KR102645741B1 - 가로지르는 코일을 갖는 이중 탐지기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플랫폼(11)에 장착되고 송신 코일(12)과 별개의 수신 코일(13)을 포함하는 유도 센서를 갖는 탐지 헤드를 포함하는 이중 탐지기에 관한 것으로, 상기 송신 코일(12) 및 상기 수신 코일(13)는 각각 루프를 형성하고, 지면 투과 레이터(60)를 송신 안테나(61) 수신 안테나(62)를 포함하고, 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는 송신 및 수신 코일(12, 13)의 루프 중 하나의 중심에 수용되고, 상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)는 상기 유도 센서(12)와 상호 작용을 제한하기 위해 1 미크론의 최대 두께(e)를 갖는다.
Description
본 발명은 타켓 물체를 탐지하는 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 땅 속에 묻히 지뢰와 같은 폭발물(explosive charge)의 탐지에 관한 것이다.
폭발물을 탐지하기 위해, 유도 센서 및 지면 투과 레이더를 수용하는 탐지 헤드를 포함하는 이중 기술 탐지기("이중 탐지기")를 사용하는 것이 알려져 있고, 이러한 기술은 탐지된 물질의 종류에 따라서 상보적이다(유도 센서를 위한 금속 대 소재의 유전 상수의 차이 및 레이더에 대한 상대 위치).
그러나, 본 출원인은 사용시에 지면이 전자기적 관점에서 중성이지 않아 권선들 사이의 커플링을 방해할 수 있음을 주목하였다. 또한, 지면은 거의 균일하게 자성을 가지지 않기 때문에, 작업자가 탐지기로 지면을 스캐닝하는 동안, 탐지된 신호는 금속 파편의 존재 또는 지면의 작은 구성에 의해서도 변할 수 있거나 심지어 잘못된 경보를 유발할 수 있다.
부가적으로, 이러한 탐지기를 이용하는 작업자는 불충분하게 훈련될 수 있으며, 탐지기를 올바르게 잡지 못하거나 부적당한 스캔 동작을 수행할 수 있다. 이후 탐지 헤드가 지면과 측면 각도를 형성하여, 코일들 중 하나가 다른 코일들 보다 지면에 더 가까워질 수 있고, 이는 신호의 강한 변조를 일으켜서, 거짓 경보를 유발할 위험이 있다. 심지어 작업자가 잘 훈련되어 있고, 스캐닝 동작의 어느 지점에서든 탐지 헤드를 지면에 실질적으로 평행하게 유지시키려고 노력하는 경우에도, 작업자는 지면의 불균일함을 고려하여 탐지 헤드의 기울기를 국부적으로 수정할 수 없다.
이러한 어려움을 극복하기 위해, 제조업자들은 이러한 탐지기의 감도를 줄이는 경향이 있다. 그러나, 이는 지면에 묻힌 타켓을 더 이상 탐지할 수 없어, 작업자의 목숨을 위험에 빠뜨릴 수 있는 위험한 것이다.
WO 2012/024133는 송신 코일 및 수신 코일에 의해 형성되는 유도 센서를 포함하는 탐지기와 V-형상의 안테나를 포함하는 레이다를 서술한다.
따라서, 본 발명의 목적은 유도 센서 및 지면 투과 레이더와 같은 다른 센서를 수용하는 탐지 헤드를 포함하는 이중 탐지기를 제공하는 것으로서, 더 높은 감도를 가지면서 탐지기로 지면을 스캔하는 동안 발생할 수 있는 거짓 경보를 줄일 수 있는 이중 탐지기를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 탐지 헤드를 포함하는 이중 탐지기를 제안하고, 상기 탐지 헤드는:
- 유도 센서 및
- 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함하는 지면 투과 레이더를 포함한다.
유도 센서와 상호작용을 제한하기 위해 상기 송신 안테나 및 수신 안테나는 1 미크론 이하의 두께를 갖는다.
전술한 이중 탐지기의 일부 바람직하지만 비-제한적인 특성은 개별적으로 또는 조합하여 다음의 구성으로부터 얻어진다:
- 송신 안테나의 두께 및 수신 안테나의 두께는 100 나노미터 이상이다.
- 송신 안테나의 두께 및 수신 안테나의 두께는 200nm이다.
- 유도 센서는 서로 별개의 송신 코일 및 수신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일 각각은 루프를 형성하고, 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는 상기 송신 및 수신 코일의 루프 중 하나의 중심에 각각 수용된다.
- 유도 센서는 권선(wound wire)을 포함하는 서로 별개인 송신 코일 및 수신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일은 상기 수신 코일보다 더 많은 회전수를 갖는다.
