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Einrichtung zur geophysikalischen Erforschung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur geophysikalischen Erforschung, welche ein oder mehrere elektrische bzw. magnetische Spürgeräte umfasst, die während der Bewegung oder im Stillstand das Vorhandensein von Abnormalitäten in der Erde aufspüren können, die auf Lager von Erz bzw. Öl zurückzuführen sind.
Diese Einrichtung wird durch einen ortsbeweglichen Träger, vorzugsweise ein Luft-oder Wasserfahrzeug getragen, welches auch zur Fortbewegung des Bedienungspersonals geeignet ist und eine Aufhängevorrichtung für das oder die Geräte aufweist, welche diese unbeeinflusst von den Bewegungen des ortsbeweglichen Trägers stabili- siert, wobei von dem Fahrzeug Registriergeräte mitgeführt werden, welche mit dem oder den
Spürgeräten vereinigt sind und die von den aufgespürten Abnormalitäten hervorgerufenen
Wirkungen aufzeichnen.
Die Möglichkeit der Durchführung geophysikalischer Forschungen mit auf beweglichen Trägern montierten Geräten ist bisher schon in Betracht gezogen worden und über dahingehende Versuche wurde auch schon berichtet. Alle diese verliefen jedoch unbefriedigend, hauptsächlich wegen der Ungenauigkeit der Messungen, Ablesungen und gewonnenen Werte, die konform mit der Zunahme der Reisegeschwindigkeit des Geräteträgers grösser wurde.
Es wurde gefunden, dass die früheren Misserfolge nicht nur auf den Mangel geeigneter Geräte und auf die Bauart des beweglichen Trägers zurückzuführen waren, sondern auch auf den Mangel an Erkenntnis über die Notwendigkeit einer geeigneten Aufhängung der Geräte, die stabilisierte, zweckmässig kreiselgesteuerte Vorrichtungen verlangen, welche z. B. die Wirkung des Schlingerns, Rollens oder Schwankens von Luft-oder Wasserfahrzeugen ausgleichen.
Für die Durchführung der Erfindung ist es besonders nützlich und vorteilhaft, wenn als
Fahrzeug ein Flugzeug, insbesondere ein Hub- schrauber, verwendet. wird, da ein solcher langsam oder schnell, niedrig oder hoch fliegen, Horizontal- bewegungen ohne Kurven oder Neigungen und direkte Vertikalbewegungen ausführen sowie im
Stillstand verbleiben kann. Bei der Verwendung von Wasserfahrzeugen ist das Unterseeboot infolge seiner Fähigkeit, sowohl unter der Wasseroberfläche als auch auf derselben zu fahren, von besonderem Wert. Die Spürgeräte, die elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch sein können, ermöglichen entweder während der Bewegung oder während des Stillstandes des Fahrzeuges das Aufspüren von Erdabnormalitäten, die auf das Vorhandensein von Erz-bzw. Öllagern zurückzuführen sind.
Die Geräte sind auf stabilisierten Vorrichtungen, vorzugsweise gyroskopischer Art montiert, die eine bestimmte Nivellierung und Ausrichtung der Geräte aufrecht erhalten und den Einfluss des Schlingerns, Rollens oder Schwankens der Luft-oder Wasserfahrzeuge ausschalten. Die auf diese Weise erhaltenen
Kennwerte werden durch ein Registriergerät, z. B. durch ein mit dem oder den Spürgeräten gekuppeltes Registriergalvanometer, aufgezeichnet.
Die auf diese Weise registrierten Daten sind für spätere Prüfung und Berechnungen brauchbar.
Die Gebietsteile, m welchen die gesuchten
Lagerstätten vermutlich enthalten sind, werden für die Bohrung od. dgl. zweckmässig durch
Anbringung von Farbklecksen, Flaggenstangen,
Bojen usw. gekennzeichnet oder auch durch
Photographie festgehalten.
Bei der praktischen Anwendung der erfindung- gemässen Einrichtung können die Flüge oder
Rundfahrten des Fahrzeuges entweder nur in einer oder in verschiedenen Höhen und in nur einer oder in verschiedenen Richtungen durch- geführt werden. Auch kann das Fahrzeug zeitweise an der gleichen Stelle in verschiedenen
Höhen oder in der gleichen Höhe an verschiedenen
Stellen stillstehen, um die Messungen durch- zuführen.
