МЕХАНИЧЕСКОЕ ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО И СОДЕРЖАЩИЙ ЕГО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР
MECHANICAL SUPPORTING DEVICE AND MEASURING GAGE THAT CONTAINS IT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к механическому опорному устройству для по меньшей мере одной сенсорной пластины устройства передачи и/или приема высокочастотных электромагнитных сигналов, прежде всего высокочастотной антенны радиолокационного устройства, работающего в диапазоне частот около 1-5 ГГц.
Уровень техники
Высокочастотные датчики, например антенны, для устройств, предназначенных для обнаружения заключенных в материале объектов, в частности электропроводки или труб в стенах, обычно оптимизируются на передачу и/или прием высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов), например радиолокационных сигналов. Для этого такое устройство имеет по меньшей мере одну сенсорную пластину высокочастотного датчика, которая служит, например, в качестве антенны и соответствующим образом закреплена в детекторе.
Такая антенна в плоском исполнении известна из публикации DE 10104863 А1. Эта известная плоская антенна закреплена с высокой механической устойчивостью на печатной плате и дает относительно симметричную диаграмму направленности со значительно уменьшенными побочными максимумами, или боковыми лепестками. Антенна представляет собой электропроводящую сенсорную пластину, которая на своих противоположных краях имеет два отогнутых под углом боковых участка, которые служат в качестве проводников для подключения антенны к питающей сети. Кроме того, боковые участки антенны служат для механического крепления плоской антенны на печатной плате.
Из публикации DE 10239431 А1 известен детектор, прежде всего переносной прибор для обнаружения включений преимущественно в стенах, потолках и/или полах, включающий в себя по меньшей мере один размещенный в корпусе емкостный датчик, причем по меньшей мере один измерительный конденсатор емкостного датчика снабжен первым электродом, имеющим участок, параллельный стенке корпуса и плоско прижатый к внутренней стороне стенки корпуса. Для этого устройство согласно публикации DE 10239431 А1 оснащено механическим распорным элементом для первого электрода, определяющим и фиксирующим зазор между электродом и стенкой корпуса.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое в изобретении механическое опорное устройство для по меньшей мере одной сенсорной пластины устройства передачи и/или приема электромагнитных высокочастотных сигналов, например элемента антенны, выполнено в виде каркаса по меньшей мере одной катушки индуктивного датчика.
Такое исполнение механического опорного устройства для по меньшей мере одной сенсорной пластины или элемента антенны датчика позволяет создать многосенсорный измерительный прибор, в котором обеспечено компактное, механически устойчивое расположение нескольких датчиков. Такое крепежное устройство, которое служит как для механической фиксации элемента антенны, так и в качестве каркаса по меньшей мере одной катушки индуктивного датчика, делает возможным снижение стоимости устройства, упрощает монтаж датчиков и повышает удобство обслуживания, так как при этом исполнении механического опорного устройства достигается простота замены сенсорной головки измерительного прибора.
Многосенсорные измерительные приборы, используемые, например, для обнаружения и определения местоположения заключенных в материале объектов, имеют несколько разных датчиков, размещаемых в корпусе измерительного прибора. При обнаружении и определении местоположения заключенных в материале объектов многосенсорные измерительные приборы обладают значительными преимуществами.
Благодаря особому конструктивному выполнению опорного устройства каждый датчик имеет одну и ту же точку измерения, что дает более точную информацию об обнаруженном объекте без необходимости настройки или калибровки датчиков по отношению друг к другу.
Перечисленные в зависимых пунктах формулы изобретения признаки характеризуют предпочтительные варианты исполнения и усовершенствования предлагаемого в изобретении измерительного прибора.
В одном из предпочтительных вариантов исполнения предлагаемого в изобретении опорного устройства опорный элемент окружен по периметру по меньшей мере одной служащей в качестве катушки системой петлевых проводников. Катушка, являющаяся составной частью индуктивного датчика измерительного прибора, может быть выполнена как классическая катушка с обмоткой или, например, как печатная катушка, в которой функцию катушечной обмотки выполняет проводящая система петлевых проводников.
Предпочтительно в предлагаемом в изобретении механическом опорном устройстве вокруг его симметрии опорного устройства концентрически расположено несколько служащих в качестве катушек систем петлевых проводников.
При этом системы петлевых проводников могут располагаться друг над другом на определенном расстоянии, в частности с некоторым смещением по высоте вдоль оси симметрии.
