BR112015023202B1 - Transmissor condensado e aparelho de medição eletromagnética - Google Patents

Abstract

resumo transmissor condensado e aparelho de medição eletromagnética um método e aparelho são instalados para condensação de um campo magnético de geometria e variação de tempo conhecidas por meio de uma pluralidade de circuitos de condensação. ele utiliza múltiplos circuitos, cada um dos quais energizado por uma corrente elétrica que cria um campo magnético de variação de tempo conhecida. o campo multi-circuitos forma um campo magnético de condensação que se opõe melhor à variação espacial no campo magnético conhecido em um volume que pode formar um campo magnético a partir de um único circuito. a presente invenção é útil nas medições eletromagnéticas, nas quais o campo magnético de um transmissor de fonte controlada deve ser anulado em um sensor de campo magnético. ele é particularmente útil para casos em que o sensor magnético pode se mover em relação ao transmissor, como, por exemplo, em determinadas medições eletromagnéticas aéreas.

Description

Campo da invenção

[001] Os aspectos desta invenção se referem geralmente a sistemas de condensação e a métodos de cancelamento substancial de um campo magnético em pontos dentro de um volume. Mais particularmente, os aspectos desta invenção podem ser utilizados na prospecção eletromagnética para cancelar o efeito de um amplo campo transmitido em um sensor de campo magnético sem modificar significativamente a interação do campo transmitido com a terra. A presente invenção facilita tal anulação quando o sensor é deslocado em relação ao transmissor.

Descrição da Arte Relacionada

[002] Os métodos de exploração eletromagnética são uma parte importante dos métodos geofísicos utilizados para mapear a Terra na busca de depósitos de Petróleo, gás e minérios, aqüíferos e outras características geológicas. Os métodos EM podem ser classificados amplamente em duas categorias, métodos de fonte passiva nos quais um aparelho de topografia eletromagnética é utilizado para mapear as variações de tempo ocorrendo naturalmente dos campos eletromagnéticos na superfície da terra e métodos de fonte ativa, nos quais o campo eletromagnético é emitido por um transmissor que é parte integrante do aparelho de topografia.

[003] Sistemas EM de fonte ativa compreendem várias partes; um transmissor e antena para criar um campo eletromagnético, um sensor e um receptor para detectar o sinal do transmissor e produtos eletrônicos relacionados, elementos mecânicos, gravador de dados e uma fonte de alimentação. Embora sistemas EM também integrem sistemas passivos nos quais a variação natural do campo eletromagnético seja medido com a ausência de um transmissor, na discussão a seguir, os sistemas EM devem ser entendidos como compreendendo somente aqueles sistemas com um transmissor exceto se indicado de outra forma.

[004] Sistemas EM de fonte ativa operam dedicando uma forma de onda de corrente de variação de tempo para uma bobina transmissora, ou circuito, que cria um campo magnético variante de tempo "primário" correspondente. As variações de tempo no campo primário induzem correntes parasitas na terra, resultando em campos magnéticos "dispersos". Os campos dispersos, em conjunto com o campo primário, são medidos com um receptor, normalmente utilizando uma bobina, circuito ou sensor magnetômetro. As características do campo magnético disperso podem então ser utilizadas para determinar as propriedades elétricas da terra. Estas propriedades podem ser utilizadas como base para a interpretação geológica como, por exemplo, demonstrando a presença de características geológicas. Por exemplo, a característica do campo disperso que esteja em fase com o campo primário pode ser de interesse para detecção de núcleos altamente condutores. A melhoria da caracterização do campo magnético disperso resulta em interferências geológicas melhoradas e consequentemente para o sucesso de quaisquer operações de prospecção utilizando um sistema de fonte ativa.

[005] Na descrição a seguir, os termos "bobina" e "circuito" podem ser utilizados para representar a antena através da qual o campo primário é detectado e podem compreender um ou mais enrolamentos (voltas) do condutor elétrico. Os campos magnéticos resultantes são então detectados com um receptor que inclui um ou mais sensores de campo magnético. Um sensor de campo magnético pode ser uma bobina, circuito ou elemento de circuito nos quais alterações na densidade de fluxo magnético são detectados de acordo com a Lei de Faraday, ou pode ser magnetômetro. Exemplos de magnetômetros incluem dispositivos que utilizam portal de fluxo, bobina de retroalimentação, efeito Hall e princípios de vapor atômico opticamente bombeados para detecção do campo magnético como instrumentos relacionados.

[006] Os circuitos e bobinas podem compreender formas circulares, elípticas, ovais, helicoidais ou outras formas arredondadas ou seções das mesmas, e podem compreender segmentos lineares que, juntos, formam uma forma fechada, normalmente com ângulos internos de menos de 180 graus, exemplos dos quais são retângulos, hexágonos, octógonos, dodecágonos e outras. Os circuitos compreendem pelo menos um enrolamento condutor, geralmente compostos por uma substância eletricamente condutora como, por exemplo, cobre ou alumínio, mas pode compreender um supercondutor. Os circuitos em forma de polígonos simétricos conexos, com uma pluralidade de seções podem ser considerados como substancialmente circulares, como um circuito circular.

[007] Quando um sistema EM for desenvolvido no ar, uma das duas configurações serão normalmente utilizadas. Na primeira configuração, o transmissor e o receptor podem ser localizados na mesma plataforma, estrutura ou "portadora, enquanto na segunda configuração, o receptor pode ser rebocado a alguma distância atrás do transmissor. Na primeira configuração, o transmissor e o receptor podem ser montados em uma aeronave "portadora", cujos exemplos incluem o sistema uma vez operado pela Geological Survey of Finland e o sistema Hawk construído pela Geotech Ltd. Pode-se também montar o transmissor e o receptor em uma plataforma ou "portadora" do chassi rebocada a partir da aeronave. Estas portadoras são geralmente rebocadas embaixo dos helicópteros e são frequentemente mencionadas como "pássaros", "sondas" ou "bombas". Nestes casos, o pássaro pode ser tipicamente rebocado 30 a 60 metros abaixo do helicóptero em altitudes de cerca de 30 a 60 metros acima do solo. Nestes sistemas, devido ao fato de o transmissor e receptor estarem localizados nas proximidades, o campo primário no receptor pode estar na ordem de magnitude superior ao campo disperso.

[008] Quando o campo primário for muito maior que o campo disperso, um meio de separação do campo disperso primário é necessário para permitir a detecção precisa de um campo disperso muito menor. Um método comum de obtenção desta condição é pela separação de tempo, assim o campo primário é transmitido como uma série de pulsos formados com polaridade alternada, com cada pulso separado por um tempo de corte durante o qual nenhuma corrente flui no circuito do transmissor. Se os campos dispersos forem medidos durante este tempo de corte, o campo primário não estará presente e medições altamente sensíveis do campo disperso serão possíveis. A desvantagem da limitação de medição para o tempo de corte é uma perda de informações. Particularmente, o componente de fase da resposta diversa pode ser informado insuficientemente, resultando na certeza de que núcleos altamente condutivos podem ser indetectáveis. Considerando que núcleos altamente condutores são frequentemente rastreados em áreas de topografia eletromagnética ("AEM"), medições de tempo precisas podem ser muito importantes para o sucesso da AEM ventures. É, portanto vantajoso adquirir dados AEM na fase de boa qualidade.

[009] Diversos sistemas AEM utilizaram medições de corte de tempo utilizadas como um meio de separação do campo disperso a partir do campo primário. O mais significativo destas constatações foi o sistema de Barringer Input e os sistemas derivados como Geotem, Megatem e Questem.

[0010] A condensação fornece um meio alternativo de separação do campo disperso primário. Quando o componente em fase do campo primário for amplo, como, por exemplo, quando o transmissor e o receptor estão localizados nas proximidades, um circuito de condensação pode ser utilizado para cancelar diretamente o campo primário no receptor através da condensação ativa, ou para cancelar seu efeito no receptor através de ucking passivo. A condensação ativa envolve a criação de um campo magnético diverso que cancelará substancialmente o campo primário detectado pelo sensor do campo magnético do sistema EM. Normalmente o campo magnético diverso é criado passando a forma de onda da corrente de variação de tempo utilizado para energizar o circuito ou antena do transmissor através de um circuito secundário menor que esteja próximo ao sensor do campo magnético. Na condensação passiva, um sensor de campo magnético adicional é utilizado para detectar uma combinação diferente de campos primários e dispersos vistos por um sensor de campo magnético simples. Os sinais dos dois sensores são combinados de uma forma em que sejam utilizados com vantagem para alcançar uma boa qualidade dos dados AEM em fase na presença de um grande campo primário.

