RU225504U1 - Жидкостная антенна георадара - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к радиотехническим устройствам, предназначенным к использованию в связи, радиолокации, а также в геофизике и геологии для подповерхностного излучения и приема радиосигналов. Технический результат - повышение надёжности жидкостной антенны георадара достигается за счет того, что используется конструкция, состоящая из двух смонтированных напротив друг друга частей, каждая из которых состоит из трубы, закрытой с одной стороны герметизирующей заглушкой, со вставленным в нее электродом, удерживаемым шайбой, на электроде смонтированы металлические колпачки, а сами электроды гибкими электрическими проводами соединены с клеммами на диэлектрической пластине. Заявленная конструкция включает в себя небольшое количество функциональных элементов, является простой, ремонтопригодной и, как следствие, надежной. Также заявленный технический результат достигается за счет использования электродов, выполненных из угольных или графитовых материалов, что снижает вероятность механических разрушений электродов и образование окислов, из-за чего не происходит изменения сопротивления вибраторов в процессе измерения. В вариантах реализации могут, например, быть использованы газовый уголь (так как имеет наилучшие прочностные характеристики), тигельный или литейный кристаллический графит (характеризующиеся повышенными термостойкостью и прочностью). 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к радиотехническим устройствам, предназначенным к использованию в связи, радиолокации, а также в геофизике и геологии для подповерхностного излучения и приема радиосигналов [G01Q 9/13, G01V 3/12, H01Q 9/16].

Из уровня техники известен Способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности и устройство для его осуществления [RU2244322C1 - 2003-04-02]. Изобретение относится к области исследования подземного строения почвы. Сущность: зондирующие импульсы формируют с помощью газового разрядника и облучают. Отраженные волны регистрируются, а зарегистрированный сигнал подвергается предварительной обработке. Волновая форма сигнала достигается путем сравнения с пороговым значением, заданным шкалой квантования. Данные выводятся на жидкокристаллический индикатор и записываются в память. В ходе предварительной обработки формируется квазилогарифмическая шкала амплитудного квантования сигнала. Логарифмическая полноволновая форма регистрируемого сигнала представляется в виде последовательного ряда форм сигнала в трехмерном виде, т.е. «профиль амплитуда-задержка-длина» с цветовым кодированием амплитуды сигнала. Определяют значения диэлектрической проницаемости и затухания сигнала в нижележащих слоях, по которым судят о наличии подземных объектов. Одновременно с формированием полноволнового сигнала на экран жидкокристаллического индикатора выводится двоичный кадр. Двоичный кадр состоит из последовательного ряда полноволновых форм, выбранных при заданном пороговом значении. Устройство радиолокационного зондирования содержит передатчик, газоразрядный формирователь зондирующих импульсов, передающую антенну и приемный блок, содержащий приемную антенну, соединенную последовательно с антенным усилителем и усилителем-ограничителем, которые соединены последовательно и составляют отдельный блок антенного усилителя. Усилитель-ограничитель подключен к первому выходу блока синхронизации. Базовый усилитель соединен со вторым выходным усилителем-ограничителем. Устройство также имеет плату управления, блок памяти, жидкокристаллический индикатор, процессорный блок. Первый вход блока обработки соединен с выходом базового усилителя, второй вход соединен с выходом 7-разрядного цифроаналогового преобразователя и третий вход соединен с выходом контроллера. Выход блока обработки соединен с входом контроллера, который, в свою очередь, связан с блоком синхронизации, блоком памяти и жидкокристаллическим индикатором. Контроллер связан с блоком управления аттенюатором через 7-разрядный цифро-аналоговый преобразователь. Блок управления аттенюатором соединен с управляемым аттенюатором антенного усилителя. Включение передатчика осуществляется путем разрыва фотонной пары, связанной с платой управления базового блока и преобразователем напряжения передатчика. Фотонная пара состоит из ИК-диода и фотоприемника. Технический результат: оперативное получение данных. Недостатком данного аналога является то, что при использовании дипольных антенн в виде резиновых шлангов, наполненных водой, имеет ограничение связанные с агрессивностью соленой воды по отношению к металлам, используемых в качестве электродов, происходит быстрое образование окислов препятствующих проведению измерений.

Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПОДПОВЕРХНОСТНОГО ПРОСТРАНСТВА [RU 81812 U1 - 2009-03-27], которое решает техническую задачу создания устройства прямой обработки сигналов, имеющего максимально возможное быстродействие и широкий диапазон рабочих частот зондирования, нейтрализующего влияние мощного зондирующего импульса на входные цепи, приводящего к появлению нелинейный режим работы усилителя и реализация чисто логарифмической шкалы записи амплитуды, дающей правильное представление о процессе затухания сигнала в глубоких слоях. Заявленная техническая задача решается за счет того, что в зондирующем устройстве содержится передающая антенна с передатчиком зондирующего импульса, приемная антенна с усилителем отраженных от объектов недр импульсов и связанный с ним аналого-цифровой преобразователь входного сигнала. сигнал, запуск передатчика выполняется синхронно с включением в рабочий режим приемника, а передающая и приемная антенны экранированы в диапазоне частот от 5 МГц до 1 ГГц в виде нескольких слоев радиопоглощающего ворсового материал с омическим сопротивлением приантенного слоя, равным волновому сопротивлению свободного пространства 377 Ом, и с постепенным уменьшением сопротивления по экспоненциальному закону от внутреннего слоя к внешнему - аналог- цифровой преобразователь способен непосредственно обрабатывать входной сигнал в диапазоне частот от 5 МГц до 1 ГГц с отображением выходного сигнала в логарифмической шкале амплитуд. Недостатком данного аналога является то, что при использовании дипольных антенн в виде резиновых шлангов, наполненных водой, имеет ограничение связанные с агрессивностью соленой воды по отношению к металлам, используемых в качестве электродов, происходит быстрое образование окислов препятствующих проведению измерений.

Наиболее близкой по технической сущности является Широкополосная дипольная антенна с жидкостной нагрузкой [US 4498086 А - 1985-02-05], которая образована двумя трубчатыми линейными излучателями, разнесенными на соседних внутренних концах. Каждый из излучателей заключен в электроизоляционный рукав, а антенна заполнена жидкостью по всей длине с помощью рубашки из проводящей жидкости, расположенной между изолирующим рукавом и изолирующим трубчатым корпусом, окружающим излучатели. Диполь питается от центра, и каждый из излучателей на своем внешнем конце заканчивается подключением к одному концу сосредоточенной резистивной нагрузки, другой конец которой подключен к проводящему диску, который находится в контакте с проводящей жидкостью. Недостатком данного аналога является то, что при использовании дипольных антенн, наполненных водой, имеются ограничение связанные с агрессивностью соленой воды по отношению к металлам, используемых в качестве электродов, происходит быстрое образование окислов препятствующих проведению измерений.

Технический результат состоит в отсутствии механических разрушений электродов и образовании окислов, из-за чего не происходит изменения сопротивления вибраторов в процессе измерения.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что жидкостная антенна георадара состоит из двух одинаковых частей, расположенных таким образом, чтобы электроды каждой из частей были обращены к центру жидкостной антенны и располагались напротив друг друга, каждая из двух частей представляет собой диэлектрическую трубу, выполненную из неэлектропроводящего материала, которая с одной стороны закрыта герметизирующей заглушкой, с другой стороны трубы через герметизирующую заглушку с отверстием в диэлектрическую трубу установлен электрод, удерживаемый шайбой внутри трубы, на электронах смонтированы металлические колпачки, металлические колпачки соединены через электрические провода с клеммами, размещенными на диэлектрической пластине, которая выполнена с возможностью механического соединения с георадаром.

В частности, электрод выполнен из угольного материала.

В частности, электрод выполнен из угольного материала, а именно из газового угля.

В частности, электрод выполнен из графитового материала.