Da ein Flugzeug oder eine andere Art von Luftverkehrsmittel in jeder gewünschten Höhe und Richtung völlig unabhängig von der Beschaffenheit des überquerten Gebietes über bestimmte Landstriche genogen werden kann, geht eine solche Erkundung wesentlich rascher vor sich, als wenn die Fortbewegung af der Erdoberfläche erfolgen würde. Bei der Suche nach Lagerstätten stellt daher der Luftweg wegen seiner Freizügigkeit ein geeignetes Mittel zur Bestimmung von
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deren ungefährer Länge, Breite, Dicke, Umfang und Tiefe unter der Erdoberfläche dar und es können tatsächlich vollständige Angaben auf Grund unterwegs durchgeführter Untersuchungen erhalten werden. In ähnlicher Weise können auch Oberwasser-bzw. Unterwasserfahrzeuge Verwendung finden.
Die Erfindung ermöglicht die praktische Nutzbarmachung dieser und anderer Vorteile der Luft-oder Schiffahrt, ohne dass Opfer an Genauigkeit in irgendeiner Richtung gebracht werden müssen.
Ein für Zwecke dieser Erfindung geeignetes magnetisches Spürgerät stellt der Induktorkompass dar, der eine oder mehrere im erdmagnetischen Feld rotierende Spulen enthält, die mit einem Kommutator in Verbindung stehen, auf welchem ein oder mehrere Paare von einstellbaren Bürsten angebracht sind. Kompasse dieser Art sind an sich bereits für andere Zwecke bekannt.
Der Kompass ist vorzugsweise in einem das zu erforschende Gebiet überfliegenden Hubschrauber auf einer durch Kreisel stabilisierten, d. h. nivellierten und gerichteten Unterlage montiert und wirkt mit einer Anzeigevorrichtung, z. B. einem Registrier-Galvanometer, zusammen. Wenn die Spulen des Induktorkompasses so angeordnet sind, dass sie entweder die vertikalen oder die horizontalen Komponenten des erdmagnetischen Feldes schneiden, können sie so eingestellt werden, dass die Induktion Null ist. Für den Fall, dass diese Stellung mit dem Kurswinkel der Längsachse des Flugzeuges koinzidiert, wird der Zeiger des mit den Bürsten des Kompasses verbundenen Galvanometers normalerweise keine Abweichung von der Nullstellung zeigen.
Diese Anzeige wird solange bestehen bleiben, als der Träger des Kompasses, ohne
Rucksicht auf die tatsächliche Kursrichtung des
Flugzeuges mittels einer durch Gyroskop gesteuerten Nivellierungs-und Ortungsvorrichtung m derselben Lage und Richtung gehalten wird, vorausgesetzt, dass sich die magnetische Struktur des darunterliegenden Geländes nicht ändert.
Wird dagegen eine solche Veränderung ange- troffen, so tritt eine Abweichung der Galvano- metemadel von der Nullstellung auf. Diese
Abweichung zeigt eine Abnormalität der magne- tischen Kraftlinien am jeweiligen Standort des
Flugzeuges an, die auf das Vorhandensein eines geophysikalischen Zustandes hinweist, der die
Existenz einer Lagerstätte annehmen lässt.
Wahrend des Fluges erfolgt eine automatische
Aufzeichnung der Ausschläge der Galvanometer- nadel durch die RegistriereiLrichtungen des
Galvanometers.
Durch systematische Wiederholung solcher
Flüge längs verschiedener Profile über verschie- denen Teilen des zu untersuchenden Geländes und, oder längs desselben Profils, jedoch in ver- schiedenen Höhen, kann der Pilot eine Mehrzahl von Kennwerten sammeln. Die Werte können dann auf Grund geophysikalischer Erfahrungen mittels an sich bekannter Massnahmen und Ver- fahren ausgewertet werden, deren Beschreibung sich erübrigt. Solche Flüge können und sollen häufig ergänzt werden durch Aufstellung des Hubschraubers in verschiedenen Höhen über ein oder mehreren Punkten innerhalb des zu erforschenden Geländes unter gleichzeitiger Aufzeichnung der Nadelausschläge des Galvanometers bei den verschiedenen Höhen, um insbesondere über die Tiefe des Lagers unter der Erdoberfläche und über dessen Mächtigkeit oder Ausdehnung einen Anhalt zu gewinnen.
Diese Werte können für sich allein oder in Verbindung mit den früher erwähnten Kennwerten nach bekannten Methoden ausgewertet werden. Das Ergebnis der gesamten Untersuchung ermöglicht dem Forscher die Bestimmung des Vorhandenseins, der Lage, Breite, Gestalt, Tiefe unter der Erdoberfläche und Mächtigkeit der gesuchten Lagerstätte.
