ES2980042B2

ES2980042B2 - SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AND DEACTIVATING OR DETONATING EXPLOSIVE DEVICES

Info

Publication number: ES2980042B2
Application number: ES202330167A
Authority: ES
Inventors: Flemming Helsted Pedersen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-02-27
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2025-08-27
Anticipated expiration: 2043-02-27
Also published as: WO2024180271A1; ES2980042A1; EP4636350A1

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

SISTEMA Y MÉTODO PARA DETECTAR Y DESACTIVAR O DETONAR ARTEFACTOSSYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AND DEACTIVATING OR DETONATING DEVICES

EXPLOSIVOSEXPLOSIVES

Campo de la invenciónField of the invention

La presente invención se engloba en el campo de los sistemas electromagnéticos para detección, destrucción o detonación de artefactos explosivos improvisados (IED), minas, bombas y otros artefactos explosivos. The present invention falls within the field of electromagnetic systems for the detection, destruction or detonation of improvised explosive devices (IEDs), mines, bombs and other explosive devices.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Actualmente existen sistemas portables por un operador para detectar artefactos explosivos, como minas. Sin embargo, no se conocen sistemas portables que permitan, además de la detección, la desactivación o la detonación de artefactos explosivos. Currently, there are operator-portable systems for detecting explosive devices, such as mines. However, there are no known portable systems that can, in addition to detection, deactivate or detonate explosive devices.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La invención se refiere a un sistema y método para detectar y desactivar o detonar artefactos explosivos. The invention relates to a system and method for detecting and deactivating or detonating explosive devices.

El sistema para detectar y desactivar o detonar artefactos explosivos comprende una cabeza magnética y un dispositivo de potencia y control. Ambos elementos están conectados mediante un cable largo (e.g. de 50 metros), preferentemente enrollable en un tambor. The system for detecting, defusing, or detonating explosive devices comprises a magnetic head and a power and control device. Both elements are connected by a long cable (e.g., 50 meters), preferably wound onto a drum.

La cabeza magnética está configurada para generar un campo magnético alterno e incluye un oscilador electrónico que comprende circuito resonante, un circuito de realimentación y un circuito amplificador. El circuito resonante incluye un condensador en paralelo con una bobina metálica encargada de generar el campo magnético alterno cuando circula por la bobina una corriente alterna a una determinada frecuencia de resonancia. El circuito de realimentación comprende un transformador con un primer devanado en paralelo con el condensador del circuito resonante. El circuito de realimentación está configurado para proporcionar al circuito amplificador, a través de un segundo devanado del transformador, una corriente de realimentación positiva proveniente del circuito resonante. El circuito amplificador, el cual comprende al menos un transistor de potencia, está configurado para amplificar la corriente de realimentación proveniente del circuito resonante. El rango de frecuencias del oscilador electrónico está preferentemente comprendido entre 40 kHz y 1MHz, aunque también se pueden utilizar bandas de radio ISM (industriales, científicas y médicas), especialmente las bandas de frecuencias bajas, centradas en 6,75MHz, 13,56MHz o 27,12MHz. The magnetic head is configured to generate an alternating magnetic field and includes an electronic oscillator comprising a resonant circuit, a feedback circuit, and an amplifier circuit. The resonant circuit includes a capacitor in parallel with a metal coil responsible for generating the alternating magnetic field when an alternating current at a certain resonant frequency flows through the coil. The feedback circuit comprises a transformer with a first winding in parallel with the capacitor of the resonant circuit. The feedback circuit is configured to provide the amplifier circuit, through a second winding of the transformer, with a positive feedback current from the resonant circuit. The amplifier circuit, which comprises at least one power transistor, is configured to amplify the feedback current from the resonant circuit. The frequency range of the electronic oscillator is preferably between 40 kHz and 1 MHz, although ISM (industrial, scientific and medical) radio bands can also be used, especially the low frequency bands, centered on 6.75 MHz, 13.56 MHz or 27.12 MHz.

El dispositivo de potencia y control comprende una batería, un convertidor de potencia, al menos un interruptor y una unidad de detección de explosivos. El convertidor de potencia está configurado para, cuando está activado, alimentar al oscilador electrónico con una tensión continua mayor (e.g. 8 veces mayor) que la suministrada por la batería. El al menos un interruptor (que puede formar parte del convertidor de potencia o ser un elemento aparte) está configurado para alternar entre al menos dos estados incluyendo: The power and control device comprises a battery, a power converter, at least one switch, and an explosive detection unit. The power converter is configured to, when activated, supply the electronic oscillator with a DC voltage greater (e.g., 8 times greater) than that supplied by the battery. The at least one switch (which may be part of the power converter or a separate element) is configured to alternate between at least two states, including:

- Un primer estado en el que el convertidor de potencia está activado. - A first state in which the power converter is activated.

- Un segundo estado en el que el convertidor de potencia está desactivado, de forma que el oscilador electrónico está alimentado una tensión continua igual o inferior a la suministrada por la batería. - A second state in which the power converter is deactivated, so that the electronic oscillator is supplied with a direct current voltage equal to or lower than that supplied by the battery.

La unidad de detección de explosivos está configurada para detectar cambios en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico cuando el convertidor de potencia está desactivado. The explosive detection unit is configured to detect changes in the resonant frequency of the electronic oscillator when the power converter is disabled.

El sistema permite por un lado detectar artefactos explosivos, para lo cual hay que desactivar el convertidor de potencia y alimentar al oscilador electrónico con la tensión de la batería (i.e. sin amplificar su tensión), y emplear la unidad de detección de explosivos. Por otro lado, el sistema también permite desactivar o detonar artefactos explosivos mediante la activación del convertidor de potencia. Preferentemente, se emplea un determinado patrón de activación y desactivación del convertidor de potencia para realizar la desactivación o detonación de los artefactos explosivos. The system allows, on the one hand, to detect explosive devices, for which the power converter must be deactivated and the electronic oscillator supplied with battery voltage (i.e., without amplifying its voltage), and the explosive detection unit must be used. On the other hand, the system also allows explosive devices to be deactivated or detonated by activating the power converter. Preferably, a specific activation and deactivation pattern of the power converter is used to deactivate or detonate explosive devices.

Con respecto a la función de desactivación o detonación de artefactos explosivos, el sistema de la presente invención tiene por objeto generar un producto w B ( w= 6.28 f, donde f es la frecuencia y B es la densidad de flujo magnético) lo más grande posible con el objeto de destrozar cualquier circuito eléctrico para neutralizar el artefacto explosivo, o calentar las partes metálicos del artefacto explosivo para (i) cambiar el estado del explosivo secundario de solido a líquido (e.g. el TNT, alrededor de 90°C) para desactivar el artefacto explosivo, (ii) cambiar el estado del explosivo secundario de líquido a gas (e.g. evaporar TNT, alrededor de 220°C) para desactivar el artefacto explosivo, o (iii) detonar el artefacto explosivo. With respect to the function of deactivating or detonating explosive devices, the system of the present invention aims to generate a product w B ( w = 6.28 f, where f is the frequency and B is the magnetic flux density) as large as possible in order to destroy any electrical circuit to neutralize the explosive device, or to heat the metallic parts of the explosive device to (i) change the state of the secondary explosive from solid to liquid (e.g. TNT, around 90°C) to deactivate the explosive device, (ii) change the state of the secondary explosive from liquid to gas (e.g. evaporate TNT, around 220°C) to deactivate the explosive device, or (iii) detonate the explosive device.

El método para detectar y desactivar o detonar artefactos explosivos emplea el sistema anteriormente descrito. El método comprende las siguientes etapas: The method for detecting and deactivating or detonating explosive devices uses the system described above. The method comprises the following steps:

- Realizar un barrido de la cabeza magnética en una zona de búsqueda. - Perform a sweep of the magnetic head in a search area.

- Detectar, mediante la unidad de detección de explosivos, cambios en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico durante el barrido. - Detect, using the explosive detection unit, changes in the resonant frequency of the electronic oscillator during the sweep.

- Determinar una posición de la bobina de la cabeza magnética que produce un mayor cambio en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico. - Determine a position of the magnetic head coil that produces a greater change in the resonant frequency of the electronic oscillator.

- Activar y desactivar, mediante el al menos un interruptor, el convertidor de potencia de acuerdo a los siguientes patrones de activación: - Activate and deactivate, using at least one switch, the power converter according to the following activation patterns:

• Activar el convertidor de potencia en una serie de pulsos cortos de activación de una duración inferior a un primer umbral de activación. • Activate the power converter in a series of short activation pulses of a duration less than a first activation threshold.

• Si no ha habido detonación del artefacto explosivo, activar el convertidor de potencia en una serie de pulsos largos de activación de una duración superior a un segundo umbral de activación, siendo el segundo umbral de activación superior al primer umbral de activación. • If the explosive device has not been detonated, activate the power converter in a series of long activation pulses of a duration greater than a second activation threshold, the second activation threshold being greater than the first activation threshold.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. Below, a very brief description is given of a series of drawings that help to better understand the invention and that are expressly related to an embodiment of said invention that is presented as a non-limiting example thereof.

La Figura 1 muestra los elementos de un sistema para detectar y desactivar o detonar un artefacto explosivo según la presente invención. Figure 1 shows the elements of a system for detecting and deactivating or detonating an explosive device according to the present invention.

