Wojna na Ukrainie zbliża się do końca a po wojnie nastąpi odbudowa , dla której dużym problemem będzie rozminowanie pół i dróg , które zaminowali wrogowie i własne wojska. Historycznie problem min ujmując należy wspomnieć o polskim konstruktorze z II WŚ Józefie Kosackim, który wynalazł detektor min zastosowany już pierwszy raz podczas bitwy El Alamein, która rozpoczęła się 23.10.1942 roku. Feldmarszałek Erwin Rommel – spodziewając się ataku aliantów – rozkazał ułożyć rozległe pola minowe zawierające, jak obliczali Niemcy, 445 tys. min, w tym 14 tys. przeciwpiechotnych. Niemiecki „lis pustyni” nie wiedział jednak, że jego przeciwnik – gen. Bernard Law Montgomery ma asa w rękawie. Dzięki użyciu 500 dopiero co wyprodukowanych polskich wykrywaczy min wojska brytyjskie błyskawicznie wykonały przejścia w polach minowych i obeszły pozycje przeciwnika. Saper z polskim wykrywaczem mógł usunąć w godzinę aż 200 min, podczas gdy wyposażony w bagnet jedynie 100. Szkoda, że Józef Kosacki nie opatentował swojego rozwiązania, ale przekazał je w darze Armii Brytyjskiej za co został uhonorowany listem dziękczynnym od króla Jerzego VI. Jedno jest pewne, że jego nazwisko zapisało się w historii polskich inżynierów i matematyków, którzy znacząco przyczynili sie do skrócenia II WŚ, obok już opisanych na moim blogu twórców Enigmy, peryskopu Gundlacha czy krótkofalówki Magnuskiego. Zasada działania urządzenia oparta jest na wykorzystaniu mostka elektrycznego, którego równowaga jest zakłócana, gdy urządzenie zbliżane jest do metalowego przedmiotu. W skrzynce wykrywającej – talerzu znajdują się dwie cewki jedna nad drugą. Jedna z cewek połączona jest ze słuchawkami druga z generatorem fal o słyszalnej częstotliwości. Aby przystąpić do wykrywania min należy zestroić cewki za pomocą potencjometrów w skrzynce regulacyjnej i śrub umieszczonych na talerzu na tzw. “punkt ciszy” – indukcyjność wzajemna obu cewek jest wtedy zbliżona do zera. Teraz gdy zbliżymy talerz do metalowego przedmiotu nastąpi zakłócenie równowagi pola magnetycznego cewek i w słuchawkach pojawi się sygnał akustyczny – tak zasadę działania urządzenia opisał Michał Pacut z Muzeum Wojska Polskiego, które jest w posiadaniu jedynego oryginalnego egzemplarza Polish Mine Detector Mark 1.
Zakładam, że moje poszukiwania dokumentacji Mark I zakończyły się sukcesem po odnalezieniu oryginalnej amerykańskie dokumentacji” Technical Manual Detectors sets SCR-625A-E and Detector Anti Tank Mine Portable M-1, z 6.04.1943 INSTRUKCJA TM-11-1122, która może być podobna do dokumentacji Mark1.
Zasada działania detektora min SCR-625 oparta jest na zasadzie balansowania wzajemnego mostka indukcyjny, (29,30,31). Trzy indukcyjności zawarte w cewce (22) stanowią główny element mostka. Induktancje L2 i L4 są podłączone do źródła napięcia sinusoidalnego. To napięcie o częstotliwości 1000 cykli na sekundę jest generowane przez obwód oscylatora typu push-pull (przeciwsobny), (20). Indukcyjność L3 jest podłączona do strojonego dwustopniowego wzmacniacza audio, którego napięcie wyjściowe jest przykładane do rezonatora (23) i miernika prostownikowego 0-1 miliampera (24) Indukcyjności L2 i L4 są połączone szeregowo tak, że ich pola są przeciwstawne, a łączna indukcyjność wzajemna względem cewki L3 wynosi w przybliżeniu zero. Kompletna równowaga jest osiągana przez zastosowanie dostrojonych cewek kompensacyjnych (29, 30 i 31) znajdujących się w skrzynce sterowniczej. Gdy indukcyjność wzajemna między dwiema cewkami nadawczymi (L2 i L4) a cewką odbiorczą (L3) wynosi zero, na wejściu wzmacniacza nie będzie napięcia sygnału Obecność metalu w polu tych cewek zmienia ich indukcyjność wzajemną, a w cewce odbiorczej (L3) indukowane jest napięcie sygnału. Cewka (L3) jest połączona z wejściem wzmacniacza i całe zwiększone napięcie sygnału jest dostarczane do rezonatora (23) i miernika wskazującego (24).