Im Rahmen der Erfindung können an Stelle des erwähnten Induktorkompasses auch andere an sich bekannte magnetische Einrichtungen verwendet werden, so z. B. ein Gerät mit einer PermeabilitÅatsbrücke, welches geringfügige Ver- änderungen in im wesentlichen gleichförmigen magnetischen Feldern aufzuspüren in der Lage ist. Die Permeabilitätsbrücke weist eine oder mehrere Spulen mit einem Spulenkern aus einem Material auf, das, wie z. B. Chromnickeleisen, gegen magnetische Veränderungen äusserst empfindlich, dagegen gegen mechanische Erschütterungen und thermische oder barometische Schwankungen unempfindlich ist.
Die Wirkungsweise eines solchen Gerätes beruht auf der Magnetwirkung, die in dem Chromnickelkem auftritt, wenn dieser durch einen Wechselstrom erregt und gleichzeitig dem Einfluss eines Gleichstroms in dem zu untersuchenden Feld ausgesetzt wird. Das Gerät kann zwei Spürantennen, einen Wechselstromindikator im Antennenkreis und eine Brückeneinrichtung umfassen, welch letztere mit variablen Impedanzelementen, z. B. variablen Kondensatoren oder Widerständen, von bestimmte Wert ausgebildet ist. Die Impedanzelemente sind durch Drähte miteinander verbunden und um den Indikator geshuntet und an den Hauptkreis zwischen den Antennen angeschlossen.
Einer oder beide Antennenkreise können auf die Frequenz der induzierten Ströme abgestimmt sein und die Wirkungen der er-
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Phasenwinkeldifferenzen der diese Ströme induzierenden magnetischen Felder auf Grund der bekannten Konstanten der Gerätkreise errechnet werden können. Das Gerät wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Schnellanzeige-und Registriervorrichtung, wie z. B. einem Kathodenstrahloszillographen, verwendet.
Ein Gerät der vorstehend beschriebenen Art bietet den wesentlichen Vorteil, dass es zur gleichzeitigen Untersuchung von drei Komponenten des Magnetfeldes, die zueinander im rechten Winkel stehen, nämlich zwei horizontalen
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Komponenten und einer vertikalen Komponente, verwendet werden kann. Auf einem gyroskopisch stabilisierten Träger montiert, ermöglicht es die Durchführung von magnetischen Messungen bis zu einer Genauigkeit von einem Gamma oder weniger.
Es vurde ferner ein Gerät geschaffen, das ein oder mehrere Magnetrons umfasst und äusserst empfindlich ist, wenn es gemäss der Erfindung verwendet wird. So ist es z. B. möglich, drei Magnetrons anzuwenden, die zueinander im rechten Winkel stehen, wobei jedes die Änderungen der Magnetkräfte längs der Achse seiner zylindrischen Anode aufspürt. So kann die Intensität und Richtung des untersuchten Magnetfeldes in jedem Punkt bestimmt werden. Der Pilot kann unter Beobachtung der fortlaufenden automatischen Aufzeichnungen der durch die Magnetrons aufgespürten Magnetkräfte das Flugzeug so steuern, dass die zur Untersuchung benutzten Geräte in einem bestimmten Kraftfeld bleiben, das von Störungen herrührt, die durch das gesuchte Lager verursacht werden.
Das Magnetron kann allgemein als Sonderform einer Diode oder Triode angesprochen werden, deren gerade Axialkathode von einer zylindrischen Anode umgeben ist. Wenn der Anode dieser Vorrichtung ein positives Potential aufgedrückt wird, wandern die Elektronen in radialer Richtung von der Kathode zur Anode.
Dagegen legen sie unter dem Einfluss eines äusseren, z. B. zur Kathodenachse parallelen magnetischen Feldes einen gekrümmten Weg zurück. Übersteigt die Intensität dieses Magnetfeldes einen bestimmten kritischen Wert, so kehren die Elektronen zur Kathode zurück, so dass bei diesem kritischen Intensitätswert ein scharfer Abfall im Stromfluss zwischen den Elektroden des Magnetrons auftritt. Der kritische Wert ist also derjenige Wert, bei welchem eine verhältnismässig grosse Änderung des Anodenstromes auftritt. Wenn demnach ein Magnetron im Bereich dieses kritischen Wertes arbeitet, erzeugt schon eine geringe zusätzliche Schwankung, die durch Änderungen des erdmagnetischen
Feldes hervorgerufen werden kann, stark ausgeprägte Schwankungen des Anodenstromes.
