Антенное устройство для георадара

Предлагаемое антенное устройство для георадара позволяет: - расширить функциональные возможности устройства за счет проведения сканирование с плотным прижимом антенн не только по плоской поверхности, но и по выпуклой и вогнутой поверхности, а также вдоль углов внутри помещений между стенами, стеной и полом, стеной и потолком. - значительно уменьшить затраты времени и усилия при подготовке его к работе (приведении в транспортное положение); - получить большую надежность за счет уменьшения числа разъемных соединений, - иметь компактные размеры в транспортном положении, за счет возможности его складывания пополам; - удобное транспортирование устройства в сложенном состоянии вручную. Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием антенного устройства для георадара, в котором, блок соединения антенн снабжен диэлектрической трубкой с закрепленными на ее концах поворотными механизмами, а каждый диэлектрический кронштейн выполнен составным в виде двух частей, при этом одни концы пар частей кронштейнов закреплены на антеннах, а вторые концы пар кронштейнов установлены в поворотных механизмах с возможностью поворота частей кронштейна и фиксации их взаимного положения относительно друг друга.

Полезная модель относится к антенным устройствам георадарной техники и предназначено для использования в геофизике, геологии и строительстве, для зондирования короткими электромагнитными видеоимпульсами подповерхностных слоев земли, например, для опережающего контроля строения грунта впереди забоя строящегося тоннеля, поиска подземных коммуникаций, для выявления дефектов и трещин внутри бетонных или других строительных сооружений, для поиска пустот или зон разуплотнения под дорожным покрытием и в прочих подобных случаях.

Известно антенное устройство, состоящее из основания, имеющего диэлектрический промежуток, и расположенных по обе стороны диэлектрического элемента передающей и приемной антенны (см. патент РФ 2206942 по кл H01Q 1/04, 2001 г.).

В известной конструкции для исключения возможности перетекания паразитных высокочастотных токов между антеннами во время работы георадара антенны крепят на одном общем диэлектрическом основании.

Недостатками известной конструкции являются:

- конструкция выполнена неразборной, т.е. антенны закреплены на общем основании, что делает ее громоздкой и затрудняет ее перемещение вдоль исследуемой поверхности грунта или строительной конструкции;

- увеличенный размер диэлектрического промежутка между антеннами для обеспечения лучшей развязки между ними. Обычно для антенн с размерами D×D оптимальный диапазон расстояний между центрами передающей и приемной антенн составляет около 2÷3·D.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является антенное устройство для георадара, содержащее передающую и приемную антенны, и блок соединения антенн, содержащий диэлектрические кронштейны, расположенные с обеих сторон антенн: (http://www.geotech.ru/market/katalog_oborudovaniya/georadiolokaciya/georadar_oko-2_polevoj_bazovyj_komplekt/Георадар "ОКО-2", АБ-250).

В известной конструкции для полного исключения возможности наведения паразитных токов кронштейны, соединяющие антенны георадара в один антенный блок, выполнены диэлектрическими.

Недостатком известного устройства является его разборная конструкция.

В известном устройстве антенны соединены между собой диэлектрическими кронштейнами. Но эти диэлектрические кронштейны необходимо присоединять к антеннам перед началом работы и отсоединять при транспортировке.

Кроме того, приходится подсоединять и отсоединять кабель синхронизации, идущий между передающей и приемной антеннами.

Необходимость собирать и разбирать антенный блок, а также подсоединять и отсоединять кабель синхронизации увеличивает время и усилия, затрачиваемое на обслуживание устройства.

Наличие разъемных соединений снижает надежность устройства, в том числе из-за возможности загрязнения разъемных соединений грунтом при работе в полевых условиях, увеличивает время его обслуживания.

Еще одним недостатком данного устройства является то, что его можно перемещать только по плоской поверхности.

Это устройство не допускает плотного прижима антенн, поэтому нельзя проводить сканирование по выпуклой или вогнутой поверхности строительных сооружений, вдоль углов внутри помещений между стенами, стеной и полом, стеной и потолком.

Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание раскладного антенного устройства, позволяющего:

- расширить функциональные возможности устройства за счет проведения сканирование с плотным прижимом антенн не только по плоской поверхности, но и по выпуклой и вогнутой поверхности, а также вдоль углов внутри помещений между стенами, стеной и полом, стеной и потолком.

- значительно уменьшить затраты времени и усилия при подготовке его к работе (приведении в транспортное положение);

- получить большую надежность за счет уменьшения числа разъемных соединений,

- иметь компактные размеры в транспортном положении, за счет возможности его складывания пополам;

- удобное транспортирование устройства в сложенном состоянии вручную.

Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием антенного устройства для георадара, содержащего передающую и приемную антенны и блок соединения антенн, содержащий диэлектрические кронштейны, расположенные с обеих сторон антенн, в котором, согласно полезной модели, блок соединения антенн снабжен диэлектрической трубкой с закрепленными на ее концах поворотными механизмами, а каждый диэлектрический кронштейн выполнен составным в виде двух частей, при этом одни концы пар частей кронштейнов закреплены на антеннах, а вторые концы пар кронштейнов установлены в поворотных механизмах с возможностью поворота частей кронштейна и фиксации их взаимного положения относительно друг друга.

Диэлектрическая трубка служит для соединения поворотных механизмов в единую жесткую конструкцию.

Снабжение блока соединения антенн диэлектрической трубкой, которую можно использовать в качестве ручки, позволяет выполнять ручное перемещение предлагаемого устройства во время работы и для переноски его в сложенном состоянии.

Выполнение трубки диэлектрической позволяет исключить возможность наведения паразитных токов и связанных с ними долго не затухающих колебаний ("звона") электромагнитного поля около ручки.

Выполнение кронштейнов состоящими из двух частей позволяет складывать предлагаемую конструкцию пополам без ее разбора для переноса, и сборки перед началом работы.

Выбор диапазона фиксации пар частей кронштейнов относительно друг друга от 0 до 270 градусов обусловлен следующим:

В разложенном состоянии устройства части диэлектрических кронштейнов, выходящие из поворотного механизма, повернуты на угол 180 градусов по отношению друг к другу. В таком разложенном виде антенное устройство применяют для зондирования на плоской поверхности.

В сложенном состоянии, при угле между частями кронштейнов равным 0 градусов, устройство имеет примерно в два раза меньшую длину, чем в разложенном. Это делает конструкцию удобной для транспортировки.

Раскладывание антенного устройства с углом 90 градусов между частями диэлектрических кронштейнов обеспечивает возможность сканирования вдоль двугранных углов в помещениях между стенами, стенами и полом, стенами и потолком.

Раскладывание антенного устройства с углом 270 градусов между частями диэлектрических кронштейнов обеспечивает возможность сканирования углов зданий, прямоугольных колонн.

Раскладывание антенного устройства с углами между частями диэлектрических кронштейнов в диапазоне от 135 до 225 градусов обеспечивает возможность сканирования соответственно выпуклых и вогнутых поверхностей строительных конструкций.

Предлагаемая полезная модель также характеризуется тем, что каждый поворотный механизм состоит из втулки, цилиндрическая часть которой предназначена для закрепления механизма на диэлектрической трубке, узла фиксации взаимного положения диэлектрических кронштейнов, и узла фиксации подпружиненной втулки, при этом на втулке закреплен конец части диэлектрического кронштейна одной пары кронштейнов, а в части кронштейна второй пары кронштейнов выполнено отверстие, предназначенное для установки ее на цилиндрической части втулки с возможностью поворота относительно втулки и смещения вдоль направления оси.

Наличие в поворотном механизме узла фиксации взаимного положения частей диэлектрического кронштейна содержащего подпружиненную втулку, по крайней мере, с одним выступающими штифтом, контактирующим с расположенными на одной оси отверстиями, выполненными в выступах на концах, первой и второй частей диэлектрического кронштейна, попарно соприкасающихся плоскими поверхностями, позволяет фиксировать взаимное положение частей кронштейна (угла между частями кронштейна)

Выполнение узла фиксации подпружиненной втулки, по крайней мере, с одной прорезью "Г"-образной формы, выполненной на цилиндрической части втулки поворотного механизма, и по крайней мере, одного штифта, закрепленного на подпружиненной втулке и установленного в прорезь позволяет в выдвинутом положении подпружиненной втулки частям диэлектрического кронштейна свободно поворачиваться друг относительно друга в поворотном механизме.

