Title:
Verfahren und System zum elektro-magnetischen Auffinden und zur Untersuchung einer Fläche auf metallische Störkörper
Kind Code:
A1


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur elektro-magnetischen Anregung eines metallischen Störkörpers, der unter einer Bodenoberfläche verborgen liegt, und insbesondere zur Kampfmittelsuche.
Um eine Vorrichtung und ein Verfahren zu einer weiteren Verbesserung der Detektionsmöglichkeiten mit dem Ziel einer weitergehenden Charakterisierung eines metallischen Gegenstandes bei reduziertem Aufwand zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass ein Schlitten (1) aus nicht elektrisch leitfähigem Material als Träger eines Arrays von zumindest teilweise überlappend in der x-y-Ebene angeordneten Erregerspulen (11) sowie eine Vielzahl von im Wesentlichen in der Ebene der Erregerspulen (11) sowie regelmäßig mindestens über deren Fläche hinweg verteilte 3D-Empfänger (12) verwendet werden, wobei die Erregerspulen (11) seriell angesteuert werden und alle 3D-Empfänger (12) ein Abklingverhalten von Impulsantworten in allen drei Raumachsen (x, y, z) aufnehmen.




Inventors:
Kölbl, Jan (21079, Hamburg, DE)
Application Number:
DE102016112524A
Publication Date:
01/11/2018
Filing Date:
07/07/2016
Assignee:
Heinrich Hirdes GmbH, 21079 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202015102891U1N/A2015-07-17
DE202015103371U1N/A2015-07-08
DE202012007159U1N/A2013-01-18
DE202012008435U1N/A2012-11-09
DE29701232U1N/A1997-04-24
DE4417931C1N/A1995-08-17



Foreign References:
GB637734A1950-05-24
200201633462002-11-07
200903028502009-12-10
201502048212015-07-23
22380721941-04-15
60261352000-02-15
WO2016089258A12016-06-09
EP07807052003-03-19
Other References:
MÜLLER, Hendrik: NERIDIS Electromagnetic Seabed Profiler. Stand: 08.10.2014. URL: https://www.marum.de/NERIDIS_Electromagnetic_Seabed_Profiler.html [abgerufen am 13.01.2017]
MÜLLER, Hendrik: NERIDIS Operation. Stand: 09.12.2013. URL: http://www.marum.de/NERIDIS_OPERATION.html [abgerufen am 13.01.2017]
MÜLLER, Hendrik: NERIDIS VEHICLE INFORMATIONS. Stand: 21.11.2013. URL: https://www.marum.de/Page4267.html [abgerufen am 13.01.2017]
PHILLIPS, Doug; HAYCOCK, Brian: Taut Wire. Dynamic Position Conference, 14.-15.10.2014. URL :http://dynamic-positioning.com/proceedings/dp2014/backup_sensors_phillips.pdf [abgerufen am 13.01.2017]
Attorney, Agent or Firm:
Schmidt, Axel, Dipl.-Ing., 85609, Aschheim, DE
Claims:
1. Verfahren zum elektro-magnetischen Auffinden und zur Untersuchung eines metallischen Störkörpers (S), der unter einer Bodenoberfläche (BO) verborgen liegt, und insbesondere zur Kampfmittelsuche, wobei eine elektro-magnetische Anregung durch eine mit einem gepulsten Strom durchflossene Leiterschleife zur Anregung verborgener metallischer Objekte und Sensoren zur Aufnahme von Antwortsignalen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlitten (1) aus nicht elektrisch leitfähigem Material als Träger eines Arrays von zumindest teilweise überlappend in der x-y-Ebene angeordneten Erregerspulen (11) sowie eine Vielzahl von im Wesentlichen in der Ebene der Erregerspulen (11) sowie regelmäßig mindestens über deren Fläche hinweg verteilte 3D-Empfänger (12) verwendet werden, wobei die Erregerspulen (11) seriell angesteuert werden und alle 3D-Empfänger (12) ein Abklingverhalten von Impulsantworten in allen drei Raumachsen (x, y, z) aufnehmen.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (1) als mechanische Einheit eingesetzt und als Träger für Mittel zur Speisung und Ansteuerung der Erregerspulen (11) sowie für Mittel zur Signalverarbeitung der Signale aus den 3D-Empfängern (12) verwendet wird, wobei Spulen als 3D-Empfänger (12) verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kontaktbereich des Schlit- tens (1) mit der Bodenoberfläche (BO) Opferplatten (4) verwendet werden, die vorzugsweise in zeitlichen Intervallen ausgewechselt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (1) aus Segmenten (18) unter Verwendung von Bolzen- und Steckverbindungen (19) aufgebaut wird, wobei die Segmente (18) als Einzelelemente im demontierten Zustand in ein Transportmittel wie z.B. einem Container verladen, transportiert und vor Ort bei einem Einsatz nach dem Entladen auf- bzw. zusammengebaut werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schlitten (1) neben Halte- und Zugmitteln (14) auch Ortungsmittel (17) verwendet werden, um bei ausreichender Sichtverbindung direkt eine Satelliten-gestützte Ortung und bei unzureichender Sicht eine indirekte Ortung durchzuführen.