[0011] Uma vantagem adicional para resultados de condensação como consequência de supressão do campo primário na presença do receptor. Quando o campo primário for condensado, o receptor pode ser operado com sensibilidade mais alta em relação ao campo a ser descondensado. As anomalias de campo diversos mais adequados podem ser detectadas, permitindo assim a detecção de características geológicas menores com contrações de propriedades físicas mais fracas sem saturação do receptor.

[0012] Exemplos de sistemas utilizando a condensação são o sistema de domínio da frequência do helicóptero Dighem que utiliza a condensação passiva, como um sistema proposto pela Whitton (Pedido de patente Norte-americano No. 2003169045A1); e VTEM (pedido de patente No. US 2011/0148421 A1) e os sistemas de domínio de tempo do helicóptero Aerotem que utilizam a condensação ativa.

[0013] Em sistemas de utilização de condensação ativa, o objetivo é anular o campo primário no receptor sem afetar significativamente a indução da corrente parasita causada pelo transmissor na Terra. Consequentemente, o circuito de condensação é selecionado para que seja geometricamente inferior ao circuito do transmissor porém próximo ao sensor. Consequentemente, a faixa das posições do receptor sobre as quais o campo pode ser condensado é normalmente também pequena. Consequentemente, qualquer deslocamento relativo do sensor do campo magnético com relação a estes circuitos pode afetar fortemente o grau de cancelamento do campo primário no sensor. Consequentemente, no estado da arte atual, a qualidade da condensação melhora à medida que o sistema se torna crescentemente rígida.

[0014] Uma vantagem da condensação ativa é que o campo primário nas proximidades do receptor é suprimido, apesar do fato de que o campo não é perfeitamente cancelado em todas as localizações adjacentes. Com isto, a indução de corrente parasita devido ás alterações no campo primário dentro de quaisquer componentes metálicos do receptor e seu chassi e significativamente reduzido.

[0015] No estado da arte atual, a condensação tem sido mais efetiva quando as geometrias relativas do circuito de transmissão, o sensor do campo magnético e o circuito de condensação são quase rigidamente fixados. Contudo, as geometrias do circuito mudam na forma ou na posição em relação uma à outra, resíduos não condensados do campo primário serão exibidos como sinais no receptor. Os resíduos são geralmente indistinguíveis do campo diverso em fase e assim podem reduzir a qualidade da resposta condensada medida. Os sistemas AEROTEM e Dighem utilizam uma geometria quase rígida e assim minimizam a variação em resíduos do campo primário não condensados causados pelo movimento de circuito. Não obstante, alguns resíduos não condensados podem ocorrer, mesmo em um sistema com uma geometria nominalmente quase rígida. Estes resíduos podem resultar de pequenas alterações na geometria do circuito, frequentemente atribuídas à expansão térmica, produzindo um fenômeno conhecido como "desvio".

[0016] Apesar das vantagens de uma geometria rígida para condensação precisa e assim para a medição do componente em fase do campo disperso precisamente, pode ser necessário ou vantajoso permitir alguma variação na geometria relativa do circuito do transmissor, o sensor do campo magnético e o circuito de condensação. O sistema VTEM é ilustrativo de um sistema AEM que é substancialmente rígido na faixa de aquisição EM, ainda possui uma geometria flexível. O peso leve deste chassi do transmissor permite um circuito de transmissor maior e, portanto um momento após o possível onde o sistema pode ser quase rígido. Devido ao fato de o circuito do transmissor ser passível de deformação, ele pode ser manuseado com maior facilidade durante o corte e estágios de redução de cada voo. A construção do chassi de circuito em seções facilita o transporte e a ruptura é mais fácil de reparar: Colisões não envolvem a perda catastrófica de um único chassi rígido com seus componentes de alto valor. O corte introduzido como resultado da flexibilidade aumentada é que a fidelidade da condensação é inferior à que pode ser fornecida por um sistema quase rígido comparável.

[0017] Polzer et al (aplicativo de patente internacional WO 2011/085462 A1) anotaram uma vantagem secundária para permitir alguma flexibilidade na geometria do circuito do transmissor, o sensor do campo magnético e o circuito de condensação. Polzer anotou que a rotação de um sensor EM no campo magnético do plano de fundo da Terra, particularmente na faixa de baixa frequência de 1-25 Hz, cria ruídos que previnem previamente a aquisição dos dados eletromagnéticos de alta precisão conduzidos pelo ar nesta faixa. Utilizando um sistema de estabilização para o isolamento de movimento no qual o sensor do campo magnético se move em relação ao pássaro no qual é alojado, dados eletromagnéticos de alta precisão conduzidos pelo ar na faixa de 1-25 Hz podem ser adquiridos. Ao fazer isto, a geometria do sistema AEM deve ser flexível.

[0018] Consequentemente, o estado atual da arte na topografia AEM, circuitos individuais são utilizados para condensar o campo primário. Sistemas quase rígidos fornecem condensação relativamente estável e permitem medições precisas em fase do campo disperso, sacrificando o momento do transmissor, peso leve e determinadas vantagens logísticas. Sistemas flexíveis permitem um momento de transmissor maior e vantagens logísticas, porém com condensação menos perfeita e medição menos precisa do componente em fase do campo disperso como consequência. Medições em fase menos precisas podem resultar na resolução mais baixa das características geológicas altamente condutivas, muitas das quais são alvos de topografias EM comissionadas para exploração mineral. A condensação menos perfeita também pode significar que variações de amplitude do campo magnético mais amplas podem ser encontradas em relação ao caso de um sistema condensado de um poço e que, como consequência, os dados EM podem ser adquiridos com uma resolução mais baixa.

[0019] Bobinas de condensação não são necessariamente usadas com intenção de anulação do campo de um transmissor. Por exemplo, o pedido de Patente Norte- americano No. 2011227578 A1, para Hall et al, descreve uma ferramenta de registro de indução que utiliza múltiplas bobinas de condensação para redirecionar o campo produzido pelo transmissor a qualquer ângulo do eixo rotativo da ferramenta de registro.

[0020] Miles et al, na patente norte-americana No. US7,646,201 B2, divulgou um sistema AEM contendo um circuito transmissor rígido concêntrico com um circuito receptor interno e um externo. Por meio de um acoplamento nulo o circuito do receptor para o transmissor, o circuito receptor pode ser principalmente sensível ao campo disperso da Terra gerado dentro do espaço anular definido pelo circuito receptor.

[0021] Kuzmin et al (Pedido de patente norte-americano No. US 2010/0052685) divulgaram um sistema de condensação ativo para o sistema VTEM AEM que possui uma geometria flexível. O sistema consiste de um circuito transmissor externo e um circuito interno, coplanar e condensado concêntrico, ambos centralizados em um circuito receptor. O circuito de condensação e o circuito transmissor são condensados em série de forma que o campo primário no receptor é quase anulado. Contudo, a flexibilidade na geometria do circuito causa deslocamentos nos campos medidos resultantes dos resíduos não condensados do campo primário no sensor. No caso de sistemas como, por exemplo, Kuzmin onde o transmissor e os circuitos de condensação aproximadamente concêntricos ao redor do sensor do campo magnético, o campo magnético axial, HZ, embora o centro de cada circuito possa ser computado, para boa aproximação, a partir de:HZ(Z) = i / {2*a*(1+(z/a)2)3/2)

[0022] Onde i é a corrente no circuito, a é o raio do circuito e z é o deslocamento no eixo no circuito.

