RU177778U1 - Антенное устройство для георадара - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в радиолокаторах. Устройство содержит корпус, неэкранированный антенный блок, включающий приемный и передающий блоки, связанные с блоками управления и регистрации, выполненный в герметичном исполнении в виде полугибкого шланга, буксируемого транспортным средством. Корпус в плане выполнен в Y-образной форме и включает части боковых раскосов 1 и прямого направляющего 2, при этом части корпуса закреплены посредством разъемного соединения 3 и составлены из жесткого нетонущего и неметаллического материала, причем, максимальный угол между боковыми раскосами 1 может составить 135 градусов, для чего, по крайней внешней стороне корпуса установлена дугообразная перекладина 4, одновременно служащая направляющим для втулки-бегунка 5 подвижной балки 6, перемещающейся между раскосами 1, например посредством привода с дистанционным управлением, при этом к подвижной балке 6 с подводной стороны прикреплен передающий блок 7 в полугибком шланге, а прямому направляющему 2 корпуса – приемный блок 8, управление которыми осуществляется через блоки управления и регистрации. Технический результат заключается в повышении эффективности георадара при обследовании линейных подводных объектов, в том числе при обследовании в глубоководных водоемах и в случаях, когда линейное инженерное сооружение расположено в донных отложениях. 3 ил.

Description

Антенное устройство для георадара

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокаторах, а именно, применяемых для обнаружения линейных подводных объектов, в частности, трубопроводов, линий связи и другие.

Широко известны георадары с антеннами, предназначенные для использования в геофизике и геологии при изучении радиозондированием, как правило, подповерхностных слоев земли.

Например, антенна с экранированием, предназначенная для подземной радиолокации (см. SU №229616, кл. Н01Q 15/14, опубл. 1969), антенна для георадара, содержащая рефлектор-параболоид, резистивно нагруженный симметричный вибратор, размещенный в его фокусе, и заполняющий внутреннюю полость рефлектора-параболоида диэлектрический материал со значением диэлектрической проницаемости, близким к значению диэлектрической проницаемости зондируемой поверхности (см. RU №2117368, кл. Н01Q 19/13, опубл. 10.08.1998).

Недостатками известных антенн являются небольшая широкополосность и значительные габариты, что исключает возможности их использования для поиска подводных объектов.

Кроме того, известна антенная система подповерхностного радиолокатора (см. RU №2258281, кл. H01Q 1/04, опубл. 10.08.2005), отличающаяся увеличенной пространственной разрешающей способностью за счет широкополосности и улучшения согласования устройства с исследуемой средой, при этом антенная система содержит корпус, выполненный в виде квадратной металлической коробки с двойным дном, две пары идентичных симметричных вибраторов из дугообразно изогнутых ленточных проводников переменной ширины, продольные оси которых расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в диагональных плоскостях рефлектора и коробки.

Недостатками известной системы являются относительно сложная конструкция, громоздкость габаритных размеров, что затрудняет и снижает эффективность при ее использовании в обследованиях подводных объектов, особенно линейных форм, например, продуктопроводов.

Между тем известны серийно выпускаемые георадары типа «ОКО» с антенными блоками, например, типа АБДЛ «Тритон» (см. www.geotech.ru), построенные в неэкранированном исполнении, состоящие из приемного и передающего блоков с блоками питания, связанные между с собой посредством интерфейсного или оптического кабеля. Антенные блоки, как правило, имеют герметичное исполнение в виде полугибкого шланга, могут работать под водой и на пересеченной местности, и оснащены излучателями с диапазоном частот от 35 до 100 МГц.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является улучшение георадиолокационных свойств при обследовании линейных подводных объектов посредством георадаров, оснащенных неэкранированными линейными антенными блоками.

Техническим результатом, получаемом при использовании полезной модели, является повышение эффективности георадаров при обследовании линейных подводных объектов.

