CA2739630A1 - Vehicular system for pulse type electromagnetic geophysical prospecting, method for manufacturing the system and corresponding detection methods - Google Patents
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Abstract
Système véhiculé pour la prospection géophysique de type TDEM, comportant au moins un élément inducteur émetteur d'un champ magnétique primaire, induit pendant la période de mesure, et au moins un élément récepteur du champ magnétique secondaire émis en retour par le sol exposé audit champ primaire induit pendant ladite période de mesure, le système est caractérisé en ce que l'élément récepteur est peu sensible au champ primaire induit. Procédés de fabrication d'un tel système véhiculé et méthode de détection minière et/ou environnementale utilisant un tel système notamment en l'accrocher sous ou à l'avant ou au-dessus d'un véhicule, pour réaliser des mesures géophysiques performantes.System conveyed for geophysical prospecting of the TDEM type, comprising at least one inducing element emitting a primary magnetic field, induced during the measurement period, and at least one receiving element of the secondary magnetic field emitted in return by the ground exposed to said field primary induced during said measurement period, the system is characterized in that the receiving element is not very sensitive to the induced primary field. Methods of manufacturing such a conveyed system and method of mining and / or environmental detection using such a system, in particular by hanging it under or in front of or above a vehicle, in order to carry out efficient geophysical measurements.
Description
SYSTEME VÉHICULÉ POUR LA PROSPECTION GÉOPHYSIQUE DE TYPE
ÉLECTROMAGNÉTIQUE IMPULSIONNEL, PROCÉDÉ DE FABRICATION DU
SYSTEME ET MÉTHODES DE DÉTECTION CORRESPONDANTES
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention est relative à un système véhiculé pour la prospection géophysique utilisant une méthode électromagnétique fonctionnant en mode impulsionnel.
La présente invention est également relative aux procédés de fabrication de ces systèmes véhiculés de type TDEM et à l'utilisation de ces systèmes dans le domaine de la prospection géophysique par voie aérienne, terrestre ou maritime.
La présente invention est également relative à une nouvelle méthode de détection minière et/ou environnementale utilisant au moins un système véhiculé de l'invention.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Les investigations géologiques et environnementales à grande échelle commencent généralement par des levés de prospection géophysique aéroportée. Dans le domaine de l'exploration minière, les méthodes magnétiques et électromagnétiques sont les plus communément utilisées. Les méthodes électromagnétiques aéroportées (AEM) sont historiquement très développées au Canada en raison de la forte résistivité du sol canadien et du fait que ce sol est ainsi facilement pénétrable par les champs électromagnétiques. Les méthodes AEM ont été
utilisées depuis 1948 et leur nombre a augmenté considérablement depuis les dernières décennies. VEHICLE SYSTEM FOR TYPE GEOPHYSICAL EXPLORATION
PULSE ELECTROMAGNETIC, METHOD FOR MANUFACTURING
CORRESPONDING DETECTION SYSTEM AND METHODS
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a system conveyed for prospecting geophysics using an electromagnetic method operating in pulse mode.
The present invention also relates to processes for the manufacture of these systems TDEM-type vehicles and the use of these systems in the field of prospecting geophysics by air, land or sea.
The present invention also relates to a novel method of mining detection and / or environmental system using at least one conveyed system of the invention.
STATE OF THE ART
Large-scale geological and environmental investigations generally begin by airborne geophysical prospecting surveys. In the domain of mining exploration, Magnetic and electromagnetic methods are most commonly used. The Airborne electromagnetic methods (AEM) are historically very developed at Canada because of the high resistivity of Canadian soil and the fact that this soil is so easily penetrable by electromagnetic fields. AEM methods have been used since 1948 and their numbers have increased considerably in recent decades.
2 Trois types de systèmes électromagnétiques ont été développés pendant cette période: les systèmes EM-VLF, les systèmes de type électromagnétique dans le Domaine des Fréquences (FDEM) et les systèmes de type électromagnétique dans le Domaine du Temps (TDEM).
Les levés EM-VLF utilisent les champs électromagnétiques émis par les émetteurs d'ondes radioélectriques militaires, dans un domaine de fréquences compris entre 20 et 25 kHz, comme source primaire. Chaque émetteur diffuse un dipôle vertical intense qui vient exciter les conducteurs perpendiculaires à la direction de propagation. Des courants sont ainsi générés, qui induisent des champs magnétiques secondaires, qui modifient le champ magnétique total mesuré.
Les méthodes EM-VLF fournissent une information limitée et sont habituellement utilisées conjointement avec d'autres types de méthodes de détection aéroportées.
Les levés FDEM utilisent comme source active un courant alternatif qui induit des courants de Foucault dans tous les conducteurs présents dans le sol. Les champs EM
secondaires générés par ces courants sont plus faibles de plusieurs ordres de grandeur, que ceux du champ primaire qui leur a donné naissance. Ils sont pour cette raison difficiles à extraire du champ EM total mesuré.
Cette difficulté à séparer les champs primaires et secondaires est la principale raison du succès des levés TDEM qui mesurent la réponse du sol une fois l'émission annulée.
L'émetteur génère un fort courant qui est brusquement interrompu et les courants de Foucault génèrent à leur tour un champ magnétique secondaire qui est enregistré pendant l'absence du champ primaire. La période on-time , durant l'impulsion, est immédiatement suivie par une période off-time durant laquelle une série de `fenêtres' est enregistrée. 2 Three types of electromagnetic systems have been developed during this period:
EM-VLF systems, electromagnetic type systems in the field of frequencies (FDEM) and Electromagnetic Type Systems in the Domain of Time (TDEM).
EM-VLF surveys use the electromagnetic fields emitted by the wave transmitters military radio in a frequency range of between 20 and 25 kHz, as primary source. Each transmitter broadcasts an intense vertical dipole that comes excite conductors perpendicular to the direction of propagation. Currents are thus generated, which induce secondary magnetic fields, which modify the field total magnetic measured.
EM-VLF methods provide limited information and are usually used together with other types of airborne detection methods.
FDEM surveys use as an active source an alternating current that induces currents of Foucault in all conductors present in the ground. EM fields secondary generated by these currents are smaller by orders of magnitude than those of primary field that gave birth to them. For this reason, they are difficult to extract from total measured EM field.
This difficulty in separating the primary and secondary fields is the main reason for success TDEM surveys that measure the response of the soil once the emission has been canceled.
The transmitter generates a strong current that is abruptly interrupted and the eddy currents in turn generate a secondary magnetic field that is recorded during the absence of the field primary. The period on-time, during the impulse, is immediately followed by a off-time period during which a series of 'windows' is recorded.
3 Les brevets et demandes de brevet suivantes traitent des méthodes TDEM et notamment de l'annulation du champ électromagnétique primaire :
La demande internationale de brevet portant le titre Bucking coil and B-field measurement system and apparatus for time domain electromagnetic measurements , publiée sous le numéro WO 2010/022515, décrit, selon un mode de réalisation illustratif, un système destiné aux levés TDEM, pour la mesure du champ magnétique B, comprenant : une bobine émettrice, une bobine de compensation positionnée dans une orientation sensiblement concentrique et coplanaire par rapport à la bobine émettrice; une bobine réceptrice positionnée dans une orientation sensiblement concentrique et coplanaire par rapport à la bobine de compensation; une source de courant électrique connectée à la bobine émettrice et à la bobine de compensation pour appliquer à celles-ci un courant périodique; et un système de collecte de données conçu pour recevoir un signal de dérivée du champ magnétique par rapport au temps dB/dt de la bobine réceptrice et intégrer ce signal de dérivée du champ magnétique par rapport au temps dB/dt pour produire une mesure du champ magnétique B. La bobine émettrice, la bobine de compensation et la bobine réceptrice étant positionnées l'une par rapport à l'autre de telle sorte que, à l'emplacement de la bobine réceptrice, le champ magnétique produit par la bobine de compensation ait un effet d'annulation du champ magnétique primaire produit par la bobine émettrice.