La Figura 2 ilustra componentes de un sistema de la presente invención de acuerdo a una realización. Figure 2 illustrates components of a system of the present invention according to one embodiment.

La Figura 3 represente un ejemplo de realización del sistema. Figure 3 represents an example of the implementation of the system.

La Figura 4 muestra un ejemplo de una cabeza magnética. Figure 4 shows an example of a magnetic head.

Las Figuras 5A y 5B muestran la extensión del cable en la etapa de desactivación o detonación de un artefacto explosivo. Figures 5A and 5B show the extension of the cable at the deactivation or detonation stage of an explosive device.

La Figura 6 es un diagrama de flujo de un método para detectar y desactivar o detonar artefactos explosivos que utiliza el sistema anteriormente descrito. Figure 6 is a flow diagram of a method for detecting and disabling or detonating explosive devices using the system described above.

En la Figura 7A se representa el barrido de la cabeza magnética en una zona de búsqueda. En la Figura 7B se muestra la colocación la bobina en una determinada posición en la que se produce el mayor cambio en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico durante el barrido. Figure 7A shows the sweep of the magnetic head in a search area. Figure 7B shows the coil being positioned at a specific position where the greatest change in the resonant frequency of the electronic oscillator occurs during the sweep.

La Figura 8A muestra un ejemplo de circuito empleado como oscilador electrónico. Las Figuras 8B y 8C ilustran varias simulaciones realizadas en dicho circuito. Figure 8A shows an example of a circuit used as an electronic oscillator. Figures 8B and 8C illustrate several simulations performed on this circuit.

La Figura 9A representa un ejemplo de circuito eléctrico que incluye el oscilador electrónico y el convertidor de potencia. La Figura 9B ilustra una simulación realizada en dicho circuito. Figure 9A represents an example of an electrical circuit that includes the electronic oscillator and the power converter. Figure 9B illustrates a simulation performed on such a circuit.

La Figura 10 muestra un barrido de la bobina para estimar la distancia a un artefacto explosivo enterrado y, opcionalmente, la masa de hierro contenida en el mismo. Figure 10 shows a sweep of the coil to estimate the distance to a buried explosive device and, optionally, the mass of iron contained therein.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

LaFigura 1ilustra de manera simplificada los componentes de un sistema 1 para detectar y desactivar o detonar un artefacto explosivo 10, tal como una mina, bomba o un artefacto explosivo improvisado (IED). Figure 1 illustrates in simplified form the components of a system 1 for detecting and deactivating or detonating an explosive device 10, such as a mine, bomb or improvised explosive device (IED).

El sistema 1 comprende un dispositivo de potencia y control 2 y una cabeza magnética 3. Ambos elementos están conectados por al menos un cable 4. En laFigura 2se ilustran con más detalle los componentes internos del sistema 1. The system 1 comprises a power and control device 2 and a magnetic head 3. Both elements are connected by at least one cable 4. The internal components of the system 1 are illustrated in more detail in Figure 2.

La cabeza magnética 3 es una unidad configurada para generar un campo magnético alterno. La cabeza magnética 3 incluye un dipolo magnético formado por una bobina circular que conduce corriente alterna de gran amplitud para generar un fuerte campo magnético alterno alrededor de la bobina. La cabeza magnética 3 incorpora un oscilador electrónico 5, el cual comprende un circuito resonante 6, un circuito de realimentación 7 y un circuito amplificador 8. The magnetic head 3 is a unit configured to generate an alternating magnetic field. The magnetic head 3 includes a magnetic dipole formed by a circular coil that conducts a large-amplitude alternating current to generate a strong alternating magnetic field around the coil. The magnetic head 3 incorporates an electronic oscillator 5, which comprises a resonant circuit 6, a feedback circuit 7, and an amplifier circuit 8.

El circuito resonante 6 comprende un condensador 9, de capacitancia C, en paralelo con una bobina 10 metálica, de inductancia L, que determinan una primera frecuencia de resonancia f<0>del oscilador: The resonant circuit 6 comprises a capacitor 9, of capacitance C, in parallel with a metallic coil 10, of inductance L, which determine a first resonance frequency f<0> of the oscillator:

El condensador 9 es de baja pérdida capaz de trabajar con al menos 100 A, por ejemplo 500 A, 1 KV AC (por lo tanto, 500 kVAR a alta frecuencia, típicamente entre 40 kHz y 1 MHz). La bobina 10 es la encargada de generar el campo magnético alterno cuando circula por la bobina una corriente alterna a una determinada frecuencia de resonancia f del oscilador. Capacitor 9 is a low-loss capacitor capable of handling at least 100 A, for example, 500 A, 1 kV AC (therefore, 500 kVAR at high frequencies, typically between 40 kHz and 1 MHz). Coil 10 is responsible for generating the alternating magnetic field when an alternating current flows through the coil at a given oscillator resonant frequency f.

En una realización, la bobina 10 tiene un diámetro D exterior superior a 50 mm, preferentemente entre de 100 mm y 600 mm. In one embodiment, the coil 10 has an outer diameter D greater than 50 mm, preferably between 100 mm and 600 mm.

En una realización, la bobina 10 está hecha de un tubo metálico hueco, con una o más vueltas (por ejemplo, un tubo de cobre o aluminio y con una sección de 12 mm de diámetro). La bobina 10 puede implementarse de otras formas diferentes; por ejemplo, mediante tiras o láminas de aluminio, mediante cable trenzado, etc. Las bobinas de cable trenzado tienen pérdidas a alta frecuencia más bajas (por una menor resistencia), pero son difíciles de enfriar y caras de fabricar. Las láminas de aluminio son ligeras, pero aportan menor estabilidad mecánica. Las bobinas de tubos huecos de cobre o aluminio se pueden enfriar mediante la circulación de aire en su interior. In one embodiment, the coil 10 is made of a hollow metal tube with one or more turns (e.g., a copper or aluminum tube with a cross-sectional area of 12 mm in diameter). The coil 10 can be implemented in other forms; for example, using aluminum strips or sheets, braided wire, etc. Braided wire coils have lower high-frequency losses (due to lower resistance), but are difficult to cool and expensive to manufacture. Aluminum sheets are lightweight but provide less mechanical stability. Coils made of hollow copper or aluminum tubes can be cooled by air circulation inside them.

En condiciones de uso normales, cuando no hay elementos externos próximos a la bobina que interactúen con el campo magnético generado por la misma, la corriente alterna generada por el sistema 1 en la bobina 10 tiene una frecuencia de resonancia feq igual a f<0>(feq= f<0>). Sin embargo, cuando se acerca la bobina 10 a un artefacto explosivo 11 que contiene partes metálicas, el metal cerca de la bobina 10 cambia la frecuencia de resonancia feq equivalente del oscilador electrónico 5, al modificar la inductancia equivalente Leq de la bobina 10 en el circuito resonante 6. Under normal operating conditions, when there are no external elements near the coil interacting with the magnetic field generated by it, the alternating current generated by system 1 in coil 10 has a resonant frequency feq equal to f<0> (feq= f<0>). However, when coil 10 is brought close to an explosive device 11 containing metallic parts, the metal near coil 10 changes the equivalent resonant frequency feq of electronic oscillator 5, by modifying the equivalent inductance Leq of coil 10 in resonant circuit 6.

Por ejemplo, el aluminio y otros metales (oro, plata, cobre) cerca de la bobina 10 reduce la inductancia equivalente Leq de la bobina 10 y aumenta la frecuencia de resonancia feq, mientras que el hierro aumenta la inductancia equivalente Leq de la bobina 10 y reduce la frecuencia de resonancia feq. Normalmente hay hierro en un artefacto explosivo 11, lo cual produce una disminución de la frecuencia de resonancia feq. For example, aluminum and other metals (gold, silver, copper) near coil 10 reduce the equivalent inductance Leq of coil 10 and increase the resonant frequency feq, while iron increases the equivalent inductance Leq of coil 10 and reduces the resonant frequency feq. Iron is usually present in an explosive device 11, which lowers the resonant frequency feq.

En la Figura 1 se representa el campo magnético Bp generado por la corriente Ip alterna circulando por la propia bobina 10. La resonancia es necesaria para tener una corriente Ip muy alta en la bobina 10 y, con ello, un campo magnético Bp muy fuerte. Debido a que la corriente Ip que circula por la bobina 10 es alterna, el campo magnético Bp generado es variable en el tiempo. La magnitud del campo magnético Bp sobre el artefacto explosivo 11, situado por debajo de la bobina 10, depende además de su distancia a la bobina 10. Figure 1 shows the magnetic field Bp generated by the alternating current Ip flowing through coil 10 itself. Resonance is necessary to maintain a very high current Ip in coil 10 and, therefore, a very strong magnetic field Bp. Because the current Ip flowing through coil 10 is alternating, the generated magnetic field Bp varies over time. The magnitude of the magnetic field Bp above the explosive device 11, located below coil 10, also depends on its distance from coil 10.

