PL169206B1 - Sposób i układ do lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej - Google Patents

Abstract

1. Sposób lokacji źródełpola elektromagnetycznego w strefie bliskiej przez określenie odległości źródła promieniowania od punktu odniesienia, znamienny tym, że mierzy się wielkość pola (Y) określonąjako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola elektromagnetycznego podniesiony do potęgi minusjedna trzecia, przy czym dla przypadku gdy moment magnetyczny źródła (1)jest znany, pomiar wielkości pola(Y)prowadzi się w punkcie odniesienia (4), a określoną odległość (R) wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od zmierzonej wartości wielkości pola (Y), natomiast dla przypadku gdy moment magnetyczny źródła (1)jest nieznany, mierzy się wielkośćpola (Y) wpunkcie odniesienia (4) 1 w dodatkowym punkcie (3) usytuowanym wraz z punktem odniesienia (4) na linii, gdzie przyrosty wielkości pola (Y) są największe, a określaną odległość (R) wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od wyrażenia w postaci ilorazu..· 2. Układ do lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej, zawierający zespół antenowy połączony z zespołem odbiorczym połączonym poprzez przelicznik odległości ze wskaźnikiem odległości, zsm mieiaay tym, że zespół antenowy (5) posiada co najmniej jedną antenę o bezkierunkowej charakterystyce odbioru (6), a zespół odbiorczy (7), w swoim co najmniejjednym torze sygnałowym, posiada przelicznik modułu wektora składowej magnetycznej natężenia pola (8)i przetwornik sygnałowy (9) o charakterystyce potęgowej z wykładnikiem minus jedna trzecia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej tego pola, w szczególności przez określenie odległości źródła pola od punktu odniesienia.

W znanym z polskiego opisu patentowego nr 97 708 sposobie lokacji źródeł promieniowania elektromagnetycznego w strefie bliskiej, mierzy się największą amplitudę składowej magnetycznej natężenia pola, a określoną odległość od źródła, wyznacza się z zależności określającej związek między tą odległością, a średnią wartością rzeczywistą amplitudy wypadkowej wektora składowej magnetycznej natężenia pola w punkcie pomiaru i znaną wartością momentu magnetycznego źródła pola

169 206

W innym, znanym z polskiego opisu patentowego nr 100 548 sposobie, który jest również szczegółowo przedstawiony wraz z teoretycznym uzasadnieniem w „Przeglądzie Górniczym nr 6 z 1986 roku na stronach 281 - 286, mierzy się również największą amplitudę składowej magnetycznej natężenia pola, z tym, że wykonuje się dwa pomiary w różnych punktach, usytuowanych na kierunku największych zmian tej mierzonej wielkości, a określoną odległość od źródła pola, wyznacza się na podstawie zależności uzyskanych z teoretycznych rozważań uzupełnionych empirycznie, które wiążą określoną odległość z różnicą zmierzonych w punktach pomiarowych amplitud i odległością pomiędzy tymi punktami.

Znane są z polskich opisów patentowych nr 125 751 i nr 136 036, układy do lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej, zawierające kierunkową antenę magnetyczną, której przestrzenne ustawianie dokonywane jest manualnie. Antena połączona jest z odbiornikiem o dużym zakresie dynamiki odbieranego sygnału, który połączony jest ze wskaźnikiem poziomu sygnału. Duży zakres dynamiki odbiornika uzyskuje się przez szeregowe włączenie na wejściu odbiornika precyzyjnych, wyskalowanych mechanicznie tłumików do ręcznej regulacji sygnału wejściowego albo przez włączenie w obwód sterowania wzmacniaczy dodatkowego, wyskalowanego i ręcznie regulowanego napięcia. W obu przypadkach odczyt odległości dokonywany jest z wyskalowanych mechanicznie elementów regulacyjnych, po uzyskaniu założonego poziomu sygnału na wskaźniku poziomu.

Znany jest też z polskiego opisu patentowego nr 162 578, układ zawierający antenę magnetyczną o charakterystyce bezkierunkowej, połączoną poprzez zespół odbiorczy ze wskaźnikiem odległości, który może być zarówno analogowy jak i cyfrowy. Zespół odbiorczy zawiera analogowy przelicznik modułu, którego zadaniem jest wyznaczenie modułu wektora składowej magnetycznej natężenia pola, na podstawie jego trzech składowych ortogonalnych oraz system sprzężenia zwrotnego zapewniający uzyskanie niezbędnego zakresu dynamiki sygnału do uzyskania możliwości bezpośredniego wysterowania wskaźnika odległości.

Przedstawione powyżej sposoby lokacji, charakteryzuje szereg wad, które istotnie utrudniają ich praktyczne stosowanie oraz są źródłem błędów w lokacji. Szczególnym utrudnieniem jest silnie nieliniowa zależność mierzonych wielkości w funkcji odległości od źródła, a dodatkowo, w drugim z przedstawionych sposobów, nieliniowa zależność dokładności metody od odległości pomiędzy punktami pomiarowymi, tak, że wraz ze wzrostem tej odległości błąd metody zwiększa się, co jest sprzeczne z kierunkiem zwiększania rozdzielczości pomiarowej.

W sposobie według wynalazku, który unika wyżej przedstawionych wad, mierzy się wielkość pola elektromegnetycznego określoną jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola elektromegnetycznego podniesiony do potęgi minus jedna trzecia. Dla przypadku gdy moment magnetyczny źródła promieniowania jest znany, pomiar wielkości pola prowadzi się w punkcie odniesienia, natomiast określaną odległość źródła pola od punktu odniesienia, wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od zmierzonej w punkcie odniesienia wartości wielkości pola. Dla przypadku, gdy moment magnetyczny źródła promieniowania nie jest znany, oprócz pomiaru wielkości pola w punkcie odniesienia, mierzy się wielkość pola w dodatkowym punkcie, który wraz z punktem odniesienia usytuowany jest na linii, gdzie przyrosty wielkości pola są największe. Określaną odległość źródła pola od punktu odniesienia, wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od wyrażenia w postaci ilorazu, gdzie w liczniku jest wartość wielkości pola zmierzona w punkcie odniesienia, a w mianowniku różnica wartości wielkości pola, zmierzonych w punkcie odniesienia i w punkcie dodatkowym.

Układ według wynalazku posiada zespół antenowy z co najmniej jedną anteną o bezkierunkowej charakterystyce odbioru połączony z przelicznikiem odległości poprzez zespół odbiorczy z co najmniej jednym torem sygnałowym posiadającym przelicznik modułu wektora składowej magnetycznej natężenia pola i przetwornik sygnałowy o charakterystyce potęgowej z wykładnikiem minus jedna trzecia.

Według jednej z cech układu według wynalazku, zespół antenowy posiada dwie niezależne anteny magnetyczne o bezkierunkowych charakterystykach odbioru, połączone elektrycznie systemem szeregowej lub równoległej transmisji sygnałów zespołu odbiorczego z przelicznikiem

169 206 odległości i równolegle z detektorem kierunku, którego wyjście połączonejest z układem sterowania napędu anteny. Układ zawiera również przestrajany napięciowo generator akustyczny, którego wejście sterujące połączone jest z jednym z wyjść torów sygnałowych zespołu odbiorczego.

Według innej z cech układu według wynalazku, przelicznik odległości ma postać przetwornika analogowo-cyfrowego z wyprowadzonymi na zewnątrz dwoma wejściami odniesienia i dwoma wejściami pomiarowymi. Wejścia odniesienia połączone są bezpośrednio z dwoma wyjściami zespołu odbiorczego, natomiast jedno wejście pomiarowe połączonejest z masą układu, a drugie wejście pomiarowe połączone jest poprzez regulowany tłumik, korzystnie tłumik aktywny, z jednym z wejść odniesienia. Układ według wynalazku umożliwia zbudowanie prostych w konstrukcji i w obsłudze urządzeń do dokładnej i automatycznej lokacji źródeł pola, niezależnie od tego, czy moment magnetyczny źródła jest znany.

Sposób i układ według wynalazku są bliżej objaśnione na rysunku, gdzie na fig. 1 przedstawiono schematycznie przykład prowadzenia pomiarów objaśniający sposób, natomiast fig. 2 przedstawia przykład realizacji układu, zobrazowany w postaci elektrycznego schematu blokowego, zawierającego również elementy szczegółowe.