6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schlitten (1) zur indirekten Ortung über eine Zugmaschine (13) ein sog. „Taught wire“ (17) verwendet wird, der den Schlitten (1) mit der Zugmaschine (13) verbindet.

7. System zur elektro-magnetischen Untersuchung eines metallischen Störkörpers (S), der unter einer Bodenoberfläche (B) verborgen liegt, und insbesondere zur Kampfmittelsuche, dadurch besonders zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche ausgebildet, dass eine Vorrichtung mit einem im Wesentlichen U- oder V-förmigen Rahmen (2) und Querstreben (3) und zur mechani- schen Kopplung mit einer Zugmaschine (13) als Schlitten (1) ausgebildet ist, wobei in einem in Bewegungsrichtung im Einsatz gesehen vorderen Bereich (5) des Schlittens (1) eine Elektronik (6) zur Versorgung und Datengewinnung bzw. Datenverarbeitung und in einem hinteren Bereich (7) Erregungsspulen (11) und die Vielzahl regelmäßig verteilter 3D-Sensoren (12) angeordnet sind.

8. System nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) in Kufen ausläuft, die parallel zu einer Bewegungsrichtung ausgerichtet sind und dass ein Kontaktbereich des Schlittens (1) mit der Bodenoberfläche (BO) auswechselbare Opferplatten (4) aufweist.

9. System nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (1) für einen Einsatz unter Wasser über eine elektrisch nicht leitfähige Halte- und Zugmittel (14) mit einem Voreil-Gewicht (16) gekoppelt ist, das seinerseits zur Einleitung einer Zugkraft mit einer Zugmaschine (13) verbunden ist, wobei die Zugmaschine (13) vorzugsweise ein Schiff bzw. ein Schlepper ist.

10. System nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über dem vorderen Bereich (5) des Schlittens (1) zum Schutz der Elektronik (6) und/oder über dem hinteren Bereich (7) zum Schutz der Erregungsspulen (11) und der 3D-Sensoren (12) eine Haube (8) angeordnet ist, die vorzugsweise auch Mittel zur Kühlung aufweist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum elektro-magnetischen Auffinden und zur Untersuchung einer Fläche auf metallische Störkörper, die unter einer Bodenoberfläche verborgen liegen, und insbesondere zur Kampfmittelsuche.

Aus dem Stand der Technik sind diverse Ansätze zum Auffinden elektrisch leitfähiger Gegenstände bekannt, die unter einer Bodenoberfläche verborgen liegen. Hierbei bilden Verfahren und Vorrichtungen zur Kampfmittelsuche Einsatzfelder von besonders hoher Bedeutung. Als Kampfmittel sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorrangig Blindgänger und Zerscheller bzw. sog. Teil-Detonierer explosiver Geschosse, Minen und Flieger-Bomben oder Torpedos zu verstehen, wobei von allen genannten Gruppen auch nach vielen Jahrzehnten erhebliche Gefahren für Mensch und Umwelt ausgehen können.

Unter anderem haben sich Ansätze zur elektro-magnetischen Anregung eines sich als elektro-magnetische Anomalie zeigenden Störkörpers durch Induktion elektro-magnetischer Pulse als Mittel zur Lokalisierung metallischer, und damit eben auch nicht-ferromagnetischer Gegenstände im Boden bewährt, da sie einer reinen magnetischen Sondierung in wesentlichen Punkten überlegen sind. Bei einer derartigen Kampfmittelsuche werden elektro-magnetische Pulse über eine Erregerspule in eine i.d.R. über Geo-Koordinaten exakt bestimmte Fläche in den Boden hinein ausgesendet. Über eine Empfängereinheit an der Bodenoberfläche wird dann eine auf diese Anregung folgende elektro-magnetische Impulsantwort gemessen, die aufgrund von Wirbelströmen in metallischen Objekten des Störkörpers in Re- aktion auf einen elektro-magnetischen Anregungs-Puls ausgesendet wird. Durch diese Art der Untersuchung können Anomalien bzw. Verdachtsstellen auf Basis einer oberflächlich durchgeführten Suche aufgefunden werden.