Reaktywną równowagę mostka uzyskuje się poprzez regulację dwóch elementów sterujących. Jeden z tych elementów sterujących (31) zapewnia zgrubną kompensację. Drugi (29) jest używany jako regulacja dokładna po zbliżeniu kompensacji zgrubnej. Równowagę uzyskuje się poprzez regulację sprzężenia pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym odpowiednio sprzężonych cewek 29 i 31 za pomocą żelaznych rdzeni. Równowaga rezystancyjna mostu jest osiągana przez regulacja sprzężenia między pierwotną a prawidłowo sprzężone wtórne cewki 30 za pomocą mosiężnego rdzenia.. Obwód testowy składający się z jednego zwoju przewodu (L1) zespole cewki poszukiwawczej, rezystor (11) i przycisk testowego przełącznika (28) w skrzynce sterowniczej, który służy jako punkt odniesienia obwodu regulacji kompensatora akumulatora (12) (rys. 16), Gdy przycisk przełącznika testowego (28) jest zamknięty, częściowe zwarcie cewki testowej L1, zaburza równowagę rezystancyjną i reaktywną; między cewkami nadajnika (L2 i L4) a cewką odbiornika (L3). Sygnał pojawiający się na wyjściu wzmacniacza, gdy ten obwód testowy jest używany, jest mniej więcej taki sam, jak zostałby wyprodukowany przez minę przeciwpancerną o rozmiarach średnicy osiem cali, którego środek znajduje się 24 cale od centrum wyszukiwania. Odchylenie na wizualnym mierniku wyjściowym dla tego stanu jest na pozycji „6”.
Budowa wzmacniacza akustycznego zapewnia , że napięcie wytwarzane w cewce odbiorczej (L3) jest podawane na siatki lampy 21-1 , poprzez transformator w którym wtórny obwód jest dostrojony do 1000 cykli przez kondensator 13. Obwód anodowy lampy 21-1 jest dostrojony do 1000 cykli przez dławik 2 i trymer 15. Sygnał wyjściowy lampy 21-1 jest podawany na siatkę drugiego stopienia wzmacniacza lampa 21-2 przez kondensator sprzęgający 14-1. Napięcie polaryzacji siatki lamp 21-1, 21-2 regulowane jest przez potencjometr 12 połączony szeregowo z z minusem baterii B. Napięcie polaryzacji podawane jest poprzez rezystory 10-1, 10-2 połączone z kondensatorami obejściowymi 19-1 19-3. Wyjście stopnia wzmacniacza 21-2 jest połączona z rezonatorem (23) i miernikiem mocy (24) przez transformator 3. Oscylator przeciwsobny zawiera lampę 20, transformator 4, elementy układu przeciwsobnego. Częstotliwość oscylacji jest kontrolowana przez indukcyjność uzwojenia transformatora 4 w obwodzie siatki i anody lampy 20 oraz pojemności kondensatorów 1,7 i 14,2. Rezonator akustyczny 23 sygnalizuje obecność metalu w ziemi poprzez zmianę tonu sygnału wzorcowego 1KHz. Jednocześnie analogowy wskaźnik wychyłowy 24 pokazuje wychylenie wskazówki miernika. Układ detektora min zasilany jest przez dwie baterie 32-1 i 32-2 o napięciu 1,5V i 103,5V.
UA148677 БЕЗПІЛОТНИЙ ЛІТАЛЬНИЙ АПАРАТ, ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ЛІЦЕЙ НАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ УКРАЇНИ „КПІ” М. КИЄВ,Клименко Ігор Євгенович, Публікація: 1.09.2021. Wzór użytkowy przedstawia bezzałogowy statek powietrzny, który zawiera ramę, a także co najmniej jeden silnik elektryczny ze śmigłem i kontrolerem prędkości, kontroler lotu oraz wykrywacz metalu przymocowany do ramy lub korpusu. Jednocześnie na ramie lub korpusie montuje się naczynie z farbą, aby zaznaczyć położenie metalowych przedmiotów znajdujących się na ziemi lub zakopanych w niej.
Absolutną zaletą tego urządzenia jest możliwość zdalnego wykrywania obiektów metalowych na ziemi lub zakopanych, w tym tak niebezpiecznych jak różnorodna amunicja, w szczególności miny i pociski artyleryjskie. Jednocześnie pomiędzy wykryciem przedmiotu metalowego, w szczególności amunicji, a jego pozbyciem się lub oznaczeniem jego potencjalnie niebezpiecznego miejsca upływa pewien czas, w którym osoby postronne mogą stać się ofiarami określonej amunicji. Podstawą użytecznego modelu jest zadanie ulepszenia bezzałogowego statku powietrznego którego nowa konstrukcja skraca czas oznaczenia lokalizacji wykrytego przedmiotu metalowego np. niebezpiecznego jak amunicja, co ułatwia dalszą obsługę wskazanego przedmiotu (usuwanie z ziemi, usuwanie na miejscu itp.) bez narażanie ludzi (wojskowych i cywilów) na ryzyko.
Zadanie rozwiązuje fakt, że w bezzałogowym statku powietrznym zawierającym ramę lub nadwozie, a także co najmniej jeden silnik elektryczny ze śmigłem i regulatorem prędkości, kontroler lotu oraz wykrywacz metalu zamocowany na ramie lub nadwoziu. Według proponowany wzór użytkowy, naczynie z farbą montuje się na ramie lub korpusie w celu zaznaczenia lokalizacji metalowych przedmiotów znalezionych na lub w glebie. W najbardziej akceptowalnych przykładach urządzenia pojemnik z farbą wykonany jest w postaci puszki aerozolowej, a farba ma właściwości świecące. Zamocowanie na ramie lub korpusie aparatu naczynia z farbą do zaznaczania lokalizacji metalowych przedmiotów znajdujących się na ziemi (w gruncie) pozwala niemal natychmiast zaznacz wskazane miejsca dla bezpieczeństwa ludzi przed uszkodzeniem lub dalszym szybkim odnalezieniem wskazanych obiektów bezpośrednio na terenie.