[0023] Seria vantajoso, no caso de sistemas AEM, se o aparelho de condensação fosse designado de forma a acomodar movimentos relativos do circuito transmissor, sensor do campo magnético e circuitos de condensação de forma a reter as vantagens da flexibilidade do sistema como é o caso do sistema VTEM enquanto melhora a condensação dentro de um volume definido pelo movimento do sensor do campo magnético relativo ao transmissor e circuitos de condensação. Comum um aparelho de condensação seria vantajoso nos sistemas EM flexíveis, e melhoraria a condensação em sistemas AEM utilizando o isolamento de movimento, como no caso do sistema da Polzer. Uma primeira vantagem deste aparelho de condensação seria o rendimento melhorado dos dados EM em fase e assim a sensibilidade melhorada para núcleos altamente condutivos. Uma segunda vantagem estaria nos dados de rendimento que poderiam ser obtida com resolução melhorada, resultando em uma sensibilidade superior a características sutis no campo eletromagnético disperso.

Descrição da invenção

[0024] A presente invenção melhora a qualidade do campo primário condensado sobre a condensação do circuito simples no estado da arte atual onde um sensor de campo magnético pode variar sua localização dentro de um volume definido localizado em relação ao circuito do transmissor. A presente invenção poderá também melhorar a qualidade do campo primário condensado onde a posição de um circuito transmissor, ou partes do mesmo, podem variar em relação a um circuito de condensação.

[0025] A presente invenção utiliza uma pluralidade de bobinas ou circuitos energizados com a corrente elétrica para criar um "campo de condensação" que substancialmente opõe o campo primário do sensor do campo magnético. Utilizando uma pluralidade de circuitos, um cancelamento substancial do campo primário pode ser afetada por um volume maior pode ser adquirido com um circuito simples. Ao fazer isto, o campo condensado é menos sensível a mudanças na geometria do sistema em relação a quando uma bobina de condensação simples é utilizada.

[0026] Utilizando uma pluralidade de circuitos em um "arranjo de circuito de condensação", a variação geométrica do campo primário do sensor pode ser combinada aproximadamente (e em oposição) sobre um volume maior em relação ao possível com um circuito simples. Considerando que os circuitos utilizados para condensar o campo primário não são geometricamente idênticos ao circuito transmissor, a faixa de volume sobre a qual o campo é condensado, e o grau ao qual o campo primário é cancelado, dependerá da aplicação específica à qual a presente invenção está sendo aplicada. A finalidade da presente invenção não é igualmente cancelar o campo primário em todos os pontos em um volume de interesse, mas opor substancialmente o campo primário no sensor de campo magnético sobre um determinado volume em comparação ao que pode ser obtido com um circuito de condensação simples.

[0027] Para uma questão de definição, os termos "cancel" e "nulo" e "anulação" e variações dos mesmos, referem-se ao efeito de redução substancial do campo magnético de um circuito transmissor sobre um volume de interesse. A quantidade específica de cancelamento e o volume sobre o qual o cancelamento deverá ocorrer, entende-se a determinação pelos requisitos do método ou aparelho específico que pode utilizar a presente invenção.

[0028] Nota-se que no caso onde circuitos de condensação substancialmente cancelem um campo magnético ao longo de um eixo, o cancelamento se estende radialmente deste eixo como resultado da propriedade livre de divergência do campo magnético se esta não for uma frequência muito alta. Assim, onde o cancelamento substancial ocorre ao longo de um eixo nulo, a existência deste "eixo nulo" implica no cancelamento substancial dentro de um volume compreendendo este eixo nulo. Como termo de definição, tal voluma compreendendo um eixo nulo é definido como "volume condensado".

[0029] Na presente invenção, m conjunto de múltiplos circuitos cria um campo condensado que combina de forma oposta a forma do campo primário, nominalmente sua amplitude, polaridade, com variação de tempo e espaço, sobre um volume substancialmente fixado no espaço relativo à antena transmissora. A condensação será mais efetiva durante um número determinado de circuitos quando a variação do campo primário sobre o volume condensado for pequena.

[0030] Consequentemente, combinando o efeito dos circuitos de condensação para o efeito do transmissor ao longo de um eixo nulo, ao invés de um ponto como no caso de um circuito individual, o cancelamento substancial pode ser obtido conforme o sensor do campo magnético se move em relação ao transmissor dentro de um volume condensado substancialmente centralizado em tais eixos nulos.

[0031] Pequenas alterações na geometria do circuito transmissor podem causar pequenos desvios no espaço ocupado pelo volume condensado. Considerando que a geometria do circuito transmissor é substancialmente rígido, de forma que estes deslocamentos são pequenos, Um sensor de campo magnético com uma faixa limitada de movimento permanecerá dentro do volume condensado. Na área de topografia eletromagnética, por exemplo, a rigidez substancial pode ser fornecida pelos membros estruturais compostos que suportam os circuitos, ou por combinações de tais membros e cabos estruturais, qualquer um destes pode ser utilizado como uma estrutura de suporte no estado da arte atual, enquanto estruturas quase rígidas podem ser geralmente construídas como revestimentos de materiais compostos.

[0032] Uma estrutura quase rígida possui menos flexibilidade em relação a uma estrutura substancialmente rígida, e referências a estruturas substancialmente rígidas aqui são entendidas como incluindo estruturas quase rígidas.

[0033] A presente invenção pode ser utilizada para melhorar a qualidade do campo condensado primário em casos em que a geometria do sensor de campo magnético ou do circuito transmissor varia em relação à localização dos circuitos de condensação em comparação aos quais podem ser acoplados utilizando um circuito de condensação único.

[0034] O grau de cancelamento e o tamanho do volume condensado sobre o qual a condensação pode ser obtida depende do número de circuitos utilizados para operar o campo primário. Por exemplo, os circuitos de condensação podem ser configurados para combinar gradientes no campo primário e/ou para combinar a curvatura no campo primário e assim sucessivamente na analogia para uma série Taylor. Os circuitos de condensação podem assumir a forma de superposições dos conjuntos de circuito acima mencionados, dependendo da quantidade desejada de cancelamento do campo primário e o volume sobre o qual o campo deve ser cancelado. Os circuitos podem ser agregados para a obtenção do mesmo efeito das séries Taylor acima mencionadas sem que sejam configuradas para similar os termos específicos destas séries.

[0035] Para a obtenção de condensação satisfatória sobre um volume condensado, a seleção dos parâmetros do circuito de condensação efetivos deve ser selecionada cuidadosamente para fornecer um resultado satisfatório no qual o campo primário será adequadamente cancelado. Cada circuito de condensação terá um número de voltas, um raio efetivo e uma corrente que, agregados, formarão um campo magnético condensado com uma variação geométrica em particular. Ao selecionar os parâmetros de voltas, raios e corrente cuidadosamente, um arranjo do circuito de condensação pode ser designado para anular substancialmente o campo magnético primário sobre um volume específico. Onde os circuitos de condensação e do transmissor forem arranjados em série, a corrente não é um parâmetro livre no projeto de condensação e combinações adequadas das voltas e do raio deve ser cuidadosamente selecionada.

[0036] A pluralidade de circuitos de condensação é montada em um suporte do circuito de condensação. O melhor cancelamento é obtido já que o suporte do circuito de condensação se torna mais rígido e assegurando que este suporte seja estavelmente localizado em relação aos aspectos geométricos do campo primário. O circuito do transmissor e os circuitos de condensação podem ser proximamente ou substancialmente, unidos rigidamente juntos, enquanto permite que o sensor do campo magnético se mova dentro do volume condensado.

[0037] A presente invenção pode obter o cancelamento efetivo sobre o volume condensado utilizando várias configurações. Por exemplo, um circuito de condensação pode ser configurado para condensar um campo primário em um determinado número de dias, incluindo:1. Conexão da série direta com o circuito do transmissor,2. Conexão indutiva com o circuito do transmissor como, por exemplo, com um transformador, 3. Como um circuito eletricamente independente de qualquer circuito transmissor, além de um sinal de controle digital ou analógico, que possa ligar os dois.

[0038] Nos casos em que os circuitos de condensação estejam em uma conexão em série com o circuito transmissor, ignorando efeitos capacitivos, a corrente em cada volta dos circuitos de condensação será substancialmente a mesma da corrente nas voltas do circuito transmissor. Onde os circuitos são conectados em uma conexão em série, as capacitâncias podem fazer com que os componentes de alta frequência (ou em rápida alteração) das correntes em alguns circuitos de condensação sejam diferentes daqueles na corrente do circuito transmissor, afetando o grau sob o qual o campo primário pode ser efetivamente anulado.