Diese Tatsache kann bei der Messung von schwachen Magnetfeldern, wie z. B. des normalen
Erdfeldes, ausgenützt werden, indem die Magnetron röhre koaxial innerhalb der Haupt- steuerspule angeordnet wird. Diese Spule wird hinreichend erregt, so dass die Messungen der
Feldintensität nach dem Verlauf des dabei erzeugten Anodenstromes durchgeführt werden können. Ein solches Gerät kann demnach zur
Feststellung von Komponenten des Magnet- feldes benutzt werden, die zur Kathodenachse parallel laufen, da diese Komponenten den Fluss der von der Kathode abströmenden Elektronen in einem Ausmass beeinflussen, das der Stärke dieser Komponenten direkt proportional ist.
Die Empfindlichkeit des Magnetrons für Magnet- felder kann erhöht werden, wenn der Elektroden- strom durch eine Hilfsrückkopplungsspule geleitet wird, die ebenfalls koaxial zur oben erwähnten Hauptsteuerspule gelagert ist.
Beispielsweise Ausführungsformen von Geräten nach der Erfindung, die im Rahmen der er- findungsgemässen Einrichtung brauchbar sind, werden in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher Magnetrons mit einer Hilfsrückkopplungsspule kombiniert sind, Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei welcher die Magnetrons statt der Diodenbauart der Triodenbauart angehören, Fig. 3 zeigt eine Anordnung von Elektronengeräten zur Ausstrahlung von Ultrahochfrequenzwellen und zur Aufzeichnung der reflektierten Wellen.
Die Fig. 3 a, 3 b, 3 c zeigen verschiedene Formen von bei der Einstellung des Gerätes bevorzugten Hochfrequenzwellen, Fig. 4 zeigt eine Aufzeichnung von Wellenimpulsen mit verschiedenen Amplituden und verschiedenen Intervallen, und die Fig. 4 a. 4 b, 4 c zeigen die Aufzeichnung von in Zwischenräumen ausgestrahlten Wellen, von Wellen, die von einer metallischen Substanz verzerrt wurden, und von Wellen, die von einer metallischen Substanz, die in eine Substanz von geringerer Leitfähigkeit eingebettet oder mit dieser vereinigt ist, verzerrt wurden.
Die Einrichtung gemäss Fig. l der Z-ichnung umfasst ein Paar als Dioden ausgebildete Magnetrons 1 und 2, deren jedes gerade Kathodendrähte 3 bzw. 4 enthält, die von zylindrischen Anoden 5 bzw. 6 umgeben sind. Die Magnetrons werden von Heizbatterien 7 und 8 gespeist. Die Anoden 5 und 6 sind mit einem Galvanometer 9 im Stromkreis verbunden, das durch ein Paar Hilfsrückkopplungsspulen 10, 11 geshuntet wird. Die Spulen 10, 11 sind mit einem einpoligen Zweiwegschalter 13 in Serie geschaltet, während ein einpoliger Zweiwegschalter 14 die Kathoden 3 und 4 in Serie mit einem Regelwiderstand 15 verbindet. Die Schalter 13 und 14 sind mechanisch gekuppelt, wie in Fig. 1 und 2 der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist, so dass sie immer gleichzeitig in Funktion treten.
Ein Ende des Regelwiderstandes 15 ist mittels eines einpoligen Zweiwegschalters 16 in Serie mit der Anodenbatterie 17, mit dem Milliamperemeter 18 und mit dem Kontaktarm des Schalters 13 verbunden. Zwei Hauptsteuerspulen 19 und 20 umgeben koaxial die Magnetrons 1 bzw. 2 und sind in Serie geschaltet mit einer Batterie 21, einem Regelwiderstand 22 und einem Ausschalter 23. Die mechanisch gekuppelten
Schalter 13 und 14 sind in der einen Stellung über feste Widerstände 24, 25 miteinander verbunden, deren gemeinsame Enden bei 26 an die Anode des Magnetrons 2 gelegt sind.
Bei Benutzung des beschriebenen magnetischen Detektorgerätes für geophysikalische Messungen gemäss der Erfindung sind die Magnetrons 1 und 2 zusammen mit ihren Hauptsteuerspulen 19 und 20 und den Hilfsrückkopplungsspulen 10
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und 11 im rechten Winkel und so weit voneinander angeordnet, dass die Spulenkombinationen einander praktisch nicht beeinflussen, wobei die Achsen ihrer Anoden parallel bzw. senkrecht zu den Komponenten des zu prüfenden Feldes liegen. Bei Benützung eines gyroskopisch gesteuerten Trägers kann eine Richtung horizontal Nord-Süd, die andere horizontal Ost-West und die dritte vertikal sein. Wenn der Regelwiderstand 22 einen hohen Wert besitzt, wird durch das Milliamperemeter 18 ein starker Anodenstrom fliessen.
