Универсальный индукционный металлоискатель

Полезная модель относится к индивидуальным техническим средствам электроразведки, предназначенным для наземного и подводного глубоководного поиска и обнаружения металлосодержащих, в том числе, взрывоопасных объектов.
Аналогами полезной модели являются портативные устройства наземной и подводной инженерной разведки на основе индукционного принципа зондирования и проводной передачи сигналов с датчика в блок электронной обработки сигналов.
Из Российских таковыми являются принятые на снабжение  индукционный  водолазный миноискатель МИВ-2 производства ОАО «ТЗИА», [1] и индукционный металлоискатель переносной селективный ИМП-С2 производства ЗАО Группа Защиты «Ютта» [2].
Аналоги включают в себя датчик в виде диэлектрической рамки, шарнирно соединенный с телескопической штангой, коммутационный кабель внутри штанги, блок электронной обработки сигналов с комплектом электропитания, систему звуковой и (или) видео индикации. Отличаются аналоги друг от друга, главным образом, конструктивно.
Известный металлоискатель МИВ-2 выполнен складной разборной конструкцией, в которой блок обработки сигналов крепится к концу верхнего колена штанги механическим соединение «ласточкин хвост»; коммутационный кабель подключается к блоку обработки сигналов посредством байонетного разъема; электрическое соединение коммутационного кабеля с датчиком осуществляется распайкой на его нижней плоскости; в конструкции отсутствуют подлокотник и ручка оператора. Положительный технический результат - конструкция, в которой при необходимости, например, с целью ремонта или удобства работы относительно прости можно снять блок обработки сигналов.
Недостатком конструкции этого аналога является некомпактность раздельного электрического и механического соединений штанги с блоком обработки сигналов с помощью соединения «ласточкин хвост» и байонетного разъема. К недостаткам можно отнести и отсутствие подлокотника и ручки оператора, увеличивающих жесткость конструкции в рабочей конфигурации.
Известный аналог ИМП-С2, в отличии от МИВ-2, выполнен складной неразбоной конструкцией, в которой блок обработки сигналов выполнен плоским цилиндром, закрепленным хомутами на верхнем колене штанги с отверстиями гермоввода коммутационного кабеля в блок обработки сигналов для распайки. Конструкция снабжена ручкой оператора с панелью управления, видео индикацией и подлокотником с фиксатором на предплечье. Положительный технический результат – относительная компактность в рабочей конфигурации.
При этом основным недостатком, ухудшающим его эргономические и эксплуатационные характеристики, является строго фиксированное электромеханическое крепление блока обработки сигналов на штанге и видео индикатора на ручке оператора, исключающее возможность их оперативной индивидуальной настройки.
Аналогичными недостатками обладают иные Российские аналоги. При этом большинство из них предназначены для работы только на суше и на бродах глубиной до 1 м.
Зарубежные аналоги более совершены в технологическом отношении – выполнены из композитных материалов с минимальными массогабаритными параметрами. Подавляющее большинство из них – портативные индукционные металлоискатели для наземной и подводной инженерной разведки с рабочей глубиной поиска до 60 м. Наиболее характерным зарубежным аналогом является универсальный металлоискатель  Excalibur II Австралийской фирмы Minelab [3]. Как и все аналоги, Excalibur II состоит из рамочного датчика, шарнирно соединенного со штангой, блока обработки сигналов с  электропитанием,  блока управления и  системы звуковой индикации. Конструктивные особенности: штанга S-образной формы с ручкой на изгибе и подлокотником на верхнем  конце, коммутационный кабель размещен поверх штанги, индикация только звуковая на наушники; блок обработки сигналов и блок управления размещены на штанге болтовым соединением, электрокоммутация с кабелем осуществляется с помощью герметизированных разъемов. Положительный технический результат – простота изготовления и разборность конструкции. Недостатками аналога, ухудшающими его эргономические и эксплуатационные характеристики, являются: назащищенность коммутационного кабеля; громоздкость конструкции; отсутствие дублирующей индикации (визуальной или вибросенсорной); строго фиксированное положение ручки оператора и подлокотника.
Аналогичными недостатками обладают большинство зарубежных и Российских аналогов. Причем, при всем многообразии конструкций наиболее общим их недостатком является строго фиксированное расположение подлокотника и ручки оператора.
Наиболее близким к полезной модели по физическим принципам работы и техническим решениям является миниатюрный индукционный металлоискатель Mimid Австрийской фирмы Shiebel, выбранный в качестве прототипа [4].
Прототип Mimid представляет собой складную моноконструкцию, включающую в себя рамочный датчик, шарнирно соединенный с телескопической штангой прямоугольного сечения, блок электронной обработки сигналов, коммутационный кабель, размещенный внутри штанги, блок электропитания, систему звуковой и видео индикации, ручку оператора и подлокотник, шарнирно соединенные с концом верхнего колена штанги.