La variación en el tiempo del campo magnético Bp genera, de acuerdo a la ley de inducción electromagnética de Faraday, una corriente inducida Is en la parte metálica del artefacto explosivo 11, la cual a su vez genera un campo magnético Bs que impacta en la bobina 10, cambiando el valor de la inductancia equivalente Leq de la bobina 10 y, con ello, la frecuencia de resonancia feq equivalente del oscilador electrónico 5. The variation in time of the magnetic field Bp generates, according to Faraday's law of electromagnetic induction, an induced current Is in the metallic part of the explosive device 11, which in turn generates a magnetic field Bs that impacts the coil 10, changing the value of the equivalent inductance Leq of the coil 10 and, with it, the equivalent resonance frequency feq of the electronic oscillator 5.

El circuito amplificador 8 proporciona la corriente Ip alterna en la bobina 10, a la frecuencia de resonancia feq. El circuito amplificador 8 comprende al menos un transistor de potencia y está configurado para amplificar la corriente de realimentación proveniente del circuito resonante 6. The amplifier circuit 8 provides the alternating current Ip to the coil 10 at the resonant frequency feq. The amplifier circuit 8 comprises at least one power transistor and is configured to amplify the feedback current from the resonant circuit 6.

El circuito amplificador 8 recibe una realimentación positiva del circuito resonante 6 a través del circuito de realimentación 7, el cual comprende un transformador 12 con un primer devanado 12a (devanado principal) en paralelo con el condensador 9 del circuito resonante 6. El circuito de realimentación 7 está configurado para proporcionar al circuito amplificador 8, a través de un segundo devanado 12b (un devanado secundario) del transformador 12, una corriente de realimentación positiva proveniente del circuito resonante 6. The amplifier circuit 8 receives positive feedback from the resonant circuit 6 via a feedback circuit 7, which comprises a transformer 12 with a first winding 12a (main winding) in parallel with the capacitor 9 of the resonant circuit 6. The feedback circuit 7 is configured to provide the amplifier circuit 8, via a second winding 12b (a secondary winding) of the transformer 12, with a positive feedback current from the resonant circuit 6.

Durante la operación del sistema 1 se emplean altas potencias, lo cual puede calentar en exceso la bobina 10 metálica. Dicho sobrecalentamiento se puede transmitir a los demás componentes del oscilador electrónico 5. Con el fin de mantener la temperatura de los componentes electrónicos (e.g. los semiconductores) por debajo de una temperatura máxima de funcionamiento (e.g. 100°C) durante la transferencia de alta potencia al artefacto explosivo 11, la bobina 10 metálica se puede refrigerar mediante un circuito de refrigeración, preferentemente por aire. En una realización, el circuito de refrigeración de la bobina 10, integrado en la cabeza magnética 3, incluye un compresor 13 o un ventilador (alimentado por el dispositivo de potencia y control 2 a partir de la tensión suministrada por el cable 4) configurado para hacer circular aire de manera forzada por el interior de la bobina 10 metálica formada por un tubo metálico hueco, tal y como se ilustra en el ejemplo de la Figura 2. During operation of system 1, high powers are used, which can excessively heat the metal coil 10. Such overheating can be transmitted to the other components of electronic oscillator 5. In order to maintain the temperature of the electronic components (e.g., semiconductors) below a maximum operating temperature (e.g., 100°C) during the transfer of high power to explosive device 11, metal coil 10 can be cooled by a cooling circuit, preferably by air. In one embodiment, the cooling circuit of coil 10, integrated in magnetic head 3, includes a compressor 13 or a fan (powered by power and control device 2 from the voltage supplied by cable 4) configured to forcibly circulate air inside the metal coil 10 formed by a hollow metal tube, as illustrated in the example of Figure 2.

El dispositivo de potencia y control 2 está conectado mediante cable 4 al oscilador electrónico 5 y comprende una batería 14 que proporciona alimentación al sistema, un convertidor de potencia 15, un primer interruptor 16 y una unidad de detección de explosivos 17. El dispositivo de potencia y control 2 es utilizado por un operador para detectar artefactos explosivos 11 y, una vez detectados, desactivarlos por inducción de alta tensión o detonarlos mediante calentamiento por inducción. The power and control device 2 is connected by cable 4 to the electronic oscillator 5 and comprises a battery 14 providing power to the system, a power converter 15, a first switch 16 and an explosive detection unit 17. The power and control device 2 is used by an operator to detect explosive devices 11 and, once detected, deactivate them by high voltage induction or detonate them by induction heating.

La desactivación o neutralización del artefacto explosivo 11 se puede producir por el calentamiento producido en los elementos metálicos debido al campo magnético alterno en la bobina 10, el cual induce corrientes de Foucault en el metal del artefacto explosivo 11. La inducción puede destruir la electrónica del artefacto explosivo 11 induciendo sobrevoltajes y sobrecorrientes. Así, por ejemplo, en una bomba (que es normalmente un hueco metálico con TNT u otro explosivo secundario), la inducción calienta el metal, que luego calienta el TNT, el cual cambia de estado sólido a estado líquido cuando se calienta por encima de unos 90°C. Si el hueco de la bomba tiene alguna salida, el TNT puede salir como un líquido y la bomba queda neutralizada. Si no el TNT líquido no puede salir, la inducción continua y prolongada puede calentar mucho el metal, llegando a una temperatura de explosión (e.g. a unos 200°C) de la carga primaria o cambiando el estado del explosivo secundario de líquido a gas. Por tanto, el sistema 1 es capaz de desactivar artefactos explosivos 11 o de detonarlos, en función del tipo de artefacto explosivo y del perfil de calentamiento que se utilice. Deactivation or neutralization of the explosive device 11 can occur due to the heating of the metallic elements due to the alternating magnetic field in the coil 10, which induces eddy currents in the metal of the explosive device 11. Induction can destroy the electronics of the explosive device 11 by inducing overvoltages and overcurrents. Thus, for example, in a bomb (which is normally a metal cavity containing TNT or another secondary explosive), induction heats the metal, which then heats the TNT, which changes from a solid to a liquid state when heated above about 90°C. If the bomb cavity has an outlet, the TNT can escape as a liquid and the bomb is neutralized. If the liquid TNT cannot escape, continued and prolonged induction can greatly heat the metal, reaching an explosion temperature (e.g., about 200°C) of the primary charge or changing the state of the secondary explosive from a liquid to a gas. Therefore, system 1 is capable of deactivating explosive devices 11 or detonating them, depending on the type of explosive device and the heating profile used.

La batería 14 puede ser cualquier fuente portable de suministro de energía incluyendo una batería, una agrupación de baterías y uno o varios supercondensadores, entre otras fuentes de energía. La batería puede ser, por ejemplo, de 36 V y 150 A. Battery 14 can be any portable power source, including a battery, a battery array, and one or more supercapacitors, among other power sources. The battery can be, for example, 36 V and 150 A.

El convertidor de potencia 15 está configurado para alimentar al oscilador electrónico 5 con una tensión continua mayor que la suministrada por la batería 14. En una realización, el convertidor de potencia 15 suministra al menos 8 veces la tensión de la batería 14; por ejemplo, transforma los 36 voltios de la batería en 288 voltios (8 veces la tensión de la batería 4) de tensión continua que se suministra a través del cable 4 al oscilador electrónico 5. El convertidor de potencia puede ser, por ejemplo, de 5kW de salida. El convertidor de potencia 15 puede ser un convertidor DC/DC (e.g. un convertidor DC/DC elevador). The power converter 15 is configured to supply the electronic oscillator 5 with a DC voltage greater than that supplied by the battery 14. In one embodiment, the power converter 15 supplies at least 8 times the voltage of the battery 14; for example, it transforms the 36 volts of the battery into 288 volts (8 times the voltage of the battery 4) of DC voltage that is supplied through the cable 4 to the electronic oscillator 5. The power converter may be, for example, 5 kW output. The power converter 15 may be a DC/DC converter (e.g., a DC/DC boost converter).

El primer interruptor 16 se encarga de encender o apagar (i.e. activar o desactivar) el convertidor de potencia 15. Cuando el convertidor de potencia 15 está encendido (activo o activado), suministra al oscilador electrónico 5 una determinada potencia (que puede ser regulada) a una tensión continua mayor que la de la batería. Cuando el convertidor de potencia 15 está apagado (inactivo o desactivado), no se aumenta la tensión de la batería; en su lugar, el voltaje de la batería 14 alimenta directamente al oscilador electrónico 5. El primer interruptor 16 alterna por tanto entre al menos dos estados, un primer estado en el que el convertidor de potencia 15 está activo, proporcionando al oscilador electrónico una tensión mayor continua mayor que la batería 14, y un segundo estado en el que el convertidor de potencia 15 está inactivo, de forma que es la batería 14 la que alimenta directamente al oscilador electrónico 5. The first switch 16 is responsible for turning the power converter 15 on or off (i.e. activating or deactivating). When the power converter 15 is on (active or activated), it supplies the electronic oscillator 5 with a certain power (which can be regulated) at a DC voltage greater than that of the battery. When the power converter 15 is off (inactive or deactivated), the battery voltage is not increased; instead, the voltage of the battery 14 directly feeds the electronic oscillator 5. The first switch 16 therefore alternates between at least two states, a first state in which the power converter 15 is active, providing the electronic oscillator with a higher DC voltage than the battery 14, and a second state in which the power converter 15 is inactive, such that it is the battery 14 that directly feeds the electronic oscillator 5.