- 유도 센서는 플랫폼 상에 직접 인쇄되어, 상기 플랫폼인 인쇄 회로를 형성한다.
- 유도 센서는 서로 별개의 송신 코일 및 수신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일은 동극(homopolar)이다.
상기 레이더는 아래 유형 중 하나의 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함한다: 쿼드 리지드 혼 무선 안테나(quad ridged horn radio antenna), 보우 타이 안테나(bow tie antenna), 직사각형 보우 타이 안테나(rectangular bow tie antenna), 아르키메데스 나선 안테나(Archimedes spiral antenna), 로그 나선 안테나(logarithmic spiral antenna), 비발디 안테나(Vivaldi antenna), 제1 축에 수직인 제4 축을 따라 길게 뻗은 로그 나선 안테나(logarithmic spiral antenna).
- 송신 안테나 및 수신 안테나는 적어도 부분적으로 니켈 또는 크롬으로 만들어진다. 그리고/또는
- 송신 안테나 및 수신 안테나의 중심부는 구리로 만들어지고, 표면 상에 금으로 만들어진 보호층을 포함한다.
본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 첨부된 도면을 참조하고 이하의 비-제한적 예를 통해 제시된 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명확해질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 탐지기의 예시적인 실시 양태의 사시도이다.
도 2는 도 1의 탐지기의 탐지 헤드의 분해된 상부 사시도이다.
도 3은 도 1의 탐지기의 탐지 헤드의 분해된 바닥 사시도이다.
도 4는 도 1의 탐지기의 탐지 헤드의 P1 평면을 따른 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 탐지기의 예시적인 실시 양태의 사시도이다.
도 2는 도 1의 탐지기의 탐지 헤드의 분해된 상부 사시도이다.
도 3은 도 1의 탐지기의 탐지 헤드의 분해된 바닥 사시도이다.
도 4는 도 1의 탐지기의 탐지 헤드의 P1 평면을 따른 단면도이다.
본 발명에 따른 이중 탐지기(1)는 탐지 헤드(10)를 포함한다.
탐지 헤드(10)는 타켓 제품을 탐지하기 위해 지면에 근접하도록 의도된 부분에 대응한다. 이를 위해, 상기 헤드는:
- 유도 센서(12, 13) 및
- 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)를 포함하는 지면 투과 레이더(60)를 포함한다.
유도 센서(12, 13)는 송신기 및 수신기를 형성하는 단일 코일을 포함하거나, 서로 별개인 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)을 포함한다. 송신 코일(12) 및 수신 코일은 이후 루프를 각각 형성하고 형상화되어서, 송신 코일(12)의 루프가 적어도 부분적으로 상기 수신 코일(13)의 루프와 중첩되어 커플링 영역(14)을 형성한다. 이러한 구성은 상호 인덕턴스가 최소인 유도 센서를 획득하는 것을 허용한다.
외부 간섭 효과를 중화시키기 위해 송신과 수신을 구성하는 단일 코일을 포함하는 유도 센서와 일련의 대향하는 2개의 루프로 형성된 유도 센서를 비교해 보니, 송신 코일(12)과 수신 코일(13)을 위해 2개의 별개의 코일(12, 13)을 사용하는 것은 신호를 증폭하는 것이 가능하게 하여, 거짓 경보의 위험을 피하기 위해 탐지 임계치를 줄일 필요가 없게 한다.
아래에서, 본 발명은 유도 센서가 서로 별개인 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)을 포함하는 경우에 대해 보다 구체적으로 서술될 것이다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 또한 단일 코일을 포함하는 유도 센서의 경우에도 적용된다.
송신 코일(12) 및 수신 코일(13)은 동극(homopolar) 권선(winding)이다. 이들은 탐지 헤드(10)에 고정식으로 장착된 플랫폼(11)에 고정될 수 있다. 송신 코일(12)의 루프, 커플링 영역(14) 및 수신 코일(13)의 루프는 동일한 길이 방향을 갖고 서로 인접하게 연장된다.
이미 알려진 방식으로, 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)은 300Hz와 180kHz 사이의 주파수를 갖는 파(wave)를 송신 및 수신하도록 구성된다.
상기 레이더(60)의 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는 예를 들어 100MHz와 8GHz 사이에서 구성된 주파수에서 지면으로 전자기파를 송신 및 수신하도록 구성된다. 이러한 파가 매체 변화를 만날 때, 파의 일부는 표면으로 되돌아와 수신 안테나(62)에 의해 기록된다.