Вставка штифтов подпружиненной втулки в отверстия, выполненные в обеих частях диэлектрических кронштейнов, может производиться автоматически, за счет действия пружины этой втулки.

Предлагаемая конструкция позволяет одному оператору легко ее складывать и раскладывать.

Надежная фиксация выбранного положения кронштейнов в поворотном механизме обеспечивает удобство при работе и бесперебойное сканирование.

Предлагаемая конструкция позволяет не отстыковывать от антенн кабель синхронизации. Его могут делать неразъемным, поскольку антенны не разделяются при транспортировке, а остаются объединенными в антенном устройстве.

В предлагаемой конструкции возможно применение неразъемного кабеля синхронизации, за счет чего повышают надежность работы устройства, облегчают его обслуживание.

В условиях полевых работ разъемы могут загрязняться грунтом и их необходимо постоянно очищать.

В предлагаемой конструкции при использовании неразъемного кабеля повышается надежность устройства и облегчается его обслуживание в условиях полевых работ.

Выполнение блока соединения антенн раскладным сокращает время на подготовку к зондированию и время для подготовки устройства к транспортировке, т.к. вся подготовка к зондированию сводится к раскладыванию антенного устройства.

В предлагаемой конструкции передняя сторона каждой из антенн, обращенная к поверхности зондирования, снабжена защитной диэлектрической пластиной с загнутыми закругленными краями для предохранения антенны от истирания, повреждений, загрязнения, что позволяет защищать антенны от повреждения.

на фиг.2 показан вид сбоку на антенное устройство в разложенном положении с углом между частями диэлектрических кронштейнов 180 градусов;

на фиг.3 показан вид сбоку на антенное устройство в сложенном положении с углом между частями диэлектрических кронштейнов 0 градусов;

на фиг.4 показан вид сбоку на антенное устройство в разложенном положении с углом между частями диэлектрических кронштейнов 90 градусов;

на фиг.5 показано сечение А-А на фиг.1 (вариант конструкции поворотного механизма);

на фиг.6 показано сечение В-В на фиг.5;

на фиг.7 показано сечение А-А на фиг.1 (вариант конструкции поворотного механизма);

на фиг.8 показано сечение В-В на фиг.7;

на фиг.9 показано сечение А-А на фиг.1 (вариант конструкции поворотного механизма);

на фиг.10 показано сечение В-В на фиг.9;

на фиг.11 показана предлагаемая конструкция, в которой оптоволоконный кабель синхронизации проложен вдоль диэлектрических кронштейнов и проходит внутри диэлектрической трубки.

Антенное устройство для георадара содержит передающую 1 и приемную 2 антенны и блок соединения антенн, содержащий диэлектрические кронштейны, расположенные с обеих сторон антенн.

Блок соединения антенн снабжен диэлектрической трубкой 3 с закрепленными на ее концах поворотными механизмами.

Каждый диэлектрический кронштейн выполнен в виде двух частей 4 и 5, 6 и 7.

При этом одни концы пары частей 4, 6 закреплены на передающей антенне 1, а другой пары 5 и 7 закреплены на приемной антенне 2, а вторые концы частей пар установлены в поворотных механизмах с возможностью их поворота и фиксации взаимного положения частей кронштейнов относительно друг друга.

На каждой из антенн 1, 2 георадара с передней стороны антенн, обращенной к поверхности зондирования, установлена защитная диэлектрическая пластина 8 с загнутыми закругленными краями. Между антеннами проходит оптоволоконный кабель синхронизации 9.

Каждый поворотный механизм состоит из втулки 10, цилиндрическая часть которой предназначена для установки на ней поворачивающейся части диэлектрического кронштейна, узла фиксации взаимного положения частей диэлектрических кронштейнов и узла фиксации подпружиненной втулки.