Для решения поставленной задачи антенное устройство для георадара, содержащее корпус, неэкранированный антенный блок, включающий приемный и передающий блоки, связанные с блоками управления и регистрации, и выполненный в герметичном исполнении в виде полугибкого шланга, буксируемый при помощи, например, транспортного средства, отличается тем, что корпус в плане выполнен в Y-образной форме и включает части боковых раскосов и прямого направляющего, при этом части корпуса закреплены посредством разъемного соединения и составлены из прочного (жесткого) нетонущего и неметаллического материала, например, из герметичных пластиковых труб фигурного, например, круглого или четырехугольного сечения, причем, максимальный угол между боковыми раскосами может составить 135 градусов, для чего, по крайней внешней стороне корпуса установлена дугообразная перекладина, одновременно служащая направляющим для втулки-бегунка подвижной балки, перемещающейся между раскосами, например, посредством привода с дистанционным управлением, установленного в месте крепления частей корпуса или втулки-бегунка подвижной балки, причем, к подвижной балке с подводной стороны прикреплен передающий блок в полугибком шланге, а прямому направляющему корпуса – приемный блок, управление которыми осуществляется через блоки управления и регистрации, например, переносной компьютер или другое записывающее устройство. Кроме того, боковые раскосы и прямое направляющее корпуса имеют продольные подводные стабилизаторы.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, повышение эффективности зондирования стандартными георадарами, оснащенными неэкранированными линейными антенными блоками, при обследовании скрытых объектов, в т.ч. в условиях глубоководных водоемов.

Известно, что при использовании неэкранированных линейных антенных блоков типа АБДЛ «Тритон» в поиске линейных инженерных объектов под землей или под водой, к примеру, трубопроводов, кабелей и др., если проходить над линейными инженерными объектами, пересекая их перпендикулярно, то георадар не сможет обнаружить их, т.к. для георадара линейный объект видим, как локальный объект размеров в ширину линейного объекта.

По этой причине наиболее эффективным способом их поиска становится тот случай, когда передатчик и приёмник георадара будут расположены параллельно линейному объекту. Однако, подобное положение на практике сложно выполнить при отсутствии первоначальных сведений о расположении линейного объекта, кроме того, размеры антенного блока линейного типа в среднем составляет около 5 м, что не способствует качественному проведению исследовательских работ.

Известен способ исследования галсами, при котором линейный антенный блок проходит под некоторым углом к линейному объекту поиска. Но в этом случае, возникает другая задача, связанная с установлением оптимального угла положения передатчика антенного блока относительно направления искомых линейных объектов. Оптимальный угол будет достигнут при их параллельному друг другу положению. Данная задача решается заявленным антенным устройством георадара.

Антенное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично показан корпус с подвижной балкой, на фиг. 2 – размещение устройств антенного блока к корпусу, где «W» - линия водной поверхности, на фиг. 3 – схема обследования подводного объекта галсами при использовании антенного устройства.

Антенное устройство для георадара состоит из корпуса, состоящего из трех частей: двух боковых раскосов 1 и прямого направляющего 2, выполненные из нетонущего и неметаллического материала, например, из пластиковых герметичных труб или древесины (см. фиг. 1). При этом части корпуса выполнены, например, разборными и жестко закреплены на разъемном соединении 3 и посредством дугообразной перекладины 4, изготовленного из неметаллического материала, например, из прочных видов пластика.

Перекладиной 4, закрепляющей боковые раскосы 1 на разъемном соединении, также устанавливается необходимый угол между раскосами 1, который может составить в пределах 135 градусов в зависимости от условий работы по обследованию объектов.

Перекладина 4 также служит направляющей для втулки-бегунка 5 подвижной балки 6, выполненной из неметаллического материала, например, из пластика или древесины. Балка 6 может быть выполнена с приводом (в т.ч. с дистанционным управлением), при этом в зависимости от варианта исполнения приводное устройство, поворачивающее балку 6, например, через систему зубчатых передач, может быть установлено на месте соединения 3 частей корпуса, при этом балка 6 другим концом опирается на перекладине 4. По другому варианту, приводное устройство установлено на месте втулки 5 и перемещает балку 6 по перекладине 4 посредством приводного бегунка, при этом балка 6 опирается другим концом на подвижной опоре места соединения 3 частей корпуса.

Прямая направляющая 2, в том числе, служит для соединения антенного устройства георадара с водным транспортным средством, для чего, с передней стороны имеет зацеп для буксирования.

