Fig. 1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 (13) B1 G 01S 3/72 E21F 11/00 RZECZPOSPOLITA POLSKA. (21) Numer zgłoszenia:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6: G01S 11/00 G 01S 3/72 E21F 11/00 (54) Sposób i urządzenie do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/93 (73) Uprawniony z patentu: Głuski Leszek, Legionowo, PL Kuzniecow Andrzej, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/98 (72) Twórcy wynalazku: Leszek Głuski, Legionowo, PL Andrzej Kuzniecow, Warszawa, PL PL B1 (57)1 Sposób do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej metodą, gdzie przybliżony kierunek źródła odpowiada kierunkowi wektora gradientu składowej magnetycznej natężenia pola, znam ienny tym, że mierzy się wielkość p o la (Y) określoną jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola podniesiony do potęgi minus jedna trzecia, w co najmniej jednym punkcie pomiarowym usytuowanym na prostej (6) obracającej się wo koł innego dowolnego, lezącego na niej punktu obrotu (3), aż wartość wielkości pola (Y) osiągnie wartość ekstremalną, wtedy kierunek prostej (6) odpowiada kierunkowi (2) źródła pola (1) 5 Urządzenie do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej posiadające przenośny korpus, znam ienne tym, ze korpus (7) połączony jest w sposób trwały z łącznikiem (12) posiadającym co najmniej jeden czujnik pola (10) o charakterystyce bezkierunkowej oraz korpus (7) wyposażony jest w środek umożliwiający obrót (9) łącznika (12) wokół stałego punktu obrotu (8) tak, żeby łącznik (12) mógł wykonywać swobodne obroty w co najmniej jednej płaszczyźnie, korzystnie w płaszczyźnie poziomej Fig. 1

2 Sposób i urządzenie do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej metodą, gdzie przybliżony kierunek źródła odpowiada kierunkowi wektora gradientu składowej magnetycznej natężenia pola, znamienny tym, że mierzy się wielkość p o la (Y) określoną jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola podniesiony do potęgi minus jedna trzecia, w co najmniej jednym punkcie pomiarowym usytuowanym na prostej (6) obracającej się wokół innego dowolnego, lezącego na niej punktu obrotu (3), aż wartość wielkości pola (Y) osiągnie wartość ekstremalną, wtedy kierunek prostej (6) odpowiada kierunkowi (2) źródła pola (1). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiary wielkości pola (Y) prowadzi się jednocześnie w dwóch punktach pomiarowych (4) i (5). 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że punkt obrotu (3) prostej (6) leży pomiędzy punktami pomiarowymi (4) i (5). 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiar wielkości pola (Y) prowadzi się tylko w jednym punkcie pomiarowym (4), aż wartość wielkości pola (Y) osiągnie minimum. 5. Urządzenie do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej posiadające przenośny korpus, znamienne tym, że korpus (7) połączony jest w sposób trwały z łącznikiem (12) posiadającym co najmniej jeden czujnik pola (10) o charakterystyce bezkierunkowej oraz korpus (7) wyposażony jest w środek umożliwiający obrót (9) łącznika (12) wokół stałego punktu obrotu (8) tak, żeby łącznik (12) mógł wykonywać swobodne obroty w co najmniej jednej płaszczyźnie, korzystnie w płaszczyźnie poziomej. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że środek umożliwiający obrót (9) łącznika (12) wokół stałego punktu obrotu (8), ma postać złącza obrotowego (15), którego oś obrotu przechodzi przez stały punkt obrotu (8) korpusu (7). 7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że środek umożliwiający obrót (9) łącznika (12) wokół stałego punktu obrotu (8) ma postać kombinacji połączonych z korpusem (7) elementów jak podpora stabilizująco obrotowa (16) w postaci ostro zakończonego, wydłużonego trzpienia, którego podłużna oś przechodzi przez stały punkt obrotu (8), pas podtrzymujący (13) i uchwyty ręczne (14). 8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, ze łącznik (12) posiada dwa czujniki pola (10) usytuowane symetrycznie względem stałego punktu obrotu (8). * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wskazywania kierunku i progresywnego ustalania położenia źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej. Wynalazek znajduje zastosowanie do bezpośredniej lokalizacji, szczególnie przez wykonywanie kolejnych pomiarów i namiarów z coraz bliższej odległości, osób, zwierząt i innych obiektów wyposażonych w nadajniki pola elektromagnetycznego. Wynalazek może być szczególnie przydatny w ratownictwie górniczym i górskim, do lokalizacji osób zagubionych w jaskiniach i zasypanych przez lawiny śnieżne, do śledzenia położenia pracujących pod wodą nurków i płetwonurków itp. Znanych jest kilka sposobów określania kierunku źródeł pola elektromagnetycznego w strefie bliskiej. W austriackim opisie patentowym nr przedstawiony jest sposób, w którym wykonuje się co najmniej pięć pomiarów kierunków linii sił pola magnetycznego