В частности, электрод выполнен из графитового материала, а именно из тигельного графита.

В частности, электрод выполнен из графитового материала, а именно из кристаллического графита.

В частности, диэлектрическая пластина выполнена с возможностью механического соединения с георадаром посредством болтового соединения.

В частности, диэлектрическая пластина выполнена с возможностью механического соединения с георадаром посредством магнитного крепления.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена общая конструкция жидкостной дипольной антенны георадара

На фиг.2, фиг.3, фиг.4, представлены конструкции вибраторов с электродами разных длин.

На фиг. 1-4 показаны:

1 - диэлектрическая труба,

2 - герметизирующая заглушка,

3 - шайба,

4 - герметизирующая заглушка с отверстием,

5 - электрод,

6 - металлический колпачок,

7 - гибкий электрический провод,

8 - клемма,

9 - диэлектрическая пластина,

10 - электропроводящая жидкость или электропроводящий гель.

Осуществление полезной модели.

Жидкостная антенна георадара выполнена из двух расположенных ответно друг другу одинаковых по конструкции частей. Каждая часть представляет из себя диэлектрическую трубу 1 выполненную из неэлектропроводящего материала, которая с одной стороны закрыта герметизирующей заглушкой 2 из неэлектропроводящего материала, с дрогой стороны через герметизирующую заглушку с отверстием 4 (заглушка также выполнена из не электропроводящего материала) для электрода в диэлектрическую трубу 1 устанавливается электрод 5, удерживаемый шайбой 3 внутри трубы с отверстиями для фиксации электрода на одинаковом расстоянии в диэлектрической трубе 1. На электроды 5 надеваются металлические колпачки 6 для установления надежной электрической связи между электродами 5 и гибкими электрическими проводами 7, с помощью которых производится соединение с клеммами 8 для электрического соединения с георадаром. Клеммы 8 расположены на диэлектрической пластине 9, которая выполнена с возможностью механического соединения с георадаром (например, посредством болтового крепежа или магнитного крепления, в таком случае на ней выполнены соответственно элементы болтового крепежа (отверстия) или элементы магнитного крепления, на фигурах не показаны). Внутренняя полость антенны заполнена электропроводящей жидкостью или электропроводящим гелем 10. Таким образом, согласно фиг. 1 к диэлектрической пластине 9 смонтированы обе конструкционных части устройства, при этом электроды 5 каждой из частей обращены к центру жидкостной антенны и расположены напротив друг друга. В варианте реализации могут быть дополнительные механические соединители между диэлектрической трубой 1 и пластиной 9 (на фигурах не приведены). В варианте реализации электрод 5 выполнен из угольных или графитовых материалов (например, из газового угля, тигельного или литейного кристаллического графита).

Полезная модель используется следующим образом

Сверхширокополосный импульс (СШП) с передатчика георадара, через клеммы 8 гибкими проводами 7 поступает на металлические колпачки 6 и далее на электроды 5. Далее СШП импульс, распространяясь по электроду 5, создает электромагнитную волну, излучаемую вибратором в окружающую среду, при этом после окончания электрода СШП импульс продолжает распространение по электропроводящей жидкости или электропроводящему гелю 10 с замедлением скорости распространения согласно значению диэлектрической проницаемости. В зависимости от соотношения длины электрода 5 к длине диэлектрической трубы 1 меняются частотные свойства дипольной антенны. При длине электрода 5 в половину длины диэлектрической трубы 1 в дипольной антенне преобладает среднечастотный участок спектра. И при длине электрода 5 в четверть от длины диэлектрической трубы 1 дипольная антенна имеет, преимущественно, низкочастотные характеристики спектра. Геометрические размеры разработанной антенны для подповерхностного зондирования имеют различные размеры, в зависимости от решаемой задачи. Для использования применительно к геологическим изысканиям применяются гибкие антенны в виде шлангов от 3 до 30 метров, для инженерной геологии антенны меньшей длины жесткой конструкции от 1 до 2 метров.