Wykonanie pojemnika z farbą w postaci puszki aerozolowej, ze świecąca farbą, zapewnia prostotę i sprawność znakowania oraz całodobowe odnalezienie lokalizacji wykrytych metalowych przedmiotów. Istotę użytecznego modelu wyjaśnia rysunek, który pokazuje schemat budowy i działania proponowanego urządzenia. Bezzałogowy statek powietrzny zawiera ramę lub nadwozie 1, a także jeden lub więcej silników elektrycznych 2 ze śmigłami 3 i regulatorami prędkości, kontroler lotu (niepokazany) i wykrywacz metalu (niepokazany) zamocowany na ramie lub nadwoziu 1 , podczas gdy naczynie 4 z farbą 5 jest również zamontowane na ramie lub korpusie 1 w celu zaznaczenia położenia 6 metalowych przedmiotów znajdujących się na ziemi 7 lub w niej 8. Również naczynie 4 z farbą 5 może być wykonane w formie puszki z aerozolem farby świecącej. Urządzenie działa w następujący sposób: mocowanie na ramie lub korpusie 1 naczynie 4 z farbą 5 do zaznaczania miejsc 6 lokalizacja metalowych obiektów 8 wykrytych w ziemi 7 umożliwia niemal natychmiastowe oznaczenie wskazanych miejsc 6 zapewniając bezpieczeństwo ludzi oraz szybkie odnalezienie wskazanych obiektów 8 bezpośrednio w terenie. Wykonanie naczynia 4 z farbą 5 w postaci puszki aerozolowej oraz świecącą farbą 5 zapewnia prostotę i sprawność znakowania i znajdowania miejsca 6 wykrytych metalowych obiektów 8 nie tylko w dzień, ale również w nocy.
US20220074712A1 Drone for Detecting and Removing Mines, OH BYEONG HU, Data aplikacji: 10.03.2022. Wynalazek przedstawia konstrukcje drona do wykrywania i usuwania min położonych na ziemi lub pod ziemią, a dokładniej przeznaczeniem drona jest wykrywania i usuwania min, które zagrażają bezpieczeństwu ludzi. W praktyce system wykrywania i usuwania min skonfigurowany jest jako para dronów, z których pierwszy pełni role drona wykrywającego miny, a drugi zapewnia usuniecie już wykrytych min.
Fig.1 to przykładowy widok przedstawiający konfiguracje drona detekcyjnego i drona usuwającego miny według wynalazku; Fig.2 to przykładowy widok przedstawiający konfigurację drona detekcyjnego według niniejszego wynalazku; Fig.3 to przykładowy widok przedstawiający konfigurację drona usuwającego według niniejszego wynalazku; Fig.4 to widok perspektywiczny przedstawiający konfigurację materiału wybuchowego według niniejszego wynalazku; Fig.5 to schemat blokowy przedstawiający konfigurację materiału wybuchowego zgodnie z niniejszym wynalazkiem;
Fig.6 to przykładowy widok pokazujący działanie niniejszego wynalazku.
Zestaw dronów do wykrywania i usuwania min zgodnie z niniejszym wynalazkiem obejmuje dron detekcyjny 10 wyposażony w urządzenie do wykrywania min 20 zdolne do wykrywania miny M położonej na ziemi lub pod ziemią oraz dron usuwający miny 30, przez wybuch materiału wybuchowego 40 zrzuconego w miejscu miny wykrytej dronem detekcyjnym 10. Dron usuwający 30 czeka w ustalonej odległości od materiału wybuchowego zrzuconego na minę 40, oraz monitoruje proces wybuchu eksplodującego materiału wybuchowego na polecenie jednostki sterującej i wysyła informacje do jednostki sterującej potwierdzających fakt zniszczenia miny.
Kadłub drona detekcyjnego 10 zawiera korpus drona 11, w którym zamocowane są różne elementy, takie jak czujniki, rama 12 na stałe sprzężona z korpusem drona 11, śmigło 13 przymocowane do jednego końca ramy 12, do obracania i generowania siły nośnej, aby dron mógł latać, silnik 14 do napędzania śmigła 13, baterie do zasilania silnika 14, czujnik żyroskopowy do sterowania dronem, moduł GPS do wykrywania pozycji drona oraz jednostka komunikacyjna do komunikacji z kontrolerem, który przesyła różne polecenia z jednostki sterującej dronów.
