, und dass sich das fixierte Ammonium in den Gittern der Silikatmineralien befindet. Aber es gibt keine eindeutigen Beweise, dass das gesamte fixierte Ammonium im Zusammenhang mit den Silikatmineralien steht.
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Man weiß, dass viele Böden die Fähigkeit besitzen, das Ammonium so zu binden, dass es mit Methoden, die bei der Extrahierung von austauschbaren Kationen verwendet werden, nicht extrahiert werden kann. Einige Böden haben einen hohen Gehalt an fixiertem Ammonium. Aus diesem Grund müssen die Begriffe „fixieren” und „austauschbar” definiert werden, wenn von dem im Boden befindlichen Ammonium gesprochen wird. Leider gibt es für diese Begriffe keine übereinstimmenden Definitionen.
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Der Amerikanischen Gesellschaft für Bodenkunde zufolge ist die Ammoniakfixierung „die Adsorption von Ammoniumionen durch Böden oder Mineralien, ohne dass sie sich in Wasser lösen und leicht austauschen können”. Darüber hinaus kann das von den Böden und Tonmineralien fixierte Ammonium und die anderen Kationen in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des verwendeten Kations durch Kationaustauschverfahren extrahiert werden. Die Menge, die von einem anderen fixierbaren Kation (Kalium, Rubidium, (Cäsium) extrahiert wird, ist viel geringer, als die von einem nicht fixierten Kation (Natrium, Kalzium) extrahierte Menge. Einige Wissenschaftler haben festgestellt, dass die geringe Menge an K, die sich in der Lösung befindet, die Freisetzung des fixierten Ammoniums blockiert.
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Aufgrund dieser Feststellungen wird die Ammoniumfixierung als „Ammonium, das so adsorbiert wird, dass es mit K+ nicht den Platz tauschen kann”, beschrieben. Aber diese Definition ist ebenfalls nicht angemessen. Denn die Ammoniummenge, die von K+ aus den Böden und Mineralien, die fixiertes Ammonium enthalten, freigesetzt wird, hängt vom Typ der verwendeten K+-Lösung und den Bedingungen ab. Selbst wenn K+ als austauschbares Kation verwendet wird, müssen bei der Definition des fixierten Ammoniums die Besonderheiten der Definitionsmethode festgelegt werden. Aus praktischen Gründen haben viele Wissenschaftler behauptet, dass es ausreicht, das fixierte Ammonium als „Ammonium, das bei Labortemperatur nicht mit INKCl extrahiert wird” zu definieren. Wenn diese Definition übernommen wird, scheint es angemessen, das austauschbare Ammonium als „Ammonium, das mit dieser Lösung extrahiert werden kann”, zu definieren. Das Ammonium, das nach der Zugabe von Ammonium in den Boden oder zu den Mineralien, fixiert wurde, und das fixierte Ammonium, das vor der Ammoniumzugabe in diesen Materialien vorhanden ist, müssen voneinander getrennt werden. Für die darauffolgende Form wird der Begriff „natürlich” verwendet. Darüber hinaus gibt der Begriff den falschen Eindruck, dass das fixierte Ammonium, das in den Böden und Mineralien natürlich vorkommt, während der Entstehung dieser Materialien und nicht in jüngster Zeit entstanden ist.
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Aufgrund dieser Tatsachen kann man sagen, dass eine Mine, die unter der Erde verborgen aufgespürt wird, sehr viel anorganischen Stickstoff an die Umgebung abgibt. Die Erfindung mit dem Titel „Methode und Gerät zum Aufspüren von Landminen anhand der Stickstoffmessung” ist eine Neuheit, die es ermöglicht, Minen anhand der genannten Stickstoffmessung aufzuspüren.
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In einer Umgebung, in der die anorganische Stickstoffmenge, die in der Natur frei vorhanden ist, ohne äußere Einflüsse 2% nicht übersteigt, bildet die Analyse der Umgebungsluft mithilfe der Sensoren und das Alarmsignal des Gerätes, sobald die gemessene Stickstoffmenge diesen Prozentanteil übersteigt, die Grundlage der Erfindung.
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Erläuterung der Figur:
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1. Ansicht des Gerätes zum Aufspüren von Landminen
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Erläuterung der Bestandteile:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensorende
- 2
- Luftanalysesensor
- 3
- Leitungsdraht
- 4
- Prozessoreinheit (auf dem Bild nicht abgebildet)
- 5
- Prozessordisplay
- 6
- Prozessortastenfeld
- 7
- Signallampe
- 8
- Prozessoreinheit-Taschenhaken
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Die Erfindung ist eine Methode und ein Gerät zum Aufspüren von Feldminen anhand der Stickstoffgasmessung (1). Das Gerät zum Aufspüren von Minen (1) besteht aus 8 verschiedenen Elementen. Diese Elemente sind der Reihe nach eine Sensorende (1), ein Luftanalysesensor (2), ein Leitungsdraht (3), eine Prozessoreinheit (4), ein Prozessordisplay (5), eine Prozessortastatur (6), eine Signallampe (7) und ein Prozessoreinheit-Taschenhaken (8). Die Umgebungsluft wird mittels der Sensorenden (1) an den Luftanalysesensor (2) geleitet. Mithilfe der Sensoren, die sich im Luftanalyserohr befinden, wird die anorganische Stickstoffmenge in der Luft gemessen und über den Leitungsdraht (3) an die Prozessoreinheit (4) geschickt. Die Prozessoreinheit (4) bewertet die eingehenden Daten mit einer einfachen Software und vergleicht sie mit der vorher definierten Stickstoffrate. Wenn die Prozessoreinheit (4), die die Daten nach der Messung mittels des Displays (5) anzeigt, einer Messung begegnet, die über dem Wert liegt, der infolge des Vergleichs festgelegt wurde, leuchtet die Signallampe auf (6) und warnt den Operator. Die Warnung erfolgt sowohl durch das Aufleuchten der Signallampe (6) als auch durch den Übergang des Hochvibrationsakkus, der mit der Einheit verbunden ist, in den Vibrationsmodus. Um die Handhabung für den Operator zu vereinfachen, hat der Operator die Möglichkeit, die Prozessoreinheit (4) bei Bedarf mittels des Prozessoreinheit-Taschenhakens (8) aufzuhängen. Das Tastenfeld, das sich auf der Prozessoreinheit (4) befindet, wird als Prozessortastenfeld (8) bezeichnet. Das Prozessortastenfeld (8) ist ein Interface, das Input bereitstellt, damit die externen Daten an die Prozessoreinheit (4) geleitet werden. Beispielsweise werden Daten, wie das An- und Ausschalten der Modi, die Einstellung der Alarmstärke und die Vergleichsempfindlichkeit der Prozessoreinheit (4) über die Tasten auf dem Prozessortastenfeld (8) in das System eingegeben.