Zgodnie z fig. 1, źródło pola 1 o znanym lub nieznanym momencie magnetycznym, znajduje się w odległości R od punktu odniesienia 4, który wraz z punktem dodatkowym 3, usytuowane są na linii 2, gdzie przyrosty wartości wielkości pola są największe. Mierzoną wielkością pola jest moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola podniesiony do potęgi minus jedna trzecia. Jeżeli moment magnetyczny źródła jest znany, w dowolnym punkcie odniesienia 4 dokonuje się pomiaru wielkości pola Y. Określoną odległość R wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od zmierzonej w punkcie odniesienia 4 wartości Y4 wielkości pola Y. Wartość momentu magnetycznego źródła wchodzi w skład współczynnika proporcjonalności. Jeżeli moment magnetyczny źródła 1 jest nieznany, wykonuje się najpierw pomiar wielkości pola Y w dowolnym punkcie odniesienia 4 uzyskując wartość Y4 wielkości pola. Następnie poszukuje się punktu dodatkowego 3, gdzie zmierzona wartość Y3 wielkości pola Y jest największa z możliwych. Określoną odległość R wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od wyrażenia w postaci ilorazu, gdzie w liczniku jest wartość Y4, a w mianowniku różnica wartości Y3 - Y4.

Jak przedstawiono na fig. 2, zespół antenowy 5 zawiera dwie anteny 6 o charakterystykach bezkierunkowych, z których każda ma postać trzech niezależnych, usytuowanych ortogonalnie cewek magnetycznych. Anteny 6 połączone są mechanicznie z silnikiem 14 napędu anten, który połączony jest elektrycznie poprzez układ sterowania napędu anten 13 z wyjściem detektora kierunku 12. Poszczególne anteny 6 połączone są elektrycznie z zespołem odbiorczym 7 zawierającym, w każdym ze swoich torów sygnałowych, między innymi, przelicznik modułu 8, którego zadaniem jest wyznaczenie modułu wektora składowej magnetycznej pola na podstawie jego trzech składowych oraz przetwornik sygnałowy 9 o charakterystyce potęgowej z wykładnikiem minus jedna trzecia. Wyjścia poszczególnych torów sygnałowych zespołu odbiorczego 7 połączone są z wejściami przelicznika odległości 10, którego zadaniem jest wysterowanie wskaźnika odległości 11. Przelicznik odległości 10 ma postać przetwornika analogowo- cyfrowego 17 z wyprowadzonymi na zewnątrz dwoma wejściami odniesienia R1 i R2 oraz dwoma wejściami pomiarowymi S1 i S2. Wejścia odniesienia R11 R2 połączone są z wyjściami poszczególnych torów sygnałowych zespołu odbiorczego 7, a jedno z wejść pomiarowych S1 połączonejest z masą układu M, natomiast drugie wejście pomiarowe S2 połączonejest poprzez regulowany tłumik 18, korzystnie aktywny w postaci wzmacniacza operacyjnego, z jednym z wejść odniesienia R2. Przetwornik analogowo-cyfrowy 17 przelicznika odległości 10 w powyższej konfiguracji realizuje funkcję arytmetyczną Y4/Y3-Y4, a regulowany tłumik 18 wprowadza współczynnik proporcjonalności. Wejścia detektora kierunku 12 połączone są z wyjściami poszczególnych torów sygnałowych zespołu odbiorczego 7. Przestrajany napięciowo generator akustyczny 15 połączony jest ze słuchawkami 16, a jego wejście sterujące połączonejest z jednym z wyjść zespołu odbiorczego 7. Jego funkcją jest różnicowanie poprzez zmianę wysokości dźwięku, aktualnej odległości źródła R, co może być przydatne, gdy możliwości obserwowania wskaźnika odległości 11 są utrudnione.

Działanie układu jest następujące: sygnały z anten 6 po obróbce w zespole odbiorczym 7, gdzie najpierw w przeliczniku modułu 8 wyznacza się moduł wektora składowej magnetycznej pola, a

169 206 następnie uzyskany sygnał modyfikowany jest przez przetwornik sygnałowy 9, wysterowują przelicznik odległości 10 oraz detektor kierunku 12, który sygnał wyjściowy po wzmocnieniu przez układ sterowania napędu anten 13, zasila silnik 14, którego zadaniem jest ustawienie anten na kierunku, gdzie przyrosty mierzonej wielkości pola Y są największe. Przelicznik odległości 10 realizuje wymagane działania arytmetyczne oraz wprowadza współczynnik proporcjonalności. Przebieg pomiaru jest automatyczny.

