УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОИСКОВОЙ ГОЛОВКИ ИСКАТЕЛЯ
DEVICE FOR DETERMINING POSITION OF LOCATOR SCANNING HEAD

Изобретение относится к технике обнаружения скрытых токопроводящих объектов, например кабелей, трубопроводов и иных металлических предметов, расположенных под слоем грунта, асфальта, снега и др.
Обнаружение скрытых объектов осуществляется металлоискателями, трассоискателями, в которых используется операция сканирования поисковой головки в плоскости параллельной поверхности грунта.
Известны устройства для определения положения поисковой головки, см., например, описание изобретения по патенту RU 2285269. В этом изобретении в качестве датчика положения поисковой головки используется видеокамера. Однако сложность этого устройства и трудность использования его в полевых условиях привела к необходимости дальнейших исследований по совершенствованию техники определения поисковой головки.
Данное изобретение направлено на удобство использования в полевых условиях, повышения точности определения местоположения объекта поиска.
Эта задача решается следующим образом. На корпус поисковой головки установлен ультразвуковой излучатель, управляемый генератором частотой более 18 кГц. На поясе или бандаже оператора расположены два приемника ультразвука, разнесенные на базовое расстояние Б друг от друга. Приемники подключены к входу преобразователя разности времени прихода сигнала от ультразвукового излучателя в угловую координату. Преобразователь соединен с индикатором положения поисковой головки.
На фиг.1 изображено устройство для определения положения поисковой головки искателя, находящегося в пользовании оператора.
На фиг.2 изображена схема расположения ультразвукового излучателя относительно двух приемников ультразвукового излучения.
На фиг.3 изображена электрическая схема ультразвукового излучателя.
На фиг.4 изображена схема двух приемников ультразвукового излучения с блоками вычисления и регистрации угловой координаты поисковой головки.
Ультразвуковой излучатель 1 установлен на корпусе поисковой головки 2, закрепленной на конце штанги 3. Антенна ультразвукового излучателя ориентирована на два приемника 4 ультразвука, расположенные в одном корпусе 5 с блоками вычисления и регистрации угловой координаты поисковой головки.
Угловая координата вычисляется следующим образом.
Из треугольников ABD и BCD следует:
тогда
Из этих же треугольников имеем:
или
Делая преобразования, получаем следующие формулы
Формулы 1, 2, 3 позволяют определить угловую координату θ в зависимости от разности расстояний обоих приемников до излучателя. Однако дальность D, входящая в формулы 2, 3, может меняться в зависимости от различных причин: длина штанги, длина руки. Поэтому следует исключить дальность D из расчетов.
Если принять длину штанги вместе с рукой оператора, равной 150 см, а длину базы 20 см, то tgα=tgβ=0,03, что соответствует углу 3°30′, при таких углах можно принять с достаточной степенью точности Sinα=tgα, Sinβ=tgβ.
Тогда подставим значения Sinα, Sinβ из формул 2, 3 в формулу (1), получим
где с - скорость звука;
t - разность времени прихода сигнала от излучателя до приемников.
Следовательно, угловая координата θ определяется из выражения
При температуре окружающей среды, равной 15°С, скорость звука с равна 340 м/с. Если принять Б=20 см, то получим Sinθ=1700 t.
В качестве примера конкретной реализации на фиг.3 изображена схема ультразвукового излучателя, собранная на основе таймера 6. Рабочую частоту излучателя определяют номиналы резистора R и конденсатора С. Для повышения стабильности частоты следует питать схему от стабилизированного источника питания. В опытном образце ультразвукового излучателя была принята рабочая частота, равная 40 кГц. Излучающая поверхность антенны выполнена сферически, что обеспечивает направленность излучения.
2
3
4
5
На фиг.4 приведена функциональная схема двух приемников ультразвукового излучения. В каждом приемнике транзисторы Т, Т образуют обычные усилители. В задачу каждого усилителя входит увеличение уровня принятого сигнала до значения, когда его можно продетектировать, а полученным постоянным напряжением перевести транзистор Т или Т в открытое состояние.
В качестве усилителя может быть принять общеизвестный трехкаскадный усилитель. Выходы обоих усилителей подключены к входам блока 7 вычисления угловой координаты поисковой головки, который соединен с дисплеем 8, на экране которого отображается положение поисковой головки, а также объект поиска: место течи трубопровода, обрыва кабеля.