Предпочтительно, чтобы ось симметрии опорного устройства, а следовательно, и ось симметрии систем петлевых проводников индуктивного датчика соответствовала направлению излучения по меньшей мере одного элемента антенны или сенсорной пластины.
Тем самым для измерительного прибора с предлагаемым в изобретении опорным устройством достигаются оптимальные рабочие характеристики, так как все датчики измерительного прибора имеют одну и ту же точку измерения.
В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении опорного устройства оно механически связано по меньшей мере с одной монтажной панелью, на которой установлен по меньшей мере один элемент, представляющий собой емкостный датчик, или детектор переменного напряжения, или дополнительную катушку индуктивного датчика.
В предпочтительном варианте исполнения предлагаемого в изобретении опорного устройства оно выполнено таким образом, чтобы использовать его в качестве направляющего элемента по меньшей мере для одной соединительной оси двух тел качения. Это позволяет, например, с помощью механического опорного устройства для сенсорной пластины обеспечивать направленное движение осей колес передвижного измерительного прибора.
В предпочтительном варианте механическое опорное устройство имеет по существу трубчатую форму, например форму прямоугольного сечения, что позволяет разместить по меньшей мере одну сенсорную пластину ВЧ-датчика, например элемент антенны высокочастотного датчика, во внутреннем пространстве опорного устройства, а по меньшей мере одну катушку индуктивного датчика - за пределами этого внутреннего пространства. Следовательно, за пределами этого внутреннего пространства механического опорного устройства можно предусматривать и устанавливать также направляющую для соответствующих осей тел качения измерительного прибора.
Предлагаемое в изобретении механическое опорное устройство позволяет создать многосенсорный измерительный прибор, у которого благодаря механическому исполнению опорного устройства каждый датчик имеет одну и ту же точку измерения, что позволяет получить более точную информацию об обнаруживаемых объектах. Комбинация различных принципов измерений в одном многосенсорном измерительном приборе позволяет наряду с собственно определением местоположения заключенного в материале объекта также определять материал обнаруженного объекта, например электропроводки, получать информацию о том, находится ли проводка под напряжением. Помимо этого, например, высокочастотное обнаружение с помощью одного или нескольких элементов антенны обеспечивает значительно более точную оценку глубины нахождения объекта, так как высокочастотное обнаружение можно по результатам измерений от других датчиков, имеющихся в измерительном приборе, настраивать на вид материала детектируемого объекта.
Предлагаемое в изобретении механическое опорное устройство позволяет закреплять датчики в измерительном приборе простыми методами соединений, например пайкой, штепсельными разъемами, на винтах и т.п.
В переносном измерительном приборе, перемещающемся по поверхности исследуемого материала, оси колес прибора, которые, например, подают соответствующий сигнал перемещения на измерительный преобразователь перемещений измерительного прибора, могут вращаться в механическом опорном устройстве и, следовательно, крепиться на нем.
Такое механическое опорное устройство, которое служит для точного размещения различных датчиков, а также в качестве направляющего элемента для осей колес передвижного измерительного прибора, обеспечивает компактное, механически стабильное расположение датчиков; кроме того, оно удобно в обслуживании, поскольку легко заменяемо. С помощью предлагаемого в изобретении опорного устройства можно создать компактный многосенсорный измерительный прибор, в частности переносной прибор, в котором отдельные датчики имеют одну и ту же точку измерения.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества предлагаемого в изобретении опорного устройства или предлагаемого в изобретении измерительного прибора раскрываются ниже в описании осуществления изобретения и на прилагаемых чертежах. На чертежах, в описании и в формуле изобретения раскрыты комбинации различных признаков. Для специалиста очевидна возможность рассмотрения этих признаков и по отдельности, а также составления из них других целесообразных комбинаций. На чертежах показаны:
на фиг.1 - общий вид в аксонометрии варианта выполнения предлагаемого в изобретении механического опорного устройства,
на фиг.2 - вид сбоку варианта выполнения механического опорного устройства, показанного на фиг.1,
на фиг.3 - упрощенный схематичный вид сверху механического опорного устройства,
на фиг.4 - разрез АА' еще одного варианта исполнения предлагаемого в изобретении механического опорного устройства, показанного на фиг.3,
на фиг.5 - еще один вариант выполнения механического опорного устройства, показанного на фиг.3 в разрезе АА',
на фиг.6 - схема в разрезе АА' еще одного варианта выполнения механического опорного устройства, показанного на фиг.3,
на фиг.7 - схематичный общий вид в аксонометрии еще одного варианта выполнения механического опорного устройства,
на фиг.8 - вариант выполнения предлагаемого в изобретении измерительного прибора.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан первый вариант выполнения предлагаемого в изобретении механического опорного устройства 10. Опорное устройство выполнено в виде каркаса катушки и представляет собой корпус 12 из неметаллического материала, например пластмассы или другого соответствующего ей материала. Несущий корпус 12, который в варианте выполнения, показанном на фиг.1 и 2, изготовлен из пластмассы, например методом литья под давлением, имеет по существу трубчатую форму и в представленном варианте исполнения - квадратное сечение. Однако возможны также и другие формы поперечного сечения. Во внутреннем пространстве 14 пластмассового корпуса 12 сформованы элементы 16 для крепления сенсорных пластин 18 высокочастотной сенсорной системы. Монтаж сенсорных пластин 18, образующих, например, элементы антенны радиолокационного датчика, может осуществляться, например, путем запрессовывания, литья под давлением или навески пластин на элементы крепления с запрессовыванием.
