專利名稱：地(水)下傷員探尋儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電、磁探測技術領域。
在現代化建設中，民用、國防的大型建筑施工以及在礦坑、隧道、涵洞和滑坡、地震、水災等自然災害發生時，利用儀器快速、準確地探測出被埋(淹)傷員的位置或重要財產、設施，是能否救出傷員或挽救損失的關鍵所在。
在本實用新型以前的現有技術中，利用被動磁定位技術探尋被測物體的距離、位置，已是較為成熟的現有技術，例如利用被動磁定位探測坦克距離、利用帶有磁發生器的固定裝置確定繪圖筆的軌跡、利用磁傳感器定位裝置控制步進電機的旋轉等。作為磁定位技術的關鍵部件磁傳感器，在現有技術中也是多種多樣，因使用功能不同而有所不同，例如CN2032728U實用新型專利中的磁敏傳感器，其最大測試距離只有15mm。至今為止，尚沒有見到用于探測被埋在地下(或水中)的傷員或貴重物品的切實可行的商品儀器問世。這是因為(1)土壤或水的介電常數要比空氣大數十倍以上，通常在空氣中很強的高頻電信號入土后就會很快衰減，而被埋在地下傷員的呼救信號也會因土壤與空氣界面的反射和急劇的衰減而根本不可能收到信號；(2)若采用低頻信號，則由于其電氣尺寸、工程規模都十分龐大，這對于需要機動式探尋地下傷員的便攜式儀器來說顯然無法接受；(3)現有技術的磁傳感器大多作用距離都非常小，一般為毫米或厘米級，這對于探測地下10米左右的傷員來說，根本不能應用；(4)就目前現有的其他技術如人體紅外幅射技術、超聲技術、激光技術等，也都由于儀器的檢測靈敏度、幅射信號的微弱、儀器裝置的復雜、昂貴以及不便于攜帶等而不能做為本探尋儀考慮的技術方案。
針對上述現有技術狀況，本實用新型的目的在于
(1)應用多技術、多途徑的相互結合，提供一種可以滿足地下探測深度為10米左右、地面探測范圍在500米左右的靈敏度高、體積小、攜帶方便、連續工作時間長的地(水)傷員救援探尋儀；(2)提供一種可通用于地(水)下探測的微功耗、高靈敏度的磁傳感器和以該磁傳感器為核心的磁接收探頭；(3)提供一種供甚低頻發射與接收的短天線調諧匹配技術。
現將本實用新型技術解決方案敘述如下為了完成在各種情況下槍救地下傷員的探測任務，必須采用多途徑、多技術的相互配合，以解決既要滿足遠距離、大范圍的搜尋，又要保證具有高分辯率的地下精確探測之間的矛盾。本實用新型地(水)下傷員探尋儀，具有確定事發地點徑、緯度的全球衛星定位系統(GPS)的微型接收機，其特證在于還具有確定方位角的電定向發射機、接收機；確定地下精確位置的磁定位發射機、接收機；進行交匯計算和數據處理的便攜式計算機，其中電定向發射機和磁定位發射機是由被埋在地下的傷員個人或班組隨身攜帶，為了防止事發時電定向發射機不在身邊(因體積較大)，班組長身上還可帶一遙控發射器，在地下遙控電定向發射機，使其發出甚低頻信號；(GPS)接收機和電定向接收機根據實際情況選用，均可直接與便攜式計算機連接；在大體位置確定后，用磁定位接收機就可直接探測透射出地面的脈沖式磁場源信號(見