Ponieważ detektor min 20 działa na zasadzie detektora elektromagnetycznego, który wykrywania zmian siły elektromotorycznej w cewce pomiarowej w obecności metalu, podobnie jak konwencjonalnych wykrywaczach metali ale może również wykorzystywać ultradźwiękowy detektor min do wykrywania min w obudowie z tworzyw sztucznych, które nie są wykrywane przez detektor elektromagnetyczny. Dron detekcyjny 10 leci nad ziemią, wykrywa minę za pomocą czujnika pola elektromagnetycznego i mapuje lokalizację wykrytej miny i jednocześnie stosuje materiał fluorescencyjny do zaznaczenia położenia, a dron usuwający 30 instaluje materiał wybuchowy 40 wokół miny, wykorzystując informacje o mapowaniu lokalizacji i stosowaniu materiału fluorescencyjnego przez dron detekcyjny 10, a następnie usuwa minę, eksplodując materiał wybuchowy zgodnie z rozkazem jednostki sterującej. Oznacza to, że gdy lokalizacja miny jest identyfikowana przez urządzenie do wykrywania min 20, informacje o zidentyfikowanej lokalizacji są mapowane w powiązaniu z GPS, a po zmapowaniu informacji o lokalizacji miny jest zaznaczana materiałem fluorescencyjnym, tj. farbą fluorescencyjną, przechowywana w schowku 23, jest rozpylany wokół miny przez dyszę natryskową 24 w celu oznaczenia jej lokalizacji. Ponadto dron detekcyjny 10 jest wyposażony w czujnik odległości do poruszania się po terenie w celu wykrycia miny M położonej na lub pod ziemią i leci na wysokości w określonej wysokości od ziemi, określanej przez czujnik wysokości. Po zabezpieczeniu lokalizacji miny przez dron wykrywający 10, mina jest usuwana za pomocą drona usuwającego 30 wyposażonego w materiał wybuchowy 40.
Dron usuwający 30 czeka w ustalonej odległości od materiału wybuchowego po zainstalowaniu materiału wybuchowego 40, monitoruje proces wybuchu eksplodującego materiału wybuchowego na polecenie jednostki sterującej, wysyła informacje do jednostki sterującej i potwierdza, zniszczenie miny po wybuchu materiału wybuchowego. Dron do usuwania 30 jest wyposażony w pojemnik 31 zdolny do przechowywania materiału wybuchowego 40, a materiał wybuchowy 40 przechowywany jest przechowywany w pudełku amortyzującym wstrząsy 32, aby nie zostać przypadkowo eksplodującym przez wstrząs zewnętrzny. Materiał wybuchowy 40 składa się z korpusu materiału wybuchowego 41 do przechowywania prochu strzelniczego 45 i pocisków winogronowych 47, elektronicznego detonatora 46 do wybuchu prochu 45, koła 42 i środka napędowego 43 do poruszania ładunkiem wybuchowym 41, detektora min 44 do wykrywania dokładnej lokalizacji miny i urządzenia komunikacyjnego 48 do komunikacji z jednostką sterującą.
Oznacza to, że materiał wybuchowy 40 jest przechowywany w pojemniku 31 zainstalowanym w dronie do usuwania 30, a konkretnie materiał wybuchowy 40 jest przechowywany w pudełku amortyzującym wstrząsy 32 wykonanym z materiału o wysokiej elastyczności, takiego jak guma, aby zapobiec przypadkowej eksplozji spowodowanej uderzeniem zewnętrznym. Proch strzelniczy 45 i kule 47 są przechowywane w kulistym korpus wybuchowym 41, przy czym eksplozja prochu strzelniczego y 45 inicjowana jest przez detonator elektroniczny 46. W wyniku eksplozji prochu strzelniczego 46, kule 47 są wystrzeliwane w kierunku dna korpusu wybuchowego 41, co powoduje eksplozje miny M położona na ziemi lub pod nią.
Gdy materiał wybuchowy 40 jest umieszczony nad miną M, informacja jest wysyłana do jednostki sterującej przez urządzenie komunikacyjne 48, a następnie pobudzany jest detonator 46 , który zapala proch strzelniczy 45 zgodnie z poleceniem jednostki sterującej powodując eksplozje materiału wybuchowego 40. Gdy mina nie zostanie usunięta z jakiegoś powodu, takiego jak wada materiału wybuchowego lub tym podobne, dron powinien zostać wysłany ponownie, aby wykryć minę. Aby temu zapobiec, urządzenie do wykrywania min zapisuje lokalizację wykrytej miny jako sygnał GPS natychmiast po wykryciu miny i przesyła lokalizację do użytkownika za pośrednictwem urządzenia komunikacyjnego.
W przykładzie wykonania, jak opisano powyżej, dron wykrywający 10 i dron usuwający 30 mogą być skonfigurowane tak, aby były wyposażone w czujnik temperatury, czujnik wilgotności i czujnik prędkości wiatru po jednej stronie dronów, aby wykrywać temperaturę, wilgotność i prędkość wiatru w miejscu, w którym dron się znajduje i wysyłać je do jednostki sterującej. Przykładowy widok Fig.6 ukazujący zastosowanie niniejszego wynalazku, który schematycznie pokazuje metodę, lokalizacji i eliminacji miny. Oznacza to, że w pierwszym kroku dron detekcyjny 10 porusza się w celu wykrycia nowej miny M położonej na lub pod ziemią, a następnie wysyłany jest dron usuwający30, który 30 usuwa minę poprzez zrzucenie materiału wybuchowego 40.
US3662255 APPARATUS FOR LOCATING CONCEALED OR BURIED METAL BODIES AND A STABLE INDUCTOR USABLE IN SUCH DETECTORS, Charles Garrett, Data patentu: 9.05.1972.