Aktive Verfahren, die eine elektro-magnetische Anregung durch eine mit einem gepulsten Strom durchflossene Leiterschleife zur Anregung verborgener metallischer Objekte und Empfangssensoren verwenden, haben sich aufgrund ihrer Empfindlichkeit und höheren Reichweite gegenüber rein passiv arbeitenden Systemen durchgesetzt. Neben tragbaren Systemen, wie sie u.a. aus der EP 0 780 705 B1 bekannt sind, sind beispielsweise durch die DE 20 2012 008 435 U1, DE 20 2015 102 891 U1, DE 20 2012 007 159 U1, DE 20 2015 103 371 U1 auch fahrbare bzw. von Hand schiebbar oder aus der DE 297 01 232 U1 sogar auf einem Luftkissen schwebende Systeme mit unterschiedlichen Sensoranordnungen bekannt. Weisen die erstgenannten Vorrichtungen eine für einen effektiven Einsatz in größeren Flächen zu geringe Arbeitsbreite auf, so zeichnet sich das letztgenannte bei nur geringfügig erhöhter Arbeitsbreite durch einen enorm hohen technischen Aufwand aus.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System mit beweglichen Erregerschleifen und Empfängern mit deutlich vergrößerter Arbeitsbreite bei im Wesentlichen konstanter Einhaltung eines vorgegebenen geringen Abstands zu einer Bodenoberfläche zu schaffen, die damit ein zuverlässiges, wirtschaftliches und somit effektiveres Arbeiten gestatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 durch ein Verfahren zum Auffinden elektrisch leitfähiger Gegenstände unter einer Bodenoberfläche und insbesondere zur Kampfmittelsuche unter Verwendung eines gezogenen Schlittens aus nicht elektrisch leitfähigem Material gelöst, der als Träger eines Arrays von seriell angesteuerten und zumindest teilweise überlappend in der x-y-Ebene angeordneten Erregerspulen sowie einer Vielzahl von 3D-Empfängern verwendet wird, die alle zugleich ein Abklingverhalten in allen drei Raumachsen x. y, z aufnehmen. Dabei werden diese 3D-Empfänger in der Ebene der Erregerspulen sowie regelmäßig über deren Fläche hinweg und auch teilweise darüber hinaus als verteilte Sensoren zum Anwendung eines Verfahrens der elektro-magnetischen Puls-Induktion verwendet. Damit kann im Einsatz über eine Fläche des Schlittens hinweg unter Einhaltung eines im Wesentlichen konstant vorgegebenen geringen Abstands der Erregerspulen sowie der 3D-Empfänger zu einer Bodenoberfläche sehr effektiv gemessen werden. Der Abstand schützt dabei die Erregerspulen sowie die 3D-Empfänger vor Beschädigungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Demnach wird der Schlitten also als mechanische Einheit verwendet und kann gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch gleich noch Mittel zur Speisung und Ansteuerung der Erregerspulen und Mittel zur Signalverarbeitung der Signale aus den 3D-Empfängern als Einheit tragen. Auf die damit auch verbundene Gewichtszunahme des verwendeten Schlittens wird unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele nachfolgend noch eingegangen werden. Durch die Bildung einer Einheit weisen die Erregerspulen sowie die 3D-Empfänger eine vorbestimmte und relativ zueinander festgelegte Anordnung auf. Nachfolgend ermöglicht diese Kenntnis der jeweiligen Positionen auch eine exakte Zuordnung eines jeweiligen Messsignals eines Sensors zu genau einer jeweiligen Geo-Koordinate.

Ein i.d.R. ständiger Kontakt eines gezogenen Schlittens mit einer Bodenoberfläche zeigt bei jeder Beschaffenheit der Bodenflächen auf Dauer grundsätzlich immer Verschleißerscheinungen. Um einer Schwächung der mechanischen Struktur des Schlittens vorzubeugen und auch die Erregerspulen sowie die Vielzahl von 3D-Empfängern stets sicher zu fixieren und zu schützen, wird in mindestens einem Kontaktbereich des Schlittens mit der Bodenoberfläche eine Opferplatte verwendet. Derartige Opferplatten sind vorzugsweise durch Einhängen und/oder Verrasten in einer Bewegungsrichtung des Schlittens auswechselbar fixiert und ebenfalls als elektrisch nicht leitfähige Elemente ausgebildet. Die Opferplatten werden vorzugsweise in Intervallen ausgewechselt.

Ein Kontaktbereich des Schlittens mit der Bodenoberfläche umfasst nahezu den gesamten Bodenbereich des Schlittens, oder sogar darüber hinaus sonstige im Einsatz beanspruchte Teile. Damit wird im Wesentlichen der gesamte Bodenbereich des Schlittens mit Opferplatten abgedeckt. Eine damit verbundene Verteilung von Gewicht auf eine vergrößerte Aufstands- bzw. Kontaktfläche führt jedoch dazu, dass eine Flächenbelastung unter dem Schlitten insgesamt gesenkt wird. Das kann insbesondere bei sehr weichen Böden vorteilhaft sein.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Träger als Schlitten aus Segmenten nach Art einer Bolzen- und Steckverbindung aus Einzelelementen aufgebaut. Diese Einzelelemente werden auch bei Außenabmaßen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels von fast 7 m Arbeitsbreite und ca. 9 m Gesamtlänge so aufgebaut, dass sie im demontierten Zustand in einen Container verladen, transportiert und vor Ort bei einem Einsatz auf- bzw. zusammengebaut werden können. Hierzu werden nachfolgend noch Details unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden an dem Träger neben Zugmitteln auch Ortungsmittel verwendet, um bei ausreichender Sichtverbindung direkt eine Satelliten-gestützte Ortung und bei unzureichender Sicht eine indirekte Ortung insbesondere über einen sog. „Taught wire“ durchführen zu können. Vorzugsweise werden zu dieser dynamischen Positionierung durch ein Taught wire-System ergänzend Inklinometer, Gyrometer und Altimeter an oder auf dem Schlitten vorgesehen, um eine jeweilige Lage, Neigung und Orientierung der Vorrichtung im Raum mit hoher Genauigkeit auch ohne direkte Satellitenortung direkt und unmittelbar angeben zu können.

Als Lösung der vorstehend angegebenen Aufgabe wird zudem ein System zur elektro-magnetischen Untersuchung eines metallischen Störkörpers vorgeschlagen, wobei der metallische Störkörper unter einer Bodenoberfläche verborgen liegt, und das System insbesondere zur Kampfmittelsuche ausgebildet ist und dadurch besonders zur Umsetzung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist, dass es eine Vorrichtung umfasst, die als Schlitten mit einem im Wesentlichen U- oder V-förmigen Rahmen und Querstreben und zur mechanischen Kopplung mit einer Zugmaschine ausgebildet ist, wobei in einem vorderen Bereich eine Elektronik zur Versorgung und Datengewinnung bzw. Datenverarbeitung und in einem hinteren Bereich Anregungsspulen und 3D-Sensoren angeordnet sind. Eine derartige Vorrichtung weist eine strukturell grundsätzlich ausreichende Stabilität auf und ist an Aufgaben unter Wasser wie an Land durch Integration entsprechender Gewichte anpassbar. Durch die räumliche Trennung von Elektronik und Sendespulen sowie Empfangssensoren werden zudem elektro-magnetische Störungen so weit wie möglich ausgeschlossen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft der Rahmen des Schlittens in Kufen aus. Die Kufen sind parallel zu einer Bewegungsrichtung ausgerichtet. Zudem weist ein Kontaktbereich des Schlittens mit der Bodenoberfläche auswechselbare Opferplatten auf.

Für einen Einsatz unter Wasser ist eine vorstehend beschriebene Vorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung dadurch besonders ausgebildet, dass der Schlitten über eine elektrisch nicht leitfähige Zugverbindung mit einem Voreil-Gewicht gekoppelt ist, das seinerseits zur Einleitung einer Zugkraft mit einer Zugmaschine verbunden ist. Derartige Halte- und Zugmittel können Seile aus Nylon oder Schwerlastgurte sein. Als Zugmaschine wird insbesondere ein Schiff bzw. ein Schlepper verwendet.

Über dem vorderen Bereich des Schlittens ist in einer Ausführungsform der Erfindung zum Schutz der Elektronik und/oder über dem hinteren Bereich zum Schutz der Erregungsspulen und der 3D-Sensoren mindestens eine Haube angeordnet. Diese Abdeckung schützt während des Betriebs auf der Bodenoberfläche vor An- bzw. Ablagerungen von Sedimenten oder gar Steinen. Die Abdeckung weist vorzugsweise auch Mittel zur Kühlung mit Abfuhr von elektrisch erzeugter Verlustwärme von den genannten Bauteilen auf.

Damit ist eine vorstehend beschriebene Vorrichtung als Gesamtsystem universell einsetzbar, um unter Wasser im Meer oder einem See bis in Flachwasserzonen hinein über Grund gezogen zu werden. Aufgrund seines Aufbaus weist die Vorrichtung seitlich betrachtet in der Höhe einen Strömungswiderstand auf, der sogar einen Einsatz in einer Brandungszone ermöglichen kann. Aber auch an Land, z. B. an einem Strand, einem Marsch- oder Sumpfland oder einer sonstigen Fläche mit niedrigem pflanzlichen Bewuchs und/oder geringer Anzahl von Hindernissen, kann ein beschriebenes System mit einem Schlitten durch ein angepasstes Zugmittel gezogen werden und hält ein vorgegebenes Abstandsintervall zu einer jeweiligen Bodenoberfläche ein.

In nur einem Durchgang kann so, unter genauer Angabe von Geo- Koordinaten eines jeweiligen Ortes aller Sensoren neben einer Übersichtserkundung für auftretende Anomalien, direkt auch der Schritt hin auf eine zuverlässige Charakterisierung einer jeweiligen Anomalie mit einer Unterscheidung in ein militärisches Objekt oder zivilem Schott oder einem möglichen archäologischen Fund hin vollzogen werden. Die Messung der Antwortsignale bzw. deren Abklingverhalten in den einzelnen Raumachsen bietet den Vorteil einer sensibleren Erfassung des Abklingverhaltens des Antwortsignals, also eine Detektion einer zeitlichen Veränderung des Feldes. Dadurch ergibt sich mit Blick auf einen jeweils zu untersuchen Störkörper eine verbesserte Charakterisierungsmöglichkeit. Die gleichzeitige Verwendung einer Vielzahl von Sensoren führt zu einer sicheren Bewertung einer jeweiligen Fund-Situation im Zuge einer Charakterisierung einer Anomalie an einem genau bestimmten Ort. Damit sind keine Wiederholungsmessungen mehr erforderlich, die sonst ggf. sogar mit einem Einsatz von anderen Instrumenten durchzuführen wären, wie es in bekannten Verfahren auch heute noch gängige Praxis ist. Eine soweit erfasste Anomalie ist aufgrund der genau bekannten Geo-Daten unter allen Umständen direkt wieder aufzufinden, insbesondere auch unter Wasser und bei schlechten Sichtverhältnissen, um dann in einem nächsten Schritt gezielt z.B. eine Bergung oder Entschärfung vornehmen zu können.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

1a und 1b: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schlittens in einer Draufsicht und einer seitlichen Ansicht;

2a und 2b: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schlittens mit Sendespulen und 3D-Sensoren und Elektronik in einer Draufsicht und einer seitlichen Ansicht;

3a und 3b: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schlittens an einem Schlepper als Zugmaschine in einer Einsatzposition auf Grund und in einer Transportlage;

4a bis 4d: ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schlittens in einer dreidimensionalen Ansicht mit Sendespulen und 3D-Sensoren sowie in einer Draufsicht, einer seitlichen Ansicht sowie einer Ansicht von vorne;

5a bis 5f: Draufsichten und seitliche Darstellungen von Einzelteilen des vierten Ausführungsbeispiels und

6a und 6b: eine Draufsicht und eine seitliche Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels des in einem Einsatz von einer Zugmaschine analog der Darstellung von 3b gezogenen Schlittens.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritte stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Beschränkung der Erfindung wird nachfolgend nur ein Einsatz zur genauen Erfassung einer Verdachtsstelle bzw. Anomalie mit Untersuchung deren Größe, Lage und Form unter Wasser dargestellt und beschrieben. Es ist aber für den Fachmann offensichtlich, dass in gleicher Weise auch eine Anpassung auf andere Einsatzfelder möglich ist, bei denen aus Kosten- und/oder Sicherheitsgründen mit Blick auf einen Zeit- und Kostenaufwand Grabungsarbeiten umgangen werden sollen. Damit können sowohl Rohstoff-Explorationen, eine Ortung von Seekabeln oder Pipelines, als auch Schatzsuchen Einsatzfelder von Ausführungsformen der Erfindung sein, ohne dass hierauf und auf Besonderheiten der jeweiligen Anwendungen nachfolgend im Detail eingegangen werden wird.

Ein bekanntes Verfahren zum elektro-magnetischen Auffinden und zur Untersuchung eines metallischen Störkörpers S, der unter einer Bodenoberfläche BO verborgen liegt, verwendet einen sog. Puls-Induktions-Ansatz und wird nachfolgend nur unter dem Blickwinkel der Kampfmittelsuche beschrieben. Hierbei wird eine elektro-magnetische Anregung durch eine mit einem gepulsten Strom durchflossene Leiterschleife verwendet, um verborgene metallische Objekte bzw. einen Störkörper S anzuregen. Durch Induktion hervorgerufene Antwortsignale werden dann durch Sensoren aufgenommen und ausgewertet.

1a stellt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schlittens 1 in einer Draufsicht dar, 1b zeigt eine seitliche Ansicht des Schlittens 1. Der Schlitten 1 wird als Träger für hier nicht weiter dargestellte Erregerspulen und Empfänger verwendet. Der Schlitten 1 aus nicht elektrisch leitfähigem Material weist einen hier im Wesentlichen U-förmigen Rahmen 2 und Quer- und Versteifungsstreben 3 auf. Bei Einsatz eines schweißbaren Kunststoffs als elektrisch nicht leitfähiges Material ist dessen Verschleißanfälligkeit insbesondere in einem Kontaktbereich des Schlittens 1 mit der Bodenoberfläche BO zu beachten. Hier werden als Schutz vor Verschleiß Opferplatten 4 verwendet, die ebenfalls aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material bestehen.

In einem in Bewegungsrichtung im Einsatz gesehen vorderen Bereich 5 des Schlittens 1 ist eine Elektronik 6 zur Versorgung der Erregerspulen sowie zur Datengewinnung bzw. Datenverarbeitung der Empfangssignale aus den Empfängern, und in einem hinteren Bereich 7 sind Erregerspulen und die Vielzahl regelmäßig verteilter Sensoren angeordnet. Wie in 1b angedeutet sind der vordere Bereich 5 des Schlittens 1 sowie der hintere Bereich 7 jeweils zum Schutz der Elektronik 6 sowie der Erregerspulen und der regelmäßig über die Erregerspulen hinweg verteilt angeordneten Sensoren bzw. Empfänger mit Hauben 8 abgedeckt. Diese Hauben 8 umfassen hier zudem Rohrstücke 9 bzw. Rohrstutzen als Mittel zur Erzeugung der kühlenden Strömung an den darunterliegenden elektrischen Bauteilen vorbei zur Abfuhr von Verlustwärme. Ein weiteres Rohrstück 10 verbindet den vorderen Bereich 5 des Schlittens 1 mit dem hinteren Bereich 7. In diesem Rohrstück 10 werden elektrische Leitungen zwischen den Erregerspulen und Sensoren hin zu der Elektronik gegen raue Umweltbedingungen geschützt geführt.

Um ein schnelles Absenken des Schlittens 1 zu gewährleisten sind in dem Schlitten 1 zudem nicht weiter dargestellte Flutlöcher vorgesehen. Der U-förmige Rahmen 2 und/oder die Quer- und Versteifungsstreben 3 sind zudem mit Ballast gefüllt. Dazu werden Abschnitte der genannten Elemente mit Sand gefüllt oder mit Beton ausgegossen, um ein Absenken des Schlittens 1 zu beschleunigen und auch um ein Aufschwimmen des nachfolgend über die Bodenoberfläche BO gezogenen Schlittens 1 zu verhindern. Zusätzliche Auflastungen können vorgenommen werden, um den Schlitten auch bei Fahrt sicher auf der Bodenoberfläche BO zu halten.

Die Abbildungen der 2a und 2b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schlittens 1 in einer Draufsicht und einer seitlichen Ansicht. Auf dem Schlitten 1 sind nun Sendespulen 11 und 3D-Sensoren 12 in dem hinteren Bereich 7 sowie die Elektronik 6 in dem vorderen Bereich 5 fixiert. Drei Rohrstücke 10 verbinden diese durch Hauben 8 abgedeckten Bereiche als Kabelführungen miteinander.

Hier sind fünf Sendespulen 11 in zwei Reihen angeordnet, wobei diese Reihen teilweise überlappend angeordnet sind. Zudem sind insgesamt 28 3D-Sensoren 12 in Form kompakter Spulenkörper als Arrays in der x-y-Ebene gemeinsam mit den Sendespulen 11 regelmäßig über deren Fläche hinweg und auch teilweise darüber hinaus verteilt angeordnet. Im Verlauf einer Messung werden die Erreger- bzw. Sendespulen 11 durch die Elektronik seriell mit einem starken Strompuls angesteuert. Ein sich durch diesen Stromfluss aufbauendes Magnetfeld induziert bei raschem Abschalten in einem metallischen Störkörper S ein elektrisches Feld mit Wirbelströmen, die in Stärke und Dauer von der Art, Schichtdicke und Form des Störkörpers S abhängen. Die fließenden Wirbelströme bilden ihrerseits auch ein magnetisches Feld mit einer speziellen dreidimensionalen Raumform aus, das als Impulsantwort durch die Sensoren 12 jeweils in allen drei Raumachsen im Schlitten 1 messbar ist. Damit ist ein metallischer Störkörper S grundsätzlich auffindbar.