El primer interruptor 16 puede ser gobernado manualmente, por ejemplo mediante un selector que permita a un operador seleccionar el encendido o apagado del convertidor de potencia 15. The first switch 16 may be manually controlled, for example by a selector that allows an operator to select the power converter 15 to be switched on or off.

Alternativamente, el primer interruptor 16 puede ser controlado por una unidad de control, como por ejemplo un microcontrolador, en función de una entrada recibida a través de unos medios de entrada. Por ejemplo, un operador puede seleccionar en un panel de control el encendido o el apagado del convertidor de potencia 15, o incluso una determinada potencia de salida del convertidor de potencia 15, y la unidad de control recibe dicha orden de entrada y controla el primer interruptor 16 según la orden recibida. Los medios de entrada pueden incluir, entre otros, un panel de control, una pantalla táctil, un selector, un módulo de comunicación inalámbrica para recibir instrucciones remotas, etc. Alternatively, the first switch 16 may be controlled by a control unit, such as a microcontroller, based on an input received via input means. For example, an operator may select on a control panel to turn the power converter 15 on or off, or even a certain output power of the power converter 15, and the control unit receives said input command and controls the first switch 16 according to the command received. The input means may include, but are not limited to, a control panel, a touch screen, a selector, a wireless communication module for receiving remote instructions, etc.

El primer interruptor 16 puede implementarse de diferentes formas para cumplir las funciones descritas de encendido y apagado del convertidor de potencia 15; por ejemplo, mediante un selector rotativo gobernado manualmente, mediante uno o más transistores gobernados por una unidad de control, mediante un circuito con una combinación de semiconductores (e.g. uno o varios transistores y resistencias), etc. The first switch 16 can be implemented in different ways to fulfill the described functions of switching the power converter 15 on and off; for example, by means of a manually controlled rotary selector, by means of one or more transistors controlled by a control unit, by means of a circuit with a combination of semiconductors (e.g. one or more transistors and resistors), etc.

La unidad de detección de explosivos 17 está configurada para detectar (o monitorizar) cambios en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico 5, los cuales se producen cuando se acerca la cabeza magnética 3 al metal de un artefacto explosivo 11. Para detectar dichos cambios la unidad de detección de explosivos 17 recibe de la cabeza magnética 3, de manera continuada, una señal Sfeq representativa de la frecuencia de resonancia feq del oscilador electrónico 5, esto es, una señal alterna a la frecuencia de resonancia feq del oscilador electrónico 5 (por ejemplo, la intensidad que circula por un devanado secundario del transformador 12). Dicha señal puede ser enviada a través del cable 4 o de manera inalámbrica mediante una señal de radio. The explosive detection unit 17 is configured to detect (or monitor) changes in the resonant frequency of the electronic oscillator 5, which occur when the magnetic head 3 approaches the metal of an explosive device 11. To detect said changes, the explosive detection unit 17 continuously receives from the magnetic head 3 a signal Sfeq representative of the resonant frequency feq of the electronic oscillator 5, that is, an alternating signal at the resonant frequency feq of the electronic oscillator 5 (for example, the intensity circulating through a secondary winding of the transformer 12). Said signal can be sent through the cable 4 or wirelessly by means of a radio signal.

La detección de cambios en la frecuencia de una señal se puede realizar por cualquiera de los métodos conocidos en el estado del arte. Por ejemplo, se puede realizar de manera acústica o mediante un contador de frecuencia. La detección de artefactos explosivos 11 utilizando la cabeza magnética 3 funciona de manera similar a un dispositivo detector de metales. The detection of changes in a signal's frequency can be performed by any of the methods known in the art. For example, it can be done acoustically or by means of a frequency counter. Detecting explosive devices 11 using the magnetic head 3 works similarly to a metal detector.

En laFigura 3se muestra un ejemplo de realización del sistema en el que se emplea la detección de la desviación de frecuencia del heterodino. En esta realización la unidad de detección de explosivos 16 comprende un mezclador 20, un oscilador local 21 sintonizable mediante una entrada E, un amplificador de audio 22 y un altavoz 23 o un auricular. El mezclador 20 recibe una señal Sfeq (en este caso, la señal Sfeq es proporcionada por un segundo devanado secundario 12c del transformador 12) de frecuencia feq, la frecuencia de resonancia feq del oscilador electrónico 5, y la mezcla con la señal Sfs proveniente del oscilador local, a una frecuencia fs sintonizable a través de la entrada E. El mezclador 20 proporciona una señal de salida con la diferencia de frecuencias (i.e. a una frecuencia f=feq-fs) a un amplificador 22, el cual amplifica la señal para reproducirla en un altavoz 23 o un auricular. An exemplary embodiment of the system employing heterodyne frequency offset detection is shown in Figure 3. In this embodiment, the explosive detection unit 16 comprises a mixer 20, a local oscillator 21 tunable via an input E, an audio amplifier 22, and a loudspeaker 23 or a headphone. The mixer 20 receives a signal Sfeq (in this case, the signal Sfeq is provided by a second secondary winding 12c of the transformer 12) of frequency feq, the resonant frequency feq of the electronic oscillator 5, and mixes it with the signal Sfs from the local oscillator at a frequency fs tunable via input E. The mixer 20 provides an output signal with the difference in frequencies (i.e. at a frequency f=feq-fs) to an amplifier 22, which amplifies the signal for reproduction on a loudspeaker 23 or a headphone.

Un operador puede sintonizar la frecuencia del oscilador local 21 para que el tono de la diferencia de frecuencias se mantenga en un rango de frecuencia de audio audible, de 16 Hz a 20000 Hz. La frecuencia del oscilador local 21 se puede ajustar para que la diferencia de frecuencias se sitúe en un tono de audio cómodo, entre 200Hz y 5 kHz, preferentemente próximo a 500 Hz. Al realizar un escaneo en busca de artefactos explosivos 11, mediante un barrido de la cabeza magnética 3 sobre un determinado área o terreno, la presencia de metal en el artefacto explosivo 11 (e.g. una mina enterrada en el terreno escaneado) hará que el tono de audio reproducido por el altavoz 23 cambie debido al cambio de frecuencia feq de la señal Sfeq proveniente del oscilador electrónico 5. En el barrido de la cabeza magnética 3, realizado por un operador o por un vehículo/dron que porta la cabeza magnética 3, se busca el punto donde se obtiene el cambio de frecuencia máxima y, una vez encontrado, la cabeza magnética 3 se deja inmóvil en dicha posición para proceder a la desactivación o destrucción del artefacto explosivo 11. An operator can tune the frequency of the local oscillator 21 so that the difference frequency pitch remains within an audible audio frequency range of 16 Hz to 20,000 Hz. The frequency of the local oscillator 21 can be adjusted so that the difference frequency is at a comfortable audio pitch between 200 Hz and 5 kHz, preferably close to 500 Hz. When scanning for explosive devices 11 by sweeping the magnetic head 3 over a certain area or terrain, the presence of metal in the explosive device 11 (e.g. a mine buried in the scanned terrain) will cause the audio pitch played by the speaker 23 to change due to the frequency shift feq of the signal Sfeq coming from the electronic oscillator 5. When sweeping the magnetic head 3, whether by an operator or by a vehicle/drone carrying the magnetic head 3, the point where the maximum frequency shift is obtained is searched for and, once found, the magnetic head 3 is left motionless in this position to proceed with the deactivation or destruction of the explosive device 11.

La unidad de detección de explosivos 17 puede detectar un cambio en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico 5 usando otros métodos, como por ejemplo mediante un contador de frecuencia, a través del cual se puede medir la frecuencia de la señal a la salida del mezclador 20 o medir directamente la frecuencia de la señal Sfeq proveniente del oscilador electrónico 5, la cual se puede representar en una pantalla. Un operador que realice un barrido con la cabeza magnética 3 puede detectar el cambio de frecuencia máxima mediante la lectura de la medida de frecuencia. The explosive detection unit 17 may detect a change in the resonant frequency of the electronic oscillator 5 using other methods, such as by means of a frequency counter, through which the frequency of the signal at the output of the mixer 20 may be measured, or by directly measuring the frequency of the signal Sfeq from the electronic oscillator 5, which may be represented on a display. An operator sweeping the magnetic head 3 may detect the change in maximum frequency by reading the frequency measurement.

Cuando la cabeza magnética 3 se mueve sobre un metal, como por ejemplo un pequeño detonador, se produce un incremento en el consumo de potencia de la batería y una variación en la frecuencia de resonancia, que dependerá del tipo de metal. La unidad de detección de explosivos 17 puede estar configurada para medir la variación de potencia Ap suministrada por la batería (usando por ejemplo un sensor de corriente) y la variación de frecuencia de resonancia Af durante el barrido de la cabeza magnética 3 para, en base a dichas variaciones, estimar una cantidad de metal que produce dicha variación y/o determinar (e.g. mediante la comparación con unos valores de referencia) si corresponde a un artefacto explosivo 11. When the magnetic head 3 moves over a metal, such as a small detonator, there is an increase in the power consumption of the battery and a variation in the resonant frequency, which will depend on the type of metal. The explosive detection unit 17 may be configured to measure the variation in power Ap supplied by the battery (using, for example, a current sensor) and the variation in resonant frequency Af during the sweep of the magnetic head 3 in order to, based on said variations, estimate a quantity of metal that produces said variation and/or determine (e.g., by comparison with reference values) whether it corresponds to an explosive device 11.