Конструктивные особенности прототипа: телескопическая штанга прямоугольного сечения, её нижнее колено оканчивается пустотелой шарнирной осью с гермовводом коммутационного кабеля в датчик, а верхнее колено штанги оканчивается пустотелым шарнирным соединением с ручкой оператора и подлокотником; корпус блока обработки сигналов выполнен в виде плоской коробки, узкой стороной монолитно скрепленной с боковой поверхностью верхнего колена штанги; на верхней поверхности блока обработки сигналов размещена панель управления со светодиодной линейкой видео индикации.
Положительный технический результат конструкции прототипа – в полной защите коммутационного кабеля и в её компактности, в любых конфигурациях, обусловленной шарнирными соединениями датчика и подлокотника с ручкой оператора к штанге.
Основными недостатками технических решений прототипа, ухудшающими его эргономические характеристики, являются невозможность оперативного подбора удобных для работы оператора углов наклона визуального индикатора и подлокотника, обусловленная строго фиксированным штатным расположением блока обработки сигналов, визуального индикатора и подлокотника с ручкой оператора, а также отсутствием дублирующей вибросенсорной индикации, необходимой для работы в условиях плохой видимости.
Технической задачей заявленной полезной модели является улучшение эргономических характеристик устройства на основе устранения недостатков аналогов и прототипа. Конструкция должна быть компактной с возможностью оперативного подбора удобной для оператора конфигурации визуального индикатора и подлокотника.
Решение поставленной технической задачи осуществлено с помощью оригинальной конструкции электромеханического шарнирного соединения штанги с блоком обработки сигналов и шарнирного размещения визуальной индикации на штанге.
Заявленное устройство «Универсальный индукционный металлоискатель» выполнено в виде складной моноконструкции (Фиг.1), включающей в себя рамочный датчик (1), шарнирно соединенный с телескопической штангой пятиугольного сечения (2) с размещенным внутри коммутационным кабелем, блок электронной обработки сигналов, состоящий из цилиндрических прямоугольных контейнеров (3) и (4), размещенных симметрично на пустотелой платформе (5) шарнирного электромеханического соединения со штангой, и систему звуковой (6), видео (7) и вибросенсорной индикации (8). При этом видео индикатор в виде плоского экрана (7) размещен шарнирно на штанге. Звуковой динамик (6) и вибросенсор (8) подключаются к блоку обработки сигналов разъемами.
Отличительные конструктивные особенности полезной модели:
1. Блок обработки сигналов выполнен в виде двух раздельных цилиндрических прямоугольных контейнеров, размещенных симметрично относительно оси штанги и параллельно друг другу на платформе (5) шарнирного (9) электромеханического соединения со штангой и скрепленных решеткой (10) подлокотника с фиксатором предплечья (11); в такой конструкции блок обработки сигналов может выполнять функции подлокотника.
2. Видео индикация размещена шарнирно (12) на верхней поверхности штанги с возможностью изменения и фиксации угла наблюдения. Преимущества шарнирного механизма соединения блока обработки сигналов и видео индикации со штангой обеспечивают возможность индивидуальной и раздельной настройки углов видео наблюдения и фиксации блока обработки сигналов в качестве подлокотника для комфортной работы, этим самым улучшая эргономические и, как следствие, эксплуатационные характеристики и возможности устройства.
Примером осуществления заявленного изобретения является универсальный индукционный металлоискатель, выполненный по 3D печатной технологии из пластика (PLA) и представленный на фото (Фиг.1) в развернутом для работы и в собранном видах. Конструкция состоит из прямоугольного датчика (240х110х12) мм (1), снабженного пустотелой симметричной двухрожковой вилкой (13) шарнирного соединения со штангой, пятиугольной штанги (2), блока обработки сигналов в виде двух контейнеров(3) и (4), системы звуковой (6), светодиодной (7) и вибросенсорной (8) индикации, блока электропитания (4), коммутационного кабеля внутри штанги. Штанга пятиколенная пятиугольного сечения выполнена по патенту [5], её нижний конец выполнен горизонтальной пустотелой цилиндрической осью шарнирного соединения с датчиком, а верхний конец снабжен пустотелым шарнирным электромеханическим соединением (9) с пустотелой платформой (5) с размещенными не ней контейнерами обработки сигналов (3) и электропитания (4) с панелью управления (14). В контейнере (3) размещены монтажные платы электронной обработки сигналов с датчика, а в контейнере (4) кассетный блок электропитания, контейнеры скреплены подлокотниковой решеткой (10) с фиксатором предплечья (11). Тыльная торцевая часть контейнера (4) снабжена герметизирующей крышкой (15) для оперативной замены кассеты с источниками тока. На боковой поверхности контейнера (4) размещены герметизированные пьезопереключатель «вкл/выкл» (16) и герморазъем (17) для подключения внешней дублирующей индикации – наушника (6) и вибробраслета (8). Платформа с размещенными на ней конструктивными элементами выполняет функции противовеса и подлокотника с изменяющимся углом фиксации от 0° до 270°. Визуальная индикация выполнена на 10 светодиодах в виде плоского экрана в герметизированном контейнере (7), шарнирно размещенным на верхней поверхности штанги вблизи центра масс. Шарнирное соединение светодиодного экрана со штангой обеспечивает возможность оперативно изменять и фиксировать угол видео наблюдения в интервале от 0° до 160°. Этот угол каждый оператор в процессе работы выбирает сам.