3 w pięciu różnych miejscach. Uzyskane dane są przy wspomaganiu komputerowym konfrontowane z zapisem modelu matematycznego struktury pola, co ostatecznie pozwala na uzyskanie w sposób analitycznych współrzędnych źródła pola i następnie jego fizycznego kierunku. Inny, znany z polskiego opisu patentowego nr sposób, polega na wyznaczeniu w przestrzeni kierunku, na którym pomiary maksymalnych amplitud wypadkowego wektora składowej magnetycznej natężenia pola wykazują największe przyrosty. Kierunek ten w dużym przybliżeniu pokrywa się z kierunkiem źródła pola. W sposobie tym używając kierunkowej anteny magnetycznej, dokonuje się w punkcie odniesienia bezpośredniego pomiaru wartości maksymalnej amplitudy składowej magnetycznej natężenia pola, a następnie w sąsiedztwie tego punktu dokonuje się serii podobnych pomiarów, aż do wyselekcjonowania punktu, gdzie mierzona wielkość uzyskuje największą wartość. Przedłużenie połączenia tego punktu z punktem odniesienia, wskazuje szukany kierunek źródła pola. Obydwa przedstawione sposoby posiadają wady, które w istotny sposób utrudniają ich praktyczne wykorzystanie. Pierwszy z przedstawionych sposobów jest kłopotliwy w wykonaniu, wymaga skomplikowanego oprzyrządowania, jest czasochłonny i nie daje bezpośredniego wskazania kierunku, lecz tylko współrzędne źródła, które należy następnie odnieść do punktu wyjściowego. Do zasadniczych wad drugiego ze sposobów, które ograniczają możliwości jego wykorzystania w trudnych warunkach ratownictwa, należy bardzo skomplikowana, wymagająca dużego doświadczenia procedura posługiwania się ręcznie manipulowaną anteną kierunkową oraz trudności w uzyskaniu szybkiego odczytu mierzonej wielkości, na co ma wpływ szczególnie duża dynamika jej zmian wraz ze zmianą odległości od źródła pola. Znane urządzenia do wskazywania kierunku źródeł pola w strefie bliskiej, na przykład urządzenia znane z polskich opisów patentowych nr i nr , posiadają kierunkową antenę magnetyczną w postaci oddzielnego elementu połączonego z korpusem urządzenia zawierającego jego część elektroniczną, za pomocą elastycznego kabla elektrycznego. Do uchwytu anteny dołączony jest odcinek elastycznej taśmy, której wolny koniec służy do ograniczenia ruchu anteny podczas pomiarów i stanowi jednocześnie wskaźnik kierunku. Urządzenie składające się z dwóch oddzielnych elementów, w stanie gotowości do pracy usytuowanych przestrzennie w odległości kilku metrów od siebie, wymaga do obsługi co najmniej dwóch ludzi. Możliwości manewrowania takim urządzeniem w warunkach ratownictwa, gdzie wymagane jest wykonanie serii pomiarów w miejscach o ograniczonej swobodzie poruszania się jest bardzo utrudnione, stąd ograniczona przydatność urządzenia do tego typu zastosowań. W sposobie według wynalazku mierzy się wielkość pola określoną jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola podniesiony do potęgi minus jedna trzecia, w co najmniej jednym punkcie pomiarowym usytuowanym na prostej obracającej się wokół innego dowolnego, leżącego na niej punktu obrotu, aż wartość mierzonej wielkości pola osiągnie wartość ekstremalną, wtedy kierunek prostej odpowiada kierunkowi źródła pola. W szczególnym wypadku pomiary wielkości pola prowadzi się tylko w jednym punkcie pomiarowym, aż wartość wielkości pola osiągnie minimum. Według jednej z cech sposobu według wynalazku pomiary wielkości pola prowadzi się jednocześnie w dwóch punktach pomiarowych usytuowanych na obracającej się prostej, przy czym punkt obrotu leży pomiędzy punktami pomiarowymi. Urządzenie według wynalazku posiada przenośny korpus połączony w sposób trwały z łącznikiem, na którym usytuowany jest co najmniej jeden czujnik pola o charakterystyce bezkierunkowej. Korpus wyposażony jest w środek umożliwiający obrót łącznika wokół stałego punktu obrotu tak, żeby łącznik mógł wykonywać swobodne obroty w co najmniej jednej płaszczyźnie, korzystnie w płaszczyźnie poziomej. W szczególnym wypadku łącznik posiada dwa czujniki pola usytuowane symetrycznie względem stałego punktu obrotu, a położenie czujnika pola na łączniku, względem stałego punktu obrotu jest regulowane. Według jednej z cech urządzenia według wynalazku środek umożliwiający obrót łącznika wokół stałego punktu obrotu, ma postać złącza obrotowego, którego oś obrotu przechodzi przez stały punkt obrotu.