Боковые раскосы 1 и прямое направляющее 2 могут быть дополнительно снабжены подводными стабилизаторами, необходимыми для удержания антенного устройства на поверхности воды во время зондирования вдоль (параллельно) направления буксировки.

С подводной стороны на подвижной балке известными способами крепятся передающий блок (передатчик) 7 антенного блока, а на прямом направляющем корпуса – приемный блок (приемник) 8 (см. фиг. 2). При этом передатчик 7 и приемник 8 связаны с блоками управления и регистрации и выполнены в герметичном исполнении в виде полугибкого шланга, например, по аналогии устройства антенного блока АБДЛ «Тритон» (см. www.geotech.ru).

Управление антенным блоком осуществляется через блоки управления и регистрации (переносной компьютер или другое записывающее устройство), размещаемые для работы, например, на борту водного транспортного средства.

Заявленное антенное устройство для георадара работает следующим образом.

На месте обследования производится сборка антенного устройства, начиная от соединения частей корпуса – боковых раскосов 1, прямого направляющего 2, дугообразной перекладины 4 и подвижной балки 6 с приводом и дистанционным управлением. При этом в зависимости от условий работы по обследованию объектов пользователем устанавливается необходимый угол между раскосами, например, в пределах 45-135 градусов. Далее, с подводной стороны подвижной балки 6 и прямого направляющего 2 прикрепляются элементы антенного блока – передатчик 7 и приемник 8. Устанавливается их связь с блоками управления и регистрации, которые размещаются на водном транспортном средстве непосредственно у самого пользователя. Подготовленное таким образом антенное устройство с георадаром зацепляется с водным транспортным средством 9 (см. фиг. 3).

Устройство может использоваться в разных случаях, например, при определении положения (направления) линейного объекта.

В неподвижном водоеме (без течения) необходимо установить такое положение, при котором центр между приемником 8 и передатчиком 7 находился непосредственно над исследуемым объектом 10. Поворачивая передатчик 7, наблюдают за амплитудой отраженного сигнала на устройстве регистрации. В условиях отсутствия деполяризации электромагнитных сигналов положение передатчика 7 при наблюдаемой максимальной амплитуде отраженного сигнала и будет направлением (осью) линейного объекта. При этом, если амплитуда отраженного от объекта сигнала не будет изменяться при изменении положения передатчика 7 – это означает что объект не линейный, а локальный.

Для определения угла деполяризации электромагнитных сигналов в зависимости от свойств воды необходимо найти либо имеющееся линейное сооружение, либо самостоятельно заглубить линейный объект длиной, составляющей не менее двойной длины передатчика. Далее установить положение подвижной балки 6 с передатчиком 7 на нейтральный уровень, при котором балка 6 находится на одном осевом уровне с прямым направляющим 2, и определить место зондирования как нахождение центра между приемником 8 и передатчиком 7 непосредственно над исследуемым объектом 10. При этом важно, чтобы совмещенная ось приемно-передающей антенны совпадала с осью положения линейного объекта. Поворачивая передатчик 7 сначала в одну сторону, а потом в другую, наблюдают через блок регистрации за амплитудой отраженного сигнала. При определении максимальной амплитуды отраженного сигнала фиксируют угол, образованный между осями, проходящими через прямую направляющую 2 с приемником 8 и подвижную балку 6 с передатчиком 7. Этот угол будет соответствовать углу деполяризации сигналов в исследуемой водной среде.

Согласно нормативным документам при эксплуатации продуктопроводов необходимо регулярно проводить обследования линейных инженерных сооружений на речных переходах. При эффективном исследовании линейных инженерных сооружений в глубоководных водоемах, как правило, первоначально известна ось расположения трубопровода, например, по пикетам его береговых выходов. Зная ось положения трубопровода, можно внести эти данные в GPS навигатор и настраивать угол между положениями подвижной балки 6 с передатчиком 7 и прямой направляющей 2 с приемником 8 так, чтобы передатчик 7 при пересечении трубопровода всегда располагался параллельно оси трубопровода. К примеру, если обследование проводить галсами под углом в 45 градусов, нужно располагать приемо-передающие антенны под углом 45 градусов. При этом необходимо менять угол в противоположную сторону (зеркально) в зависимости от пересечения оси трубопровода.

