Полная версия

Главная arrow Техника arrow АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Операции разминирования

Заминированные территории, остающиеся после окончания военных действий, представляют собой источники экстремальной опасности для мирных жителей. Работа по ручному разминированию является также опасной для жизни саперов, поэтому автоматизация операций разминирования, учитывая присутствие мин на территориях более чем 60 государств мира, является важной проблемой международного уровня.

В задачи мобильных автономных систем входят обнаружение всех типов мин сканированием территории их потенциального нахождения и обезвреживание. В работе мобильной системы, в общем случае, могут быть выделены следующие режимы: обнаружение мины, механическое разрушение мины во время обнаружения на месте, разрушение после обнаружения, удаление мин и их разрушение в безопасном месте.

С технической точки зрения мобильные системы для разминирования можно подразделить:

  • • по виду шасси - на колесные, гусеничные, шагающие, винтовые и гибридные;
  • • по среде применения - на наземные, подводные и воздушные.

Примером колесной автономной системы может служить радиоуправляемая система, предназначенная для нейтрализации мин на территориях, имеющих значительное количество растительности (рис. 3.28).

Колесная робототехническая система

Рис 3.28. Колесная робототехническая система

Производительность системы доходит до 800 м2/ч в зависимости от типа грунта и плотности растительности. Шасси системы имеет треугольный профиль, вершина которого направлена к поверхности перемещения, а также стальную обшивку толщиной 8 мм. Такая конструкция шасси позволяет минимизировать повреждения от возможного взрыва мины. Ходовая часть выполнена на основе четырех зубчатых колес, каждое из которых приводится в движение автономным двигателем, что улучшает маневренность системы, и устраняет необходимость использования таких узлов, как коробка передач, дифференциал и тормоз. Зубчатые колеса сделаны из стали толщиной 20 мм и легко восстанавливаются или заменяются. Испытания показали, что такие колеса противостоят взрыву большинства средних по мощности мин.

Для обеспечения свободного доступа к заминированной поверхности по ходу робота установлен блок удаления растительности, эффективной шириной обработки 1,2 м, имеющий тридцать шесть цепей, каждая из которых имеют длину 330 мм. Они подрезают растительность до высоты 25 мм и могут удалять кусты и небольшую поросль деревьев до 20 мм в диаметре. Цепи также активируют минные растяжки, которые встречаются по пути, инициируя тем самым, подрыв мин. Привод блока удаления растительности представляет собой гидравлический мотор, обеспечивающий вращение цепей со скоростью до 1300 об/мин.

Основными преимуществами этого робота являются возможность его использования на трудных, с точки зрения проходимости, минных полях, низкие эксплуатационные расходы, а также простота доставки к месту работы из-за сравнительно небольших габаритов и веса. Дистанционно управляясь, он несет на себе поисковое и извлекающее оборудование (рис. 3.29).

В качестве поискового минного оборудования может быть использован механический зонд, в котором для нахождения заложенной мины используется стальной щуп, совершающий под углом в 30° автоматические проникающие в грунт возвратно-поступательные движения.

Схема установки поискового и извлекающего минного оборудования

Рис. 3.29. Схема установки поискового и извлекающего минного оборудования

Щуп, одновременно с возвратно-поступательными движениями, может вибрировать или вращаться для более легкого проникновения в грунт. Датчик зонда дает информацию об объектах, с которыми щуп сталкивается в грунте.

Извлекающее оборудование представляет собой бортовой манипулятор с датчиками положения и усилий в захватном устройстве.

Процедура поиска заключается в первоначальном сканировании грунта в рабочей зоне с шагом 5 см. При обнаружении препятствия шаг сокращается до 2,5 см или меньше в зависимости от характеристик грунта, а система распознавания продолжает непрерывно анализировать собранные данные, определяя размер и форму скрытого объекта. Если объект распознается как мина, то выполняется процедура его извлечения.

Вращающаяся дистанционно управляемая колесная система (рис. 3.30) имеет три стальных колеса, расположенные под углами 120° друг к другу на общем каркасе, массой приблизительно по 80 кг каждое и толщиной 4 - 6 см. Они приводятся в действие независимыми компактными гидравлическими двигателями.