4 Według innej z cech urządzenia, środek umożliwiający obrót łącznika wokół stałego punktu obrotu, ma postać kombinacji połączonych z korpusem elementów jak podpora stabilizująco-obrotowa w postaci ostro zakończonego, wydłużonego trzpienia, którego podłużna oś przechodzi przez stały punkt obrotu, pas podtrzymujący i uchwyty ręczne. Zaletą sposobu i urządzenia według wynalazku jest możliwość zbudowania urządzenia lokacyjnego o niewielkich wymiarach, prostej obsłudze, pozwalającego na szybkie wykonywanie kolejnych serii pomiarów prowadzących do kolejnych przybliżeń położenia miejsca, gdzie znajduje się lokalizowane źródło pola. Tym samym spełnione są warunki stawiane urządzeniom do stosowania w ratownictwie. Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, gdzie fig. 1 ilustruje sposób w jego najogólniejszej postaci, fig. 2 - sposób w jednej ze szczególnych postaci z punktem obrotu usytuowanym pomiędzy punktami pomiarowymi, fig. 3 - sposób, gdzie występuje tylko jeden punkt pomiarowy, fig. 4 przedstawia urządzenie w widoku w płaszczyźnie poziomej, a fig. 5 - inną wersję urządzenia w widoku z boku. Źródło pola 1 (fig. 1) znajduje się względem punktu obrotu 3, na kierunku 2, który zostanie wyznaczony przez pomiar w punktach pomiarowych 4 i 5 leżących na prostej 6, wielkości pola, określonej jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola podniesiony do potęgi minus jedna trzecia. Mierzona wielkość pola, oznaczona w tekście literą Y nie posiada zobrazowania na rysunku. Punkty pomiarowe 4 i 5 podczas pomiarów wykonują ruch obrotowy dokoła punktu obrotu 3. Zarówno punkty pomiarowe 4 i 5 jak i punkt obrotu 3, usytuowane są na jednej prostej. Prosta 6 z leżącymi na niej punktami pomiarowymi 4 i 5 oraz punktem obrotu 3, wyznaczy kierunek 2 źródła pola 1, gdy poszczególne wartości wielkości pola Y osiągną w punktach pomiarowych wartości ekstremalne, a dodatkowo, ponieważ jedna z tych wartości będzie większa niż druga, można łatwo określić wyznaczony kierunek. W szczególnym przykładzie realizacji sposobu, przedstawionym na fig. 2, punkt obrotu 3 usytuowany jest symetrycznie pomiędzy punktami pomiarowymi 4 i 5. Jest to najkorzystniejsza konfiguracja z punktu widzenia czułości i szybkości wskazywania kierunku, ponieważ pozwala na zastosowanie jako kryterium kierunku, maksymalnej różnicy wartości pomiarów z obu punktów pomiarowych. W innym szczególnym przykładzie realizacji sposobu przedstawionym na fig. 3, występuje tylko jeden punkt pomiarowy 4, a kryterium kierunku stanowi osiągnięcie przez mierzoną wielkość pola Y w tym punkcie wartości najmniejszej z możliwych. Przykład materialnej realizacji powyższej wersji sposobu przedstawiony jest na fig. 4, gdzie przenośny korpus 7 zawiera nie zaznaczone na rysunku środki realizujące układ elektroniczny do pomiaru wielkości pola elektromagnetycznego określonej jako moduł wektora składowej magnetycznej natężenia pola podniesiony do potęgi minus jedna trzecia, wskaźnik wartości tej wielkości oraz ewentualnie inne elementy, jak skala kątowa, kompas, luneta itp. Przenośny korpus 7 połączony jest trwale z łącznikiem 12 zaopatrzonym w czujnik pola 10. Zewnętrzny koniec łącznika 12 bliższy czujnikowi pola 10, posiada wskaźnik kierunku 11, w postaci strzałki. Symbolicznie zaznaczony środek umożliwiający obrót 9, umożliwiający obrót czujnika pola 10 w płaszczyźnie poziomej względem punktu obrotu 8, ma swoje fizyczne odzwierciedlenie w postaci dwóch uchwytów ręcznych 14 umieszczonych na bocznych ściankach przenośnego korpusu 7 oraz pasa podtrzymującego 13, który jest zakładany przez obsługującego urządzenie na szyję. Korzystne jest wyposażenie korpusu 7 w podporę stabilizująco-obrotową 16, której oś podłużna przechodzi przez punkt obrotu 8. Podpora stabilizująco-obrotowa 16 umożliwia oparcie korpusu 7 o podłoże i jednoczesne prowadzenie obrotu korpusu 7 z połączonym z nim na sztywno czujnikiem pola 10, przez przyłożenie momentu obrotowego na uchwyty ręczne 14. Przedstawiony na fig. 5 przykład realizacji urządzenia odpowiada szczególnej postaci sposobu zobrazowanego na fig. 2. Dwa czujniki pola 10 umieszczone są na końcach łącznika 12, symetrycznie względem punktu obrotu 8, który leży na osi złącza obrotowego 15, które spełnia tutaj rolę środka umożliwiającego obrót 9. W tym wypadku uchwyty ręczne 14 i podpora stabilizująco-obrotowa 16, spełniają rolę pomocniczą. Czujniki pola 10 mają postać

5 trzech niezależnych anten magnetycznych rozmieszczonych ortogonalnie i posiadających wspólny geometryczny środek. Fig.4 Fig. 5

6 Fig. 1 Fig.2 Fig. 3 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł