способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления

Классы МПК:A62B37/00 Способы и устройства для спасения жизни, не отнесенные к другим группам данного подкласса
A63B29/02 канаты и прочие принадлежности для восхождения на горы, например лавинные шнуры; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например снежной лавиной
G01S13/00 Системы, использующие отражение или вторичное излучение радиоволн, например радарные системы Аналогичные системы, использующие отражение или вторичное излучение волн, в которых длина волн или тип волн несущественны
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Заренков Вячеслав Адамович (RU),
Заренков Дмитрий Вячеславович (RU),
Дикарев Виктор Иванович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-12-05
публикация патента:

Предлагаемые способ и устройство относятся к области поисково-спасательных работ и могут быть использованы для поиска засыпанных биообъектов или их останков в районах землетрясений, а также в альпинизме при поиске биообъектов, засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами. Технической задачей изобретения является повышение чувствительности и динамического диапазона приемника сканирующего блока, а также увеличение дальности считывания информации о биообъекте путем построения приемника сканирующего блока по супергетеродинной схеме. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит сканирующий и приемопередающий блоки. Сканирующий блок содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, циркулятор 3, рупорную приемопередающую антенну 4, усилитель 5 высокой частоты, фазовый детектор 6, компьютер 7, гетеродин 14, смеситель 15, усилитель 16 промежуточной частоты, перемножитель 17 и полосовой фильтр 18. Приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла с нанесенными на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов и шины, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной. 2 н.п. ф-лы, 3 ил. способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159

Формула изобретения

1. Способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, заключающийся в предварительном размещении на биообъекте, относящемся к группе риска, маломощного приемопередатчика, в качестве которого используют пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, облучении с помощью сканирующего блока засыпанного участка, под поверхностью которого может находиться биообъект или его останки, направленным электромагнитным сигналом, приеме его на засыпанном биообъекте или его останках, преобразовании в акустическую волну, обеспечении ее распространения по поверхности пьезокристалла и обратного отражения, преобразовании отраженной акустической волны опять в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучении его в эфир, приеме сканирующим блоком, усилении по амплитуде, регистрации выделенного модулирующего кода, соответствующего структуре встречно-штыревого преобразователя, анализе его и определении принадлежности засыпанного биообъекта или его останков, отличающийся тем, что усиленный по амплитуде электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с напряжением задающего генератора, выделяют электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте гетеродина и осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения гетеродина в качестве опорного напряжения.

2. Устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее приемопередатчик, связанный с антенной и размещенный на биообъекте, относящемся к группе риска, сканирующий блок, состоящий из последовательно включенных задающего генератора, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной, и усилителя высокой частоты, последовательно включенных фазового детектора и компьютера, при этом приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, отличающееся тем, что оно снабжено гетеродином, смесителем, усилителем промежуточной частоты, перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и полосовой фильтр, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом гетеродина.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемые способ и устройство относятся к области поисково-спасательных работ и могут быть использованы для поиска засыпанных биообъектов или их останков в районах землетрясений, а также в альпинизме при поиске биообъектов, засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами.

Известны способы и устройства определения живых существ, попавших в завал (патенты РФ №№2116099, 2248235; ЕР заявка №0075199; Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М.: 1983, с.136-137 и другие).

Наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления» (патент РФ №2248235, А63В 29/02, 2003), которые и выбраны в качестве прототипов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит сканирующий блок и приемопередающий блок, размещаемый на объектах, относящихся к группе риска.

Сканирующий блок содержит задающий генератор, усилитель мощности, циркулятор, приемопередающую антенну, усилитель высокой частоты, фазовый детектор и компьютер.

Приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей.

Встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, нанесенных на поверхность звукопровода. Электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной.