Благодаря такому расположению колес система может совершать вращательные движения. Различные скорости моторов колес позволяют организовывать их спиральное в проекции на разминируемую поверхность движение при поступательном перемещении каркаса.

Вращающаяся колесная система

Рис 3.30. Вращающаяся колесная система

В результате колеса непрерывно покрывают зону шириной 5 м в направлении движения каркаса с промежутками в 3 см, имитируя ширину ступни человека и его давление на поверхность, тем самым зондируя почву на предмет наличия мин.

В случае активации мины колесом система может быть повреждена, но благодаря простой конструкции легко восстановлена.

Для быстрой идентификации присутствия мин применяются также пассивные активаторы, например, дисковый зонд, закрепляемый на жесткой сцепке впереди транспортной системы (рис. 3.31).

Дисковый зонд

Рис. 3.31. Дисковый зонд

Дисковый зонд, перемещаясь по заминированной поверхности, активирует мины посредством создания давления около 1000 кг/м2 собственной массой, достаточного для срабатывания взрывателя. Конструктивно зонд выполнен из ряда стальных дисков, которые установлены с возможностью независимого перемещения относительно друг друга, массой по 50 кг каждый. Это позволяет зонду выдерживать многократные взрывы мин и эффективно функционировать на неровных поверхностях, действуя на них своим полным профилем. Использование этого метода существенно ускоряет процесс разминирования.

Гусеничные робототехнические системы выполняются на гусеничной ходовой части.

Дистанционно управляемый гусеничный транспортный модуль (рис. 3.32) снабжен по ходу движения вращающимся барабаном с зубьями из прочного карбидного материала.

Схема гусеничной робототехнической системы

Рис. 3.32 Схема гусеничной робототехнической системы

Они инициируют подрыв мины или перемалывают ее на безопасные части. Модуль эффективно обрабатывает грунт на глубину более 20 см. Для каменистых грунтов в барабане используются зубья из твердых сплавов, способных дробить скальные породы.

Другим примером использования гусеничного хода для перемещения робототехнических систем разминирования служит специальный плуг на бронированном гусеничном транспортном модуле (рис. 3.33).

Применение плуга позволяет увеличить скорость зондирования поверхности.

Бронированный гусеничный транспортный модуль

Рис. 3.33. Бронированный гусеничный транспортный модуль

Однако из-за того, что зубья плуга располагаются на значительном расстоянии друг от друга, некоторые мины могут остаться необезвре- женными по обе стороны движения в отвалах грунта. Таким образом, данная система может обеспечить только безопасный коридор за собой.

Шагающие системы используют для своего перемещения педи- пуляторы, что обеспечивает им наилучшую проходимость в условиях пересеченной местности (рис. 3.34).

Робот со сменными педипуляторами

Рис. 3.34. Робот со сменными педипуляторами

Сменные педипуляторы позволяют использовать на них различные рабочие инструменты (рис. 3.35).

Пример сменного рабочего инструмента в виде захватного устройства

Рис. 3.35. Пример сменного рабочего инструмента в виде захватного устройства

Первой операцией при разминировании может быть удаление травы из рабочей зоны поиска путем использования вращающегося резака. Для удаления мины в качестве рабочего инструмента применяется захватное устройство в форме лопатки. При необходимости подрыва мины применяется рабочий инструмент в виде детонатора на длинном рычаге. Основными недостатками такой конструкции являются высокая стоимость и низкая производительность.

Этих недостатков лишен мультисенсорный пневматический робот (рис. 3.36).

Мультисенсорный пневматический робот

Рис. 3.36. Мультисенсорный пневматический робот

Транспортная система робота базируется на пневматических приводных элементах и имеет робастную конструкцию повышенной проходимости. Это позволяет перемещать на его борту оборудование для разминирования массой до 100 кг по неровным и пересеченным местностям с углом наклона до 50°. Робот управляется посредством бортового процессора и оператора, находящегося в зоне безопасности, в интерактивном режиме. Педипуляторы робота обладают возможностью адаптации по высоте к препятствиям, что обеспечивает постоянство рабочего положения датчиков мин относительно поверхности перемещения.

Система имеет два режима управления. Первый режим - транспортный. В этом случае пневмоцилиндры перемешаются с максимальной скоростью, используя всю длину рабочего хода и обеспечивая максимальную скорость движения, блок сканирования выключен. Робот может изменять направление движения на требуемый угол, в том числе вращаться, в частности, посредством одновременного движения продольных цилиндров в противоположных направлениях при контакте их педипуляторов с поверхностью движения. Вторым режимом является режим обнаружения мин. В этом режиме блок обнаружения сканирует зону перед роботом. Траектория сканирования реализуется с оптимальной скоростью, соответствующей параметрам блока обнаружения. Благодаря такому сочетанию достигается повышенная производительность работы системы.

Винтовые системы построены на основе использования двух архимедовых винтов, которые перемещают корпус по поверхности. При этом одновременно задействуются левый и правый винты (рис. 3.37).

Вращение винтов в различных направлениях позволяет системе двигаться во все стороны и изменять направление движение с нулевым радиусом поворота. Винты выполнены на базе полых цилиндров, которые придают системе плавучесть, позволяя тем самым, исследовать болотистые и затопленные территории. Система оборудована блоком датчиков мин, бортовым контроллером и беспроводными линиями связи с оператором.

Винтовая система

Рис. 3 37. Винтовая система

Робот имеет на борту источники питания, электронную систему управления, микроволновый радар обнаружения мин и аппаратуру беспроводного канала связи, что дает возможность оператору, управляющему роботом дистанционно, наблюдать результаты сканирования поверхности в видеоизображении.

Подводные системы для разминирования строятся на базе автономных модулей, представленных в п. 3.4. Дополнительно может использоваться подводный мобильный робот с волнообразным механизмом передвижения относится к роботам, способным свободно плавать под водой (см. рис. 3.38).

Робот с волнообразным механизмом передвижения

Рис 3 38 Робот с волнообразным механизмом передвижения

Этот робот или их группа может быть доставлена в зону поиска торпедой без боезаряда или судном, с которого производится оперативное управление поиском с использованием акустического глубиномера и компаса. Пространственно сканируя водный путь перед судном, робот обнаруживает мины, которые затем обезвреживаются.

Дистанционно управляемые автономные воздушные системы позволяют обнаруживать мины с воздуха и исследовать большие области за короткое время. Такая высотная система (рис. 3.39) состоит из воздушной платформы, оснащенной блоком управления полетом, твердотельной камерой и инфракрасным датчиком.

Высотная автономная воздушная система

Рис. 3.39. Высотная автономная воздушная система

Воздушная платформа позволяет иметь на борту до 30 кг полезного груза и перемещаться со скоростью до 70 км/ч в автономном полете продолжительностью до 2 ч. За это время может быть обследована площадь радиусом до 10 км.

Система вертикального взлета используется как для взлета и посадки, так и для более точного поиска мин в требуемых местах. Система автоматического возвращения в исходную точку позволяет воздушной платформе найти стартовую позицию даже в случае потери связи с наземной станцией.

Для обнаружения мин и картографии минного поля применяется бортовое оборудование в составе инерциальной навигационной системы с дифференциальной глобальной системой навигации. Программирование заранее намеченных маршрутов позволяет использовать систему в автоматическом режиме управления или ручном - с наземной станции. Наземная станция устанавливается на транспортном средстве, доставляющем ее в рабочую зону. Она имеет компьютерную систему, которая позволяет оператору проводить управление полетом и рассматривать цветные изображения с борта воздушной платформы в реальном масштабе времени.

Примером воздушной системы для обнаружения мин с минимальной высоты служит низковысотная воздушная система (рис. 3.40). Ее номинальная высота полета составляет около 1,5 м над землей, что позволяет использовать на борту достаточно точные датчики обнаружения мин.

Низковысотная автономная воздушная система

Рис. 3 40. Низковысотная автономная воздушная система

Эта система имеет неметаллический корпус диаметром 2 м. Конструкция, собственной массой около 100 кг, может нести на борту полезный груз массой до 15 кг. Скорость перемещения системы может меняться от нуля в режиме парения до 60 км/ч в режиме полета.

Гибридные системы предназначены для использования синергетического эффекта от комбинации различных систем передвижения (рис. 3.41).

Гибридная система

Рис. 3.41. Гибридная система

Эта конструкция разработана для поиска мин на неровных ландшафтах. Робот имеет два пневматических педипулятора спереди, обладающих тремя степенями свободы каждый, и два колеса сзади, несущих на себе основной вес робота, а педипуляторы улучшают контакт с поверхностью и служат для преодоления препятствий. Колеса приводятся в действие независимыми электродвигателями.

Робот имеет шесть микроконтроллеров с нечеткой логикой для управления поршнями пневмоцилиндров педипуляторов, автономную систему управления колесами и центральный компьютер для общего интерактивного управления всеми системами робота. Габаритные размеры робота составляют 660 х 1110 х 400 мм.

Точное обнаружение положения мины является решающим фактором для успешного функционирования автоматического мобильного робота при выполнении задачи разминирования.

Датчики обнаружения можно подразделить согласно их функциональному принципу на механические, электромагнитные, ультразвуковые, тепловые, оптические, электрохимические и комбинированные.

Механические и электромагнитные датчики являются в настоящее время наиболее распространенными при проведении операций разминирования.

Традиционный метод обнаружения мин заключается в механическом зондировании почвы. Соответствующий датчик состоит из одного или более независимо приводимых в действие линейных модулей, оборудованных зондами 30 см длиной (рис. 3.42).

Схема механического зондирования мины

Рис. 3.42. Схема механического зондирования мины

Зонд должен проникать в землю под углом приблизительно в 30 градусов. Обратная связь по силе наряду с измерением положения зонда позволяет определить глубину нахождения объекта. Для обнаружения мины необходимо исследовать почву, по крайней мере, через каждые пять сантиметров, а чтобы определить ее контур, необходимо использовать более частый шаг вокруг точки, где обнаружено препятствие при зондировании. Датчик измеряет расстояние от исходной позиции до объекта на каждом шаге. Эти данные преобразуются в изображение объекта и анализируются по заданному алгоритму.

Приводная система датчика представлена на рис. 3.43.

Приводная система датчика зондирования

Рис. 3.43. Приводная система датчика зондирования

Положение и скорость зонда измеряются кодирующим устройством. Датчик усилия соединен с основанием зонда. Когда зонд находится выше поверхности земли, сила равна нулю. Касание поверхности земли зондом увеличивает усилие, и далее оно нарастает по мере проникновения в землю. Касание объекта приводит к резкому увеличению силы, что приводит к превышению заданного порога срабатывания датчика. Порог срабатывания задается, исходя из безопасного диапазона усилий, не приводящего к возможному детонированию мины от контакта с датчиком. Для противопехотных мин усилие детонации обычно находится между 30 Н и 150 Н.

Сигналы с датчика позволяют получить изображение мины. На рис. 3.44 показано изображение противопехотной мины типа РМА-3, смоделированной по данному методу. Форма мины цилиндрическая с диаметром 103 мм и высотой 36 мм. Из модели видно, что глубина залегания мины составляет 5 см. Собранные данные преобразуются к 256-уровнему образу серой шкалы.

К электромагнитным датчикам относятся радары для обнаружения мин. Их работа основана на генерировании короткого электромагнитного импульса в направлении поиска через широкополосную антенну.

Смоделированное изображение мины типа РМА-3

Рис. 3.44. Смоделированное изображение мины типа РМА-3

Отраженные сигналы формируют информационный вектор подземных объектов. Смещение антенны позволяет строить изображение по последовательным векторам.

Любая диэлектрическая неоднородность в почве, в том числе присутствие мины, вызывает отражение. Его интенсивность будет повышаться с увеличением диэлектрического коэффициента объекта. Мощность, воспринимаемая антенной, равна

где е - отражающая способность объекта, к - постоянная Больцмана, Т

- абсолютная температура объекта, В - полоса пропускания в Гц.

Эта формула точна в пределах 1 % для частот ниже 100 ГГц.