Технический результат - повышение надёжности жидкостной антенны георадара достигается за счет того, что используется конструкция, состоящая из двух смонтированных напротив друг друга частей, каждая из которых состоит из трубы 1, закрытой с одной стороны герметизирующей заглушкой 2, со вставленным в нее электродом 5, удерживаемым шайбой 3, на электроде смонтированы металлические колпачки 6, а сами электроды 5 гибкими электрическими проводами 7 соединены с клеммами 8 на диэлектрической пластине 9. Заявленная конструкция включает в себя небольшое количество функциональных элементов, является простой, ремонтопригодной и, как следствие, надежной. Также заявленный технический результат достигается за счет использования электродов 5, выполненных из угольных или графитовых материалов, что снижает вероятность механических разрушений электродов и образование окислов, из-за чего не происходит изменения сопротивления вибраторов в процессе измерения. В вариантах реализации могут, например, быть использованы газовый уголь (так как имеет наилучшие прочностные характеристики), тигельный или литейный кристаллический графит (характеризующиеся повышенными термостойкостью и прочностью)).

Пример реализации

Предлагаемое техническое решение было проверено импульсными георадарами марки «Грот-12» различных модификаций с различными комбинациями стандартных антенн. Были проведены измерения на территории ИЗМИРАН, на стендах для проведения наземных испытаний, что подтверждает практическую осуществимость и достигаемый технический результат.

Полученные результаты показали следующее.

1. Имеет равномерное погонное затухание по всей длине.

2. Лучшее согласование антенн со средой, так как имеет ионную проводимость, не возникает звон в антенне передатчика.

3. Не требует подстройки резистивной нагрузки для согласования с разными полупроводящими средами горных пород и грунтов.

4. Применимо для больших импульсных напряжений от 50 кВ искровых передатчиков вместо резистивно нагруженной антенны, где цепочка резисторов технически ограничена в применении до 50 кВ и выше.

5. Результаты измерений показывают, что в сравнении со стандартной направленной плоской дипольной антенны георадара «Грот-12» шириной 34 мм, усиление у жидкостной дипольной антенны одного размера выше на 3,7 дБ, и выше на 1,8 дБ относительно трубчатой антенны низкого сопротивления.

Пример достижения технического результата.

В ходе проведенной серии экспериментов было выявлено, что из-за малого количества функциональных элементов в изделии, а также использования электродов из указанных материалов средняя наработка до отказа изделия была увеличена в среднем на 25-45%.

Заявленное решение является единым изделием, изготавливается на заводе-изготовителе посредством сборочных операций и состоит из механически соединенных функциональных элементов.

Claims (8)

1. Жидкостная антенна георадара, состоящая из двух одинаковых частей, расположенных таким образом, чтобы электроды каждой из частей были обращены к центру жидкостной антенны и располагались друг напротив друга, каждая из двух частей представляет собой диэлектрическую трубу, выполненную из неэлектропроводящего материала, которая с одной стороны закрыта герметизирующей заглушкой, с другой стороны трубы через герметизирующую заглушку с отверстием в диэлектрической трубу установлен электрод, удерживаемый шайбой внутри трубы, на электронах смонтированы металлические колпачки, металлические колпачки соединены через электрические провода с клеммами, размещенными на диэлектрической пластине, которая выполнена с возможностью механического соединения с георадаром.

2. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что электрод выполнен из угольного материала.

3. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что электрод выполнен из угольного материала, а именно из газового угля.

4. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что электрод выполнен из графитового материала.

5. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что электрод выполнен из графитового материала, а именно из тигельного графита.

6. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что электрод выполнен из графитового материала, а именно из кристаллического графита.

7. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что диэлектрическая пластина выполнена с возможностью механического соединения с георадаром посредством болтового соединения.

8. Жидкостная антенна георадара по п.1, характеризующаяся тем, что диэлектрическая пластина выполнена с возможностью механического соединения с георадаром посредством магнитного крепления.