FI87048C - Akustisk soekare - Google Patents

Description

1 87048

Akustinen etsintälaite

Keksinnön kohteena on akustinen erityisesti ultraäänitoi-minen etsintälaite, joka käsittää ultraäänianturin tai vast., näyttölaitteen ja elektroniikkayksikön, joka ultra-5 äänianturi tai vast, muodostuu useista akustisen signaalin lähettiminä ja/tai vastaanottimina toimivista elementeistä, jotka elementit on järjestetty elektroniikkayksikön ohjaamana toimimaan siten, että etsintä- ja kuvausalueelta heijastuneiden kaikusignaalien perusteella aikaansaadaan 10 etsintä- ja kuvausalueesta näyttökuva näyttölaitteelle.

Tämänkaltaisia vedenalaissovellutuksiin tarkoitettuja ultraäänitoimisia etsintälaitteita on esitetty esimerkiksi US-patenttijulkaisuissa 4 212 258 ja EP-hakemusjulkaisussa 345 718. Ensiksimainittu laite on tarkoitettu käytettäväk-15 si veden alla olevien rakenteiden tutkimiseen ja jälkimmäinen laite taas sukeltajan apuvälineenä sameissa vesissä so. olosuhteissa, joissa näkyvyys on vain muutamia metrejä. Tämänkaltaisten tunnetun tekniikan mukaisten laitteiden käyttöä hankaloittaa se, että niiden käyttämiseksi so. 20 esimerkiksi laitteen suuntaamiseksi tiettyyn kohteeseen joudutaan käyttämään käsiä, joita ei siten pystytä käyttämään muuhun toimintaan. Toisena hankaluutena on se, että tutkittavasta alueesta muodostuu kuva pienelle monitorille, jota kuvaa joudutaan katsomaan usein etäältä. Tällai-25 nen pienikokoinen monitorikuva joudutaan sitten hahmottamaan täysimittaiseksi ympäristön kuvaksi. Lisäksi tunnetun tekniikan mukaisten laitteiden käyttö on lähes mahdotonta olosuhteissa, joissa näkyvyys on hyvin pieni so. vain kymmeniä senttimetrejä kuten esimerkiksi hyvin sameassa 30 vedessä.

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada erityisesti pelastustoimintaan soveltuva etsintälaite, jota voidaan käyttää olosuhteissa, joissa näkyvyys on erittäin huono. Lisäksi 2 87048 tavoitteena on sellainen laite, jonka avulla esimerkiksi savusukeltaja pystyy sankassa savussa "näkemään” ja siten liikkumaan esimerkiksi palavassa rakennuksessa mutta kuitenkin koko ajan siten, että hänen kätensä ovat vapaina 5 suorittamaan pelastustoimenpiteitä. Tavoitteena on lisäksi sellainen laite, jonka avulla laitteen käyttäjä näkee "näkymättömän" ympäristönsä mittasuhteiltaan oikeana so. mahdollisimman luonnonmukaisena, mikä huomattavasti helpottaa etsintälaitetta käyttävän henkilön suunnistamista. 10 Edellä esitetyt tavoitteet aikaansaadaan keksinnön mukaisella etsintälaitteella, jolle on tunnusomaista se, että se käsittää lisäksi optisen katselulaitteen, jonka avulla näyttökuva on järjestetty näkymään ts. näyttökuvaa katsotaan optisen katselulaitteen avulla.

15 Keksinnön mukaisen etsintälaitteen avulla aikaansaadaan merkittävä parannus nykyisiin sekä vedenalais- että erityisesti tulipalojen pelastustoiminnassa käytettävien laitteiden valikoimaan. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan etsintälaite sijoitetaan tulenkestävän savusukel-20 luspuvun tai -päähineen sisään tai sen oheen. Laitteeseen kuuluvan ultraäänianturin sisältämät ultraäänielementit toimivat lähettimenä ja/tai vastaanottimena ja ultraäänianturin vastaanottamien kaikujen perusteella muodostetaan kuva näyttölaitteelle savusukeltajän silmien eteen, 25 jolloin savusukeltaja pystyy etenemään savun täyttämässä tilassa ja havaitsemaan esimerkiksi tajuttomat uhrit. On oleellista, että savusukeltajän kädet ovat vapaana, jolloin hän voi käyttää niitä pelastettavien auttamiseen. On selvää, että tällainen laite on huomattava edistysaskel 30 verrattuna savusukeltajän perinteiseen varustukseen, johon on kuulunut lamppu, megafoni ja radiopuhelin. Mainittuja välineitä käytettäessä varsinainen etsintä perustuu vain näkö- ja kuulohavaintoihin ja tapahtuu usein siten, että savusukeltaja konttaa matalana lattiaa pitkin yrittäen 35 löytää kirkasta ilmaa läheltä lattiaa. Nykyisistä varusteista on kuitenkin varsin vähän apua, mikäli rakennukseen 3 87048 jäänyt henkilö on tajuton ja paksun savun ja liekkien peittämässä ympäristössä.

Erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti etsintä-laitteessa on kaksi näyttölaitetta, joihin kumpaankin 5 muodostetaan kuva ultraäänianturin etsintä- ja kuvausalueesta. Näitä kahta kuvaa katsotaan optisella katselulait-teella, jolloin saadaan aikaan se, että katselulaitteella näkyy kuva, jolla on kolmiulotteinen vaikutelma.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti 10 viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää ultraäänitoimista etsintälaitetta sijoitettuna savusukeltajan hengityslaittee-seen kuuluvan suojapäähineen yhteyteen ja kuva 2 esittää kaaviollisesti edelliseen ultraääni- 15 toimiseen etsintälaitteeseen kuuluvia osia.

Kuvan 1 mukaisesti etsintälaite käsittää matriisimuotoisen ultraäänianturin 1, joka muodostuu useista ultraääniele-menteistä 2. Ultraäänianturi 1 on aaltorintamaa lähettävältä pinnaltaan kaareva edullisesti kupera. Ultraäänian-20 turin 1 takana on näyttölaite 3, jonka näyttökuvaa 7 katsotaan optisen katselulaitteen 6 avulla. Näyttölaite 3 koostuu joko LED-matriisista tai muusta, valopisteistä muodostuvasta kuvatulostimesta kuten esimerkiksi nestekide- tai elektroluminesenssinäytöstä. Ultraäänianturin 1 25 toiminnasta so. ultraääniaaltorintaman lähetyksestä, suuntauksesta ja fokusoinnista sekä kaiun vastaanotosta ja näyttölaitteen 3 ohjauksesta huolehtii elektroniikkayk-sikkö 4, joka saa energiansa suojatusta ja edullisesti mukana kannettavasta akusta 5. Elektroniikkayksikkö 4 30 sisältää mikroprosessorin tai vastaavan tehokkaan laskentaa suorittavan yksikön. Ultraäänianturissa 1 voi toiminnallisena lähettimenä ja/tai vastaanottimena olla yksi tai useampia ultraäänielementtejä 2 samanaikaisesti tai muulla 4 87048 tavoin elektroniikkayksikön 4 ohjaamana. Ultraäänianturin 1 ultraäänielementtien 2 toiminta tapahtuu synkronisesti näyttölaitteen 3 toiminnan kanssa tai siten, että näyttölaite 3 seuraa edessä olevaa etsintä- ja kuvausaluetta 5 riittävän nopeasti siten, että kuva on riittävästi reaaliajassa.

Ultraäänianturilla 1 aikaansaadaan ultraääniaaltorintama, joka suunnataan haluttuun suuntaan ja joka voidaan fokusoida tietyn muotoisena keilana tietylle etäisyydelle.

10 Aaltorintaman ja keilan suunta määräytyy sen mukaisesti, miten elektroniikkayksikkö 4 aktivoi ultraäänianturin 1 ultraäänielementtejä 2. Aktivointi tarkoittaa tässä sitä, että elektroniikkayksikön 4 ohjaamana tietyille ultraäänianturin 1 ultraäänielementeille 2 syötetään sopivilla 15 hetkillä sähkötehoa taajuudella, jota vastaava akustinen aalto etenee hyvin ilmassa.

Mikäli kuvausalueen tietyssä kohdassa on este so. aalto-rintaman etenemissuuntaa vastaan kohtisuora pinta tai pinnan osa, tapahtuu aallon heijastuminen ja saadaan 20 kaiku, joka palaa takaisin ultraäänianturille 1 ja jonka ultraäänianturin 1 ultraäänielementit 2 pystyvät nyt vastaanottimina mittaamaan. Siten kaikki ne yksityiskohdat, jotka ovat akustisen aallon kulkusuuntaan nähden kohtisuorassa, lähettävät kaiun, joka osuu takaisin lähet-25 tävään ultraäänianturiin 1, joka toimii myös vastaanotti-mena. Ultraäänianturin 1 ultraäänielementit 2 vastaanottavat kaiun ja siirtävät sen kunkin ultraäänielementin 2 yhteiselle tai erilliselle vastaanotinvahvistimelle (ei esitetty kuvassa), joka vahvistaa sen riittävästi lasken-30 taa varten.

Seuraavassa vaiheessa ultraäänianturilta 1 lähetetään aaltorintama seuraavaan suuntaan, joka poikkeaa tietyn kulman verran edellisestä suunnasta. On selvää, että mitä pienempi kulma on sitä parempi näyttökuvan 7 kuvatarkkuus 5 87048 eli resoluutio saadaan, mutta toisaalta, sitä enemmän mittauksia ja laskentaa tarvitaan kuvan aikaansaamiseksi. Näin käydään läpi so. pyyhkäistään koko etsintä- ja kuvausalue ja siten näyttölaitteelle 3 saadaan "pistekuva" 5 koko etsintä- ja kuvausalueesta. Ultraäänianturi 1 pyyhkii etsintä- ja kuvausaluetta jatkuvasti ja nopeassa tahdissa, jolloin kuva säilyy riittävän reaaliaikaisena ja muuttuu savusukeltajan liikkuessa todellisuutta vastaavasti.

Näyttölaite 3 voi olla esimerkiksi suorakaiteen muotoinen 10 LED-diodien muodostama matriisi. Näyttölaitteen 3 yksittäiset valoelementit 8 voivat olla paitsi valoa emittoivia LED/ejä myös valoa heijastavia tai valoa absorboivia pistemäisiä elementtejä. Siten näyttölaite 3 voidaan toteuttaa myöskin esimerkiksi elektroluminesenssiin perustu-15 valla näyttölaitteella tai nestekidenäytöllä.

Näyttölaitteen 3 näyttökuvaa 7 katsotaan optisen katselu-laitteen 6 avulla, joka käsittää esimerkiksi linssejä, peilejä, prismoja tai muita laitteita, jotka heijastavat näyttökuvan 7 silmän verkkokalvolle sellaisena, että se 20 havaitaan mittasuhteiltaan todellisuutta vastaavana. Siten katselulaitteen 6 optiikalla näyttökuvassa 7 kohteet näkyvät oleellisesti yhtä suurina kuin normaalisti katsottuna. Tämä on tärkeää sikäli, että etsintälaitetta käyttävä henkilö "näkee” tällöin ympäristön mahdollisimman luonnol-25 lisena.

Näyttölaitteita 3 samoin kuin ultraääniantureita 1 voi olla molempia joko yksi tai kaksi. Jos ultraääniantureita 1 on yksi ja näyttölaitteita 3 kaksi, voidaan kuva muodostaa elektroniikkayksikön 4 laskentaa ja muistikapasiteet-30 tia hyväksi käyttäen kolmiulotteisen vaikutelman antavaksi. Kolmiulotteisen kuvan muodostaminen kahdesta näyttökuvasta 7, 7' on sinänsä tunnettua kuvanmuodostustekniikkaa, jota käytetään esimerkiksi elokuvaesityksissä ja ns. Viewmaster-laitteissa. On huomattava, että kolmiulot- 87048 6 teiseen vaikutelman aikaansaamiseen tarvittava toinen näyttökuva 7' pystytään aikaansaamaan samasta ultraäänianturin 1 mittauksesta. Myös sellainen keksinnön sovellutus-muoto on mahdollinen, jossa käytetään kahta erillistä 5 ultraäänianturia. Kolmiulotteinen kuva on myös mahdollista aikaansaada yhdestä näyttökuvasta.

Koska etsintälaitteen muodostaman kolmiulotteisen näyttökuvan 7 perspektiivi ja mittasuhteet vastaavat esimerkiksi savusukeltajan edessä olevaa visuaalista näkökenttää eli 10 todellisuutta, ei savusukeltajan suojapäähineeseen 9 sijoitettu etsintälaite millään tavoin estä savusukeltajan liikkumista ja etenemistä palavassa rakennuksessa, vaan luo nimenomaan varmuutta hänen liikkumiseensa. Katselulai-te 6, näyttölaite 3 ja ultraäänianturi 1 on edullista 15 sijoittaa katseen suunnassa peräkkäin. Tällöin ultraäänianturi 1 aikaansaa mahdollisimman luonnollisen näyttökuvan 7 koska se on mitattu täsmälleen oikeasta suunnasta.

Näyttökuvan 7 resoluution ei tarvitse olla kovin suuri, riittää että siinä erottuvat esineet, jotka voitaisiin 20 muuten sekoittaa etsittäviin kohteisiin. Etäisyys, jolla etsintälaite toimii, voidaan säätää sellaiseksi, ettei em. resoluutio heikkene liikaa. Mikäli ultraäänianturi 1 on hyvin suuri so. se sisältää paljon ultraäänielementtejä 2, voidaan saada aikaan suuri resoluutio, mutta samalla 25 laitteen reaaliaikaisuus kärsii ellei käytetä useita eri taajuuksia tai muuta sopivaa menetelmää.