Рассмотрим конструкцию поворотного механизма на примере одного из них, в котором установлены части 4 и 5 одного из кронштейнов. Второй поворотный механизм идентичен первому.

Втулка 10 поворотного механизма имеет выступ-фланец 11.

Втулка 10 каждого поворотного механизма закреплена на концах диэлектрической трубки 3, используемой, например, в качестве ручки для переноса устройства.

К втулке жестко прикреплена одна из частей диэлектрического кронштейна - часть 5 (фиг.5, 7, 9).

Место закрепления части 5 кронштейна к втулке 10 может быть различным, в зависимости от технологических возможностей, например, или к выступу-фланцу 11 втулки 10 (фиг.5, 9), или на втулке-шайбе 12, которая жестко закреплена на втулке 10 поворотного механизма (фиг.7).

Части 4 и 5 диэлектрического кронштейна имеют на концах, установленных в поворотный механизм, выступы 13, например, в форме шайб, имеющих плоские поверхности.

Часть 4 диэлектрического кронштейна (фиг.5, 7, 9) имеет в выступе 13 отверстие 14, с помощью которого часть 4 кронштейна установлена на цилиндрической части втулки 10 поворотного механизма.

Часть 4 кронштейна может свободно поворачиваться вокруг втулки 10 поворотного механизма.

Однако, часть 4 кронштейна имеет ограниченное перемещение вдоль оси втулки 10 поворотного механизма.

Для этого часть 4 кронштейна устанавливают между жестко закрепленной частью 5 кронштейна и втулкой-шайбой 12 (фиг.5, 9) или выступом-фланцем 11 втулки 10 (фиг.7).

Узел фиксации взаимного положения частей диэлектрического кронштейна содержит подпружиненную втулку 15, на фланце 16 которой закреплены, по крайней мере, один выступающий штифт 17, входящие в отверстия 18, 19 выполненные в выступах 13 на концах частей 4, 5 диэлектрического кронштейна, попарно соприкасающихся плоскими поверхностями друг с другом.

Для этого отверстия 18, 19 в частях 4 и 5 кронштейна имеют одинаковый диаметр, их центры находятся на одном радиусе относительно продольной оси втулки 10 поворотного механизма, и эти отверстия расположены на одной оси.

Для возможности фиксации взаимного положения частей диэлектрических кронштейнов под углами между частями кронштейнов 0, 90, 180, 270 градусов выполняют по четыре отверстия 18 в подвижной части 4 диэлектрического кронштейна, причем центры отверстий 18 располагают вдоль окружности под углами 0, 90, 180, 270 градусов (фиг.8, 10).

Число штифтов 17 в подпружиненной втулке 15 в зависимости от требований, предъявляемых к надежности предлагаемого устройства, может быть 2 или 4 при четырех отверстиях 18 в подвижной части 4 диэлектрического кронштейна.

Число отверстий 19 в жестко закрепленной части 5 диэлектрического кронштейна может быть меньше числа отверстий 18 в подвижной части 4 диэлектрического кронштейна, и равняться при этом числу штифтов 17 подпружиненной втулки 15.

Если не требуется проведения зондирования вдоль двугранных углов внутри помещений, то есть не требуется фиксация частей кронштейнов под углом 90 градусов, то достаточно иметь по два отверстия в каждой части кронштейна, расположенных симметрично относительно оси вращения части 4 кронштейна, то есть относительно продольной оси втулки 10 поворотного механизма.

Выполнение большего числа отверстий 18 в подвижной части 4 диэлектрического кронштейна, например, 8, 16, или 32, расположенных с одним одинаковым шагом по углу вдоль окружности соответственно 45, 22.5 или 11.25 градусов, дает возможность фиксировать взаимное положение диэлектрических кронштейнов под углами с шагом 45, 22.5 и 11.25 градусов соответственно.

Предлагаемое антенное устройство позволяет проводить сканирование по выпуклым или вогнутым поверхностям строительных сооружений при обеспечении плотного контакта антенн и поверхности.