En la Figura 3 se muestra un ejemplo de realización del oscilador electrónico 5. En esta realización los elementos activos del circuito amplificador 8 son dos transistores de potencia MOSFET (Q1,Q2) que trabajan en configuración push-pull, aunque se podrían usar otras topologías que cumplan la función de amplificar la corriente de realimentación proveniente del circuito resonante. El circuito de realimentación 7 puede incluir, tal y como se refleja en el ejemplo de la Figura 3, el transformador 12 y las resistencias R1 y R2 como componentes de retroalimentación y controlador de puerta de los transistores. Los diodos Zener Z1 y Z2 se encargan de sujetar los voltajes de la puerta de los transistores Q1 y Q2 a valores seguros, y los diodos rápidos D1 y D2 están sujetando los voltajes de la puerta de los transistores Q1 y Q2, para evitar la conducción simultánea de dichos transistores. Las resistencias R3 y R4 y el diodo Zener Z3 se encargan de proporcionar voltaje de polarización a los transistores Q1 y Q2. Las inductancias L2 y L3 proporcionan una fuente de alimentación de corriente continua al drenador de los transistores de conmutación Q1 y Q2. An exemplary embodiment of the electronic oscillator 5 is shown in Figure 3. In this embodiment, the active elements of the amplifier circuit 8 are two MOSFET power transistors (Q1, Q2) that operate in a push-pull configuration, although other topologies could be used to amplify the feedback current from the resonant circuit. The feedback circuit 7 may include, as shown in the example in Figure 3, the transformer 12 and the resistors R1 and R2 as feedback and gate driver components for the transistors. The Zener diodes Z1 and Z2 are responsible for clamping the gate voltages of the transistors Q1 and Q2 at safe values, and the fast diodes D1 and D2 are clamping the gate voltages of the transistors Q1 and Q2, to prevent the simultaneous conduction of said transistors. Resistors R3 and R4 and Zener diode Z3 provide bias voltage to transistors Q1 and Q2. Inductors L2 and L3 provide a DC power supply to the drain of switching transistors Q1 and Q2.

LaFigura 4muestra un ejemplo de cabeza magnética 3, donde la bobina 10 es un tubo metálico con dos vueltas o espiras y el resto de los componentes del oscilador se integran en el interior de una carcasa 25. Figure 4 shows an example of a magnetic head 3, where the coil 10 is a metal tube with two turns or coils and the rest of the oscillator components are integrated inside a housing 25.

La cabeza magnética 3 puede ser portada por un operador o puede estar montada en un vehículo (e.g. un vehículo terrestre o un dron) controlado a distancia. The magnetic head 3 may be carried by an operator or may be mounted on a remotely controlled vehicle (e.g. a ground vehicle or drone).

En una realización, durante la detección del artefacto explosivo 11, el operador porta el dispositivo de potencia y control 2 (por ejemplo, a la espalda, en una mochila) y la cabeza magnética 3 en una mano. El operador mueve la cabeza magnética 3 en un área de búsqueda hasta detectar un posible artefacto explosivo 11 (mina, bomba, granada, IED, etc.). Una vez detectado, se deja inmóvil la cabeza magnética 3 en el punto de máximo cambio de frecuencia de resonancia y se pasa a la fase de desactivación o detonación, para lo cual el operador se aleja con el dispositivo de control y potencia 3 desenrollando el cable 4. In one embodiment, during the detection of the explosive device 11, the operator carries the power and control device 2 (e.g., on his back, in a backpack) and the magnetic head 3 in one hand. The operator moves the magnetic head 3 in a search area until a possible explosive device 11 (mine, bomb, grenade, IED, etc.) is detected. Once detected, the magnetic head 3 is left stationary at the point of maximum resonant frequency change and the deactivation or detonation phase begins, for which the operator moves away with the control and power device 3, unwinding the cable 4.

En laFigura 5Ase muestra la extensión del cable 4 en una etapa de desactivación o detonación del artefacto explosivo 11, donde la cabeza magnética está montada en un soporte 26 para ser portado por el operador 30 durante la búsqueda. Figure 5A shows the extension of the cable 4 in a deactivation or detonation stage of the explosive device 11, where the magnetic head is mounted on a support 26 to be carried by the operator 30 during the search.

El cable 4 se incorpora preferentemente en un tambor para poder recoger o extender el cable. El cable 4 permite aumentar la distancia entre la cabeza magnética 3 y el operador 30 que controla el dispositivo de potencia y control 2, hasta 50 metros o más, dependiendo del tipo de artefacto explosivo 11 que se vaya a desactivar o detonar. Cable 4 is preferably incorporated into a drum so that the cable can be retracted or extended. Cable 4 allows the distance between the magnetic head 3 and the operator 30 controlling the power and control device 2 to be increased to 50 meters or more, depending on the type of explosive device 11 to be defused or detonated.

En otra realización, durante la detección del artefacto explosivo 11 un vehículo, controlado mediante control remoto por el operador o de forma autónoma, porta la cabeza magnética 3 y se desplaza por un área de búsqueda hasta detectar un artefacto explosivo 11. LaFigura 5Bmuestra el operador 30 alejado del vehículo 27 que porta la cabeza magnética 3, durante la fase de búsqueda o durante la fase de desactivación/detonación. In another embodiment, during the detection of the explosive device 11, a vehicle, controlled remotely by the operator or autonomously, carries the magnetic head 3 and moves through a search area until it detects an explosive device 11. Figure 5B shows the operator 30 far from the vehicle 27 carrying the magnetic head 3, during the search phase or during the deactivation/detonation phase.

En laFigura 6se muestra un diagrama de flujo de un método 100 para detectar y desactivar o detonar artefactos explosivos que utiliza el sistema 1 previamente descrito. A flow diagram of a method 100 for detecting and defusing or detonating explosive devices using the previously described system 1 is shown in Figure 6.

El método 100 comprende realizar un barrido 110 de la cabeza magnética 3 en una zona de búsqueda 40. En la Figura 7A se representa el barrido en una zona de búsqueda 40 de la cabeza magnética 3 (no se ilustra el resto de los componentes del sistema 1, esto es, el cable 4 y el dispositivo de potencia y control 2). El barrido de la cabeza magnética 3 comprende cambios en las posiciones (xi,yi,zi) de la bobina 10 dentro de dicha zona de búsqueda, siguiendo una determinada trayectoria 41, pudiendo también incluir cambios en las orientaciones (e.g. ángulos de inclinación con respecto al suelo) de la bobina 10. En línea discontinua se ilustra la cabeza magnética 3 en una posición inicial (x<0>,y<0>,z<0>) del barrido y en línea continua la cabeza magnética 3 en una posición final (xf,yf,zf), una vez recorrida la trayectoria 41. The method 100 comprises performing a sweep 110 of the magnetic head 3 in a search area 40. The sweep in a search area 40 of the magnetic head 3 is shown in Figure 7A (the rest of the components of the system 1, that is, the cable 4 and the power and control device 2, are not illustrated). The sweep of the magnetic head 3 comprises changes in the positions (xi, yi, zi) of the coil 10 within said search area, following a certain trajectory 41, and may also include changes in the orientations (e.g. inclination angles with respect to the ground) of the coil 10. The dashed line shows the magnetic head 3 in an initial position (x<0>, y<0>, z<0>) of the sweep and the solid line shows the magnetic head 3 in a final position (xf, yf, zf), once the trajectory 41 has been traveled.

Durante el barrido se detectan 120 (e.g. mediante monitorización acústica), utilizando la unidad de detección de explosivos 17, cambios en la frecuencia de resonancia feq del oscilador electrónico 5. A continuación, se determina una posición (xm,ym,zm) de la bobina 10 de la cabeza magnética 3, y opcionalmente una orientación de la misma, que produce el mayor cambio en la frecuencia de resonancia feq del oscilador electrónico 5 durante el barrido, y se dispone 130 la bobina 10 en dicha posición (y orientación), según se ilustra en la Figura 7B. Adicionalmente, para asegurar la presencia de metal de un posible artefacto explosivo (11) se puede exigir, como requisito para continuar con el método 100, que la variación de frecuencia de resonancia Af y/o la variación de potencia Ap suministrada por la batería cumplan unas determinadas condiciones, por ejemplo que el cambio producido en la frecuencia de resonancia feq sea superior a un determinado umbral y/o que haya una determinada variación de potencia Ap suministrada por la batería. During the sweep, changes in the resonant frequency feq of the electronic oscillator 5 are detected 120 (e.g., by acoustic monitoring) using the explosive detection unit 17. Next, a position (xm,ym,zm) of the coil 10 of the magnetic head 3, and optionally an orientation thereof, which produces the greatest change in the resonant frequency feq of the electronic oscillator 5 during the sweep, is determined, and the coil 10 is arranged 130 in said position (and orientation), as illustrated in Figure 7B. Additionally, to ensure the presence of metal from a possible explosive device (11), it may be required, as a requirement for continuing with the method 100, that the variation in resonant frequency Af and/or the variation in power Ap supplied by the battery meet certain conditions, for example that the change produced in the resonant frequency feq is greater than a certain threshold and/or that there is a certain variation in power Ap supplied by the battery.

