RU2085971C1

RU2085971C1 - Inductance transducer for device which detects hidden objects

Info

Publication number: RU2085971C1
Application number: RU95103932A
Authority: RU
Inventors: Н.Б. Зубовский; О.Б. Кудрявцев; В.Н. Михайлов; В.В. Панин; В.В. Паршин; А.С. Сидоренко; В.А. Алексеев
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Абигар"
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95103932A

Abstract

FIELD: detection instruments which use magnetic or electric fields. SUBSTANCE: ring frame has set of identical conducting elements which are connected through capacitors. Screen is designed as set of insulated tube elements. Shielded spaces between tube elements are located in middle between corresponding conducting elements of frame. EFFECT: increased functional capabilities. 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам электромагнитного обнаружения и может быть использовано для обнаружения слабопроводящих (по сравнению с металлическими телами) объектов в среде, удельная электропроводимость которой меньше средней электропроводимости вещества, из которого состоит объект, например, при проведении спасательных работ для обнаружения тела человека, засыпанного грунтом или снегом. The invention relates to electromagnetic detection and can be used to detect weakly conductive (compared to metal bodies) objects in an environment whose electrical conductivity is less than the average conductivity of the substance that the object consists of, for example, during rescue operations to detect a human body covered with soil or snow.

Известные индукционные преобразователи устройств обнаружения скрытых объектов, являющиеся колебательным контуром перестраиваемого генератора (авт. св. N 393713, кл. G 01 V 3/11; Р.Граф Микромощный металлоискатель - Электронные схемы. 130 примеров. М. Мир, 1989, с.353; патент РФ N 2002280, кл. G 01 V 3/11). Принцип действия таких устройств основан на диамагнитном эффекте эффекте уменьшения регулирующего потока магнитной индукции, создаваемой индукционным преобразователем при поднесении к нему проводящего тела, что эквивалентно уменьшению его индуктивности и сопровождается увеличением резонансной частоты колебательного контура и частоты генерируемых перестраиваемым генератором колебаний. Known induction converters of devices for detecting hidden objects, which are the oscillatory circuit of a tunable generator (ed. St. N 393713, class G 01 V 3/11; R. Graf Micropower metal detector - Electronic circuits. 130 examples. M. Mir, 1989, p. 353; RF patent N 2002280, CL G 01 V 3/11). The principle of operation of such devices is based on the diamagnetic effect, the effect of reducing the control flux of magnetic induction created by the induction transducer when a conducting body is brought to it, which is equivalent to a decrease in its inductance and is accompanied by an increase in the resonant frequency of the oscillating circuit and the frequency of the oscillations generated by the tunable oscillator.

Индукционный преобразователь в виде многовитковой катушки (Р. Граф Электронные схемы. 130 примеров. М. Мир, с.353) позволяет достаточно эффективно обнаруживать хорошо проводящие (металлические) объекты, однако он не может быть использован для обнаружения слабопроводящих объектов, например, тела человека в завалах, так как большое число витков (140) и малый диаметр катушки ограничивают его чувствительность и радиус действия. An induction converter in the form of a multi-turn coil (R. Graf Electronic circuits. 130 examples. M. Mir, p.353) allows you to effectively detect well-conducting (metal) objects, but it cannot be used to detect weakly conducting objects, for example, a human body in blockages, since a large number of turns (140) and a small diameter of the coil limit its sensitivity and radius of action.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является индукционный преобразователь, выполненный в виде экранированной кольцевой рамки (патент РФ N 2002280, кл. G 01 V 3/11). The closest in technical essence and adopted for the prototype is an induction converter made in the form of a shielded annular frame (RF patent N 2002280, class G 01 V 3/11).

Недостаток устройства низкая собственная резонансная частота преобразователя, ограничивающая начальную частоту генерирования перестраиваемого генератора и соответственно снижающая его чувствительность; при этом чувствительность индукционного преобразователя при его значительном диаметре (-1 м), определяющем глубину поиска, убывает с ростом числа витков. The disadvantage of the device is the low natural resonant frequency of the converter, limiting the initial frequency of the generation of the tunable generator and, accordingly, reducing its sensitivity; the sensitivity of the induction converter with its significant diameter (-1 m), which determines the search depth, decreases with increasing number of turns.