При подобной съемке отраженные сигналы от трубопроводов всегда будут с максимальными амплитудами, что очень важно при обследовании в глубоководных водоемах (или в высоко минерализованном водоеме), где происходит естественным образом затухание электромагнитных сигналов. Исследование при помощи заявленного устройства антенн георадара также будет эффективно в случаях, когда линейное инженерное сооружение расположено в донных отложениях, что приводит затуханию сигналов и требует использования большей энергии для обнаружения объектов.

В тех же случаях, когда заранее неизвестно положение линейной неоднородности и задача связана с его поиском, то установка положения оси подвижной балки 6 с передатчиком 7 на угол в 45 градусов относительно оси прямой направляющей 2 с приемником 8, способствует расширению обзора (поиска) линейной неоднородности. В таком положении даже при перпендикулярном пересечении линейного объекта будет получен отраженный сигнал.

Поисковые работы при помощи заявленного антенного устройства для георадара осуществляются в следующем порядке.

Например, на первом этапе обследования линейных инженерных сооружений на речных переходах собранное антенное устройство с георадаром, буксируемое водным транспортным средством 9, «атакует» в сторону исследуемого объекта 10 под оптимальным углом «альфа» (см. фиг. 3), значение которого предварительно определяется по данным положения оси исследуемого объекта по выходам на берег. На такой же угол «альфа» настраивается положение оси передатчика 7 относительно оси прямой направляющей 2 с приемником 8. Таким образом, пользователем устанавливается лучшее проявление отраженного сигнала, соответствующее параллельному положению передатчика 7 к подводному линейному объекту 10. Скорость движения устройств по поверхности воды при зондировании составляет 0,3-2,5 м/с.

При подходе к объекту пользователем, которым непрерывно зондируется подводное пространство, в момент обнаружения возможного объекта посредством блока регистрации (переносного компьютера или иного записывающего устройства) фиксируется гипербола. При этом направление и скорость движения буксирующего транспортного средства 9 остаются неизменными в период пересечения исследуемого объекта 10.

После полного прохода над искомым линейным объектом 10, буксирующее транспортное средство 9 поворачивает на угол «альфа» в сторону исследуемого объекта 10, при этом, передатчик 7 одновременно устанавливается на нейтральное положение.

Следующим этапом буксирующее средство 9 и передатчик 7, каждый по отдельности, одновременно поворачивают в сторону объекта 10 на угол «альфа», устанавливая параллельное положение передатчика 7 к объекту 10, и проплывают до повторного пересечения линейного объекта 10. Таким образом, цикл повторяется необходимое количество раз в виде галсов, пересекающих линейных объект 10.

В результате такой съемки отраженные сигналы от трубопроводов будут получены с максимальными амплитудами, что важно при обследовании в глубоководных водоемах (или в высоко минерализованном водоеме), где происходит затухание электромагнитных сигналов. Также это эффективно в случаях, когда линейное инженерное сооружение расположено в донных отложениях, где также происходит затухание, и необходимо больше энергии для обнаружения объекта.

Claims (2)

1. Антенное устройство для георадара, содержащее корпус, неэкранированный линейный антенный блок, включающий приемное и передающее устройства, связанные с блоками управления и регистрации, и выполненный в герметичном исполнении в виде полугибкого шланга, отличающееся тем, что корпус в плане выполнен в Y-образной форме и включает части боковых раскосов и прямого направляющего, при этом части корпуса закреплены посредством разъемного соединения и составлены из жесткого нетонущего и неметаллического материала, причем максимальный угол между боковыми раскосами составляет 135 градусов, для чего, боковые раскосы по крайней внешней стороне корпуса дополнительно соединены дугообразной перекладиной, одновременно служащей направляющим для втулки-бегунка подвижной балки, перемещающейся между раскосами посредством привода с дистанционным управлением, причем к подвижной балке с подводной стороны прикреплено передающее устройство антенного блока, а к прямому направляющему корпуса – приемное устройство.

2. Антенное устройство для георадара по п. 1, отличающееся тем, что части корпуса дополнительно снабжены продольными подводными стабилизаторами.

Images