Bei fortschreitender Verringerung des Wertes des Widerstandes 22 wird ein Punkt erreicht, bei welchem der Anodenstrom plötzlich absinkt und schnell den Wert Null erreicht. Die zur Hervorrufung dieses plötzlichen Effektes erforderliche Stärke des Magnetfeldes wird, wie früher dargelegt, als kritische Feldstärke der
Magnetrons 1 und 2 bezeichnet und stellt den
Arbeitspunkt dieser Vorrichtung dar. Unter diesen Arbeitsbedingungen rufen ganz geringe
Schwankungen der magnetischen Feldstärke relativ grosse Änderungen der Anodenströme hervor.
Wenn die beiden Hilfsrückkopplungs- spulen 10 und 11 mit den Hauptsteuerspulen 19 und 20 so verbunden werden, dass die zugehörigen
Magnetfelder einander entgegengesetzt sind, d. h. so, dass die Richtung des in den Hufsrück- kopplungsspulen erregten Magnetfeldes entgegen- gesetzt ist zu der Richtung des in den Haupt- steuerspulen erregten Feldes, ruft jede Zu-oder
Abnahme der Intensität des untersuchten Magnet- feldes nicht nur Änderungen, der Anodenströme hervor, sondern diese werden auch durch die
Ruckkopplungswirkung der Hilfsrückkopplungs- spulen auf den Anodenstrom der Magnetrons verstärkt.
Angenommen, dass der Bedienungsmann einen geeigneten Arbeitspunkt, wie oben dargelegt, gewahlt hat, so kann der Stromkreislauf durch das Gerät durch Betätigung des Schalters 16, der den Widerstand 15 mit Magnetron 1 oder Magnetron 2 verbindet, falls dies zum Ausgleich des Galvanometers 9 notwendig ist, unter gleichzeitiger Regelung des Widerstandes 15 ausbalanziert werden. Bei diesem Schritt stellt diejenige Änderung des Wertes des Wider- standes 15, welche die Bedienungsperson zum
Ausbalancieren des Stromkreises für notwendig befindet, eine Messung der Stärke des vor- handenen Magnetfeldes dar. Änderungen der
Feldstärke, die beide Magnetrons gemeinsam treffen, wie z. B. die täglichen Schwankungen, haben die gleiche Wirkung auf beide Magnetrons und verursachen daher keinen Ausschlag der
Galvanometemadel.
Letztere Eigenschaft ist äusserst erwünscht bei Messungen, die eine grosse
Empfindlichkeit für Änderungen der magnetischen
Feldstärke erfordern, sie ist aber bei Unter- suchungen von geringen Intensitäten nicht immer nötig. In diesen Fällen ist es möglich und praktisch, das Magnetron 2 durch Verstellung der Schalter 13, 14 nach links auszuschalten und den Stromkreis durch entsprechende Betätigung des Schalters 16 und Regelung des Widerstandes 15 auszubalancieren, wobei die erforderliche Verstellung des Widerstandes 15 ein Mass für die Änderung der magnetischen Feldstärke darstellt.
Unter diesen Umständen sollte der tatsächliche Wert der fixen Widerstände 24 und 25 proportional sein dem Widerstand des Magnetrons 2 und dessen Hilfsrückkopplungsspule 11, da die Widerstände eine Brücke mit dem Magnetron 1 und der Hilfsrückkopplungsspule 10 bilden. Der Stromkreis, der nach Ausschaltung des Magnetrons 2 übrig bleibt, wird in der gleichen Weise gehandhabt wie bei Verwendung beider Magnetrons.
Bei der Ausführungsform des Detektorgerätes gemäss Fig. 2 ist die Bauart und Anordnung dieselbe wie bei Fig. 1, mit der Ausnahme, dass die Magnetrons in Fig. 2 Trioden an Stelle von Dioden, der Regelwiderstand 15 und der
Schalter 16 weggelassen und andere Elemente hinzugefügt sind.
Die Magnetrons sind mit 27 und 28 bezeichnet und enthalten Gitter 29 und 30, die den Anodenstrom der Magnetrons steuern, wenn sie an ein negatives Potential angeschlossen sind. Potentio- meter 31 und 32 sind mit den Heizbatterien 7 und 8 verbunden und über eine Gitterbatterie 33 geshuntet, deren positiver Pol mit dem negativen
Pol der Anodenbatterie 17 verbund, 1 ist. Die
Schieber der Potentiometer 31, 32 sind mit den
Steuergittern 29, 30 verbunden und durch die
Einstellung dieser Schieber kann man das früher erwähnte, gewünschte, negative Potential für die
Gitter der Magnetrons herstellen.