Konwencjonalne urządzenia do wykrywania lub lokalizowania ukrytych obiektów metalowych (np.min), mają stabilny oscylator częstotliwości odniesienia i drugi oscylator, którego częstotliwość wyjściowa zmienia się w zależności od efektywnej indukcyjności zespołu cewki indukcyjnej posiadającej cewkę w kształcie pierścienia utworzoną z kilku zwojów izolowanego przewodnika i zamontowaną na nim osłonę Faradaya, cewka jest podłączona do obwodu wyznaczającego częstotliwość obwód LC, drugiego oscylatora. Częstotliwość wyjściowa drugiego oscylatora jest porównywana z częstotliwością wyjściową oscylatora odniesienia w celu dostarczenia sygnału wyjściowego detektora. Osłona elektrostatyczna typu Faradaya zapobiega różnicowaniu efektywnej indukcyjności cewki przez pojemności rozproszone lub masowe, a tym samym wytwarzaniu różnych niepożądanych zmian częstotliwości wyjściowej drugiego oscylatora. Stwierdzono, że efektywna indukcyjność takiego zespołu cewki indukcyjnej różni się znacznie wraz ze zmianami temperatury w miejscu zespołu cewki indukcyjnej, prawdopodobnie ze względu na fakt, że pojemność istnieje między osłoną Faradaya a cewką indukcyjną i że taka pojemność zmienia się prawdopodobnie dlatego, że zmiany temperatury powodują, że osłona Faradaya zbliża się lub oddala od zwojów cewki, fakt, że średnica cewki może się zmienić lub fakt, że odstępy między zwojami cewki mogą ulec zmianie. W ten sposób moc wyjściowa detektora będzie się różnić, ponieważ taki zespół cewki indukcyjnej jest przenoszony, na przykład, z cienia na światło słoneczne lub odwrotnie. Ta tarcza Faradaya jest jednak niezbędna do prawidłowego działania detektora. Dlatego pożądane jest zapewnienie detektora, który będzie działał prawidłowo, nawet jeśli jego zespół cewki indukcyjnej podlega znacznym wahaniom temperatury podczas użytkowania.
Fig.1 to perspektywiczny widok detektora według wynalazku; Fig.2 to rozstrzelony widok cewki indukcyjnej zespołu cewki indukcyjnej detektora; Fig.3 to fragmentaryczny widok obwodu cewki indukcyjnej z usuniętymi niektórymi częściami przewodu koncentrycznego, z którego uformowana jest cewka z Fig.2; Fig.4 to widok perspektywiczny zespołu przewodów, który obejmuje cewkę z Fig.2 i osłonę Faradaya zamontowaną na cewce; Fig.5 to powiększony widok, z przekrojami niektórych fragmentów, pokazujący sposób, w jaki sposób zewnętrzny przewód, z którego cewka jest uformowana podzielony jest na dwie sekcje o równych długościach; Fig.6 to powiększony przekrój wykonany na linii 6–6 Fig.1; Fig.7 to schematyczna ilustracja obwodu elektrycznego detektora; Fig.8 to schematyczna ilustracja zmodyfikowanej formy obwodu elektrycznego detektora; Fig.9 to fragmentaryczny widok perspektywiczny zmodyfikowanej formy zespołu cewki indukcyjnej według wynalazku.
Odnosząc się teraz szczególnie do rysunków Fig.1-7, detektor 10 według wynalazku zawiera zespół sondy 11 zamontowany obrotowo na uchwycie 12. Dolna płaska część końcowa 13 uchwytu rozciąga się między pionowymi nogami pary wsporników 14 i 15 i jest do niej centralnie przymocowana za pomocą uchwytów kątowych 16, łączących z części końcową 13 do części łącznika 18 zespołu sondy 11 za pomocą kołków 19. Obudowa 22, zamontowana na górnej pochyłej części 23 uchwytu, mieści baterię (nie pokazano) do dostarczania prądu elektrycznego do detektora, głośnik 24, miernik 25, przełącznik 26 do podłączenia miernika w obwodzie detektora, obrotowe pokrętło sterujące 27 do zmiany amplitudy dźwięku przesyłanego przez głośnik, Drugie obrotowe pokrętło sterujące 28 do zmiany wartości kondensatora zmiennego, które zostanie omówione poniżej, przełącznik on-off 29 i przełącznik selektora zespołu sondy obrotowej 29A.
Zespół sondy 11 obejmuje zewnętrzny zespół cewki indukcyjnej 32 i zespół cewki wewnętrznej 33. Zewnętrzne końce części złącza zespołu sondy są integralne połączone z zewnętrznym zespołem cewki indukcyjnej, a wewnętrzny zespół cewki indukcyjnej jest integralnie połączony z częścią złącza 18 i zewnętrznym zespołem cewki indukcyjnej. Zewnętrzny zespół cewki indukcyjnej 32 zawiera cewkę 40 utworzoną z kilku zwojów przewodu koncentrycznego 43. W niniejszym przypadku cewka 40 jest pokazana jako mająca tylko dwa zwoje 41 i 42 dla jasności ilustracji. Dla biegłych w tej dziedzinie będzie oczywiste, że taka cewka 40 może składać się z tylu zwojów, ile jest pożądane lub wymagane dla konkretnego zastosowania. Zespół sondy 40 zawiera osłonę Faradaya 54 utworzoną z folii aluminiowej lub innej odpowiedniej niemagnetycznej, najlepiej ciągliwej substancji i jest przymocowany do dolnej części cewki i izolacji 49 w dowolny odpowiedni sposób, albo za pomocą kleju lub środka wiążącego.