Цель изобретения повышение собственной резонансной частоты одновиткового индукционного преобразователя без уменьшения его размеров, что позволяет повысить начальную частоту генерирования перестраиваемого измерительного генератора, соответственно повысить чувствительность устройства обнаружения в целом и обеспечить возможность обнаружения тела человека под слоем снега, грунта и т.п. при проведении спасательных работ. The purpose of the invention is to increase the natural resonance frequency of a single-turn induction converter without reducing its size, which allows to increase the initial frequency of the generation of a tunable measuring generator, respectively, to increase the sensitivity of the detection device as a whole and to enable the detection of a human body under a layer of snow, soil, etc. during rescue operations.

Указанная цель достигается тем, что в индукционном преобразователе для устройства обнаружения скрытых объектов, выполненном в виде экранированной кольцевой рамки, кольцевая рамка образована идентичными изолированными друг от друга проводящими элементами, последовательно соединенными между собой через конденсаторы, экран выполнен из изолированных друг от друга трубчатых элементов, зазоры между которыми, снабженные дополнительными экранами, расположены посередине соответствующих проводящих элементов. This goal is achieved by the fact that in the induction converter for the hidden object detection device, made in the form of a shielded ring frame, the ring frame is formed by identical conductive elements isolated from each other, connected in series through capacitors, the screen is made of tubular elements isolated from each other, the gaps between which, equipped with additional screens, are located in the middle of the corresponding conductive elements.

Такое выполнение индукционного преобразователя уменьшает эффективное сопротивление индуктивного характера рамки при одновременном симметрировании диаграммы направленности и устранения паразитного емкостного эффекта, возникающего за счет потенциального электрического поля рамки, в результате чего собственная частота повышается с значения

(обычно десятки или сотни кГЦ) до значения

где C_o собственная емкость одновитковой цельной рамки;
C_g емкость конденсатора;
n>1 количество конденсаторов;
L индуктивность рамки.This embodiment of the induction converter reduces the effective resistance of the inductive nature of the frame while balancing the radiation pattern and eliminating the parasitic capacitive effect arising from the potential electric field of the frame, as a result of which the natural frequency increases from

(usually tens or hundreds of kHz) to a value

where C _o own capacity single-turn solid frame;
C _g capacitor capacitance;
n> 1 number of capacitors;
L frame inductance.

На фиг. 1 представлен предлагаемый индукционный преобразователь; на фиг. 2 пример структурной схемы устройства обнаружения скрытых объектов с предлагаемым индукционным преобразователем; на фиг.3 эквивалентная схема индукционного преобразователя. In FIG. 1 shows the proposed induction converter; in FIG. 2 is an example of a structural diagram of a device for detecting hidden objects with the proposed induction converter; figure 3 is an equivalent circuit of an induction converter.

Индукционный преобразователь содержит идентичные проводящие элементы 1, соединенные в кольцо через запаянные между ними конденсаторы 2, и кольцевой экран, образованный трубчатыми элементами 3, укрепленными с зазором 4 в диэлектрических соединительных элементах 5. Конденсаторы 2 представляют собой промышленно выпускаемые конденсаторы емкостью 100-200 пкф. Трубчатые элементы 3 выполнены из немагнитного металла, например, из алюминия. В качестве диэлектрических соединительных элементов могут быть использованы кольца из пластмассы. Соединительные элементы 5 снабжены дополнительными экранами 6, выполненными из металлической, например, латунной фольги. The induction converter contains identical conductive elements 1 connected in a ring through capacitors 2 sealed between them, and an annular screen formed by tubular elements 3 fixed with a gap 4 in the dielectric connecting elements 5. The capacitors 2 are industrially produced capacitors with a capacity of 100-200 pcf. The tubular elements 3 are made of non-magnetic metal, for example, aluminum. As dielectric connecting elements, rings of plastic may be used. The connecting elements 5 are provided with additional screens 6 made of metal, for example, brass foil.