Ein zeitliches Abklingverhalten von Komponenten dieser Impulsantwort wird nach einem abrupten Abschalten eines Stromflusses durch die Sendespulen 11 durch alle 3D-Empfänger 12 in allen drei Raumachsen x, y, z aufgenommen und nachfolgend in der Elektronik 6 ausgewertet. Durch eine räumliche Untersuchung der 28 × 3 Impulsantworten können zudem aber auch Rückschlüsse auf eine Art und Größe eines metallischen Störkörpers S geführt werden. Eine jeweilige Ausdehnung entlang der Raumachsen x, y, z lassen zusätzlich auf Symmetrieeigenschaften des Störkörpers S, anhand derer mit nur einem Messvorgang eine Untersuchung zur näheren Charakterisierung mit einer grundsätzlichen Unterscheidung in Kampfmittel bzw. UXO oder harmlosem Metall bzw. Schrott vollzogen werden kann. Dabei ist eine Geo-Koordinate des Störkörpers S grundsätzlich genau bekannt und wird zusammen mit diesen Mess- und Untersuchungsergebnissen abgespeichert, wie nachfolgend noch unter Bezugnahme u.a. auf die Abbildung von 3b beschrieben wird.

Die Abbildungen der 3a und 3b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schlittens 1 an einem Schlepper 13 als Zugmaschine. Dabei zeigt 3a den über verschiedene Zug- und Haltemittel 14 an einem Kranausleger 15 des Schleppers 13 angebrachten Schlitten 1 in einer möglichen Transportlage. Über die Zug- und Haltemittel 14, die für ihre mechanische Aufgabe soweit als möglich aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, erfolgt auch eine Versorgung des Schlittens 1 mit elektrischer Energie sowie eine Übermittlung der Messsignale aus der Elektronik 6 zum Schlepper 13 hin.

3b zeigt das beschriebene System in einer Einsatzposition, in der sich der Schlitten 1 unter Wasser auf dem Grund und in Kontakt mit einer Bodenoberfläche BO befindet, während er über die Zugmittel 14 durch den Schlepper 13 mit Geschwindigkeiten von ca. 1–2 kn gezogen wird. Um eine vertikale Komponente einer Zugkraft bzw. den Winkel einer Krafteinleitung in den Schlitten 1 so weit wie möglich zu senken, umfassen die Zugmittel 14 ein Voreil-Gewicht 16, das eine Masse von ca. 20t aufweist und eine möglichst strömungsgünstige Formgebung hat. Hier ist das Voreil-Gewicht 16 als Kugel oder als Zylinder- Rohr mit entsprechender Füllung vorgesehen. Durch die eingestellte Geometrie wird eine vertikale Komponente zugunsten einer horizontalen Komponente Fh der auf den Schlitten 1 einwirkenden Zugkraft F deutlich gesenkt, um damit das Risiko eines Anhebens des Schlittens 1 von der Bodenoberfläche BO deutlich zu senken. Andernfalls müsste ein Gewicht des Schlittens 1 wohl noch deutlich erhöht werden, was zu erhöhter Reibung, vermehrtem Verschleiß und noch höheren Zugkräften führen würde.

An dem Schlitten 1 sind neben den Halte- und Zugmitteln 14 auch Ortungsmittel vorgesehen, um bei unzureichender Sichtverbindung und dementsprechendem Wegfall einer Satellitengestützten Ortung des Schlittens 1 unter Wasser eine genaue Ortung auf indirektem Wege durchführen zu können. Zur indirekten Ortung ist der Schlitten 1 mit der Zugmaschine 13 durch einen sog. Taught wire 17 verbunden. Derartige dynamische Messungen zur Positionsbestimmung relativ zu einem Schlepper 13 mit GPS-Ortung als Bezugspunkt sind dem Fachmann u.a. beim Legen von Seekabeln und Pipelines bekannt. Hier sind nun noch ergänzend nicht weiter zeichnerisch dargestellte Inklinometer, Gyrometer und Altimeter an oder auf dem Schlitten 1 vorgesehen, um eine jeweilige Lage, Neigung und Orientierung des Schlittens 1 im Raum mit hoher Genauigkeit auch ohne direkte Satellitenortung unmittelbar direkt und genau angeben zu können. Damit sind Geo-Referenzpunkte für jeden der Sensoren 12 für jeden Zeitpunkt der Messung verfügbar.