Wynalazek umożliwia ustalenie położenia osób, zwierz,ąt i przedmiotów wyposażonych w przenośne nadajniki pola elektromegnetycznego o częstotliwości tak dobranej, żeby lokacja występowała w strefie bliskiej pola, gdzie ma ono charakter indukcyjny, przy czym znajomość parametrów energetycznych nadajnika nie jest dla celów lokacji niezbędna.

Wynalazek znajduje praktyczne zastosowanie jako część odbiorcza systemu lokacyjnego do poszukiwań i bieżącego śledzenia miejsca pobytu górników odciętych przez zawały, speologów i turystów penetrujących jaskinie, nurków i płetwonurków, osób i zwierząt zasypanych przez lawiny śnieżne, itp.

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 2,00 zi

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej przez określenie odległości źródła promieniowania od punktu odniesienia, znamienny tym, ze mierzy się wielkość pola (Y) określoną jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola elektromagnetycznego podniesiony do potęgi minus jedna trzecia, przy czym dla przypadku gdy moment magnetyczny źródła (1) jest znany, pomiar wielkości pola (Y) prowadzi się w punkcie odniesienia (4), a określoną odległość (R) wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od zmierzonej wartości wielkości pola (Y), natomiast dla przypadku gdy moment magnetyczny źródła (1) jest nieznany, mierzy się wielkość pola (Y) w punkcie odniesienia (4) i w dodatkowym punkcie (3) usytuowanym wraz z punktem odniesienia (4) na linii, gdzie przyrosty wielkości pola (Y) są największe, a określaną odległość (R) wyznacza się z proporcjonalnej zależności tej odległości od wyrażenia w postaci ilorazu, gdzie w liczniku jest wartość wielkości pola (Y) zmierzona w punkcie odniesienia (4), a w mianowniku różnica wartości wielkości pola (Y), zmierzonych w punkcie odniesienia (4) i w punkcie dodatkowym (3).

2. Układ do lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej, zawierający zespół antenowy połączony z zespołem odbiorczym połączonym poprzez przelicznik odległości ze wskaźnikiem odległości, znamienny tym, że zespół antenowy (5) posiada co najmniej jedną antenę o bezkierunkowej charakterystyce odbioru (6), a zespół odbiorczy (7), w swoim co najmniej jednym torze sygnałowym, posiada przelicznik modułu wektora składowej magnetycznej natężenia pola (8) i przetwornik sygnałowy (9) o charakterystyce potęgowej z wykładnikiem minus jedna trzecia.

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że posiada napięciowo przestrajany generator akustyczny (15), którego wejście sterujące połączone jest z wyjściem zespołu odbiorczego (7).

4. Układ do lokacji źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej, zawierający zespół antenowy połączony z zespołem odbiorczym połączonym poprzez przelicznik odległości ze wskaźnikiem odległości oraz detektor kierunku połączony poprzez układ sterowania napędu anten z silnikiem, znamienny tym, że zespół antenowy (5) posiada dwie niezależne anteny o bezkierunkowej charakterystyce odbioru (6), połączone z dwoma wejściami detektora kierunku (12) poprzez tory sygnałowe zespołu odbiorczego (7) zawierające przelicznik modułu wektora składowej magnetycznej natężenia pola (8) i przetwornik sygnałowy (9) o charakterystyce potęgowej z wykładnikiem minus jedna trzecia.

5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że przelicznik odległości (10) ma postać przetwornika analogowo-cyfrowego (17) z wyprowadzonymi na zewnątrz dwoma wejściami odniesienia (R1 i R2) oraz dwoma wejściami pomiarowymi (S1) i (S2), przy czym wejścia odniesienia (R1 i R2) połączone są bezpośrednio z wyjściami torów sygnałowych zespołu odbiorczego (7), natomiast jedno z wejść pomiarowych (S1) połączone jest z masą układu (M), a drugie wejście pomiarowe (S2) połączone jest poprzez regulowany tłumik (18), korzystnie aktywny, z jednym z wejść odniesienia (R2).

6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że posiada napięciowo przestrajany generator akustyczny (15), którego wejście sterujące połączone jest z wyjściem zespołu odbiorczego (7).