Bei Handhabung der Ausführungsform gemäss
Fig. 2 wird der gewünschte Arbeitspunkt durch
Einstellung der Feldstärken der Spulen 19 und
20 erzielt, wie beim Gerät gemäss Fig. 1 be- schrieben, wobei der Endausgleich durch ent- sprechende Einstellung der Schieber der Potentio- meter 31 und 32 vorgenommen wird.
Die Ausführungsform des Gerätes gemäss Fig. 2 kann auch, wie bei Fig. 1 ausgeführt, mit einem Magnetron allein betrieben werden. Um dies zu erreichen, werden die Schalter 13, 14 nach links verstellt, wodurch das Magnetron 28 und die Hauptfeldspule 20 abgeschaltet werden, worauf der verbleibende Stromkreis, wie bei Fig. 1 beschrieben, eingeregelt wird.
Bei der Durchführung der Untersuchung kann die Bedienungsperson zwei oder drei Geräte der Bauart nach Fig. 1 oder 2 kombinieren, diese entweder mit einem oder mit zwei Magnetrons im Stromkreis verwenden und das zu untersuchende Feld fortlaufend in bezug auf zwei oder drei Koordinaten oder koordinierte Komponenten erforschen.
Es ist ratsam, den Kurs des Flugzeuges mit einer der zu messenden Feldkomponenten in Übereinstimmung zu bringen, z. B. durch willkürliche Wahl eines Kompasskurses nach einer magnetischen Kraftlinie, der gefolgt wird, wobei die anderen Komponenten im rechten
Winkel horizontal oder vertikal stehen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf Mittel zur geophysikalischen Erforschung aufelektrischem Wege, bei welchen von der Aussendung von Hochfrequenzwellen Gebrauch gemacht wird, indem diese von verschiedenen Körpern in der Erde, wie z. B. Erzen oder Salzwasserhorizonten, reflektierten oder verzerrten Wellen aufgespürt und registriert werden.
Es wurde gefunden, dass bei ultrahochfrequenten Wellen, die zu einem Wellenbündel von grosser Energie konzentriert gegen die Erde gerichtet werden, in dem reflektierten Bündel immerhin genügend elektrische Energie übrig bleibt, um diese mit entsprechend empfindlichen Geräten messen zu können. Beispielsweise wird mit einem Sender eine Reihe von solchen Energiestössen erzeugt, indem Energie von mehreren Hundert Kilowatt durch sehr kurze Zeit, z. B. wenige Millionstel einer Sekunde, zur Wirkung gebracht wird. Das Empfangsgerät zur Feststellung und Messung der Wellen ist sehr empfindlich gemacht, so dass selbst ein ganz geringer Energierest in dem durch leitende Substanzen in der Erde reflektierten Wellenbündel aufgefangen und registriert werden kann.
Die Richtung des reflektierten Bündels zusammen mit der durch den Empfänger festgestellten Intensität der Energie desselben ergeben Werte über das gesuchte Vorkommen, die äusserst vollständig und aufschlussreich sind.
Gemäss einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird ein äusserst kurzer Ultrahochfrequenzimpuls von sehr grosser Energie in die Erde gestrahlt und die resultierenden reflektierten Wellen werden mittels eines Kathoden- strahlindikators empfangen und registriert. Hier- auf wird das Kathodenstrahlbild systematisch analysiert und hinsichtlich seiner geophysika- li sehen Bedeutung ausgewertet.
Eine praktische Ausführungsform dieses Gerätes ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt. Ein
Hochfrequenzoszillator 34 wird von einer Gleich- stromquelle 35, z. B. von einer Batterie oder einem Generator, gespeist. Diese Stromquelle ist mit dem Oszillator 34 in Serie mit einer elektronengesteuerten Triode 36 und mit einem
Drosselwiderstand 37 verbunden, der über den
Oszillator 34 geshuntet ist. An dem Oszillator 34 ist ein Richtstrahler 38 angeschlossen, der die
Ultrakurzwellen in jeder gewünschten Richtung, vorzugsweise in Form eines schmal gebündelten
Strahles, ausstrahlen kann.