상기 송신 및 수신 코일(12, 13)의 상호작용을 제한하기 위해, 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)의 두께(e)는 코일(12, 13)의 전자기파의 흡수 깊이보다 작아서, 안테나(61, 62)는 유도 센서(12, 13)의 자기장에서 비가시(invisible)가 된다. 두께에 의해, 여기서 일 방향에서의 상기 안테나의 치수는 송신(12) 및 수신(13) 코일이 고정된 플랫폼(11)을 포함하는 평면에 실질적으로 수직인 것으로 이해될 것이다.
그러나, 상기 송신 및 수신 안테나(12, 13)의 두께(e)는 안테나(61, 62)의 기계적인 강건성(robustness)을 보장하고 파손의 위험을 피하기 위해 임계치 두께 보다 더 크게 유지되어야만 한다는 점에 유의할 것이다. 따라서, 상기 송신 및 수신 안테나(61, 62)의 두께(e)는 100 나노미터보다 크고 1 미크론보다 작도록 선택된다. 예를 들어, 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는 200nm 정도의 두께(e)를 가질 수 있다.
이러한 두께를 갖는 안테나(61, 62)를 제조하기 위해, 특히 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD) 기술을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 기술은 실제로 높은 치수 정확도로 매우 작은 두께의 안테나(61, 62)를 획득하고 한번에 여러 개의 안테나를 생산하는 것을 허용한다.
제1 실시 양태에서, 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)은 직접 상기 플랫폼(11) 상에 인쇄된다. 따라서, 상기 플랫폼(11)과 상기 송신 및 수신 코일(12, 13)은 인쇄 회로를 형성한다. 이러한 실시 양태는 탐지기(1)의 전체적인 무게뿐만 아니라 탐지 헤드(10) 내에서 유도 센서의 컴팩트니스(compactness)를 감소시키는 장점을 갖는다. 그러나, 그 비용은 상당하다. 결과적으로, 도 2 내지 도 4에 도시된 제2 실시 양태에서, 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)은 권선을 포함할 수 있고, 상기 송신 코일(12)은 수신 코일(13)보다 더 많은 권회수를 갖는다.
탐지 헤드는 기계적 연결부(30)에 의해 핸들(20)에 고정된다. 기계적 연결부(30)는 빌트인, 피벗(vipot) 또는 볼-조인트 유형의 연결부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 기계적 연결부(30)는 피벗 연결부를 포함한다.
선택적으로, 탐지기(1)는 또한 작업자에 의해 상기 탐지기(1)를 파지하기 위한 수단(40)을 포함한다. 일반적으로 파지수단(40)은 작업자의 팔을 슬라이딩 가능하게 수용하도록 구성된 후프(hoop, 41)과 작업자가 움켜잡도록 구성된 그립(42)을 포함한다
핸들(20)은 텔레스코픽(telescopic)일 수 있고 및/또는 함께 체결되기 전에 예를 들어 나사에 의해 서로 조립되도록 구성된 몇몇 별개의 부분들을 포함할 수 있다.
이미 알려진 방식으로, 탐지기(1)는 또한 유도 센서(12, 13)에 의해 탐지된 신호를 처리하도록 구성된 특히 마이크로 프로세서를 포함하는 처리 수단(50), 예를 들어, 하나 또는 여러개의 전기 보드(들), 메모리 및 필요하다면 경보 수단 및/또는 디스플레이 기구(51)를 포함한다.
처리 수단(50)은 전체적으로 또는 부분적으로 파지수단(40)에 수용될 수 있다.
일 실시 양태에서, 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는 송신(12) 및 수신(13) 코일의 루프 중 하나의 루프의 중심 내에 각각 수용된다. 레이더(60)의 최대 감도는 이후 유도 센서의 최대 감도와 동일한 영역, 즉 커플링 영역(14)에 있다. 다시 말해서, 상기 레이더(60)의 마이크로파 탐지 로브(lobe) 및 상기 유도 센서(12, 13)의 자기 탐지 로브가 일치하여, 포인팅 동안 타켓의 탐지가 탐지 헤드(10)의 중심 영역 내에서 일어난다고 작업자가 간주할 수 있게 되었다.