Система работает с номинальной частотой в 1 ГГц. Это позволяет обнаруживать мины на глубинах до 1 м при разрешении порядка нескольких сантиметров. Глубина обнаружения зависит от состава почвы. Например, песок ослабляет сигнал приблизительно на 1 децибел на метр глубины при частоте 1 ГГц, а глина - на 100 децибел на метр на той же частоте. Отраженная информация преобразуется в цифровую форму. Перемещая антенну по линии, можно построить изображение, представляющее вертикальный срез почвы.

На рис. 3.45 представлен радар, состоящий из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть, которая и является самим датчиком, состоит из антенны, излучателя, интерфейса, радиомодема и батареи. Неподвижная часть содержит компьютер, цифровой процессор сигнала, дисплей, радиомодем и аккумулятор. Обе части связаны между собой беспроводной связью.

Радар для обнаружения мин

Рис. 3.45. Радар для обнаружения мин

Чтобы получить изображение, система должна иметь точное текущее положение антенны. Это достигается с помощью индуктивного позиционирующего устройства, которое помещается перед сигнальной зоной датчика.

К другому виду электромагнитных датчиков относятся металла- детекторы. Работа металлодетектора основана на определении влияния металлических объектов на переменное электромагнитное поле. Поисковый элемент металлодетектора генерирует такое поле. При перемещении поискового элемента вдоль поверхности грунта приемная катушка в нем фиксирует изменения, вызванные металлическими объектами, и вырабатывает сигнал, указывающий на присутствие металла в грунте под поисковым элементом. Схема установки металлодетектора на шагающем роботе для автоматического поиска мин показана на рис. 3.46.

Результаты испытаний для трех уровней нахождения мин - на поверхности, на глубине 5 см и на глубине 10 см в песчаном грунте - приведены на рис. 3.47.

Схема установки металлодетектора на роботе I - металлодетектор

Рис. 3.46. Схема установки металлодетектора на роботе I - металлодетектор, 2 - платформа робота, 3 - кронштейн, 4 - узел настройки высоты, 5 - педипулятор, бмина, 7 - металлическая часть мины, 8 - опорный сигнал, 9 - отраженный сигнал

Максимальный выходной сигнал достигается при нахождении мины на поверхности и уменьшается с увеличением глубины.

Сигнал обнаружения появляется примерно за 20 мм до достижения проекции центра металлической части мины, при этом максимальный сигнал вырабатывается непосредственно над центром металлической части, а дальность обнаружения практически не зависит от глубины закладки мины.

Выходные сигналы с металлодетектора

Рис. 3.47. Выходные сигналы с металлодетектора

Акустическая система обнаружения мин показана на рис. 3.48.

Акустическая система обнаружения мин

Рис. 3.48. Акустическая система обнаружения мин

Передатчик посылает лазерный импульс в направлении залегания мины. В результате в почве образуется акустическая волна. Одна часть этой волны отражается поверхностью почвы, а другая часть - находящимися в ней объектами, что фиксируется приемником акустических сигналов. Таким образом, полученный сигнал представляет собой смесь отраженных волн от земли и мины. Эта процедура измерения повторяется по алгоритму получения двумерной сетки данных, анализ которой позволяет локализовать и охарактеризовать заложенную мину.

Поскольку распространение и рассеивание акустических волн через землю является сложным физическим процессом, то для обработки результатов используются специальные нелинейные математические фильтры.

На рис. 3.49 (а) показан полученный образ мины до обработки изображения, а на рис. 3.49 (б) - после использования фильтра Винера. Обычный режим использования ультразвука состоит в генерировании в среду волны с частотой более 20 кГц. Эта волна отражается на границах между материалами с различными акустическими свойствами.

Акустические изображения мины

Рис. 3.49. Акустические изображения мины

Такие системы особенно хорошо функционируют с влажными почвами или под водой. На рис. 3.50 приведено пространственное изображение подводной мины, полученное при трехмерном сканировании объекта.

Трехмерный образ мины при ультразвуковом подводном сканировании

Рис 3.50 Трехмерный образ мины при ультразвуковом подводном сканировании

Использование тепловых датчиков для обнаружения мин основано на том, что мины сохраняют и излучают тепловую энергию иначе, чем окружающая среда.