Keksinnönmukaiseen ultraäänitoimiseen etsintälaitteeseen voidaan yhdistää myös visuaalisen katselun mahdollisuus, jolloin laite voi olla ultraäänen kannalta joko yksi- tai 30 kaksikanavainen. Tällöin esimerkiksi toisella silmällä katselulaitteesta 6 näkyy visuaalinen kuva etsintäalueesta ja toisella silmällä taas näkyy näyttökuva 7. Täten näyttökuva 7 voidaan nähdä pelkästään toisella silmällä katsottuna. Myös molemmille silmille voidaan järjestää visu- 7 87048 aalinen katselumahdollisuus.

Keksintö ei ole rajoitettu edellä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Etsintälaite voi lisäksi sisältää 5 eräitä etsintätoimintaa tehostavia järjestelmiä. Lisäksi savusukeltajan käyttämään etsintälaitteeseen voi kuulua äänihälytysjärjestelmä, joka ilmoittaa mahdollisista toimintahäiriöistä tai erikoisista ympäristöolosuhteista. Etsintälaitteen yhteydessä voidaan käyttää myös esimerkik-10 si sisäänrakennettua radiopuhelinta ääniviestien siirtoa varten ja muuta radiolinjaa kuvaviestien siirtoa varten. Tällöin laitetta voidaan hyödyntää myös automaattisten tai ohjattujen koneiden, kuten robottien apulaitteena. Käytettäessä etsintälaitetta vedenalaisiin operaatioihin, siihen 15 voidaan yhdistää esimerkiksi ultraäänellä toimivia ohjauksia tai muita toimintoja.

Claims (11)

1. Akustinen erityisesti ultraäänitoiminen etsintälaite, joka käsittää ultraäänianturin (1) tai vast., näyttölaitteen (3) ja elektroniikkayksikön (4), joka ultraäänianturi 5 (1) tai vast, muodostuu useista akustisen signaalin lähet- timinä ja/tai vastaanottimina toimivista elementeistä (2), jotka elementit (2) on järjestetty elektroniikkayksikön (4) ohjaamana toimimaan siten, että etsintä- ja kuvausalueelta heijastuneiden kaikusignaalien perusteella aikaan-10 saadaan etsintä- ja kuvausalueesta näyttökuva (7) näyttölaitteelle (3), tunnettu siitä, että etsintälaite käsittää lisäksi optisen katselulaitteen (6), jonka avulla näyttökuva (7) on järjestetty näkymään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu 15 siitä, että näyttökuva (7) on järjestetty näkymään optisen katselulaitteen (6) avulla mittasuhteiltaan todellisuutta vastaavana.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että katselulaite (6) on muodostettu linsseistä 20 ja/tai muista optisista laitteista kuten esimerkiksi prismoista ja/tai peileistä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi toisen näyttölaitteen (3') ja että optinen katselulaite (6) on järjestetty aikaansaa- 25 maan mainitun kahden näyttölaitteen (3,3') näyttökuvien (7,7') perusteella kolmiulotteinen vaikutelma sinänsä tunnettua kuvanmuodostustekniikkaa käyttäen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi toisen ultraäänianturin 30 (1') tai vast., jolloin mainitut näyttökuvat (7,7') on järjestetty aikaansaataviksi mainittujen kahden ultraäänianturin (1,1') tai vast, avulla. 9 87048

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että etsintälaite käsittää elimet etsintä- ja kuvausalueen visuaalisen näkemisen mahdollistamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu 5 siitä, että ultraäänianturi (1) tai vast, on aaltorintamaa lähettävältä pinnaltaan kaareva edullisesti kupera.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että näyttölaite (3) on matriisirakenteinen ja edullisesti suorakaiteen muotoinen, jolloin näyttökuvan 10 (7) yksittäiset valoelementit (8) ovat esimerkiksi valoa emittoivia kuten valodiodeja, valoa heijastavia tai valoa absorboivia pisteitä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että katselulaite (6), näyttölaite (3) ja ultraää- 15 nianturi (1) tai vast, on järjestetty sukeltajan, savu- sukeltajan tai vastaavan suojapäähineen (9) tai vastaavan osaksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että optinen katselulaite (6), näyttölaite (3) ja 20 ultraäänianturi (1) tai vast, on järjestetty sijaitsemaan katseen suunnassa oleellisesti peräkkäin.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen etsintälaite tunnettu siitä, että etsintälaitteen sähkölähteenä toimii akku (5) tai vastaava, joka on järjestetty mukana kannettavaksi 25 esimerkiksi selässä. 10 87048 Pateatkrav