Известные технические решения обладают низкой чувствительностью и малым динамическим диапазоном приемника сканирующего блока в связи с использованием схемы прямого усиления. Это приводит к уменьшению дальности считывания информации о биообъекте, что и является недостатком известных технических решений.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности и динамического диапазона приемника сканирующего блока, а также увеличение дальности считывания информации о биообъекте путем построения приемника сканирующего блока по супергетеродинной схеме.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способа обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, заключающегося в предварительном размещении на биообъекте, относящемся к группе риска, маломощного приемопередатчика, в качестве которого используют пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, облучении с помощью сканирующего блока засыпанного участка, под поверхностью которого может находиться биообъект или его останки, направленным электромагнитным сигналом, приеме его на засыпанном биообъекте или его останках, преобразовании в акустическую волну, обеспечении ее распространения по поверхности пьезокристалла и обратного отражения, преобразовании отраженной акустической волны опять в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучении его в эфир, приеме сканирующим блоком, усилении по амплитуде, регистрации выделенного модулирующего кода, соответствующего структуре встречно-штыревого преобразователя, анализе его и определении принадлежности засыпанного биообъекта или его останков, усиленный по амплитуде электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с напряжением задающего генератора, выделяют электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте гетеродина и осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения гетеродина в качестве опорного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее приемопередатчик, связанный с антенной и размещенный на биообъекте, относящийся к группе риска, сканирующий блок, состоящий из последовательно включенных задающего генератора, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной и усилителя высокой частоты, последовательно включенных фазового детектора и компьютера, при этом приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, снабжено гетеродином, смесителем, усилителем промежуточной частоты, перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, премножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и полосовой фильтр, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом гетеродина.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1 и 2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы способа и устройства для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, изображены на фиг.3.

Сканирующий блок содержит последовательно включенные задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, циркулятор 3, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной 4, усилитель 5 высокой частоты, смеситель 15, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 14, усилитель 16 промежуточной частоты, перемножитель 17, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 1, полосовой фильтр 18, фазовый детектор 6, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 14, и компьютер 7.

Приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла 8 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной 9, и набором отражателей 13.

Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 10, шины 11 и 12, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 9.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Задающим генератором 1 формируется высокочастотное колебание (фиг.3, а):

Uc(t)=Vc·Cos(способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с·t+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с), 0способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 tспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 Тс,

где Vc, способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с, способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания;

которое усиливается по мощности в усилителе 2 мощности:

U1(t)=V 1Cos(способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с·t+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с), 0способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 tспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 Тс,

и через циркулятор 3 поступает в рупорную приемопередающую антенну 4 и излучается в эфир. С помощью рупорной антенны 4 последовательно облучается засыпанный участок, где предположительно находится биообъект или его останки.

Электромагнитный сигнал U 1(t) принимается микрополосковой антенной 9 приемопередатчика, размещенного на биообъекте или его останках. Последний представляет собой пьезокристалл 8 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем ПАВ, который состоит из двух гребенчатых систем электродов 10, нанесенных на поверхность пьезокристалла 8. Электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 11 и 12. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 9.

Принимаемое гармоническое колебание U1(t) преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 8, отражается от отражателей 13 и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.3, в):

U2(t)=V 2·Cos[способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 c·t+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 к(t)+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с], 0способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 tспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 Tc,

где способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 к(t)={0, способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3, б), причем способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 к(t)=const при К·способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 э<t<(К+1)способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 э и может изменяться скачком при t=Кспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, ..., N-1);

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс (Тс=N·способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 э).

При этом внутренняя структура сформированного ФМн-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию о владельце, например фамилию, имя, отчество, год рождения и т.п.

Сформированный ФМн-сигнал U 2(t) излучается микрополосковой антенной 9 в эфир, принимается антенной 4 сканирующего блока и через циркулятор 3 и усилитель 5 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 15, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14 (фиг.3, д):

Uг(t)=Vг·Cos(способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г·t+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г).

На выходе смесителя 15 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты:

Uпр(t)=Vпр·Cos[способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 пр·t+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 к(t)+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 пр], 0способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 tспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 Tc,

где Vпр=1/ 2K1·V2 ·Vг;

K1 - коэффициент передачи смесителя;

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 пр=способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с-способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г - промежуточная (разностная) частота;

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 пр=способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с-способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г,

которое поступает на первый вход перемножителя 17, на второй вход которого подается высокочастотное колебание Uc(t) с выхода задающего генератора 1.