Der Stromfluss durch die Triode 36 wird normal durch die negative Steuervorspannung unterbrochen, die in dem Gitterwiderstand 39 entwickelt wird, welcher in Serie mit einer
Gleichrichterröhre 40, einem Potentiometer 41 und einem in der Mitte angezapften, die Elek- trodenspannung liefernden Transformator 42 verbunden ist. Der Transformator 42 wird von einer Stromquelle 43, z. B. von einem Hoch- frequenzoszillator üblicher Bauart oder einem
Radiosende-, mit variabler Frequenz gespeist.
Das Potentiometer 41 ist über eine Gitterbatterie 44 geshuntet und dient zur Steuerung der oben erwähnten Unterbrechung in der Gleichrichterröhre 40.
Der Hochfrequenzoszillator 43 dient über eine Kopplungsvorrichtung 45 zur Bildung einer Bezugszeitbasis in einem Oszilloskop 46, das mit den Ausgangsklemmen eines Empfängers 47 verbunden ist, der an eine Antenne 48 angeschlossen ist.
Die Steuerwirkung der Triode 36 auf die Anodenstromzufuhr zum Oszillator 34 ist eine Funktion der im Widerstand 39 gebildeten Vorspannung, deren zeitlicher Verlauf derjenigen eines typischen Vollweggleichrichters (Fig. 3 a) entspricht, wenn der Schieber des Potentiometers 41 am unteren oder negativen Ende steht. Wird nun der Schieber des Potentiometers 41 gegen das obere positive Ende bewegt, so werden sozusagen die scharfen Spitzen der Welle gemäss Fig. 3 a abgeschnitten und es entsteht eine Wellenform, wie in Fig. 3 b dargestellt, oder wie in Fig. 3 c, wenn die Bewegung des Schiebers fortgesetzt wird.
Mit Ausnahme sehr kurzer Perioden ist der Stromfluss durch die Triode 36 also normalerweise unterbrochen und, wenn die Linie a-a
EMI5.1
angenommen wird, wird letztere nur während derjenigen Perioden Strom leiten, welche durch die Spitzen der gleichgerichteten Weben repräsentiert werden, die über der Linie a-a liegen.
Auf dieser Grundlage kann die Wellenform gemäss Fig. 3 a benutzt werden, um eine Stromführung für eine Zeitperiode oder-dauer herbei-
EMI5.2
zeichnet wird, wobei k ein Faktor ist, der die Schärfe der Wellenspitzen in Graden per Halbzyklus angibt, während f die Frequenz der Quelle 43 in Megahertz ist. Jede Beschneidung oder Verbreiterung der Wellenspitzen bedeutet eine Vergrösserung von k oder eine Verlängerung der Impulsdauer, wie z.
B. in den Fig. 3 b und 3 c dargestellt, während anderseits die Frequenz f
EMI5.3
EMI5.4
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gleich ist 1. 8 Grad per halben Zyklus oder numerisch 0-01 ;
EMI5.6
<tb>
<tb> /0-1-10"1-0. <SEP> 10" <SEP> 10 <SEP> 10
<tb> 2 <SEP> k <SEP> 0-210-6 <SEP> 0-02 <SEP> > <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 0-002x10-6.
<tb> f
<tb>
Diese Steuerung des Stromflusses durch die Triode 36 hat zwei erwünschte Wirkungen : Erstens braucht die Stromquelle 35 nur eine beschränkte Kapazität zu haben, da sie nur für eine ganz kurze Zeitdauer Energie liefert, z. B. für einen Bruchteil einer Sekunde, entsprechend dem Wert von k.
Zweitens ist die Dauer jedes Impulses so kurz, dass das Oszilloskop 46 die gegebenen und die reflektierten Signale in eine Serie von aufeinanderfolgenden Linien auflöst,
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die, wie in Fig. 4 dargestellt, verschiedene Abstände und verschiedene Längen besitzen.
Diese sukzessive empfangenen Signale, welche die Linien in Fig. 4 andeuten, stellen die reflektierten Wellenimpulse dar, die entweder bei der direkten Übertragung oder durch Erdmedien von verschiedener Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante eine Verzögerung erfahren haben.
Die Erfindung macht weitgehenden Gebrauch von dieser Wirkung, indem eine Serie von Impulsspektren zum Zwecke der Vergleichung und Auswertung derselben hinsichtlich ihrer geophysikalischen Bedeutung erzeugt wird. Zur Illustration dieser Feststellung wollen wir annehmen, dass der Richtstrahler 38 so angeordnet ist, dass er die Strahlen in den Raum aussendet, in welchem Falle das empfangene Spektrum nur Linien, in Fig. 4 a mit 49 bezeichnet, aufweist, da keine Reflexion oder Verzerrung statt- gefunden hat, weil die Strahlen nicht gegen die Erde gerichtet waren. Die Linien der Fig. 4 a stellen nur aufeinanderfolgende Impulse dar, die durch das Oszilloskop 46 sichtbar gemacht werden, entsprechend dem zeitlichen Abstand der gesendeten Impulse, die auch dem Oszilloskop mittels der Koppelung 45 aufgedrückt werden.
Wenn nun die Ausstrahlungsrichtung des Richtstrahlers 38 so geändert wird, dass die von diesem ausgesendeten Wellen gegen die Erde wandern, wo sie z. B. eine metallische Substanz berühren, werden schwache Reflexionen der ursprünglichen Ultrahochfrequenzimpulse gegen den Empfänger 47 auftreten. Dieser zeichnet kurze Linien auf, die zwischen den längeren Linien
EMI6.1
Fall ist der Abstand zwischen den langen Linien 49 und den kurzen Linien 50 ein Mass für die Zeit, welche die ausgesendeten Impulse brauchen, um die metallische Substanz zu erreichen und zum Empfänger reflektiert zu werden. Die Länge der Linien 50 ist ein Mass für die Intensität der Reflexion und infolgedessen für das Ausmass der Metallsubstanz.
Die Amplitude oder Stärke der kurzen Linien 50 kann durch Einstellung des Richtstrahlers 38 nicht entscheidend beeinflusst werden, dagegen kann der Abstand der kurzen Linien, wenigstens theoretisch, bis zu einem gewissen Grad durch Regulierung der Frequenzquelle 43 geändert werden.
Wenn angenommen wird, dass die Metallsubstanz in einem Medium von geringerer Leitfähigkeit, wie z. B. Wasser, eingebettet ist, ist zu erwarten, dass der grösste Teil der Energie des in das Wasser eindringenden Strahles absorbiert oder direkt reflektiert werden wird und dass geringfügige Teile das metallische Objekt erreichen und noch geringfügiger Teile von diesem reflektiert werden. Wenn diese Reflexion jedoch eintritt, wird das von dem Oszilloskop 46 aufgefangene Spektrum eine Form gemäss Fig. 4 c annehmen. Die langen Linien 49 stellen wiederum die direkt übertragenen Impulse dar, die mittleren Linien 51 repräsentieren die Wasser- reflexion, während die kurzen Linien 50 die Reflexion durch die Metallsubstanz darstellen, insbesondere wenn das Wassermedium eine beträchtliche Tiefe aufweist.
Wenn der erfindungsgemässe kombinierte Sender und Empfänger z. B. mittels eines Hubschrauber-Flugzeuges über das Wasser bewegt und das ultrahochfrequente Wellenbündel senkrecht gegen die Erde gerichtet wird, wird das Oszilloskop 46 normal nur ein Zweilinienbild gemäss Fig. 4b zeigen, während das plötzliche Erscheinen einer dritten Linie gemäss Fig. 4c auf ein Objekt hindeutet, dessen Leitfähigkeit von derjenigen des Wassers abweicht.
Wenn das Instrument über ein Gelände fortbewegt wird, das vom geologischen Standpunkt ziemlich einheitlich ist, wird ein Bild gemäss Fig. 4 erscheinen und solange bestehen bleiben, bis sich der Charakter der unterirdischen Schichten so stark ändert, dass eine Änderung der Bilder hervorgerufen wird.
Die Erfindung ermöglicht also eine sehr schnelle und genaue geophysikalische Erforschung aus der Luft oder vom Wasser aus, wobei das Bedienungspersonal nicht nur die Lage der gesuchten Lagerstätten, sondern auch deren ungefähre Länge, Breite, Stärke, Umfang und Tiefe unter der Erdoberfläche bestimmen kann.
Für den Zweck der elektro-magnedschen
Forschung können im Fahrzeug gleichzeitig sowohl magnetische als auch elektrische Such- instrumente untergebracht sein. Wenn dies nötig erscheint, kann das Bedienungspersonal auch Hilfsvorrichtungen wie z. B. einen auto- matischen Piloten oder einen künstlichen Horizont in hochentwickelter Form benützen. Bei jeder
Art der bei der Durchführung der Erfindung verwendeten Apparatur ist das eine charakte- ristische Reaktion zeigende Gelände durch ge- eignete Marken, z. B. Farben, Flaggen, Bojen oder durch Photographieren für die späteren
Bergbau-oder Bohrvorgänge zu kennzeichnen.
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