Przewody wewnętrzne 45 i 45a zespołów przewodów 32 i 33 są selektywnie łączone w obwodzie LC oscylatora 80 typu Colpittsa za pomocą przełącznika 29a. Oscylator 80 zawiera tranzystor 81, którego emiter jest podłączony do przewodu napięcia dodatniego 82, który jest podłączony do dodatniej strony obwodu wejściowego prądu stałego 64, gdy przełącznik 29 jest przesunięty do pozycji zamkniętej, gdzie włącza styk stacjonarny 83, przez rezystancję ograniczającą prąd 86 i kolektor 87, tranzystora 81. Indukcyjności dwóch zespołów cewek indukcyjnych 32 i 33 są równe, więc częstotliwość sygnału wyjściowego oscylatora 80 będzie taka sama, gdy przełącznik znajduje się w jednym z dwóch położeń operacyjnych, tzn. jeśli zespół cewki indukcyjnej 32 lub zespół cewki 33 jest podłączony w obwodzie LC oscylatora 80. Wyjście oscylatora 80 jest przekazywane do zacisku wejściowego 119 obwodu mieszacza 120, przy czym zacisk wejściowy 119 obwodu mieszacz jest podłączony do wspólnego połączenia rezystancji 86 w obwodzie emitera tranzystora 81 przez przewodnik 121. Do strojenia częstotliwości wyjściowej oscylatora 80 podczas przełączania zespołów cewek 32 lub 33 za pomocą przełącznika 29a stosuje się kondensator zmienny 96.
Obwód detektora 66 zawiera również dowolny odpowiedni stabilny oscylator częstotliwości odniesienia 125, na przykład oscylator, którego częstotliwość wyjściowa jest stabilizowana przez kryształ kwarcu. Obwód mieszacza 120 zapewnia otrzymanie sygnału różnicy częstotliwości sygnałów przyłożonych do jego zacisków wejściowych 129 i 119. Na przykład, jeśli częstotliwość wyjściowa oscylatora 80 jest o 30 cykli na sekundę większa niż częstotliwość wyjściowa oscylatora częstotliwości odniesienia, mikser przesyła sygnał 30 Hz do zacisku wejściowego 132 wzmacniacza audio i obwodu kondycjonowania sygnału 133. Wzmocnienie obwodu 133 można zmieniać, zmieniając odpowiednią zmienną rezystancję obwodu wzmacniacza audio poprzez obrót pokrętła 27. Sygnał z obwodu mieszacza, gdy częstotliwość wyjściowa oscylatora 80 różni się od częstotliwości oscylatora 125, jest różnicą częstotliwości sygnałów przyłożonych do jego zacisków wejściowych 129 i 119. Na przykład, jeśli częstotliwość wyjściowa oscylatora 80 jest o 30 cykli na sekundę większa niż częstotliwość wyjściowa oscylatora częstotliwości odniesienia, mikser przesyła sygnał o prędkości 30 cykli na sekundę do zacisku wejściowego 132 wzmacniacza audio 133. Wzmocnienie obwodu wzmacniacz 133 można zmieniać, zmieniając odpowiednią zmienną rezystancję obwodu wzmacniacza audio poprzez obrót pokrętła 27.
Wzmacniacz audio wytwarza sygnał częstotliwości audio, który może być przyłożony do głośnika 24, z jednej strony, który jest podłączona przez przewód 140 do obwodu wyjściowego wzmacniacza audio, podczas gdy druga strona jest podłączona do przewodu napięcia dodatniego 82 przez przewodnik 141. Wyjście obwodu 133 może również zasilać miernik wychyłowy 25, gdy przełącznik 26 jest w pozycji zamkniętej, ponieważ miernik jest podłączony do obwodu wzmacniacza 133 przez przewód 142 i do przewodu napięcia dodatniego 82 przez przewód 143.
Podczas użyci przyrządu, gdy pożądane jest zlokalizowanie metalowego przedmiotu zakopanego na stosunkowo dużej głębokości w ziemi, przełącznik 29a jest przesuwany do pozycji zilustrowanej na Fig.7, aby podłączyć jeden koniec cewki utworzonej przez przewód wewnętrzny 45 cewki 40 w obwodzie rezonansowym LC oscylatora 80, ponieważ pole elektromagnetyczne wytwarzane przez cewkę o dużej średnicy zespołu cewki indukcyjnej 32 przeniknie dalej w głąb ziemi niż pole elektromagnetyczne wytwarzane przez zespół cewki indukcyjnej o małej średnicy 33. Przełącznik on-off 29 jest następnie przesuwany do pozycji on, zespół sondy jest przesuwany do pozycji ściśle przylegającej do masy i równoległej do niej, a zmienna pojemność 96 jest regulowana za pomocą pokrętła 28, aby częstotliwość wyjściowa oscylatora 80 była dokładnie równa częstotliwości wyjściowej oscylatora odniesienia 125. W rezultacie mikser nie zapewni żadnego sygnału na wyjściu, który zostałoby wykryte przez ucho operatora, ponieważ spowodowałoby to generowanie słyszalnego dźwięku przez głośnik za każdym razem, gdy impuls jest wytwarzany przez obwód mieszacza. Alternatywnie, częstotliwość wyjściowa oscylatora 80 może być nieco inna niż częstotliwość odniesienia, tak aby wytwarzana była stała niska częstotliwość wyjściowa.