송신 코일(12) 및 수신 코일(13)의 루프는 길게 뻗은 형상을 가지며, 즉, 플랫폼(11)의 평면 내에서 다른 치수에 대하여 더 큰 하나의 치수를 갖는다. 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)가 송신(12) 및 수신(13) 코일의 루프 중 하나의 중심에 수용될 때, 그 방사면(radiation surface)을 최대화하여 그 송신 용량을 최대화하기 위해 송신 및 수신(12, 13) 안테나(61, 62)는 또한 송신(12) 및 수신(13) 코일의 루프의 최대 치수를 따라 길게 뻗은 형상을 갖는다. 예를 들어, 펄스를 증가시키지 않도록 안테나(61, 62)의 나선을 형성하는 각 스트랜드(strand, 63)의 길이를 최소화하는 반면에 방사면을 최대화하고 안테나 이득을 최대화하기 위해 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는 길어진 로그 나선(logarithmic spiral) 형상을 가질 수 있다. 길게 뻗은 로그 나선 안테나에서, 나선의 스트랜드(63) 사이의 간격은 실제로 더 크고, 로그적으로 증가한다. 예를 들어, 안테나(61, 62)를 형성하는 길게 뻗은 로그 나선은 80cm에 대해 약 150cm의 높이를 가질 수 있다. 일 변형예로써, 상기 레이더(60)의 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는 이하의 유형 중 하나 일 수 있다: 쿼드 리지드 혼 무선 안테나, 보우 타이 안테나, 직사각형 보우 타이 안테나, 아르키메데스 나선 안테나, 로그 나선 안테나, 비발디 안테나.
이미 알려진 방식으로, 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62) 양호한 전기 전도체인 구리로 제조될 수 있다.
그러나, 안테나의 산화 위험을 줄이기 위해서, 송신 및 수신(12, 13) 안테나(61, 62)는 부분적으로 니켈 및/또는 크롬으로 만들어지고, 부분적으로 구리로 만들어질 수 있다. 니켈 및 크롬은 실제로 전기적으로 전도체이면서 시간이 지남에 따라 산화되지 않는다는 장점을 가진다.
예를 들어, 각각의 안테나(61, 62)의 중심(64)은 구리로 만들어지고, 금을 포함하는 층에 의해 보호될 수 있는 반면에, 안테나(61, 62)의 나머지 부분(65)은 니켈 및/또는 크롬으로 만들어진다. 각각의 안테나(61, 62)의 중심(64) 사이와 안테나(61, 62)의 나머지 부분 사이에서 연장되는 구역은 구리로 만들어지고, 니켈(및/또는 크롬) 층으로 덮일 수 있다.
Claims (10)
- 탐지 헤드를 포함하는 이중 탐지기(1)에 있어서,
상기 탐지 헤드는:
- 유도 센서 및
- 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)를 포함하는 지면 투과 레이더(60)를 포함하고,
상기 탐지기는 상기 유도 센서(12)와 상호 작용을 제한하기 위해 상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)가 1 미크론 이하의 두께(e)를 갖는 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항에 있어서,
상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)의 두께(e)는 100 나노미터 이상인 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)의 두께(e)는 200nm인 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항에 있어서,
상기 유도 센서(12, 13)는 서로 별개인 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)을 포함하고, 상기 송신 코일(12) 및 상기 수신 코일(13)은 각각 루프를 형성하고, 상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)는 상기 송신(12) 및 수신(13) 코일의 루프 중 하나의 루프의 중심에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항에 있어서,
상기 유도 센서(12, 13)는 권선(wound wire)을 포함하는 서로 별개인 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)을 포함하고, 상기 송신 코일(12)은 상기 수신 코일(13)보다 더 많은 권회수를 갖는 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항에 있어서,
상기 유도 센서(10)는 플랫폼 상에 직접 인쇄되어, 상기 플랫폼(11)이 인쇄 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항에 있어서,
상기 유도 센서(12, 13)는 서로 별개인 송신 코일(12) 및 수신 코일(13)을 포함하고, 상기 송신 코일(12) 및 상기 수신 코일(13)은 동극(homopolar)인 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제1항에 있어서,
상기 레이더(60)의 송신 안테나(61) 및 수신 안테나(62)는, 쿼드 리지드 혼 무선 안테나(quad ridged horn radio antenna), 보우 타이 안테나(bow tie antenna), 직사각형 보우 타이 안테나(rectangular bow tie antenna), 아르키메데스 나선 안테나(Archimedes spiral antenna), 로그 나선 안테나(logarithmic spiral antenna), 비발디 안테나(Vivaldi antenna), 제1 축(X1)에 수직인 제4 축(X4)을 따라 길게 뻗은 로그 나선 안테나(logarithmic spiral antenna) 중 하나의 유형인 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제8항에 있어서,
상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)는 적어도 부분적으로 니켈 또는 크롬으로 만들어지는 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1). - 제9항에 있어서,
상기 송신 안테나(61) 및 상기 수신 안테나(62)의 중심부는 구리로 만들어지고, 그 표면 상에 금으로 만들어진 보호 층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
이중 탐지기(1).
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