В предлагаемой конструкции штифты 17 подпружиненной втулки 15 контактируют с отверстиями 20, выполненными в выступе-фланце 11 или в отверстия 21 во втулке-шайбе 12 и в отверстия 18, 19 в частях диэлектрических кронштейнов.

Пружина 22 подпружиненной втулки 15 прижимает фланец 16 подпружиненной втулки 15 к выступу-фланцу 11 втулки 10 (фиг.5, 7,) или к втулке-шайбе 12, (фиг.9).

При этом штифты 17 подпружиненной втулки 15 вставлены в отверстия 18, 19 в частях диэлектрического кронштейна.

Узел фиксации подпружиненной втулки 15 выполнен в виде, по крайней мере, одной прорези, выполненной в цилиндрической части втулки 10 поворотного механизма, и, по крайней мере, одного штифта 23, закрепленного на подпружиненной втулке 15.

Эти прорезь имеет "Г - образную форму, а штифт 23 вставлен в эту прорезь.

Прямолинейный участок 24 каждой "Г" - образной прорези во втулке 10 поворотного механизма выполнен параллельно продольной оси втулки 10 (оси поворотного механизма), другой участок 25 выполнен перпендикулярно оси.

В зависимости от технологических возможностей подпружиненная втулка 15 и узел фиксации подпружиненной втулки могут быть установлены в устройстве по-разному. Получаемый технический результат в обоих случаях одинаков.

Подпружиненная втулка 15 может быть установлена на втулке 10 поворотного механизма, (фиг.5, 7), либо размещена внутри втулки 10 поворотного механизма (фиг.9).

Пружина 22 подпружиненной втулки 15 может быть установлена внутри нее (фиг.5). При этом пружина 22 может быть размещена между выступом 26 втулки 10 поворотного механизма, имеющим, например, кольцеобразную форму, и выступом 27 подпружиненной втулки 15 или штифтом 23 подпружиненной втулки 15.

В других вариантах конструкции пружина может быть размещена внутри втулки 10 поворотного механизма, (фиг.7, 9).

Внешняя поверхность подпружиненной втулки 15 может иметь насечку для удобства работы оператора.

В предлагаемой полезной модели, показанной на фиг.5, 6, внутри диэлектрической трубки 3 и втулки 10 поворотного механизма есть свободное пространство, которое может быть использовано для прокладки оптоволоконного кабеля синхронизации 9.

Антенное устройство для георадара работает следующим образом.

Как было указано выше, поворотные механизмы устройства одинаковы, поэтому подготовку устройства к работе, т.е. установку его на исследуемом объекте, рассмотрим на примере одного поворотного механизма.

В транспортном виде антенное устройство сложено, как показано на фиг.3.

При зондировании на плоской поверхности предлагаемое устройство раскладывают в положение, при котором угол между частями диэлектрических кронштейнов составляет 180 градусов, как показано на фиг.2.

При этом передние стороны антенн 1, 2 лежат в одной плоскости.

Далее оператор проводит зондирование, перемещая устройство вдоль исследуемой плоской поверхности.

При этом он может держать антенное устройство за диэлектрическую трубку 3.

Для сканирования вдоль двугранных углов внутри помещений между стенами, между стеной и полом, между стеной и потолком, антенное устройство раскладывают в положение, показанное на фиг.4.

В данном случае угол между частями диэлектрических кронштейнов составляет 90 градусов.

Изменение взаимного положения частей диэлектрических кронштейнов в поворотных механизмах проводится следующим путем.

Рассмотрим работу поворотного механизма на примере конструкции, показанной на фиг.5, 6.

Оператор вручную выдвигает подпружиненную втулку 15, смещая ее вдоль продольной оси поворотного механизма.

При этом штифты 17 подпружиненной втулки 15 выходят из отверстий 18 в частях диэлектрического кронштейна 4 и 5, затем из отверстий во фланце 16 втулки 10 поворотного механизма, а пружина 21 сжимается.