[0039] No campo da mensuração eletromagnética aérea, o sistema AEM compreende frequentemente um circuito transmissor circular substancialmente amplo com um sensor de campo magnético localizado no plano do circuito. Nestes casos, pode ser vantajoso anular o campo primário em um volume ao redor da localização nominal do sensor. Em sistemas onde o sensor do campo magnético está localizado no centro do circuito transmissor, o arranjo do circuito de condensação pode compreender dois circuitos de condensação substancialmente circulares, com os circuitos de condensação arranjados coaxialmente no plano do circuito transmissor, mencionado neste documento como uma configuração "coplanar". Em tal configuração coplanar de dois circuitos de condensação, o raio do circuito de condensação interna é menor que o raio do circuito de condensação externo e o raio do outro circuito de condensação é inferior ao raio do circuito transmissor. Além disso, a detecção do momento magnético do circuito interno será paralela ao momento magnético do circuito transmissor, enquanto os momentos magnéticos dos circuitos de condensação interno e externo estarão em posição.

[0040] Em um segundo exemplo de um arranjo do circuito de condensação, mencionado neste documento como um arranjo "pseudo Helmholtz", a pluralidade de circuitos pode compreender pelo menos um conjunto de circuitos de condensação substancialmente circulares arranjados coaxialmente para um circuito de transmissor, mas em planos deslocados em direções opostas a partir do plano do circuito transmissor e de forma que o raio dos circuitos de condensação seja inferior ao raio do circuito transmissor. Na configuração coaxial, a detecção do momento magnético dos circuitos de condensação estará em oposição ao momento magnético do circuito transmissor.

[0041] Em ambos os casos acima, a localização do receptor nominal está no centro do circuito transmissor e o circuito transmissor gera um campo no eixo do circuito que possui um gradiente axial variando em intensidade. O par de circuitos de condensação é, portanto, configurado para Cancel no campo axial e a curvatura axial do circuito transmissor próximo ao centro do circuito. Quando este não for o caso, o segundo circuito de condensação pode ser configurado com o primeiro para cancelar o campo e este gradiente, ou três bobinas de condensação podem ser utilizados para cancelar o campo e seu gradiente e curvatura.

[0042] A presente invenção se refere ao pedido de patente para o campo de topografia eletromagnética no qual um pequeno campo disperso da Terra é medida na presença de um grande campo primário. No estado da arte atual, circuitos de condensação individuais são utilizados para anular o campo primário em um receptor. Contudo, quanto maiores os momentos do transmissor e mais precisa e mais baixa frequência as medições do campo disperso se tornam factíveis, meios aprimorados de medição o campo disperso na presença de um campo amplo que acomoda uma geometria variante do receptor transmissor necessária. Em particular, um aspecto importante da aquisição de medições de campo disperso com subfrequências de 25 Hz está na permissão de uma geometria de transmissor-receptor flexível, como elucidado na patente WO 2011/085462 A1 para Polzer.

[0043] A presente invenção pode também melhorar vantajosamente as medições do campo diverso onde uma geometria transmissor-receptor flexível está presente devido ao aumento do volume efetivo sobre o qual o campo primário pode ser anulado e há diversas maneiras com as quais a presente invenção pode ser vantajosamente utilizada para este efeito. Como exemplo, onde um sistema de isolamento de movimento é utilizado para permitir a aquisição dos dados eletromagnéticos abaixo de 25Hz, o circuito transmissor e uma pluralidade de circuitos de condensação podem ser unidos, onde os circuitos de condensação são conectados a um alojamento contendo um sistema de isolamento de movimento no qual um sensor de campo magnético é montado. Este aspecto da invenção tem a vantagem de permitir que o receptor se mova independentemente de seu chassi, mas dentro da zona condensada do campo primário e assim sucessivamente adequada para uso em dispositivos de isolamento de movimento como, por exemplo, o discutido no documento WO 2011/085462 A1.

[0044] Outra vantagem da presente invenção é que a indução da corrente parasita devido ao campo primário em um volume nas adjacências do receptor é suprimido em comparação com aquela de um único circuito de condensação, reduzindo assim o ruído do sistema. A presente invenção também pode ser vantajosamente utilizada em sistemas de geometria flexível EM como pode ser exemplificado pelo sistema VTEM, onde o receptor e seu circuito de condensação pode ser montado no centro de um circuito transmissor substancialmente circular e flexível onde circuitos de condensação adicionais diminuem a variabilidade do campo condensado devido aos movimentos relativos e curvatura nos circuitos e uma pluralidade de circuitos de condensação pode estar no mesmo plano do circuito transmissor. Neste sistema flexível, a variação no campo condensado pode ser reduzida adicionando um ou mais circuitos de condensação adicionais para o plano do transmissor.

[0045] Os exemplos a seguir ilustram vários possíveis usos dos sistemas da presente invenção com uma geometria flexível. Contudo, a presente invenção pode também ser vantajosamente empregada em assim chamados sistemas AEM de geometria rígida, nos quais a geometria do transmissor, os circuitos de condensação e receptor são montados de forma quase rígida em relação um ao outro, sendo um exemplo o sistema Aerotem. Estes sistemas podem sofrer deslocamento, um componente do qual pode ser devido a pequenas variações geométricas, causadas, por exemplo, por pequenas alterações dimensionais nos suportes rígidos. O efeito destas alterações pode ser reduzido com a presente invenção permitindo o tamanho do volume condensado a ser aumentado, reduzindo assim o grau de rigidez necessária desde que os requisitos de rigidez nos sistemas aéreos limitam o tamanho do sistema devido ao peso dos suportes rígidos, a presente invenção pode ser vantajosamente utilizada nestes sistemas rígidos permitindo o sistema ser iluminado com menos rigidez, reduzindo assim os custos da operação, ou estendendo as dimensões do sistema melhorando assim a qualidade dos dados EM.Aspectos da presente invenção

[0046] Um primeiro aspecto da presente invenção se refere a um transmissor condensado, nominalmente um transmissor que possui seu campo magnético substancialmente anulado em um volume condensado. A condensação é realizada com um campo criado por múltiplos circuitos de condensação pertencentes a um arranjo de circuito de condensação, portanto, o campo pode ser anulado sobre um volume para um grau superior ao que pode ser alcançado com um único circuito de condensação.

[0047] O transmissor condensado compreende o arranjo do circuito de condensação e um transmissor enviando uma forma de onda de corrente conhecida em um circuito transmissor montado em uma estrutura substancialmente rígida. O arranjo do circuito de condensação compreende uma pluralidade de circuitos de condensação separados, eletricamente condutores montados em um suporte de circuito de condensação, de forma que os circuitos de condensação são mantidos no lugar em relação um ao outro e substancialmente no lugar em relação ao circuito transmissor. As correntes energizadas nos circuitos de condensação, com um controlador de corrente contendo uma forma de onda substancialmente similar à forma de onda do transmissor, criar um campo magnético de condensação que anula substancialmente o campo magnético primário sobre um volume condensado. Em uma variação, este controlador de corrente pode se referir ao transmissor, com o transmissor e circuitos de condensação em série, enquanto em outra variações, cada circuito pode ser acionado por um controlador de corrente em separado. Em qualquer variação, o campo magnético de condensação está substancialmente em uma direção oposta a, e substancialmente igual em magnitude com, o campo magnético primário dentro do volume condensado de forma que o campo magnético de condensação anule substancialmente este campo magnético primário sobre um volume maior que possa ser feito com um circuito único. As correntes do transmissor e as correntes de condensação podem ser detectados com monitores de corrente, com as correntes registradas utilizando um meio de registro de dados como, por exemplo, um computador de aquisição de dados. A estrutura do circuito do transmissor substancialmente rígido pode permitir pequenos movimentos do circuito transmissor a partir de sua localização nominal, mas é suficientemente rígido que o volume condensado não seja deslocado por uma distância significativa em comparação com as suas dimensões.

[0048] Em um segundo aspecto da invenção, relacionado ao campo de topografia eletromagnética, um aparelho de medição eletromagnética compreende um transmissor condensado, um sensor de campo magnético e um receptor adaptado para controle deste sensor de campo magnético de forma a permitir a saída deste senso seja metido e registrado. O senso de campo magnético está localizado no volume condensado e é montado em um quadro de suporte do sensor compreendendo um aparelho de suporte mecânico adaptado ao suporte e limita o movimento do sensor dentro do volume condensado. O quadro de suporte do sensor e o suporte do circuito condensado são conectados à estrutura do circuito transmissor substancialmente rígido. O campo magnético dentro do volume condensado, compreendendo os campos magnéticos primário e condensado, pode também compreender um componente que é disperso pelo campo primário devido à indução na Terra. Como sensor de campo magnético opera em um volume onde o campo primário é condensado pelo campo secundário, ele pode ser operado com uma resolução mais fina do que seria possível de outra forma e assim pode ser adaptado para medição do componente do campo magnético que pode ser disperso a partir da Terra.

[0049] Em um terceiro aspecto da invenção, um aparelho móvel de medição eletromagnética compreende um aparelho de medição eletromagnética e um transportador. O aparelho móvel de medição eletromagnética também pode compreender um meio de transporta, um sensor para detecção da posição e orientação do transportador como, por exemplo, um sistema de posicionamento global e um meio de gravação de dados como, por exemplo, um computador de aquisição de dados. Por exemplo, variações deste aspecto da presente invenção pode compreender sistemas de prospecção eletromagnética.

[0050] No quarto aspecto da presente invenção, a invenção pode compreender parte de um sistema eletromagnético aéreo ativo, no qual o circuito do transmissor pode ser adaptado para energizar correntes parasitas dentro da Terra, o sensor do campo magnético pode ser adaptado para medir estas correntes parasitas e os circuitos de condensação podem ser adaptados para cancelar o campo primário do circuito transmissor no sensor do campo magnético sem afetar significativamente a distribuição da corrente parasita na Terra ou a sensibilidade do sensor do campo magnético para distribuição da corrente parasita na Terra.

[0051] Em um quinto aspecto da invenção, o aparelho móvel de medição eletromagnética acima mencionada pode ser adaptado para reboque embaixo de um helicóptero para compreender parte de um sistema de prospecção eletromagnética aéreo.

[0052] Em outro aspecto da presente invenção na qual é utilizado um sistema AEM, os circuitos de condensação podem ter a mesma orientação que, e permanecer coaxialmente com, o circuito transmissor, mas com um raio menor. Cada circuito pode estar em um plano diferente, deslocamento axialmente um do outro, como exemplificado por um arranjo de circuito de condensação pseudo-Helmholtz, ou dentro do mesmo plano, como exemplificado pelos arranjos de circuito de condensação coplanar.

[0053] Em outro aspecto da presente invenção, ao condensar o campo primário de um circuito transmissor sobre um volume maior do que um circuito de condensação simples, a invenção reduz a sensibilidade da condensação para alguns desvios na geometria do circuito e consequentemente fornece uma solução mais robusta para condensar o campo magnético primário de uma antena transmissor cuja geometria pode variar. Tais variações podem ser comuns em sistemas AEM nos quais um circuito transmissor flexível é utilizado. Contanto que o circuito transmissor seja substancialmente rígido, um aspecto da presente invenção permite a anulação do campo magnético primário sobre um volume maior e assim pode acomodar variações na geometria do circuito transmissor em relação ao que é fornecido pelo estado da arte atual.

[0054] Em outro aspecto da presente invenção, as conexões elétricas entre os circuitos de condensação e entre os circuitos de condensação e o circuito transmissor no caso de condensação ativa podem ser realizadas por meio de um cabo coaxial ou bifilar trançado de forma que os campos magnéticos das correntes nestas conexões cancelem substancialmente uma a outra.

[0055] Em outro aspecto da invenção, uma pluralidade dos sensores pode ser utilizada para detectar as correntes nos circuitos e as localizações dos circuitos em relação uma à outra, permitindo que a geometria dos circuitos seja conhecida nos casos em que os circuitos não sejam quase rígidos, ou não sejam quase rigidamente afixadas uma à outra, de forma a permitir que o campo magnético, sem condensação, seja computado. Estes sensores podem consistir de monitores de corrente do efeito Hall ou detectores equivalentes para a detecção de correntes e dispositivos como, por exemplo, câmeras, AHRS (sistemas indicadores de posição, condução e referência), sistemas de posicionamento diferencial, rangers a laser, radares, medidores de esforço e sensores de função equivalente que possam ser utilizados para detectar alterações relativas na geometria do circuito. Os campos magnéticos primário e de condensação podem ser assim computados em tempo real e os resultados registrados, ou os dados do sensor acima mencionado podem ser registra registrados, de forma a permitir que os campos magnéticos sejam computados posteriormente.

[0056] Em todos os aspectos da presente invenção acima mencionados, as geometrias do circuito de transmissão e do circuito de condensação e as respectivas correntes podem ser precisamente medidas e registradas de forma a permitir a computação precisa dos campos magnéticos correspondentes de forma a produzir uma seção aprimorada dos campos primário e dispersos.

Breve descrição dos desenhos

[0057] A figura 1 ilustra aspectos de uma configuração de condensação coplanar de três circuitos.

[0058] A Figura 2 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação coplanar de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,15 metro no eixo transmissor.

[0059] A figura 3 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação coplanar de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,25 metro.

[0060] A Figura 4 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação coplanar de três circuitos e uma configuração de compensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,35 metro com circuitos maiores.

[0061] A figura 5 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação coplanar de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,15 metro com circuitosmenores.

[0062] A figura 6 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação coplanar de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,25 metro.

[0063] A figura 7 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação coplanar de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,35 metro.

[0064] A figura 8 ilustra aspectos de uma configuração pseudo-Helmholtz no plano.

[0065] A figura 9 ilustra aspectos de uma configuração pseudo-Helmholtz na seção.

[0066] A figura 10 ilustra aspectos de um circuito de condensação montado em uma esfera.

[0067] A figura 11 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação pseudo-Helmholtz e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos sobre uma faixa de 0,25 metro.

[0068] A figura 12 ilustra uma representação gráfica da comparação entre uma configuração de condensação pseudo-Helmholtz de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,25 metro com circuitos maiores.

[0069] A figura 13 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação pseudo-Helmholtz e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,4 metro.

[0070] A figura 14 ilustra uma comparação entre a condensação obtida por uma configuração de condensação pseudo-Helmholtz de três circuitos e uma configuração de condensação coplanar de dois circuitos em uma faixa de 0,15 metros com circuitos menores.

[0071] A figura 15 ilustra aspectos de um circuito elétrico para acionamento de uma configuração de condensação de 3 circuitos.

[0072] A figura 16 ilustra aspectos de outro circuito elétrico para direcionamento de uma configuração de condensação de 3 circuitos.

Descrição das realizações preferidas da presente invenção

[0073] Na materialização preferida da presente invenção, a invenção compreende um transmissor condensado montado em uma estrutura substancialmente rígida, com um circuito elétrico de transmissão compreendendo um circuito transmissor substancialmente circular suportado por dita estrutura substancialmente rígida, um transmissor adaptado para energizar tal circuito de transmissão com uma corrente elétrica de transmissão contendo uma forma de onda conhecida de forma a criar um campo magnético primário e um conjunto do circuito de condensação, compreendendo um suporte ao circuito de condensação ao qual os circuitos de condensação são acoplados e que é estavelmente localizado em relação aos aspectos geométricos do campo magnético primário. O conjunto do circuito de condensação é adequado para a condução de uma corrente que forma um campo magnético de condensação que anula substancialmente o campo magnético primário dentro de um volume condensado. O campo magnético primário possui uma variação de tempo substancialmente similar à variação de tempo da corrente elétrica de transmissão com os aspectos geométricos do campo magnético sendo fornecido pela geometria do circuito transmissor. Os circuitos de condução do conjunto do circuito de condensação são energizados com a corrente elétrica para criar um campo magnético de condensação com uma conhecida variação geométrica e de tempo, em que o campo magnético de condensação esteja substancialmente em uma direção oposta a, e substancialmente igual em magnitude com, o campo magnético primário dentro do volume condensado. Consequentemente, dentro do volume condensado, este campo magnético de condensação anula substancialmente o campo magnético primário.

Descrição da materialização preferida da presente invenção

[0074] A materialização preferida compreende um circuito transmissor substancialmente planar no qual o conjunto do circuito de condensação é montado em uma configuração coplanar. Cada circuito no conjunto do circuito de condensação é substancialmente coaxial com o circuito transmissor de forma que os eixos do circuito de condensação sejam substancialmente alinhados com o eixo do circuito transmissor, sendo cada circuito de condensação menor que o circuito transmissor. Os circuitos de condensação são montados para inibir o movimento em relação ao circuito transmissor e o volume condensado. O transmissor condensado é configurado com um circuito elétrico compreendendo o transmissor e circuitos de condensação em uma configuração em série. As conexões entre os circuitos transmissores e de condensação são formadas com condutores bifilares coaxiais ou trançados para suprimir os campos magnéticos da corrente nos condutores que conectam os circuitos.

[0075] Na materialização preferida, o transmissor eletromagnético condensado acima mencionado compreende parte de um sistema topográfico eletromagnético conduzido por helicóptero. O transmissor eletromagnético condensado é montado em uma portadora rebocada abaixo do helicóptero. O circuito transmissor é substancialmente horizontal e magnetômetros de alta precisão, localizados no volume condensado, são utilizados para amostragem do campo magnético dentro da faixa de aquisição de 140000 Hz. Os magnetômetros são montados em uma estrutura de suporte do sensor compreendendo um aparelho de suporte mecânico adaptado para suportar e limitar o movimento do sensor do campo magnético para o volume condensado do transmissor condensado, de forma que o quadro do suporte do senso é afixado à estrutura do circuito transmissor do transmissor condensado. Um sistema de aquisição de dados registra a corrente do transmissor, campo magnético detectado, a ação dos sensores e a geolocalização do sistema à medida que o helicóptero reboca o sistema atravessa a Terra. O sistema de aquisição de dados pode também gravar variações na geometria relativa do circuito transmissor, circuito de condensação e sensores. O sistema de geolocalização pode compreender um meio de gravação da posição e altitude da portadora em relação ao sistema de coordenadas geográficas da Terra, como, por exemplo, um sistema de posicionamento global (GPS) e um sistema de referência de posição e condução (AHRS).

[0076] O volume condensado no qual o sensor do campo magnético pode se mover é definido por um locus de pontos nulos que permanecem aproximadamente no eixo do circuito transmissor onde o campo é anulado. Este locus se estende bidirecionalmente a partir do plano do circuito transmissor para uma distância nula onde o campo de condensação cai para anular substancialmente o campo primário. O volume condensado possui um comprimento de escala que é aproximadamente controlado pelo comprimento dos eixos de anulação e que é aproximadamente centralizada no ponto onde o eixo do circuito transmissor e o plano da interseção do transmissor.

[0077] A figura 1 ilustra uma vista plana do transmissor condensado da materialização preferida, na qual uma configuração coplanar de três circuitos é utilizada. Nesta materialização, um circuito condutivo externo, substancialmente circular, 1, compreendendo de NO voltas do fio, onde NO pode ser 10, é enrolado em de uma maneira substancialmente circular ao redor de um ponto central em um raio, RO, que pode ser de 12,5 metros. Um segundo circuito substancialmente circular do fio, 2, compreendendo N1 volta, onde N1 pode ser 4, é enrolado no sentido oposto para o circuito externo 1, em um raio R1, que pode ser 3,0373 metros. Um circuito interno substancialmente circular, 3, compreendendo N2 volta, que pode ser 1 volta, é enrolado na mesma direção do circuito externo 1, com um raio R2 que pode ser 1,9344 metros. Na Figura 1, as setas envoltas por elipse ilustram uma possível seleção de direções de enrolamentos e por implicação, a direção do fluxo da corrente elétrica. Contudo, uma pessoa habilitada na arte compreendendo todos os enrolamentos pode estar no sentido oposto àqueles indicados com igual efeito, pela reversão da direção da corrente e entenderá que os números de voltas e raio dos circuitos de condensação podem ser adaptados para acomodar um número diferente de voltas e raio do circuito do transmissor.

[0078] Na figura 1, a zona 4 define a localização onde o campo primário do circuito transmissor 1 é substancialmente anulado pelos circuitos de condensação 2 e 3. O ponto central da zona 4 define o ponto de referência da invenção e permanece nos eixos nos circuitos transmissores de condensação no plano do circuito transmissor. Um sensor do campo magnético capaz de se mover dentro da zona 4 pode ser utilizado para obter medições magnéticas de alta sensibilidade, enquanto evita a saturação do campo magnético primário grande e enquanto também reduz as variações no campo magnético registrado resultante das grandes alterações do campo magnético primário no volume condensado.

[0079] Novamente com referência à Figura 1, o campo primário é criado pelas correntes no circuito externo 1, que serve como circuito transmissor. O circuito externo 1 é mantido na posição relativa aos circuitos de condensação e na zona de anulação da forma mais rígida possível mas devido ao seu raio grande, pequenos desvios na posição do circuito 1 são menos importantes para o desempenho da invenção em relação aos desvios nas localizações dos circuitos 2 e 3.

[0080] Uma conexão elétrica, 5, permite uma conexão em série do circuito 1 e do circuito de condensação 2 e uma segunda conexão elétrica, 6, permite a conexão em série do circuito de condensação 2 e o circuito de condensação 3. As conexões elétricas 5 e 6 são dispostas para minimizar o campo magnético das correntes elétricas conduzidas e podem ser formadas a partir de uma estrutura bifilar trançada, coaxial o outra equivalente na qual os campos magnéticos externos a partir das correntes elétricas fluindo em oposição são mutuamente canceladas. Uma pessoa habilitada na arte irá entender que a ordem dos circuitos no circuito das séries acima mencionadas pode ser alterada com pouco efeito sobre a invenção onde a corrente transmissora possui uma baixa variação de tempo de forma que as capacitâncias do circuito não são importantes.

[0081] A figura 2 ilustra uma comparação do componente z do campo magnético ao longo do eixo z da simetria rotacional através do centro dos circuitos da materialização preferida. Uma anulação coplanar de 2 circuitos padrão é comparada com o caso de 3 circuitos acima mencionados da materialização preferida para uma corrente de 288 Amp nas voltas dos circuitos. Na materialização preferida, o campo magnético é compensado para melhor que 1 parte em 10.000 sobre uma faixa de +/- 0,15 metro. A redução fracional no momento do transmissor, indicado como FrMr, é negligível. Neste exemplo, R0 = 12,5 metros, R1 = 3,0733 metros, R2 = 1,9344 metro, NO = 10, N1 = 4 e N2 = 1.

[0082] Afigura 3 ilustra a comparação do componente z do campo magnético em outra materialização da configuração coplanar de três circuitos. Nesta materialização, o campo primário de um circuito transmissor de 14 voltas é anulada para 2 partes em 10.000 em uma faixa de +/- 0,25 metro, R0 = 12,5 metros, R1 = 21,1526 metros, R2 = 13545 metro, N1 = 4 e N2 = 1.

[0083] A figura 4 ilustra a comparação do componente z do campo magnético em outra materialização de uma configuração coplanar de três circuitos. Nesta materialização, o campo primário de um circuito transmissor de 10 voltas é anulado para 2 partes em 10.000 em uma faixa de +/- 0,25 metro, R0 = 12,5 metros, R1 = 4,1572 metros, R2 = 2,483 metros, N1 = 5 e N2 = 1. Nesta materialização, circuitos de compensação do diâmetro grandes são utilizados.

[0084] A Figura 5 ilustra a comparação do componente z do campo magnético em outra materialização de uma configuração coplanar de três circuitos. Nesta materialização, o campo primário de um circuito transmissor de 14 voltas é anulado em uma faixa de +/- 0,15 metro, R0 = 12,5 metros, R1 = 2,1591 metros, R2 = 1,3649 metro, N1 = 4 e N2 = 1. Nesta materialização, os circuitos de condensação de diâmetro menor são utilizados, resultando em um volume menor da anulação precisa.

[0085] A figura 6 ilustra a comparação do componente z do campo magnético em outra materialização de uma configuração coplanar de três circuitos. Nesta materialização, o campo primário de um circuito transmissor de 14 voltas é anulado com RO = 12,5 metros, R1 = 2,1526 metros, R2 = 1,3545 metro, N1 = 4e N2 = 1. Esta materialização permite uma faixa mais ampla de anulação ao longo do eixo z do sistema do circuito e, consequentemente, radialmente também.