Пластмассовый корпус 12 механического опорного устройства расположен на монтажной панели 20, например приклеен к ней или закреплен зажимами. На этой монтажной панели 20 могут находиться другие электронные компоненты сенсорной системы, а также другие датчики. Кроме того, несущий корпус 12 может иметь электрический контакт с монтажной панелью 20 через соответствующие средства подключения.
На внешней стороне 22 пластмассовый корпус 12 механического опорного устройства 10 имеет несколько расположенных по периметру узких ребер 24. Ребра, проходящие по периметру пластмассового корпуса 12, расположены на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении вдоль оси симметрии Z механического опорного устройства 10, показанной на фиг.2. При этом ось симметрии по существу соответствует направлению излучения образованного сенсорными пластинами 18 высокочастотного датчика, например радиолокационного датчика.
Для предусмотренной в многоканальной измерительной головке индуктивной сенсорной системы (системы датчиков) механическое опорное устройство 10 используется в качестве каркаса катушек. Такая система индуктивных датчиков состоит из нескольких катушек (генераторной и приемной катушек).
Пространство 26 между двумя разнесенными по высоте ребрами 24 в описанном варианте выполнения механического опорного устройства служит в качестве гнезда для размещения витков обмотки катушки индуктивного датчика.
Наряду с функцией каркаса для индуктивных датчиков пластмассовый корпус 12 механического опорного устройства 10 служит в качестве направляющей для осей 28 не показанного в деталях на фиг.1-7 измерительного прибора, в частности переносного детектора (см. фиг.8). При этом оси 28, на концах которых могут быть попарно установлены тела качения, например колеса, вращаются в промежуточном пространстве между проходящими по периметру ребрами 24.
На фиг.3 схематически показан вид сверху варианта выполнения механического опорного устройства 10. Во внутреннем пространстве 14 несущего корпуса 12 расположены четыре сенсорные пластины 18, имеющие по существу треугольную форму и образующие антенну двойной поляризации, в частности звездно-рупорной формы. На внешней стороне 22 пластмассового корпуса 12 предусмотрены показанные на фиг.2 ребра 24, которые образуют гнезда для размещения катушек дополнительной системы индуктивных датчиков. Кроме того, несущий корпус 12 механического опорного устройства 10 снабжен направляющими элементами 27 для осей 28, посредством которых измерительный прибор с предлагаемым в изобретении механическим опорным устройством 10 может перемещаться в направлении, указанном стрелками 30, например по стене. На монтажной панели могут быть установлены дополнительные датчики, например емкостный датчик.
Существуют различные возможности расположения катушек индуктивной сенсорной системы на механическом опорном устройстве 10 или рядом с ним, некоторые примеры которых представлены на фиг.4-6.
В варианте выполнения предлагаемого в изобретении опорного устройства, показанном на фиг.4, несущий корпус 12 механического опорного устройства 10 закреплен на монтажной панели 20. По периметру несущего корпуса 12 одна над другой расположены три катушки 32, 34 и 36 с осевым смещением относительно оси симметрии Z механического опорного устройства 10.