Una vez la bobina 10 esté correctamente posicionada y el operador 30 del dispositivo de potencia y control 2 esté alejado a una determinada distancia de seguridad, fuera del radio de acción del artefacto explosivo 11, se controla el primer interruptor 16 (e.g. manualmente por parte del operador 30) para activar y desactivar el convertidor de potencia 15 siguiendo unos determinados patrones de activación. Primero se activa 140 el convertidor de potencia 15 en una serie de pulsos cortos de activación 142 de una duración TONinferior a un primer umbral de activación T i, donde TON es la duración de activación de cada pulso durante la cual el convertidor de potencia 15 está activado. Durante estas ráfagas de pulsos cortos de activación 142 del convertidor de potencia 15, se proporciona un alto voltaje al oscilador electrónico 5 a través del cable 4, aumentando considerablemente la densidad de flujo magnético Bp generado por la bobina 10. En una realización, los pulsos cortos de activación 142 tienen una duración TONinferior a 3 segundos (esto es, T i=3s). Por ejemplo, se pueden emplear una serie de pulsos de 2 segundos de activación (TON=2s) repetidos cada 5 segundos (esto es, cada 5 segundos se enciende el convertidor de potencia 2 segundos y permanece desactivado 3 segundos). La repetición de estos pulsos cortos de activación 142 un número determinado de veces, utilizando por ejemplo 10 o más pulsos cortos, puede dañar circuitos electrónicos incluidos en el interior de un artefacto explosivo 11 o destruir la electrónica interna, en cuyo caso el artefacto explosivo 11 se desactiva o detona, en función del artefacto explosivo 11 y del circuito destruido. Once the coil 10 is correctly positioned and the operator 30 of the power and control device 2 is at a certain safety distance, outside the range of action of the explosive device 11, the first switch 16 is controlled (e.g. manually by the operator 30) to activate and deactivate the power converter 15 following certain activation patterns. First, the power converter 15 is activated 140 in a series of short activation pulses 142 of a duration TON less than a first activation threshold T i, where TON is the activation duration of each pulse during which the power converter 15 is activated. During these bursts of short activation pulses 142 of the power converter 15, a high voltage is provided to the electronic oscillator 5 through the cable 4, considerably increasing the magnetic flux density Bp generated by the coil 10. In one embodiment, the short activation pulses 142 have a duration TON of less than 3 seconds (i.e., T i = 3 s). For example, a series of 2-second activation pulses (TON = 2 s) repeated every 5 seconds can be employed (i.e., every 5 seconds the power converter is turned on for 2 seconds and remains off for 3 seconds). Repeating these short activation pulses 142 a given number of times, for example using 10 or more short pulses, can damage electronic circuits included inside an explosive device 11 or destroy the internal electronics, in which case the explosive device 11 is deactivated or detonated, depending on the explosive device 11 and the circuit destroyed.

A continuación, se comprueba si ha habido detonación 150. Si el artefacto explosivo 11 ha explotado, se termina el proceso (en ese caso la cabeza magnética 3 posiblemente haya sido también destruida y tenga que ser reemplazada). En caso contrario, se activa 160 el convertidor de potencia 15 en una serie de pulsos largos de activación 162 de una duración TONsuperior a un segundo umbral de activación Ts, donde Ts>Ti. En una realización, los pulsos largos de activación 162 tienen una duración (TON) superior a 10 segundos (esto es, Ts=10<s>); por ejemplo, se pueden emplear pulsos de 20s de activación (TON=20s). En este caso se emplean pulsos de mayor duración para calentar la parte metálica del artefacto explosivo 11. Estos pulsos largos de activación 162 se repiten un determinado número de veces (por ejemplo, 10 veces). Next, a check is made for detonation 150. If the explosive device 11 has exploded, the process is terminated (in which case the magnetic head 3 may also have been destroyed and must be replaced). Otherwise, the power converter 15 is activated 160 in a series of long activation pulses 162 of a duration TON greater than a second activation threshold Ts, where Ts>Ti. In one embodiment, the long activation pulses 162 have a duration (TON) greater than 10 seconds (i.e., Ts=10<s>); for example, 20-s activation pulses may be used (TON=20s). In this case, longer duration pulses are used to heat the metal part of the explosive device 11. These long activation pulses 162 are repeated a certain number of times (e.g., 10 times).

La aplicación de una corriente alterna a la bobina 10 establece un campo magnético Bpalterno dentro y fuera de la bobina 10. Al introducir un artefacto explosivo con una parte metálica en el interior del campo magnético Bpgenerado por la bobina 10, se genera una fuerza electromotriz en el interior del metal que origina una corriente eléctrica interna que produce calor debido a que los metales tienen resistencia eléctrica. Las pérdidas en el hierro incluyen pérdidas de histéresis y pérdidas debido a la resistencia eléctrica. Applying an alternating current to coil 10 establishes an alternating magnetic field Bp inside and outside coil 10. When an explosive device containing a metallic part is introduced into the magnetic field Bp generated by coil 10, an electromotive force is generated inside the metal, which causes an internal electric current that produces heat because metals have electrical resistance. Losses in iron include hysteresis losses and losses due to electrical resistance.

Así, por ejemplo, en un artefacto explosivo improvisado (IED) las corrientes inducidas generadas por los pulsos cortos de activación 142 pueden estropear la electrónica asociada, con lo que el IED queda neutralizado. La inducción de altos voltajes en el cableado eléctrico dentro y fuera de un IED puede ocasionar su desactivación. Los pulsos cortos de activación 142 son pulsos de inducción de alta tensión que tiene como objetivo neutralizar la electrónica del artefacto explosivo 11 por sobretensión o sobrecorriente. For example, in an improvised explosive device (IED), the induced currents generated by the short activation pulses 142 can damage the associated electronics, rendering the IED inoperable. The induction of high voltages in the electrical wiring inside and outside an IED can cause it to deactivate. The short activation pulses 142 are high-voltage induction pulses intended to neutralize the electronics of the explosive device 11 by overvoltage or overcurrent.

Los pulsos largos de activación 162 son pulsos de calentamiento que tienen por objeto generar un importante calentamiento por inducción en el artefacto explosivo 11, el cual puede generar su desactivación o su detonación, en función del tipo de artefacto explosivo 11. De esta forma, si la carga principal del artefacto explosivo 11 es TNT, cuando la temperatura del artefacto explosivo 11 sube a unos 90°C se produce un cambio en el estado del TNT a líquido. El TNT puede acabar saliendo por los orificios de ventilación en la tapa metálica que rodea la carga principal de la granada, mina o bomba, con lo que el artefacto explosivo queda desactivado o la detonación final se vuelve menos destructiva. The long activation pulses 162 are heating pulses intended to generate significant induction heating in the explosive device 11, which may result in either its deactivation or its detonation, depending on the type of explosive device 11. Thus, if the main charge of the explosive device 11 is TNT, when the temperature of the explosive device 11 rises to about 90°C, the TNT changes state to liquid. The TNT may eventually escape through the vents in the metal cap surrounding the main charge of the grenade, mine, or bomb, thereby deactivating the explosive device or making the final detonation less destructive.

En otros artefactos explosivos 11 el calentamiento por inducción puede generar su explosión, cuando se alcanza la temperatura del detonador. Por ejemplo, si el artefacto explosivo 11 es una bomba clásica, se calienta debido al hierro y explota. In other explosive devices, 11 induction heating can cause them to explode when the detonator temperature is reached. For example, if the explosive device 11 is a conventional bomb, it heats up due to the iron and explodes.

La función principal de la cabeza magnética 3 es proporcionar un producto frecuencia por campo magnético muy alto para inducir corrientes destructivas en los circuitos eléctricos que forman parte del artefacto explosivo 11. El voltaje inducido por metro cuadrado es V=2nfB .La resonancia en el oscilador electrónico 5 permite obtener corrientes muy elevadas en la bobina 10 y, por tanto, un campo magnético B muy fuerte. Además, el circuito resonante se configura para tener una alta frecuencia de resonancia. Por ejemplo, si la frecuencia de resonancia es 500kHz y el campo magnético en el artefacto explosivo es B= 0.001T, el voltaje inducido es 3142 V/m2. Estas elevadas corrientes inducidas, generadas primero por los pulsos cortos de activación 142, pueden dañar los circuitos electrónicos del artefacto explosivo 11, deshabilitándolos o explotándolos. Además, las corrientes inducidas generan a lo largo del tiempo, especialmente cuando se aplican pulsos largos de activación 162, un calentamiento por inducción en el artefacto explosivo 11, que puede ocasionar también su desactivación o denotación. The main function of the magnetic head 3 is to provide a very high magnetic field-frequency product to induce destructive currents in the electrical circuits that are part of the explosive device 11. The induced voltage per square meter is V=2nfB . The resonance in the electronic oscillator 5 makes it possible to obtain very high currents in the coil 10 and, therefore, a very strong magnetic field B. Furthermore, the resonant circuit is configured to have a high resonant frequency. For example, if the resonant frequency is 500kHz and the magnetic field in the explosive device is B= 0.001T, the induced voltage is 3142 V/m2 . These high induced currents, generated first by the short activation pulses 142, can damage the electronic circuits of the explosive device 11, disabling them or causing them to explode. Furthermore, induced currents generate over time, especially when long activation pulses 162 are applied, induction heating in the explosive device 11, which may also cause its deactivation or denotation.