[0086] A figura 7 ilustra a comparação do componente z do campo magnético em outra materialização de uma configuração coplanar de três circuitos. Nesta materialização, o campo primário de um circuito transmissor de 14 voltas é anulado com RO = 12,5 metros, R1 = 2,9425 metros, R2 = 1,7262 metro, N1 = 5 e N2 = 1. Nesta materialização, os circuitos de condensação são ampliados para fornecer uma região mais ampla de compensação precisa.

[0087] Enquanto os exemplos acima demonstram várias materializações possíveis com circuitos de condensação coplanar, estes exemplos são destinados a serem ilustrativos das materiais possíveis da presente invenção e não devem ser interpretados para limitar o escopo da invenção, por exemplo, para o número de circuitos, números de voltas ou número de raios fornecidos nestes exemplos. Por exemplo, as materializações da presente invenção podem compreender um conjunto de circuito de condensação formado na configuração pseudo-Helmholtz, como ilustrado abaixo.

[0088] A Figura 8 ilustra a vista plana de uma materialização pseudo-Helmholtz da presente invenção implementada com um único para de circuitos de condensação no modo ativo. O circuito transmissor 1 cria um campo primário condensado no volume 4 pelo par de circuitos de condensação 7. A detecção da corrente os circuitos de condensação é oposta à aquela no circuito transmissor. O circuito transmissor 1 é substancialmente circular com um raio indicado RO, enquanto os circuitos de condensação são coaxiais com o circuito transmissor com o raio indicado R1, porém deslocado do plano do circuito transmissor por distâncias +/- paralelas ao eixo z da simetria do circuito transmissor, como ilustrado na Figura 9. Os circuitos 1 e 7 são conectados pelo cabo elétrico 8 para conduzir a corrente entre os circuitos transmissor e de condensação. O cabo elétrico 8 pode acionar ambos os circuitos de condensação em paralelo, ou em série de um circuito para o outro. O cabo elétrico 8 é configurado de forma a criar um campo magnético mínimo como, por exemplo, pode ser obtido utilizando um cabo coaxial, bifilar trançado ou outra geometria com efeito similar.

[0089] Como no caso da materialização preferida, a zona 4 define a localização onde o campo primário do circuito transmissor 1 é substancialmente anulado pelos circuitos de condensação 7. O ponto central da zona 4 define o ponto de referência da invenção. Um sensor do campo magnético capaz de se mover dentro da zona 4, pode ser utilizado para obter medições magnéticas de alta sensibilidade, enquanto evita a saturação a partir do campo magnético primário e evita também alterações significativas no campo magnético registrado resultante das variações do campo magnético primário no volume condensado.

[0090] Novamente com referência à Figura 9, o campo primário é criado pela corrente no circuito externo 1, que serve como o circuito transmissor. O circuito externo 1 é mantido no lugar em relação aos circuitos de condensação e a zona de anulação de uma forma rígida tanto quanto possível, mas devido ao seu raio amplo, pequenos desvios na posição do circuito 1 são menos importantes para o desempenho da invenção que são desvios nas localizações dos circuitos 7.

[0091] A figura 10 ilustra, na visualização de seção, uma configuração de circuito de condensação implementada com circuitos coaxiais contendo diferentes raios. Neste exemplo, pares de circuitos Helmholtz (por exemplo 110 e 114), juntamente com um circuito de condensação coplanar único 112, são enrolados em uma carcaça esférica 100. Os múltiplos circuitos de condensação, 110 ... 114 são dispostos para anular o componente do campo primário na região 120 paralela aos eixos dos circuitos utilizando meios análogos ao estilo pseudo-Helmholtz ilustrado nas figuras 8 e 9. Nesta materialização da invenção, uma pluralidade de circuitos pode ser utilizada para condensar substancialmente o campo primário na região 120 que pode ser maior que o volume condensado obtido com menos circuitos de condensação.

[0092] A figura 11 ilustra o efeito que pode resultar de uma materialização da invenção utilizando a condensação pseudo-Helmoholtz. Esta materialização é implementada com dois circuitos de condensação como ilustrado nas Figuras 8 e 9. O circuito transmissor é substancialmente circular com um raio de 12,5 metros e 10 voltas. Cada circuito de condensação é substancialmente circular e enrolado com uma volta com um raio de 1,7956 metros e deslocado do plano do circuito transmissor em 0,8922 metros. Nesta materialização da presente invenção, o campo primário é anulado para melhor que 1 parte em 10.000 sobre +/- 0,25 metros.

[0093] A figura 12 ilustra o efeito que pode ser obtido a partir de uma materialização pseudo-Helmholtz na qual o circuito transmissor é substancialmente circular com um raio de 12,5 metros e 10 voltas. Cada circuito de condensação é substancialmente circular e enrolado com duas voltas contendo um raio de 3,7187 metros e deslocado do plano do circuito transmissor em 1,7371 metros. Nesta materialização da presente invenção, o campo primário é anulado em um volume maior que no caso anterior, devido ao conjunto do circuito de condensação maior utilizado.

[0094] A figura 13 também mostra o efeito que pode ser obtido a partir de outra materialização Helmholtz da presente invenção na qual o circuito transmissor é substancialmente circular com um raio de 12,5 metros e 14 voltas. Nesta materialização, a condensação substancial é obtida em uma distância de 0,4 metros no eixo z. Cada circuito de condensação é enrolado com 2 voltas em um raio de 2,5886 metros e um deslocamento z de 1,2665 metros.

[0095] A figura 14 também ilustra o efeito que pode ser obtido a partir de outra materialização Helmholtz onde o circuito transmissor é substancialmente circular com um raio de 12,5 metros e 14 voltas. Neste caso, um circuito compacto pseudoHelmholtz é utilizado para obter um cancelamento excelente do campo primário em uma distância de +/- 0,15metro no eixo z. Nesta materialização da presente invenção, os circuitos de condensação possuem cada um uma volta e são enrolados em um raio de 1,2786 metros com um deslocamento z de +/- 0,63861 metros.

[0096] Embora os exemplos a seguir das materializações da presente invenção, ilustram o efeito da condensação com um conjunto do circuito de condensação de 2 circuitos, estes exemplos se destinam a demonstrar possíveis materializações da presente invenção e não implicam uma restrição nos números de circuitos utilizados, seus deslocamentos, números de voltas ou seus raios. Algumas materializações da presente invenção podem utilizar, utilizando o exemplo, combinações de configurações coplanares e pseudo-Helmholtz, as combinações das configurações coplanares, algumas das quais podem ser deslocadas do plano do circuito transmissor, ou combinações de deslocamento de circuitos pseudo-Helmholtz em diferentes raios.

[0097] Outras materializações da presente invenção podem utilizar as combinações mencionadas acima de circuitos de condensação pseudo-Helmholtz acoplando-as rigidamente à mesma estrutura dos suportes do sensor.

[0098] Em outras materializações da presente invenção, o volume condensado pode ser deslocado do plano ou do eixo do circuito transmissor arranjando os circuitos de condensação para anular substancialmente o campo magnético primário em um volume que seja deslocado a partir do plano do circuito transmissor, seu eixo, ou em geral em qualquer ponto no espaço. Tal materialização pode ser útil na topografia AEM condensando o primário nas proximidades de um sensor de campo magnético montado em um cabo de reboque e que seja proporcionalmente deslocado do eixo de simetria de um transmissor rebocado. Nestas materializações, as voltas e diâmetros das bobinas de condensação deverão ser selecionadas para cancelar o gradiente do campo primário no volume de condensação.

[0099] A figura 15 ilustra vários aspectos dos circuitos elétricos em uma materialização da presente invenção compreendendo um sistema eletromagnético da fonte ativa. A fonte de alimentação 300 energiza o transmissor 301 através do cabo elétrico 302. O transmissor 301 forma uma forma de onda de corrente transmitida no cabo elétrico 304 para formar um circuito de série com o circuito transmissor 305, primeiro circuito de condensação 306 e segundo circuito de condensação 307. As seções do cabo elétrico 304 podem compreender um condutor coaxial bifilar trançado ou qualquer geometria de condutor de forma a suprimir campos magnéticos a partir da corrente bidirecional conduzida, como indicado nos exemplos das materializações mencionadas.