При этом перемещении пружиненной втулки 15 штифты 23 подпружиненной втулки 15 перемещают вдоль участков 24 "Г" - образных прорезей (на черт не пок.), выполненных во втулке 10 поворотного механизма, которые ориентированы вдоль продольной оси втулки поворотного механизма (оси поворотного механизма)

Затем, для фиксации подпружиненной втулки 15 в выдвинутом положении оператор поворачивает подпружиненную втулку 15 вокруг продольной оси втулки поворотного механизма, и при этом штифты 23 перемещают вдоль участков 25 "Г" - образных прорезей, которые расположены перпендикулярно оси поворотного механизма.

Штифты 23 удерживают подпружиненную втулку 15 в выдвинутом положении.

Затем оператор отпускает подпружиненную втулку 15.

После указанной фиксации подпружиненной втулки 15 в выдвинутом положении, часть 4 диэлектрического кронштейна, которая установлена на цилиндрической часть втулки 10 поворотного механизма, получает возможность свободно поворачиваться вокруг оси втулки 10.

Оператор далее устанавливает вручную требуемое взаимное положение частей диэлектрических кронштейнов в поворотных механизмах с углами между этими частями 0, 90, 180 или 270 градусов.

После этого оператор освобождает подпружиненные втулки 15 из положения фиксации в выдвинутом положении, штифты 23 каждой подпружиненной втулки 15 входят в отверстия 18, 19 в частях диэлектрических кронштейнов и фиксируют взаимное положение частей диэлектрических кронштейнов.

Был изготовлен и опробован опытный образец предлагаемой конструкции.

Полученные данные показали, что

- время подготовки устройства к работе сократилось в десять-двадцать раз;

- повысилась надежность работы устройства, что привело к уменьшению числа сбоев аппаратуры, уменьшению объема и частоты необходимого регламентного ремонта более чем в два раза;

- время на регламентное обслуживание устройства сократилось более чем в два раза;

облегчилась работа операторов по доставке георадара в труднодоступные места работы, например, в шахты и забои строящихся тоннелей, что привело к увеличению производительности труда более чем на тридцать процентов.

1. Антенное устройство для георадара, содержащее передающую и приемную антенны и блок соединения антенн, содержащий диэлектрические кронштейны, расположенные с обеих сторон антенн, отличающееся тем, что блок соединения антенн снабжен диэлектрической трубкой с закрепленными на ее концах поворотными механизмами, а каждый диэлектрический кронштейн выполнен составным в виде двух частей, при этом одни концы пар частей кронштейнов закреплены на антеннах, а вторые концы пар кронштейнов установлены в поворотных механизмах с возможностью поворота частей кронштейна и фиксации их взаимного положения относительно друг друга.

2. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что передняя сторона каждой из антенн, обращенная к поверхности зондируемой среды, снабжена защитной диэлектрической пластиной с загнутыми закругленными краями, для предохранения антенны от истирания, повреждений, загрязнения.

3. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что диапазон фиксации пар половин кронштейна относительно друг друга выбирают от 0 до 270º.

4. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый поворотный механизм состоит из втулки, цилиндрическая часть которой предназначена для закрепления механизма на диэлектрической трубке, узла фиксации взаимного положения диэлектрических кронштейнов и узла фиксации подпружиненной втулки, при этом на втулке закреплен конец части диэлектрического кронштейна одной пары кронштейнов, а в части кронштейна второй пары кронштейнов выполнено отверстие, предназначенное для установки ее на цилиндрической части втулки с возможностью поворота относительно втулки и смещения вдоль направления оси.

5. Антенное устройство по п.4, отличающееся тем, что узел фиксации взаимного положения частей диэлектрических кронштейнов в поворотном механизме содержит подпружиненную втулку, по крайней мере, с одним выступающими штифтом, контактирующим с расположенными на одной оси отверстиями, выполненными в выступах на концах, первой и второй частей диэлектрического кронштейна, попарно соприкасающихся плоскими поверхностями.

6. Антенное устройство по п.4, отличающееся тем, узел фиксации подпружиненной втулки состоит из, по крайней мере, одной прорези, выполненной на цилиндрической части втулки поворотного механизма, причем прорезь имеет Г-образную форму, и по крайней мере, одного штифта, закрепленного на подпружиненной втулке и установленного в прорезь.