При этом речь может идти о схеме с двумя генераторными катушками и одной приемной катушкой или с двумя приемными катушками и одной генераторной катушкой. Особенность расположения этих трех катушек 32, 34 и 36 состоит в том, что все три расположены концентрически вокруг общей оси Z. При использовании двух генераторных катушек они питаются от соответствующих генераторов противофазными переменными токами. Таким образом, первая генераторная катушка индуцирует в приемной катушке поток, направленный противоположно потоку, индуцированному второй генераторной катушкой в приемной катушке. Следовательно, оба индуцированных в приемной катушке потока взаимно компенсируются, поэтому приемник не детектирует сигнала приема в приемной катушке, если вблизи катушек не находится внешний металлический предмет. Таким образом, три катушки 32, 34 и 36 образуют индуктивный датчик по схеме компенсации.
На фиг.5 показан второй вариант выполнения для расположения катушек рядом с несущим корпусом 12 механического опорного устройства 10. В варианте, показанном на фиг.5, катушки 32' и 34' представляют собой классические катушки с обмоткой, а катушка 36' выполнена в виде печатной катушки на монтажной панели 20. Для этого на монтажной панели 20 механического опорного устройства 10 можно сформировать, например фототехническим методом, соответствующие структуры токопроводящих дорожек, образующие систему петлевых проводников. В другом варианте можно выполнить печатную катушку 36', расположенную на монтажной панели 20, в виде катушки с воздушным или ферритовым сердечником и расположить ее на монтажной панели.
На фиг.6 показан еще один вариант выполнения системы датчиков с использованием механического опорного устройства 10. В варианте, показанном на фиг.6, катушки 32'' и 36'' выполнены в виде печатных катушек, тогда как катушка 34'' представляет собой классическую катушку с обмоткой. В этом варианте механическое опорное устройство 10, показанное на фиг.6, имеет параллельную монтажной панели 20 и смещенную по оси Z дополнительную панель 38, на которой расположены петлевые проводники катушки 32'' в виде печатных структур.
Кроме того, на панели 38 имеется достаточно места для не показанного на фиг.6 дополнительного емкостного датчика или для соответствующих сенсорных поверхностей дополнительного датчика для обнаружения переменного напряжения. Датчик переменного тока для детектирования сигналов 50/60 Гц может располагаться как на одной из панелей, так и внутри или снаружи несущего корпуса 12 механического опорного устройства 10. Например, такой датчик может быть подключен посредством проводящего элемента, в частности металлической полоски, и закреплен заливкой внутри несущего корпуса 12, или зафиксирован на нем зажимами. Предпочтительно датчик переменного тока при этом также располагается симметрично оси Z. Так, два электрода переменного тока могут быть установлены внутри несущего корпуса 12 или на двух противоположных его сторонах.
Во всех рассмотренных вариантах катушки на панелях могут в принципе всегда быть выполнены как печатные катушки или же как катушки с воздушным или ферритовым сердечником. Например, на дополнительной панели 38 можно расположить катушку с обмоткой для индуктивной сенсорной системы.
На фиг.7 показан вариант выполнения механического опорного устройства 10, расположенного между двумя по существу параллельными панелями 20 и 38. Несущий корпус 12 механического опорного устройства 10, выполненный, например, из пластмассы, в этом случае также представляет собой каркас для катушек индуктивных датчиков, и внутри него располагаются сенсорные пластины 18 антенного устройства радиолокационного датчика, в частности сверхширокополосного радиолокационного датчика. Сенсорные пластины 18 представляют собой детали из штампованного листового металла, но могут быть изготовлены и из другого материала по другим технологиям.
На монтажной панели 20, кроме того, имеется достаточно места как для емкостного датчика 40, детектора переменного напряжения, так и для других катушек (печатных или с обмотками) индуктивных датчиков измерительной головки. Вместе с тем, детектор переменного напряжения, как было сказано выше, может располагаться и непосредственно внутри несущего корпуса 12 или рядом с ним.
Используемая как необязательный элемент дополнительная панель 38 также жестко связана с несущим корпусом 12 механического опорного устройства 10, что и в этом случае обеспечивает точное позиционирование и простой монтаж дополнительной панели и, следовательно, расположенных на ней дополнительных датчиков.
Монтажная панель 20 может соответствующими крепежными элементами, например фиксаторами 42, показанными на фиг.2, устанавливаться и крепиться внутри корпуса измерительного прибора.
На фиг.8 в качестве варианта выполнения предлагаемого в изобретении измерительного прибора показан переносной детектор 80 для обнаружения заключенных в материале объектов с многосенсорной системой. Внутри такого измерительного прибора датчики многосенсорной системы устанавливаются и фиксируются посредством предлагаемого в изобретении механического опорного устройства 10.