В результате естественного изменения температуры в течение суток появляется возможность измерить тепловой контраст между почвой и залегающей в ней миной, используя инфракрасные камеры. Максимальная глубина нахождения мины при этом составляет 15 см.

Инфракрасное изображение минного поля, полученное камерой, помещенной на высоте 3 м от поверхности земли под углом 40 градусов в дневное время, приведено на рис. 3.51.

Дневное инфракрасное изображение минного поля

Рис. 3.51. Дневное инфракрасное изображение минного поля

Места расположения мин представляют собой светлые пятна. Ночное изображение того же места показано на рис. 3.52.

Ночное инфракрасное изображение минного поля

Рис. 3.52. Ночное инфракрасное изображение минного поля

В этом случае места расположения мин представляют собой светлые пятна. Такой режим измерения является пассивным. Его результаты существенно зависят от состояния окружающей среды и периода измерения. Вечером и утром тепловой контраст незначителен и мины практически невозможно обнаружить. Листва на почве также создает дополнительные проблемы. Эти трудности обусловливают использование активного инфракрасного измерения, при котором зона измерения предварительно прогревается микроволновым излучением. Результаты активного инфракрасного обнаружения мины представлены на рис. 3.53.

Активное инфракрасное обнаружение мины

Рис. 3.53 Активное инфракрасное обнаружение мины

Из рисунка, показывающего температурное сечение почвы с заложенной в ней миной, видно, что после нагрева исследуемого участка место расположения мины по центру исследуемой зоны четко выделяется на общем фоне.

Оптические датчики используются для обнаружения мин на поверхности. Такой датчик обычно представляет собой видеокамеру и подсвечивающее устройство для обеспечения возможности использовать датчик в темное время суток.

Гиперспектральные датчики собирают данные в пределах от видимого до инфракрасного спектра (0.4 - 2.4 мкм). Для бортовых датчиков, используемых на воздушных системах, пространственное разрешение меняется от метров до десятков метров и, прежде всего, является функцией высоты полета. Практические результаты были получены до высот в 300 м. Использование специальных алгоритмов обработки изображений позволяет уменьшить вероятность ложных срабатываний от разнообразия фона и освещения. Датчик способен обнаружить также мины, частично закрытые растительностью.

На рис. 3.54 слева показано изображение региона, содержащего мины на поверхности, полученное с высоты 300 м. Справа приведено изображение того же самого региона после обработки данных.

Ги перс пек тральная техника обнаружения мин

Рис. 3.54 Ги перс пек тральная техника обнаружения мин

Каждая мина идентифицируется в виде белого пятна. Вероятность обнаружения мины для этого изображения равнялась 100 %.

Зарытые мины не могут быть обнаружены этим способом непосредственно, но косвенно позволяют наблюдать различия в отраженных спектрах из-за нарушения однородности растительности и поверхности почвы.

Химические датчики позволяют обнаруживать любые типы мин, включая безоболочковые взрывные устройства, поскольку они реагирует непосредственно на наличие молекул взрывчатого вещества. Эти молекулы могут быть определены путем измерения интенсивности опорного излучения при взаимодействии с анализируемой средой. Схема датчика, основанного на данном методе, показана на рис. 3.55.

Схема химического датчика

Рис. 3.55. Схема химического датчика:

  • 1 - источник опорного излучения, 2 - линза, 3 - стекла, 4 - полимер,
  • 5 - фильтр, б - регистрирующее устройство,
  • 7 - зона с анализируемой средой

Источником опорного излучения служит диод, излучающий свет определенного спектра. Свет проходит через линзу, которая фокусирует луч и направляет его на систему боросиликатных стекол, покрытых тонкой пленкой полимера. Стекла играют роль плоского волновода, который проходит через зону анализа среды. Свет взаимодействует со средой, в результате чего генерируется излучение, несущее информацию о химическом составе среды. Это излучение, проходя через фильтр, попадает на регистрирующее устройство.

Нейтронный метод позволяет получить информацию относительно количества атомов водорода, которое связано с наличием мины в почве. Принцип работы датчиков, основанных на этом методе, поясняется на рис. 3.56. Тонкими линиями показаны траектории нейтронов.