圖1)。利用GPS技術對一個地域的徑、緯度的確定，已是成熟的現有技術，本實用新型在需要時僅是直接應用問題，但是對于500米左右方位角的確定和對10米左右深的地下精確定位，卻需要解決幾個技術難點1、本實用新型電定向的發射與接收所設計采用的無線電波頻率是15～300KHz的甚低頻，其波長范圍在20Km～1Km之間，如此波長，其理論匹配天線的長度就應在5Km～250m米之間，這顯然是不可實施的。為此，本實用新型采用了單回路電感自調諧、非平衡大電流環形技術，設計了短天線調諧匹配等效電路，如圖2所示。收機所選用的頻點采用窄帶濾波器。電定向發射機原理框圖如圖3所示包括振蕩器、調制器、信號發生器以及預放、功放、調諧電路，電定向發射機還可增設遙控接收電路，以接收地下發來的遙控發射信號。電定向接收機原理框圖如圖4所示包括接收通道、解調器和信號處理單元。這些技術的采用使得電定向發射與接收僅用10米長的天線就解決了問題。可使天線電流達到1.2A～1.8A，滿足了電定向接收探測的要求，很好地解決了采用甚低頻電定向的發射與接收問題。2、要精確測量地下10米左右傷員的準確位置，需要改變傳統的測量模式，改電信號的拾取變為磁信號的拾取測量技術，因為電信號從地下傳播到地面被土壤消耗了大部分能量，使其幾乎沒有能量再穿越地面與空氣的界面，而根據磁偶極子場理論，土壤的磁導率系數卻與空氣的磁導率系數值基本相同，磁偶極子穿越地面時不發生界面損耗，同時，由于磁偶板子場分量與電流源和偶極子長度成正比，與磁場距離成反比，且場量有方向性，在垂直方向上磁信號的值最大。但是由于磁偶極子場是一個變化非常大的不穩定感應場區域，人們認為這是一個極為不利的因素，故一般不在這個感應場區域考慮技術應用。本實用新型卻正是利用了這一感應場區域的信號隨距離值變化非常大的特性，同時又利用了土壤和空氣磁導率基本不變的特性，采用了無載波、磁偶極子感應幅射檢測技術，設計了單線圈式微功耗，高靈敏度傳感器，作為磁定位接收探頭的核心，接收由地下磁發射器發射的磁偶極子場信號。磁傳感器電路原理框圖如圖4所示由激勵器、換能器和解調放大電路組成；解調放大電路如圖5所示包括濾波、運放及低噪聲前置放大部分。以磁傳感器為核心的二分量、三分量磁定位接收探頭原理框圖如圖6所示除包括二個或三個垂直分量的磁傳感器之外，還包括金濾波整流、電平探測、控制邏輯、傳輸門和整形電路部分。攜帶在傷員身上的磁發射機電路原理框圖如圖7所示；該電路省去了傳統設計所常需要的整流、調制等許多電路，僅由振蕩器、放大器和電源三部分組成，使其電路非常簡單，小巧靈瓏，不僅優化了信號格式，而且可實現低功耗的長時間連續發射。磁接收機由二分量或三分量的磁探頭、信號處理單元和單片機構成，磁探頭產生的感應電壓信號經單片機處理后所顯示的值就是地下傷員所埋的位置。
下面對本實用新型附圖作進一步說明；圖1本實用新型探測儀器系統框圖圖2短天線匹配調諧等效電路圖3電定向發射電路原理框圖圖4磁傳感器電路原理框圖圖5磁傳感器解調放大電路圖6二分量或三分量磁探頭電路原理框圖圖7；磁發射機電路原理框圖其中圖2中的電容C1電感L3電容C3串接；電感L1接地；電容C2與電感L2并接，可使感應的電感電容兩對電參量相互匹配，得到最大的電流值。
圖5中，由電感I1、電容C2電解電容C1構成的濾波電路將濾波信號送入運放器N1，由電容C3、電阻R1與高低通有源濾波器耦合，構成低噪聲前置放大，最后經N2放大器、穩壓管D1輸出一個信號幅度。