4a stellt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schlittens 1 in einer dreidimensionalen Ansicht mit Sendespulen 11 und 3D-Sensoren 12 dar. Die Anordnung der Sendespulen 11 und 3D-Sensoren 12 in dem hinteren Bereich 7 sowie die Elektronik 6 in dem vorderen Bereich 5 des Schlittens 1 entspricht weitestgehend der aus dem zweiten Ausführungsbeispiel, siehe 2a, 2b. Es unterbleibt daher eine wiederholte Beschreibung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Rahmen 2 des deutlich vergrößerten Schlittens 1 im Wesentlichen V-förmig ausgebildet. Zudem ist dieser Schlitten 1 nun aus einzelnen Segmenten 18 aufgebaut, die miteinander unter Verwendung von Bolzen- und Steckverbindungen 19 lösbar verbunden werden. Dabei sind die Segmente 18 als Einzelelemente so dimensioniert, dass sie im demontierten Zustand in eine Transportvorrichtung und vorteilhafterweise hier in einen Container verladen, transportiert und vor Ort bei einem Einsatz nach dem Entladen durch die Bolzen- und Steckverbindungen 19 auf- bzw. zusammengebaut werden können. Damit werden Außenabmessungen von ca. 9 m Länge bei etwa 6,60 m Arbeitsbreite realisiert.

In einer Draufsicht, einer seitlichen Ansicht sowie einer Ansicht des Schlittens 1 von vorne sind in den Abbildungen der 4b bis 4d die Bolzen- und Steckverbindungen 19 zwischen den hier vier Segmenten 18A, B, C und D gut erkennbar. Ergänzend zeigen die 5a bis 5f Draufsichten und seitliche Darstellungen der Segmente 18A, B, C und D des vierten Ausführungsbeispiels mit den jeweiligen Bolzen- und Steckverbindungen 19 als Einzelteile. Hier sind zwei verschiebliche Bolzen 20 separat gekennzeichnet.

6a und 6b stellen eine Draufsicht und eine seitliche Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels des Schlittens 1 in einem Einsatz dar, wo der Schlitten 1 von einer Zugmaschine 13 analog der Darstellung von 3b in Kontakt mit der Bodenoberfläche BO über Grund gezogen bzw. in einer Passivstellung transportiert wird.

Das vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene System und Messverfahren ermöglicht eine effektive und zuverlässige Vermessung eines im Vergleich zu bekannten Systemen sehr breiten Streifens zu Lande wie unter Wasser. Dabei können in einem einzigen Mess-Durchgang Anomalitäten als Störkörper S zugleich exakt lokalisierbar aufgefunden sowie mit hoher Zuverlässigkeit klassifiziert werden.

Bezugszeichenliste

1
Schlitten
2
U- oder V-förmiger Rahmen
3
Quer- und Versteifungsstrebe
4
Opferplatte als Verschleißschutz
5
vorderer Bereich des Schlittens 1
6
Elektronik / Mittel zur Speisung und Ansteuerung der Erregerspulen sowie zur Signalverarbeitung der Antwortsignale
7
hinterer Bereich des Schlittens 1
8
Haube
9
Rohrstück / Stutzen
10
Schützendes Rohrstück für Leitungen
11
Sendespule / Erregerspule
12
3D-Sensor / 3D-Empfänger
13
Zugmaschine
14
Halte- und Zugmittel
15
Kranausleger
16
Voreil-Gewicht
17
Ortungsmittel / Taught wire
18
Segment des Schlittens gemäß 4. Ausführungsbeispiel
19
Bolzen- und Steckverbindung
20
verschieblicher Bolzen
BO
Oberfläche über einem Bodenbereich / Bodenoberfläche
S
Störkörper / Anomalie
F
Zugkraft
Fh
horizontaler Anteil der Zugkraft F der Zugmaschine 13
x, y, z
Raumachsen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 0780705 B1 [0004]
  • DE 202012008435 U1 [0004]
  • DE 202015102891 U1 [0004]
  • DE 202012007159 U1 [0004]
  • DE 202015103371 U1 [0004]
  • DE 29701232 U1 [0004]