На выходе перемножителя 17 образуется напряжение (фиг.3, г):

U3 (t)=V3·Cos[способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г·t-способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г(t)+способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г], 0способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 tспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 Tc,

где V3= 1/2K2·Vпр·Vc;

K2 - коэффициент передачи перемножителя;

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте гетеродина и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 6. На второй (опорный) вход фазового детектора 6 в качестве опорного напряжения подается напряжение Uг(t) гетеродина 14. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 6 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, е)

Uн(t)=Vн·Cosспособ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 к(t),

где Vн=1/ 2К3·V3 ·Vг;

К3 - коэффициент передачи фазового детектора;

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.3, б). Это напряжение регистрируется и анализируется в компьютере 7.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков по сравнению с прототипами обеспечивают повышение чувствительности и динамического диапазона приемника сканирующего блока, а также увеличение дальности считывания информации о биообъекте. Это достигается путем построения приемника сканирующего блока по супергетеродинной схеме.

Следует отметить, что чувствительность приемника прямого усиления составляет 10-2 -10-3 Вт, в то время как чувствительность супергетеродинного приемника составляет 10-6 -10-8 Вт.

Кроме того, синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала осуществляется на стабильной частоте способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 г гетеродина, что не требует дополнительной фазовой синхронизации. Последняя была необходима при использовании для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала частоты способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2306159 с задающего генератора, так как на зондирующий и переотраженный сигналы воздействуют различные дестабилизирующие факторы.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2306159

patent-2306159.pdf

Класс A62B37/00 Способы и устройства для спасения жизни, не отнесенные к другим группам данного подкласса

летательный аппарат аварийно-спасательный -  патент 2337855 (10.11.2008)
манекен -  патент 2307689 (10.10.2007)
индивидуальное спасательное средство конструкции буркова л.н. -  патент 2285553 (20.10.2006)
устройство и способ аварийной эвакуации с высотных сооружений (варианты) -  патент 2271238 (10.03.2006)
устройство для фиксации и удерживания обломков завала разрушенных крупнопанельных зданий -  патент 2258548 (20.08.2005)
аварийно-спасательное средство -  патент 2251439 (10.05.2005)
способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления -  патент 2245733 (10.02.2005)
способ предупреждения повреждения оборудования и травматизма на стадионах -  патент 2231380 (27.06.2004)
способ обнаружения потерпевшего и точной доставки полезного груза для него при проведении поисково-спасательных операций -  патент 2223803 (20.02.2004)
способ биологической защиты -  патент 2208462 (20.07.2003)

Класс A63B29/02 канаты и прочие принадлежности для восхождения на горы, например лавинные шнуры; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например снежной лавиной

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления -  патент 2482896 (27.05.2013)
тормозной механизм для каната и троса "антипаник" -  патент 2422175 (27.06.2011)
спасательное устройство для спуска людей -  патент 2342176 (27.12.2008)
монтажный карабин и страховочная привязь -  патент 2335320 (10.10.2008)
способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления -  патент 2327498 (27.06.2008)
композиция для нитей, нити с улучшенными свойствами и применение этих нитей -  патент 2326999 (20.06.2008)
способ изготовления спасательного оборудования - светоотражающего устройства -  патент 2319640 (20.03.2008)
способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления -  патент 2248235 (20.03.2005)
карабин -  патент 2233191 (27.07.2004)
устройство для спуска -  патент 2177818 (10.01.2002)

Класс G01S13/00 Системы, использующие отражение или вторичное излучение радиоволн, например радарные системы Аналогичные системы, использующие отражение или вторичное излучение волн, в которых длина волн или тип волн несущественны

доплеровский радиоволновой извещатель с исполнительным устройством для охранной тревожной сигнализации -  патент 2529544 (27.09.2014)
способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией (брлс) -  патент 2529523 (27.09.2014)
способ скрытной радиолокации подвижных объектов -  патент 2529483 (27.09.2014)
способ определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей -  патент 2529355 (27.09.2014)
система радиозондирования атмосферы с пакетной передачей метеорологической информации -  патент 2529177 (27.09.2014)
способ поиска малозаметных подвижных объектов -  патент 2528391 (20.09.2014)
способ формирования радиолокационного изображения поверхности бортовой рлс, установленной на движущемся летательном аппарате -  патент 2528169 (10.09.2014)
способ измерения диаграмм эффективной площади рассеяния крупногабаритных объектов над границей раздела сред "воздух-земля" -  патент 2527490 (10.09.2014)
способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов -  патент 2527252 (27.08.2014)
датчик препятствия /варианты/ -  патент 2527196 (27.08.2014)
Наверх