Корпус 44 этого детектора может перемещаться в двух предпочтительных противоположных направлениях 46 и 48, перпендикулярных продольной оси 50 корпуса 44 измерительного прибора. Детектор 80 снабжен четырьмя телами качения 52, 54, 56 и 58, выполненными в виде колес, которые расположены в продольном направлении 50 на противоположных торцовых сторонах 60 и 62 во внешней зоне устройства по его поперечной оси. Противоположные друг другу в продольном направлении 50 тела качения 52 и 58, а также 54 и 56 неподвижными осями 28 жестко на кручение связаны друг с другом, причем неподвижные оси 28 установлены на механическом опорном устройстве 10 таким образом, что опорное устройство служит в качестве направляющей для осей передвижного детектора 80.
Для регистрации параметров движения детектор 80 снабжен сенсорным модулем, состоящим, в частности, из двух датчиков. Для этого на оси 28 детально не показанным способом насажены зубчатые колеса, движущиеся в фотоэлектрических барьерах вильчатого типа, что позволяет определять направление движения прибора.
На крышке 68 корпуса 44 измерительного прибора 80 имеется держатель 70 с дугообразной ручкой 82. Держатель 70 расположен в продольном направлении 50 корпуса 44. С помощью держателя 70 и колес 52, 54, 56 и 58 можно перемещать измерительный прибор по поверхности исследуемого объекта, например стены, пола или перекрытия.
На одном конце, обращенном к графическому дисплею 72, держатель 70 имеет первый элемент управления 74, позволяющий включать или выключать соответствующий процесс измерения для обнаружения скрытого объекта. Между держателем 70 и экраном графического дисплея 72 устройства расположена кнопочная панель 76 с различными кнопками 78, 81, 82 измерительных функций, которые позволяют подключать или отключать, например различные датчики многосенсорной системы измерительного прибора.
Предлагаемое в изобретении механическое опорное устройство 10, на котором установлены датчики многосенсорной системы, расположено в головной части 84 измерительного прибора, противоположной держателю 70, и на фиг.8 показано лишь схематически штрихпунктирной линией. При этом сенсорные пластины 18 высокочастотного датчика ориентированы в направлении невидимой на фиг.8 нижней стороны корпуса 44, поэтому ось симметрии Z механического опорного устройства 10, соответствующая направлению излучения антенного устройства, направлена в плоскость фиг.8, что условно обозначено цифрой 86.
Предлагаемый в изобретении измерительный прибор, прежде всего переносной детектор для обнаружения заключенных в материале объектов, оснащен многосенсорной системой, прежде всего системой высокочастотных датчиков, например одной или несколькими радиолокационными антеннами, работающими в диапазоне частот примерно от 1 до 5 ГГц. Кроме того, предлагаемый в изобретении измерительный прибор имеет индуктивный датчик для обнаружения металлических предметов. Сенсорные пластины высокочастотного датчика и катушки индуктивного датчика позиционируются механическим опорным устройством относительно друг друга и в целом как многосенсорный блок в корпусе измерительного прибора. При этом механическое опорное устройство может быть закреплено непосредственно на монтажной панели измерительного прибора, на которой находятся другие электронные элементы, предназначенные для управления работой измерительного прибора. Другие датчики, например емкостные, детекторы сетевого напряжения, которые могут через емкость и пассивно, т.е. без генерирования электрического поля, регистрировать поле переменного напряжения сетевого кабеля питания, а также один или несколько емкостных высокочастотных детекторов можно присоединять к соответствующим крепежным устройствам механического опорного устройства 10 или относящейся к нему монтажной панели таким образом, чтобы каждый датчик этой многосенсорной системы имел одну и ту же точку измерения, что обеспечивало бы более точную информацию об обнаруженном объекте.
Выполненное как многофункциональная несущая конструкция механическое опорное устройство позволяет создать компактный, удобный в обслуживании измерительный прибор с механически устойчивой системой датчиков.
Предлагаемое в изобретении механическое опорное устройство и соответствующий измерительный прибор, прежде всего детектор с предлагаемым в изобретении механическим опорным устройством, не ограничиваются примерами исполнения, приведенными на чертежах и в описании.
В частности, возможности оснащения такого измерительного прибора не ограничиваются теми разными типами датчиков, что рассмотрены выше. В механическом опорном устройстве или на нем также могут быть установлены другие датчики, например инфракрасные, ультразвуковые и т.п.