При выбранной конструкции шарнирного электромеханического соединения блока обработки сигналов с верхним коленом штанги отпадает необходимость в специальной конструкции подлокотника – его функцию при необходимости может выполнять шарнирная платформа с размещенными на ней конструктивными элементами.
Процесс перевода устройства в рабочее положение осуществляется следующим образом. Фиксатором (барашком) (18) ослабляется шарнирное соединение  датчика со штангой и датчик разворачивается на 180° от исходного горизонтального положения; затем, ослабив фиксатором (барашком) (19) шарнирное соединение (9) платформы (5) со штангой, развертываем платформу с блоком обработки сигналов и блоком питания из горизонтального положения на 270° в исходное рабочее. Затем, поочередно, начиная с верхнего, открываем фиксаторы (20) на штанге и выдвигаем колено на необходимую длину и фиксатор (20) закрываем до щелчка. И так на остальных трех коленах штанги. Рабочая фиксируемая длина штанги 350-1200 мм. Фиксатором (20) фиксируется необходимый рабочий угол датчика относительно к контролируемой поверхности. После чего устанавливаются необходимые рабочие углы видео наблюдения отклонением плоского экрана на шарнирном электромеханическом соединении со штангой. Прибор готов к работе. При необходимости, оператор имеет возможность установить опытным путем нужный угол наклона шарнирной платформы в пределах 0° – 270°, закрепить её фиксатором на предплечье и работать как с подлокотником. Процесс перевода в нерабочее положение осуществляется в обратном порядке. Датчик и шарнирная платформа, с размещенными на ней конструктивными элементами, укладываются на противоположные стороны верхнего колена штанги. Габариты устройства в сложенном виде компактны - (340х130х60) мм.
Полезная модель и её практическая реализация обладают преимуществом улучшенных эргономических характеристик, обусловленных шарнирным механизмом электромеханического соединения блока обработки сигналов и светодиодной панели индикации с верхним коленом штанги и коммутационным кабелем. При этом  появилась возможность - работать с подлокотником в виде шарнирной платформы с блоком обработки сигналов или без него. Причем, в любом случае обеспечена возможность индивидуальной подстройки видео наблюдения в пределах от 0° до 160° в вертикальной плоскости относительно оси штанги.
Конструкция заявленной полезной модели может быть реализована с помощью электромеханической и пресс-литьевой технологиями. Но в большей степени технология изготовления полезной модели адаптирована к технологиям 3D печати из полимерных и композитных материалов типа ABS, PLA и др.
Таким образом, совокупность существенных конструктивных особенностей полезной модели обусловили следующий положительный технический результат и преимущества перед аналогами и прототипом – улучшены эргономические характеристики устройства:
1) появилась возможность формирования самой конфигурации работы с прибором, в частности, использовать шарнирную платформу с блоком обработки сигналов в качестве подлокотника или в качестве противовеса датчику. В любом частном выборе конфигурации работы с устройством обеспечена возможность индивидуального выбора удобного угла наклона шарнирной платформы с блоком обработки сигналов в пределах от 0° до 270°;
2) обеспечена возможность индивидуального оперативного выбора комфортного угла видео наблюдения в пределах от 0° до 160° в вертикальной плоскости;
3) улучшены компактность и эстетические качества полезной модели в различных конфигурациях за счет исключения из прибора специальной конструкции подлокотника и ручки оператора без ухудшения функциональных качеств.
Улучшение эргономических характеристик как самой полезной модели, так и работы с ней обусловлено шарнирными механизмами электромеханического соединения визуального индикатора и платформы с блоком обработки сигналов на верхнем колене штанги; при этом рабочие углы наклона видео индикатора и шарнирной платформы с блоком обработки сигналов взаимосвязаны и работают на общий результат – улучшение эргономических характеристик.
Список использованных источников
1. Электронный ресурс (дата обращения 12.02.2019): https://structure.mil.ru/structure/forces/ground/weapons/engineer/more.htm?id=10363076%40morfMilitaryModel;
2. Электронный ресурс (дата обращения 12.02.2019): https://encyclopedia.mil.ru/encyclopedia/weapons/more.htm?id=12010534@morfMilitaryModel;
3. Электронный ресурс (дата обращения 12.02.2019): http://minelab.com.ru/excalibur-2.html
4. Электронный ресурс (дата обращения 26.10.2018): http://www.bnti.ru/des.asp?itm=623&tbl=07.01.01.
5. Донченко В.А., Парватов Г.Н., Потекаев А.И., Светличный В.А., Сынков С.А., Сайфутдинов Р.Х., Замбалов С.Д., Яковлев И.А., Яковлева С.В. // Пятиугольная телескопическая штанга с быстрозажимным соединением // Патент РФ на полезную модель № RU168300U1, дата приоритета 10.02.2016. Опубликовано 31.01.2017. Бюл.№4