Następnie operator powoli przesuwa zespół sondy równolegle do podłoża i w ten sposób „przemiata” pożądany obszar powierzchni ziemi. Gdy zespół sondy przesuwa się w pobliże metalowego przedmiotu lub innej substancji przewodzącej, takiej jak żelazo lub minerał, pole magnetyczne wytwarzane przez prąd przemienny w przewodniku 45, przez działanie oscylatora 80 jest zakłócane przez taki przewodzący metalowy przedmiot lub substancję, a indukcyjność cewki utworzonej przez przewodnik wewnętrzny 45 zmienia się. Taka zmiana efektywnej indukcyjności przewodnika 45 podłączonego w obwodzie rezonansowym LC oscylatora 80 powoduje odpowiednią zmianę na wyjściu oscylatora 80, który staje się teraz większy lub mniejszy w zależności od szczególnych cech zakopanego obiektu, takich jak jego rozmiar. W rezultacie częstotliwość wyjściowa oscylatora 80 różni się teraz od częstotliwości wyjściowej oscylatora odniesienia, a mieszacz dostarcza sygnał wyjściowy do wzmacniacza audio, którego częstotliwość zmienia się zgodnie z różnicą między tymi częstotliwościami. Ta zmiana w induktancji staje się większa, gdy zespół cewki indukcyjnej 32 porusza się bezpośrednio nad takim zakopanym obiektem i staje się największy, gdy cewka indukcyjna jest dokładnie wypośrodkowana nad zakopanym obiektem, a obiekt znajduje się na osi centralnej zespołu cewki indukcyjnej 32. Operator wie wtedy dokładnie, gdzie kopać, aby odkryć obiekt.
Jeśli zajdzie potrzeba poszukiwania małych lub dużych obiektów, które nie są zakopane na dużej głębokości pod powierzchnią ziemi, przełącznik 29a jest przesuwany do przeciwnego położenia, który łączy kolektor tranzystora 81 z końcem wewnętrznego przewodnika 45a wewnętrznego zespołu 33. Pole magnetyczne wytwarzane przez zespół cewki indukcyjnej o małej średnicy wnika mniej głęboko w ziemię, ale ma większą intensywność i dlatego może wykrywać mniejsze obiekty, ponieważ pole magnetyczne wytwarzane przez zespół cewki indukcyjnej o dużej średnicy 30 głębiej penetruje w głąb ziemi. Umieszczenie żarówek neonowych w górnej części zespołu cewki oscylatora 32a umożliwia operatorowi ciągłą obserwację powierzchni w obszarze bezpośrednio poniżej zespołu 32a, które zwiększa częstotliwość mrugania, gdy zespół cewki 32a jest przesuwany nad miejscem lokalizacji metalowego przedmiotu. Oznacza to, że sygnalizacja świetlna neonówek jest łatwo dostrzegalne przez operatora, mimo że przez cały czas obserwuje i sprawdza powierzchnię ziemi znajdującą się bezpośrednio pod zespołem cewki indukcyjnej 32.
Reasumując opatentowany wykrywacz metali posiada dwa zespoły cewek indukcyjnych, jeden o małej średnicy, a drugi o dużej średnicy, które zapewniają pola elektromagnetyczne o różnej intensywności i powierzchni, dzięki czemu detektor może być skutecznie używany do lokalizowania stosunkowo dużych obiektów zakopanych stosunkowo głęboko w ziemi oraz małych i dużych obiektów zakopanych w stosunkowo małej głębokość w ziemi. Zaleta konstrukcji wykrywacza metali polega na tym, że każdy zespół cewki indukcyjnej jest utworzony z kabla koncentrycznego, którego przewód zewnętrzny zapobiega przypadkowym zmianom pojemności wprowadzanym przez ekran Faradaya zespołu oraz zmianom indukcyjności wprowadzanym przez zmiany średnicy cewki lub rozstawu cewek wywołany zmianami temperatury. Takie rozwiązanie zapewnia wyeliminowanie konieczności regulacji normalnej częstotliwości oscylacji oscylatora po wystąpieniu zmian temperatury.
WNIOSKI
W okresie przedwojennym Departament Artylerii MON zlecił budowę urządzenia, które mogłoby być pomocne w lokalizowaniu niewypałów na poligonach artyleryjskich. Instrument został zaprojektowany przez AVA Wytwórnia Radiotechniczna, ale jego realizację uniemożliwiła niemiecka inwazja na Polskę. Po upadku Polski i przeniesieniu polskiej kwatery głównej do Francji wznowiono prace nad urządzeniem, tym razem przeznaczonym jako wykrywacz min. Niewiele wiadomo o tym etapie budowy, gdyż prace przerwała bitwa o Francję i konieczność ewakuacji polskiego personelu do Wielkiej Brytanii. Tam pod koniec 1941 r. porucznik Józef Kosacki opracował ostateczną wersję, częściowo opartą na wcześniejszych projektach. Jego wynalazek nie został opatentowany; podarował go w prezencie armii brytyjskiej. Otrzymał list z podziękowaniami od króla za ten czyn. Jego projekt został zaakceptowany i 500 wykrywaczy min zostało natychmiast wysłanych do El Alamein, gdzie podwoiły prędkość brytyjskiej Ósmej Armii. W czasie wojny wyprodukowano ponad 100 000 sztuk tego typu, a także kilkaset tysięcy dalszych prac nad wykrywaczem min (Mk. II, Mk. III i Mk IV). Detektor był używany później podczas inwazji aliantów na Sycylię, inwazji aliantów na Włochy i inwazji na Normandię. Ten typ detektora był używany przez armię brytyjską do 1995 roku.