Нейтронная система обнаружения мин

Рис. 3.56. Нейтронная система обнаружения мин

Нейтронный источник помещается над почвой вместе с тепловым нейтронным датчиком. Количество отраженных от почвы нейтронов главным образом зависит от содержания водорода в почве. Почти во всех случаях концентрация водорода в мине выше, чем в окружающей ее почве. Поэтому, если датчик проходит над миной, им обнаруживается увеличение нейтронного потока. Изменение расстояния между датчиком и почвой значительно влияет на количество детектируемых нейтронов. В связи с этим целесообразно использовать два идентичных датчика, установленных на некотором расстоянии друг от друга, с источником, помещенным точно в середине между ними. Таким образом, создается базовая линия по интенсивности нейтронного потока.

Пример сигналов при обнаружении мины диаметром 20 см, заложенной на глубине 3 см, при расстоянии измерительной системы до почвы 5 см, расстоянии между двумя датчиками 16 см приведен на рис. 3.57.

Нейтронный метод обнаружения мин

Рис. 3.57. Нейтронный метод обнаружения мин

Сканирование проводилось на дистанции 1 м с размером шага 2 см и измерением в течение 20 с на каждом шаге. Положение мины соответствует максимальным показаниям датчиков.

Сейсмические методы также могут быть использованы для обнаружения всех типов мин под землей, даже содержащих небольшое количество металлических частей. Причина этого состоит в том, что мины имеют механические свойства, которые значительно отличаются от таковых для почвы или металлических осколков. Скорость волны во взрывчатом веществе и пластмассах, используемых в минах, приблизительно в 20 раз выше, чем в почве. Кроме того, мины представляют собой довольно сложные механические конструкции с воздушными полостями. Это приводит к структурному резонансу, нелинейным взаимодействиям и другим явлениям, по которым можно отличить мину от, например, металлических осколков.

Бесконтактный характер работы этих датчиков позволяет исследовать поверхность почвы рядом или над миной. Это существенно увеличивает эффект обнаружения мин с помощью упругих волн. На рис. 3.58 показана конфигурация сейсмической системы обнаружения.

Сейсмическая система обнаружения мин

Рис 3 58. Сейсмическая система обнаружения мин

Система состоит из бесконтактного датчика и источника сейсмических колебаний частотой до 1000 Гц, который генерирует упругую поверхностную волну в почве. Она воздействует на поверхностный слой земли и заложенную в нем мину, при этом колебания мины отличаются от колебаний почвы, так как их свойства отличаются по упругости. Датчик улавливает эти отличия и детектирует положение мины.

На рис. 3.59 показано изображение мины TS-50 АР, полученное сейсмической измерительной системой.

Результаты сейсмического измерения

Рис. 3.59. Результаты сейсмического измерения

Мина была заложена на глубине 3 см, при этом на почве имелась сухая растительность. На изображении ясно видно местоположение мины в виде светлого контура. Фильтрация сигналов позволила получить образ мины без фона от мелких объектов и растительности.

Таким образом, датчики обнаружения мин используют различные методы измерения, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, поэтому необходимым является исследование их оптимальных комбинаций на одной мобильной системе с последующим совместным анализом результатов измерений для повышения надежности обнаружения мин и повышения эффективности операций разминирования.

Контрольные вопросы

  • 1. Что входит в состав робототехнического комплекса для работ в атомном реакторе?
  • 2. Как функционирует комплекс дезактивации?
  • 3. Как автоматизируется операция вырезания отверстия над уровнем горящего топлива в стенке резервуара?
  • 4. В чем заключается принцип двухступенчатой системы вакуумного захвата?
  • 5. Из чего состоит конструкция робота для автоматизации монтажа дюбелей?
  • 6. Как реализуется схема сканирующего транспортного модуля подводного робота?
  • 7. Какие мобильные системы используются для автоматизации операций разминирования?
  • 8. Какие датчики позволяют обнаружить взрывчатые вещества?
  • 9. На чем основана работа металлодетектора?
  • 10. Как проводится пассивное и активное обнаружение мин с помощью тепловых датчиков?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>