En una realización, el calentamiento por inducción puede ser controlado mediante la monitorización de la temperatura de calentamiento, utilizando por ejemplo una cámara o sensor infrarrojo. De esta forma se puede controlar la activación del convertidor de potencia 15 en función de un perfil de temperatura, teniendo en cuenta la temperatura actual monitorizada y las temperaturas objetivos del perfil de temperatura. In one embodiment, induction heating can be controlled by monitoring the heating temperature, using, for example, an infrared camera or sensor. In this way, activation of the power converter 15 can be controlled based on a temperature profile, taking into account the current monitored temperature and the target temperatures of the temperature profile.

En laFigura 8Ase muestra, únicamente a modo de ejemplo, un circuito empleado como oscilador electrónico 5. V4 representa la tensión de alimentación procedente del dispositivo de potencia y control 2 a través del cable 4. El metal del artefacto explosivo 11 se representa por L7 y R4. L representa la bobina 10 del circuito resonante 6, y C el condensador 9 del circuito resonante 6 que hace la resonancia con la bobina L y el metal que hay cerca (en este caso, el metal del artefacto explosivo 11 representado por L7 y R4). M1 y M2 son dos transistores de potencia del circuito amplificador 8. Figure 8A shows, by way of example only, a circuit used as an electronic oscillator 5. V4 represents the supply voltage from the power and control device 2 via wire 4. The metal of the explosive device 11 is represented by L7 and R4. L represents the coil 10 of the resonant circuit 6, and C represents the capacitor 9 of the resonant circuit 6 which resonates with the coil L and the nearby metal (in this case, the metal of the explosive device 11 represented by L7 and R4). M1 and M2 are two power transistors of the amplifier circuit 8.

En lasFiguras 8By8Cse ilustra una simulación simplificada del circuito de la Figura 8A, sin elementos no lineares. En particular, la Figura 8B muestra la corriente I(L) en la bobina L y I(L7) la corriente inducida en la bobina L7, esto es, la corriente inducida en el artefacto explosivo 11. I(L) tiene un pico de 170 A, mientras que I(L7) tiene un pico de unos 30 A. Por su parte, la Figura 8C representa la corriente I(M1) en el transistor M1, de unos 20.5 A de pico. A simplified simulation of the circuit in Figure 8A, without non-linear elements, is illustrated in Figures 8B and 8C. In particular, Figure 8B shows the current I(L) in coil L and I(L7) the induced current in coil L7, that is, the induced current in explosive device 11. I(L) has a peak of 170 A, while I(L7) has a peak of about 30 A. Figure 8C represents the current I(M1) in transistor M1, of about 20.5 A peak.

En laFigura 9Ase muestra un ejemplo de un circuito eléctrico que representa los componentes del oscilador electrónico 5 y del convertidor de potencia 15, conectados por el cable 4. También se muestra el metal del artefacto explosivo 11, representado por una bobina y una resistencia, en el cual se induce corriente por la proximidad de la bobina 10. An example of an electrical circuit representing the components of the electronic oscillator 5 and the power converter 15, connected by the cable 4, is shown in Figure 9A. The metal of the explosive device 11 is also shown, represented by a coil and a resistor, in which current is induced by the proximity of the coil 10.

V1 es una fuente de tensión (por ejemplo, una fuente de 15V y 100mA) que alimenta los transistores del convertidor de potencia 15, proporcionando la tensión necesaria para su encendido. El primer interruptor 16, en serie con la fuente de tensión V1, controla el encendido o apagado del convertidor de potencia 15. V representa la tensión proporcionada por la batería 14 (e.g. de 36 V). La batería 14 está conectada al oscilador electrónico 5 mediante un diodo 28. Opcionalmente, se puede incorporar un segundo interruptor 29 (e.g. de 10A) en serie con el diodo. V1 is a voltage source (e.g. a 15V, 100mA source) that powers the transistors of the power converter 15, providing the voltage necessary for its switch-on. The first switch 16, in series with the voltage source V1, controls the switching-on or switching-off of the power converter 15. V represents the voltage provided by the battery 14 (e.g. 36V). The battery 14 is connected to the electronic oscillator 5 via a diode 28. Optionally, a second switch 29 (e.g. 10A) can be incorporated in series with the diode.

La activación (conexión o desconexión) del primer interruptor 16 (y, opcionalmente, del segundo interruptor 29 en el caso de que esté presente) define al menos dos estados en el sistema 1. The activation (connection or disconnection) of the first switch 16 (and, optionally, of the second switch 29 if present) defines at least two states in the system 1.

La conexión del primer interruptor 16 define un primer estado por el cual el convertidor de potencia 15 está activado (V1 suministra tensión a los transistores del convertidor de potencia 15) y suministra al oscilador electrónico 5 la tensión de la batería amplificada; por ejemplo, en el circuito de la Figura 9A la fuente de 36V de la batería se multiplica por 8, proporcionando al oscilador una tensión de unos 288V. The connection of the first switch 16 defines a first state in which the power converter 15 is activated (V1 supplies voltage to the transistors of the power converter 15) and supplies the electronic oscillator 5 with the amplified battery voltage; for example, in the circuit of Figure 9A the 36V supply of the battery is multiplied by 8, providing the oscillator with a voltage of about 288V.

La desconexión del primer interruptor 16 define un segundo estado, por el cual el convertidor de potencia 15 está desactivado (ya que no se suministra tensión a los transistores del convertidor de potencia 15) y el oscilador electrónico 5 está alimentado con una tensión continua igual o inferior a la suministrada por la batería. Este segundo estado requiere adicionalmente que el segundo interruptor 29 esté conectado, en el caso de que esté presente. En este segundo estado el convertidor de potencia 15 está conectado a la batería 14, pero no consume corriente debido a que todas las puertas de los transistores MOSFET están a 0 voltios, y el sistema 1 está en modo de detección de artefactos explosivos, por el cual el consumo de la batería es bajo y se suministra al oscilador la tensión de la batería (o ligeramente inferior, considerando la caída de tensión intermedia en el diodo 28). The disconnection of the first switch 16 defines a second state, whereby the power converter 15 is deactivated (since no voltage is supplied to the transistors of the power converter 15) and the electronic oscillator 5 is supplied with a direct current voltage equal to or lower than that supplied by the battery. This second state additionally requires that the second switch 29 be connected, if present. In this second state, the power converter 15 is connected to the battery 14, but does not consume current because all the gates of the MOSFET transistors are at 0 volts, and the system 1 is in explosive device detection mode, whereby the battery consumption is low and the oscillator is supplied with the battery voltage (or slightly lower, considering the intermediate voltage drop across the diode 28).

Cuando se emplea el segundo interruptor 29, el sistema 1 puede pasar a un tercer estado, para lo cual ambos interruptores (16,29) deben estar desconectados. De esta forma, el sistema 1 está apagado, sin consumo por parte del oscilador electrónico 5 o el convertidor de potencia 15. When the second switch 29 is used, system 1 can enter a third state, for which both switches (16, 29) must be disconnected. In this way, system 1 is shut down, with no power consumption by the electronic oscillator 5 or the power converter 15.

El sistema 1 representado en la Figura 9A tiene, por tanto, tres modos de operación: System 1 represented in Figure 9A therefore has three modes of operation:

- Apagado: Este modo de funcionamiento se da cuando el convertidor de potencia 15 está desactivado (primer interruptor 16 desconectado) y el segundo interruptor 29 está desconectado. En este caso la tensión suministrada al oscilador electrónico 5 es cero, y el consumo del sistema 1 es nulo. - Off: This operating mode occurs when the power converter 15 is deactivated (first switch 16 disconnected) and the second switch 29 is disconnected. In this case, the voltage supplied to the electronic oscillator 5 is zero, and the consumption of system 1 is zero.

- Modo de detección de artefactos explosivos: Cuando el convertidor de potencia 15 está desactivado (primer interruptor 16 desconectado) y el segundo interruptor 29 está conectado. El voltaje aportado al oscilador electrónico 5 es aproximadamente el voltaje de la batería (unos 36V). En este modo, en el cual hay un consumo bajo, la unidad de detección de explosivos 17 detecta cambios en la frecuencia de resonancia del oscilador electrónico 5. - Explosive device detection mode: When the power converter 15 is deactivated (first switch 16 off) and the second switch 29 is on, the voltage supplied to the electronic oscillator 5 is approximately the same as the battery voltage (about 36V). In this low-power mode, the explosive device detection unit 17 detects changes in the resonant frequency of the electronic oscillator 5.

- Modo de desactivación o detonación de artefactos explosivos: Este modo de funcionamiento ocurre cuando el convertidor de potencia 15 es activado por la maniobra del primer interruptor 16 en pulsos cortos de activación 142 para inducción de altos voltajes y posteriormente en pulsos largos de activación 162 para calentar el metal del artefacto explosivo 11. En el ejemplo de la Figura 9A el voltaje proporcionado al oscilador electrónico 5 es de unos 288V y el consumo de la batería 14 de unos 5 kW. - Explosive device deactivation or detonation mode: This operating mode occurs when the power converter 15 is activated by the operation of the first switch 16 in short activation pulses 142 for induction of high voltages and subsequently in long activation pulses 162 to heat the metal of the explosive device 11. In the example of Figure 9A the voltage provided to the electronic oscillator 5 is about 288V and the consumption of the battery 14 is about 5 kW.