[00100] A figura 16 ilustra aspectos alternativos dos circuitos elétricos em uma materialização da presente invenção, para os casos em que sejam implementadas como parte de um sistema de fonte ativa eletromagnética. Na Figura 6, os circuitos de condensação estão em um circuito separado 304e a partir do circuito 304b que contém o circuito transmissor 305. Cada circuito é acionado pelos controladores de corrente em separado 301a, e 301b, dos quais 301b compreende o transmissor, sendo cada controlador energizado pelas correntes em seus respectivos cabos de alimentação, 302a e 302b. Ambos os controladores fornecem formas de onda de corrente idêntica aos seus respectivos circuitos.

[00101] Embora esta invenção tenha sido descrita em conjunto com os aspectos exemplares definidos acima, várias alternativas, modificações, variações, melhorias e/ou equivalentes substanciais, quer conhecidos, ou que sejam ou possam ser imprevistos no presente, podem se tornar aparentes para aqueles que detêm uma habilidade comum na arte.

[00102] Conseqüentemente, os aspectos exemplares da invenção, como estabelecido acima, são destinados à ilustração, sem limitação. Várias modificações podem ser implementadas sem afastamento do espírito e escopo da invenção. Portanto, a invenção se destina a abranger todas as alternativas, modificações, variações, melhorias e/ ou equivalentes significativos conhecidos ou posteriormente desenvolvidos.

Claims (19)

1. Transmissor condensado caracterizado por compreender:um circuito elétrico de transmissão (300, 301, 301a, 301b, 302, 302a, 302b, 304, 304a, 304b, 305, 306, 307) compreendendo um circuito transmissor (305);uma estrutura de circuito transmissor para suportar o circuito transmissor (305), a estrutura de circuito transmissor sendo substancialmente rígido;um transmissor (301) adaptado para energizar o circuito transmissor com uma transmissão de corrente elétrica contendo uma forma de onda conhecida de forma a construir um campo magnético primário;uma pluralidade de circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307) separados, substancialmente planares, sendo cada um dimensionalmente menor que o circuito transmissor a cada circuito de condensação possuindo um raio distinto menor que o circuito transmissor, arranjado coaxialmente ao longo de um eixo substancialmente paralelo à direção local do campo magnético primário e energizado com a corrente por um controlador de corrente (301a, 301b);um suporte substancialmente rígido ao qual cada um dos circuitos de condensação é afixado, o suporte sendo acoplado à estrutura do circuito transmissor, em que os circuitos de condensação são estavelmente localizados em relação a aspectos geométricos do campo magnético primário;um eixo de anulação que se estende bidirecionalmente em uma direção perpendicular a partir de um plano paralelo aos circuitos de condensação até um ponto terminal em cada extremidade dos eixos de anulação;Em queum campo magnético de condensação é formado dentro de um volume condensado pela corrente nos circuitos de condensação, dito volume condensado sendo substancialmente centralizado nos eixos de anulação;uma pluralidade de pontos terminais são localizados onde o campo magnético de condensação passa para uma anulação substancial do campo magnético primário;o campo magnético de condensação está substancialmente em uma direção oposta a, e é substancialmente igual em amplitude com, dito campo magnético primário, de forma que dito campo magnético de condensação anula substancialmente dito campo magnético primário dentro de dito volume condensado.

2. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita pluralidade de circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307) compreender um primeiro circuito de condensação (306) e um segundo circuito de condensação (307), ditos primeiro e segundo circuitos de condensação (306, 307) sendo substancialmente circulares.

3. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o primeiro circuito de condensação (306) e o segundo circuito de condensação (307) serem dispostos em um plano comum, o primeiro circuito de condensação (306) sendo geometricamente menor que o segundo circuito de condensação (307).

4. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o dito plano comum compreender o plano do circuito transmissor (305), os momentos magnéticos do primeiro circuito de condensação (306) e do circuito transmissor serem substancialmente paralelos na mesma direção, e os momentos magnéticos do segundo circuito de condensação (307) e do circuito transmissor serem substancialmente opostos.

5. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o primeiro e segundo circuitos de condensação (306, 307) estarem cada um disposto com o mesmo raio efetivo, número de voltas e com momentos magnéticos na mesma direção, onde cada um dos circuitos de condensação são deslocados do plano do transmissor na direção do eixo comum.

6. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por ditos circuitos de condensação serem coaxiais com dito circuito transmissor, ditos primeiro e segundo circuitos de condensação deslocados do plano do circuito transmissor por iguais distâncias e em direções opostas, e por os momentos magnéticos de dito primeiro circuito de condensação, dito segundo circuito de condensação serem substancialmente paralelos e opostos ao momento magnético de dito circuito transmissor.

7. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as conexões elétricas (5, 6) que fornecem corrente elétrica aos circuitos (2, 3) serem selecionadas do grupo consistindo de fios bifilares, cabos coaxiais e combinações dos mesmos.

8. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o circuito transmissor (305) e os circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307) serem dispostos para formar um circuito elétrico em série, no qual o controlador de corrente para os circuitos de condensação é o transmissor (301).

9. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um da pluralidade de circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307) e seu controlador de corrente (301a, 301b) formarem um primeiro circuito elétrico e o circuito transmissor (305) e o transmissor (301) formarem um segundo circuito elétrico.

10. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um sensor de corrente e gravador de dados, no qual a corrente em dito circuito transmissor (305) é medida e registrada.

11. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um sensor de corrente e gravador de dados, onde a corrente em cada um da pluralidade de circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307) é medida e registrada.

12. Transmissor condensado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um meio de detecção respondendo à geometria dos circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307) e um gravador de dados, no qual ditos meios de detecção são dispostos para responder à forma e posições dos circuitos de condensação, e o gravador de dados registra os dados transmitidos por ditos meios de detecção.

13. Aparelho de medição eletromagnética, caracterizado por compreender:um transmissor condensado a ser selecionado do grupo dos transmissores condensados das reivindicações 1 a 12 e combinações dos mesmos, compreendendo:um sensor de campo magnético; um receptor adaptado para controlar o sensor de campo magnético de forma a permitir a saída de dito sensor a ser medido e registrado;um gravador de dados disposto para gravar dados do receptor;uma estrutura de suporte do sensor compreendendo um aparelho de suporte mecânico adaptado para suportar e limitar o movimento do sensor de campo magnético para o volume condensado do transmissor condensado, consequente dita estrutura de suporte do sensor fixada à estrutura do circuito transmissor do transmissor condensado;em que a localização do volume condensado é substancialmente fixado em relação a ditos aparelhos de suporte mecânico.

14. Aparelho de medição eletromagnético de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender meios de medição da geometria de dito sensor de campo magnético em relação a dito circuito transmissor (305) e ditos circuitos de condensação (2, 3, 110, 111, 112, 113, 114, 306, 307), pelo qual ditos dados geométricos são gravados de forma a permitir o cálculo da condensação ausente no campo magnético, o campo magnético primário, o campo magnético de condensação e combinações dos mesmos, no sensor do campo magnético.

15. Aparelho de medição eletromagnético de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender:uma portadora para transportar ditos aparelhos de medição eletromagnética;um meio de transporte de dita portadora;um sensor para detectar a posição de dita portadora, eum meio de registro de ditas posições.

16. Aparelho de medição eletromagnética de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por os meios de transporte da portadora serem selecionados a partir do grupo consistindo de aeronave, veículos aéreos, dirigíveis, helicópteros, pássaros rebocados, veículos terrestres, trailers rebocados, balsas, navios, botes, veículos submersíveis e combinações dos mesmos.

17. Aparelhos de medição eletromagnéticos de acordo com a reivindicação 15, adaptados para topografia geofísica conduzida por helicóptero, caracterizado por os ditos aparelhos serem suspensos em um cabo de reboque embaixo de um helicóptero e o plano do circuito transmissor ser substancialmente horizontal.

18. Aparelho de medição eletromagnética de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender um sensor de orientação, operado para medir e registrar a orientação do sensor do campo magnético.

19. Aparelho de medição eletromagnético de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender um sensor de orientação, operado para medir e registrar a orientação do circuito transmissor.

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