Устройство для обнаружения скрытых объектов (фиг.2) может быть выполнено, как приведено в описании к патенту РФ N 2002280. Выводы 7 и 8 индукционного преобразователя 9 соединены с перестраиваемым генератором 10, выход которого, а также выход опорного генератора 11 подключены к смесителю 12, выход которого связан с блоком индикации 13, в качестве которого могут быть использованы известные средства звуковой, световой или цифровой индикации. A device for detecting hidden objects (figure 2) can be performed as described in the patent of the Russian Federation N 2002280. The findings 7 and 8 of the induction converter 9 are connected to a tunable generator 10, the output of which, as well as the output of the reference generator 11 are connected to the mixer 12 the output of which is connected with the display unit 13, which can be used known means of sound, light or digital indication.

Предлагаемый индукционный преобразователь работает следующим образом. The proposed induction Converter operates as follows.

При подаче питания на перестраиваемый генератор 10 ( источник питания на чертеже не показан), в нем возникают собственные колебания на резонансной частоте индукционного преобразователя 9, определяемой реактивностями кольцевой рамки из n проводящих элементов 1 и конденсаторов 2, а индукционный преобразователь 9 создает переменное магнитное поле. При этом ЭДС индукции оказывается приложенной к воздушным зазорам 4 между трубчатыми элементами 3, что приводит к возникновению паразитного диэлектрического эффекта (по потенциальному электрическому полю), который выражен тем слабее, чем больше число воздушных зазоров 4 (число трубчатых элементов 3). При поднесении индукционного преобразователя 9 к зоне нахождения человека под слоем грунта в теле человека под действием магнитного поля преобразователя 9 наводятся токи Фуко, которые создают магнитное поле, уменьшающее первоначальное поле преобразователя 9, что эквивалентно уменьшению его эффективной индуктивности. При этом происходит увеличение частоты, генерируемой перестраиваемым генератором 10, по наибольшему изменению которой относительно частоты опорного генератора 11 на выходе смесителя 12 регистрирует наличие тела. When applying power to the tunable generator 10 (the power source is not shown in the drawing), it oscillates at the resonant frequency of the induction transducer 9, determined by the reactivities of the annular frame of n conductive elements 1 and capacitors 2, and the induction transducer 9 creates an alternating magnetic field. In this case, the induction EMF appears to be applied to the air gaps 4 between the tubular elements 3, which leads to the appearance of a spurious dielectric effect (in the potential electric field), which is expressed the weaker the more the number of air gaps 4 (the number of tubular elements 3). When holding the induction transducer 9 to the zone of a person under the soil in the human body under the influence of the magnetic field of the transducer 9, Foucault currents are induced, which create a magnetic field that reduces the initial field of the transducer 9, which is equivalent to a decrease in its effective inductance. In this case, an increase in the frequency generated by the tunable generator 10 occurs, according to the greatest change of which relative to the frequency of the reference generator 11, the presence of the body is detected at the output of the mixer 12.

Повышение собственной резонансной частоты одновиткового индукционного преобразователя до десятков мГц без уменьшения его диаметра позволяет повысить чувствительность устройства обнаружения и при n≈10 и диаметре преобразователя 0,8-1 м обеспечивает возможность обнаружения тела человека на глубине 5-6 м. Increasing the intrinsic resonant frequency of a single-turn induction converter to tens of MHz without decreasing its diameter makes it possible to increase the sensitivity of the detection device and at n≈10 and a converter diameter of 0.8-1 m, it makes it possible to detect a human body at a depth of 5-6 m.

Claims

Induction converter for a hidden object detection device made in the form of a single-turn shielded ring frame, characterized in that the ring frame is formed by identical conductive elements isolated from each other, connected in series through capacitors, and the screen is made of tubular elements isolated from each other, gaps between which, equipped with additional screens, are located in the middle of the corresponding conductive elements.