本實用新型地(水)下傷員探尋儀的工作過程是這樣的，當救援工作開始后，首先將電定向接收機在救援車附近1～3米處地面展開，然后將GPS接收機天線裝在吸盤上，并置于救援車頂部的金屬蓋上，把天線引入車內，將高頻接頭連在主機上，并用專用電纜連結GPS接收機和計算機。將磁探頭電纜連在主機電纜上。轉動電定向接收機環形天線，使接收信號的輸出達到最大值，輸入計算機。啟動GPS定位程序，測出A點徑、緯度，轉移至B點后，同樣測出B點徑、緯度，輸入計算機交匯計算，找出概略位置。再由救援人員手持磁定位接收機在該位置探尋，當顯示器數字在1～12米的范圍內出現最小值時，其探頭的正下方即為磁發射機位置，也即傷員被掩埋位置。上述過程可用于大規模范圍探尋或局部戰爭環境或自然災害發生時。對于事發地點明確的地區，如礦井塌方、樓房倒塌等，則可直接用本實用新型的磁定位儀即可。
本實用新型可達到的主要技術指標為1、磁發射機磁距0.65A.m2；連續工作時間30小時以上2、磁接收機磁靈敏度0.68V/A/m；充電一次連續工作時間；250小時3、磁定位機探測距離地下10米+1.5米4、系統工作可靠度R年=0.98265、電定向機探測范圍500米以上6、電定向發射機連續工作時間10小時以上7、電定向接收機帶寬1KHz靈敏度30uV/m連續工作時間36小時以上本實用新型同現有技術相比，運用電定向粗測和磁定位精測相結合的總體設計思想，巧妙地解決了遠距離與高分辯率的矛盾，保證了總體技術指標的實現。具有體積小、靈敏度高。攜帶方便操作簡單的特點，為迅速救援被埋地下傷員提供了理想的探尋儀。
本實用新型在軍事上、民用上都具有廣闊的應用前景，如瞄準射擊。引信應用、水(地)下通信、交通調度、車輛防撞、物理探礦、磁場育種、土質鑒別、醫用磁化血療技術。磁化醫療設備等等。這一技術的推廣應用，其軍事、民用的社會、經濟效益是相當可觀的。
權利要求1.一種地(水)下傷員探尋儀，具有確定事發地點徑、緯度的全球衛星定位系統(GPS)的微型接收機，其特征在于還具有確定方位角的電定向發射機、接收機；確定地下精確位置的磁定位發射機、接收機；進行交匯計算和數據處理的便攜式計算機；電定向發射機包括振蕩器、調制器、信號發生器以及預放、功放、調諧電路，還可增設接收地下遙控發射信號的遙控接收電路；電定向接收機包括接收通道、解調器和信號處理單元；磁定位發射機由振蕩器、放大器和電源三部分構成；磁定位接收機包括磁傳感器為核心的二個或三個垂直分量的磁傳感器和全濾波整流、電平探測、控制邏輯、傳輸門和整形電路。
2.根據權利要求1所述的一種地(水)下傷員探尋儀，其特征在于所述的電定向發射與接收采用了單回路電感自調諧、非平衡大電流環形技術設計短天線匹配調諧等效電路。
3.根據權利要求1所述的一種地(水)下傷員探尋儀，其特征在于所述的磁定位機中的磁傳感器由激勵器、換能器和解調放大電路組成；解調放大電路包括濾波、運放及低噪聲前置放大器。
4.根據權利要求2所述的一種地(水)下傷員探尋儀，其特征在于所述的電定向機中的短天線匹配調諧等效電路中電容C1、電感L3、電容C3串接；電感L1接地；電容C2與電感L2并接。
專利摘要本實用新型涉及一種用于地(水)下傷員救援探尋儀,特征是具有確定方位角的電定向發射機、接收機;確定地下精確位置的磁定位發射機、接收機;進行交匯計算和數據處理的便攜式計算機,設計了可探測地下十多米深的磁傳感器,同現有技術相比,具有體積小、靈敏度高、攜帶方便操作簡單的特點,為迅速救援被埋地下傷員提供了理想的探尋儀。這一技術的推廣應用,其軍事、民用的社會、經濟效益是相當可觀的。
文檔編號G01V3/12GK2311005SQ9723982
公開日1999年3月17日 申請日期1997年9月5日 優先權日1997年9月5日
發明者曲令江, 楊昌茂, 董振旗, 姚敏立, 弟宇鳴, 楊斌 申請人:中國人民解放軍第二炮兵后勤科學技術研究所