Polish Mine Detector Mark 1. Najważniejszy wynalazek II wojny światowej? Polski porucznik inżynier Józef Kosacki wynalazł wykrywacz min Mark I
Budujacym przykładem młodego twórcy jest student Politechniki Kijowskiej Igor Klymenko, który zwyciężył w konkursie Global Student Prize 2022 - siostrzanej nagrodzie dla przyznawanej od 2015 roku Global Teacher Prize, nazywanej też nauczycielskim Noblem. Global Student Prize jest przyznawana co roku w Nowym Jorku dla najlepszego studenta, którego działalność wywiera pozytywny wpływ na życie swoich rówieśników i społeczeństwo w całości. Igor Klymenko dostał nagrodę 100000$ za opracowanie technologii zdalnego rozminowania za pomocą drona. Swoje dokonania opatentował już wzór uzytkowy Quadcopter Mines Detector – którego zadaniem jest zdalne sterowanie kwadrokopter, wyszukującym miny lądowe na terenach objętych walkami wojennymi Z Rosją.
Wracając do obecnych wojennych czasów wojny na Ukrainie, należy zakładać, że po jej zakończeniu jednym z problemów będzie rozminowanie Ukrainy. Według The Landmine Monitor na całym świecie istnieje ponad 110 milionów aktywnych min lądowych, bez uwzględnienia min obecnych podczas wojny na Ukrainie, które wpływają na życie prawie miliarda ludzi. Niestety, pozbycie się ich nie jest tak łatwe, jak umieszczenie ich w ziemi, co sprawia, że wykrywanie i usuwanie min lądowych jest dużym problemem. Po pierwsze, pojawia się kwestia ustalenia, gdzie są zakopane kopalnie. Najczęściej odbywa się to ręcznie – odważni mężczyźni i kobiety zapuszczają się na pola minowe, narażając swoje życie na każdym kroku. Takie metody są również bardzo drogie i czasochłonne, a wyniki są w najlepszym razie skromne. W wielu przypadkach te ekstremalne koszty oznaczają, że projekty rozminowywania są skazane na porażkę, zanim jeszcze się rozpoczną. W rezultacie ta smutna rzeczywistość trwa w nieskończoność, bez nadziei na rozwiązanie w najbliższym czasie.
Przełomowe rozwiązanie oferowane przez Mine Kafon (minekafon.org) wykorzystuje dwa drony – MKManta i MK Destiny – do badania całych połaci ziemi, a następnie wykrywania min lądowych poprzez wskazanie ich pozycji na mapie 3D. Bezzałogowe pojazdy są obsługiwane z daleka, bez zagrożenia dla saperów, i oferują łatwy do wdrożenia proces wykrywania, który jest co najmniej 10 razy szybszy i 40 razy tańszy niż obecne metody. Misją Mine Kafon jest usunięcie wszystkich min lądowych z całego świata w ciągu 10 lat. Twórcy dronów, które mogą samodzielnie mapować, wykrywać i detonować miny lądowe, twierdzą, że ich technologia może potencjalnie oczyścić świat z tych śmiercionośnych urządzeń w mniej niż 10 lat. To ambitny cel, ale warty realizacji. Szacuje się, że na całym świecie istnieje około 100 milionów min lądowych, z których wiele jest pozostałością po dawno zakończonych konfliktach. Każdego roku miny te zabijają tysiące ludzi, z których zdecydowana większość to niewinni cywile. Mine Kafon Drone (MKD) chce pomóc to zmienić. MKD został zaprojektowany tak, aby usuwanie min lądowych było łatwiejsze, tańsze i bezpieczniejsze. Dron ma sześć wirników i trzy różne przystawki. Pierwszy służy do mapowania żądanego obszaru, a drugi, wykrywacz metalu, służy do wykrywania min, oznaczania ich znacznikami GPS. Następnie dron wraca do swojego operatora i zamienia wykrywacz metalu na ramię robota, które służy do umieszczania małych detonatorów wielkości piłek tenisowych nad lokalizacjami min. Następnie dron wycofuje się w bezpieczne miejsce, a miny zostają zdetonowane. Konstruktorzy MKD twierdzą, że metoda ta jest do 20 razy szybsza niż tradycyjne techniki rozminowywania i do 200 razy tańsza. https://youtu.be/wba6JzXRBFM.
Wesołych Świąt Bożonarodzeniowych i Szczęśliwego Nowego roku 2023 oraz zakończenia wojny na Ukrainie życzy dla czytelników autor.
C.D.N.