LaFigura 9Bilustra una simulación de la corriente I(L) en la bobina 10 en un primer estado 50, cuando el convertidor de potencia 15 está activado (90 A de pico), y en un segundo estado 52, cuando el convertidor de potencia 15 está desactivado y solo se suministra al oscilador tensión de la batería (unos 30 A de pico). El primer interruptor 16 es el encargado de conmutar entre ambos estados (50,52). Figure 9B illustrates a simulation of the current I(L) in the coil 10 in a first state 50, when the power converter 15 is activated (90 A peak), and in a second state 52, when the power converter 15 is deactivated and only battery voltage is supplied to the oscillator (about 30 A peak). The first switch 16 is responsible for switching between both states (50, 52).

El fuerte campo magnético alterno generado por la bobina cuando el convertidor de potencia 15 está activado provoca el calentamiento del metal en el artefacto explosivo 11. En el caso de que el artefacto explosivo 11 incluya hierro, el material más usado, el calor específico del hierro es 450 J/kg*K., es decir, cuesta 450 julios calentar un grado a un kilogramo de hierro. Así, suponiendo que el artefacto explosivo 11 tenga 1Kg de hierro que se calienta con 1kW, la subida de temperatura será de 2.22 grados C/ secundo. La velocidad del calentamiento del hierro variará por tanto en función del contenido de hierro del artefacto explosivo y la intensidad de las corrientes inducidas en el metal. The strong alternating magnetic field generated by the coil when the power converter 15 is activated causes the metal in the explosive device 11 to heat up. If the explosive device 11 includes iron, the most commonly used material, the specific heat of iron is 450 J/kg*K, i.e., it takes 450 joules to heat one kilogram of iron by one degree. Thus, assuming that the explosive device 11 contains 1 kg of iron heated by 1 kW, the temperature rise will be 2.22 degrees C/second. The rate of heating of the iron will therefore vary depending on the iron content of the explosive device and the strength of the induced currents in the metal.

Volviendo al diagrama de flujo de la Figura 6, el método 100 puede incluir la obtención de una estimación de la distancia de la cabeza magnética 3 al artefacto explosivo 11 y de la masa de hierro contenida en el artefacto explosivo 11. En laFigura 10se muestra un barrido 110 de la bobina 10 de la cabeza magnética 3 en una línea recta horizontal (eje x) a una determinada altura H sobre el terreno 60, intentando localizar un artefacto explosivo (e.g. una mina 11) enterrado en el terreno 60. Se representan tres diferentes posiciones (A, B y C) de la bobina 10 durante el barrido. En la figura se muestra la sección transversal del tubo de la bobina 10 cuando está centrada en la posición B. El barrido se puede realizar de manera manual (un operador) o de manera automática (e.g. usando un robot). Returning to the flow diagram of Figure 6, the method 100 may include obtaining an estimate of the distance of the magnetic head 3 from the explosive device 11 and of the mass of iron contained in the explosive device 11. Figure 10 shows a sweep 110 of the coil 10 of the magnetic head 3 in a horizontal straight line (x-axis) at a certain height H above the ground 60, in an attempt to locate an explosive device (e.g., a mine 11) buried in the ground 60. Three different positions (A, B, and C) of the coil 10 during the sweep are represented. The cross-section of the coil tube 10 when it is centered at position B is shown in the figure. The sweep may be performed manually (by an operator) or automatically (e.g., using a robot).

Mientras se realiza el barrido se detectan 120 cambios en la frecuencia de resonancia del oscilador. La bobina 10 se sitúa 130 donde hay máximo cambio de frecuencia, que corresponde a la posición B centrada en la mina 11. En esta posición la distancia entre la bobina 10 y la mina 11 es d. La deviación de frecuencia es la mitad en las posiciones A y B, correspondiente a una distancia 1.41 d entre bobina 10 y mina 11. Así, una vez determinado la distancia AB entre las posiciones A y B (o la distancia BC entre las posiciones B y C), es posible estimar la distancia d entre la bobina 10 y el artefacto explosivo 11 cuando la bobina 10 se encuentra en la posición B con más deviación de frecuencia. During the sweep, 120 changes in the oscillator's resonant frequency are detected. Coil 10 is positioned at 130 where there is the maximum frequency change, which corresponds to position B centered on mine 11. At this position, the distance between coil 10 and mine 11 is d. The frequency deviation is half at positions A and B, corresponding to a distance 1.41 d between coil 10 and mine 11. Thus, once the distance AB between positions A and B (or the distance BC between positions B and C) has been determined, it is possible to estimate the distance d between coil 10 and explosive device 11 when coil 10 is at position B with the greatest frequency deviation.

La deviación de frecuencia Af máxima, en la posición B, es proporcional a la masa del hierro de la mina 11. Una vez estimada la distancia d y medida la deviación de frecuencia Af en la posición B, se puede estimar el tamaño del artefacto explosivo 11 buscando en una tabla de medidas de frecuencia para diferentes minas relevantes. The maximum frequency deviation Af, at position B, is proportional to the mass of the iron in mine 11. Once the distance d has been estimated and the frequency deviation Af has been measured at position B, the size of the explosive device 11 can be estimated by looking at a table of frequency measurements for different relevant mines.

La obtención de una distancia d y una masa de hierro estimada en el artefacto explosivo 11 se puede emplear para determinar un patrón de activación del convertidor de potencia adecuado, esto es, los tiempos de activación del convertidor de potencia (los pulsos cortos de activación 142 y/o los pulsos largos de activación 162) para calentar el hierro del artefacto explosivo 11. Obtaining a distance d and an estimated iron mass in the explosive device 11 can be used to determine a suitable power converter activation pattern, i.e., the power converter activation times (the short activation pulses 142 and/or the long activation pulses 162) to heat the iron in the explosive device 11.

Claims

1. A system for detecting and deactivating or detonating explosive devices, characterized in that the system (1) comprises:

- a magnetic head (3) configured to generate an alternating magnetic field and including an electronic oscillator (5) comprising:

a resonant circuit (6) comprising a capacitor (9) in parallel with a metallic coil (10) responsible for generating the alternating magnetic field when an alternating current at a certain resonance frequency (f<eq>) flows through the coil (10);

a feedback circuit (7) comprising a transformer (12) with a first winding (12a) in parallel with the capacitor (9) of the resonant circuit (6), the feedback circuit (7) being configured to provide an amplifier circuit (8), through a second winding (12b) of the transformer (12), a positive feedback current coming from the resonant circuit (6); and

the amplifier circuit (8), comprising at least one power transistor and configured to amplify the feedback current from the resonant circuit; and

- a power and control device (2), connected by a cable (4) to the electronic oscillator (5), and comprising:

a DC voltage battery (14),

a power converter (15) configured to, when activated, supply the electronic oscillator (5) with a DC voltage greater than that supplied by the battery (14), where the power converter (15) is a DC/DC converter;

at least one switch (16,29) configured to alternate between at least two states including:

a first state (50) in which the power converter (15) is activated, there being two different modes of deactivation or detonation of explosives depending on the activation time of the power converter (15): heating and electromagnetic interference;

a second state (52) in which the power converter (15) is deactivated and the electronic oscillator (5) is supplied with a direct voltage equal to or lower than that supplied by the battery (14); and

an explosive detection unit (17) configured to detect changes in the resonant frequency (f<eq>) of the electronic oscillator (5) when the power converter (15) is deactivated.

2. The system according to claim 1, characterized in that the coil (10) is formed by a hollow metal tube arranged in one or more turns.

3. The system according to claim 2, characterized in that the magnetic head (3) comprises a coil cooling circuit that includes a compressor (13) or a fan configured to circulate air through the interior of the coil (10).

4. The system according to any of the preceding claims, characterized in that the coil (10) has an outer diameter greater than 50 mm.

5. The system according to any of the preceding claims, characterized in that the frequency range of the electronic oscillator (5) is 40 kHz-1 MHz.

6. A method for detecting and deactivating or detonating explosive devices using the system (1) according to any of claims 1-5, characterized in that the method (100) comprises:

- performing a sweep (110) of the magnetic head (3) in a search area (40); - detecting (120), by means of the explosive detection unit (17), changes in the resonant frequency (f<eq>) of the electronic oscillator (5) during the sweep;

- determining (130) a position of the coil (10) of the magnetic head (3) that produces a greater change in the resonant frequency (f<eq>) of the electronic oscillator (5);

- activate and deactivate the power converter (15) according to the following activation patterns:

activating (140) the power converter (15) in a series of short activation pulses (142) of a duration TON less than a first activation threshold T<i>; and if there has been no detonation of the explosive device (11), activating (160) the power converter (15) in a series of long activation pulses (162) of a duration T<ON> greater than a second activation threshold T<s>, where T<s>>T<i>.

7. The method according to claim 6, characterized in that the short activation pulses (142) have a duration (T<o n>) of less than 3 seconds.

8. The method according to any of claims 6 to 7, characterized in that the long activation pulses (162) have a duration (TON) greater than 10 seconds.

9. The method according to any of claims 6 to 8, characterized in that it comprises estimating the distance (d) from the coil (10) to the explosive device (11) in the position where the greatest change in the resonance frequency occurs, based on the sweep (110) performed and the detection (120) of changes in the resonance frequency produced in said sweep.