La demande américaine de brevet portant le numéro US 2003/0169045, intitulée method and apparatus for a rigidly joined together and floating bucking and receiver coil assembly for use in airborne electromagnetic survey systems , décrit un dispositif de réception électromagnétique compensé réduisant les bruits microphoniques et le bruit du champ primaire d'un système TDEM
en boucles coïncidentes tracté par un hélicoptère. Le dispositif inclut une enceinte d'isolation, 3 The following patents and patent applications deal with TDEM methods and including the cancellation of the primary electromagnetic field:
The international patent application bearing the title Bucking coil and B-field measurement system and apparatus for the time domain electromagnetic measurements, published under the number WO 2010/022515, described, according to an illustrative embodiment, a system for surveys TDEM, for the measurement of the magnetic field B, comprising: a transmitting coil, a coil compensation positioned in a substantially concentric orientation and coplanar by relative to the transmitting coil; a receiver coil positioned in a orientation substantially concentric and coplanar with the coil of compensation; a source of electrical current connected to the transmitting coil and the coil of compensation for applying to these a periodic current; and a data collection system designed to receive a magnetic field derivative signal with respect to the time dB / dt of the coil receiver and integrate this derivative signal of the magnetic field with respect to time dB / dt to produce a measurement of the magnetic field B. The transmitting coil, the compensation coil and the coil being positioned relative to one another so that, at the location of the receiving coil, the magnetic field produced by the compensation coil have an effect canceling the primary magnetic field produced by the transmitting coil.
US patent application number US 2003/0169045 entitled method and apparatus for a rigidly joined together and floating bucking and receiver coil assembly for use in airborne electromagnetic survey systems, describes a receiving device electromagnetic compensated reducing microphone noise and noise from the primary field a TDEM system in coincident loops pulled by a helicopter. The device includes a isolation enclosure,
4 une bobine de réception et une bobine de compensation assemblées rigidement ensemble par des éléments structuraux et un système de suspension permettant de suspendre les bobines émettrices et réceptrices, de façon flottante, par des cordes élastiques de type bungee ou un système similaire non métallique d'absorption des vibrations.
La demande de brevet américain, publiée sous le numéro US-7,646,201, décrit un système de prospection aéroporté permettant de réaliser des cartographies géophysiques.
Une boucle émettrice fermée est utilisée dans le système, conçu pour être tracté par un véhicule aéroporté.
La structure de la boucle émettrice comprend une multitude de segments de boucle interconnectées, et des moyens d'émission sont connectés à au moins un des segments de la boucle pour générer et transmettre un champ électromagnétique primaire adapté
à la réalisation des levés géophysiques. Des capteurs sont connectés aux segments de la boucle pour recevoir et mesurer la composante verticale du champ magnétique secondaire résultant de l'interaction du champ électromagnétique primaire avec les corps terrestres traversés par le champ primaire, pendant l'annulation de ce champ primaire. Des capteurs hélicoïdaux sont positionnés très proche de l'émetteur pour recevoir et détecter la composante horizontale du champ électromagnétique secondaire résultant, tout en annulant simultanément le champ électromagnétique primaire.
US-A-5,557,206 décrit un dispositif et une méthode pour générer une cavité
magnétique dans une région située aux abords du centre de deux bobinages électriques générant un champ magnétique concentrique. L'extérieur des deux bobines génère un champ magnétique primaire intense qui peut induire un champ magnétique secondaire relativement faible dans un matériau conducteur éloigné, tel qu'un dépôt minéral souterrain. L'intérieur des deux bobines génère un champ magnétique secondaire ayant une amplitude plus petite et une polarité inverse de celle du champ primaire. Les divers paramètres de l'appareil sont calculés de façon à ce que les 2 champs magnétiques polarisés et opposés se neutralisent mutuellement dans une région spécifiée à
l'intérieur des deux bobines à proximité du point de centrage, créant ainsi la cavité magnétique. 4 a receiving coil and a compensation coil rigidly assembled together by structural elements and a suspension system for suspending transmitting coils and receiving, floating, by elastic strings of the bungee type or a system similar non-metallic vibration absorption.
The US patent application, published under the number US-7,646,201, discloses a system of airborne prospecting for geophysical mapping.
A loop closed emitter is used in the system, designed to be towed by a airborne vehicle.
The structure of the transmitting loop comprises a multitude of segments of loop interconnected, and transmission means are connected to at least one of segments of the loop for generating and transmitting a suitable primary electromagnetic field to the realization geophysical surveys. Sensors are connected to the segments of the loop to receive and measure the vertical component of the secondary magnetic field resulting from the interaction of primary electromagnetic field with the terrestrial bodies crossed by the primary field, during the cancellation of this primary field. Helical sensors are positioned very close to the transmitter to receive and detect the horizontal component of the field secondary electromagnetic result while simultaneously canceling the field primary electromagnetic US-A-5,557,206 discloses a device and method for generating a cavity magnetic in a region located near the center of two electric windings generating a magnetic field concentric. The outside of the two coils generates a primary magnetic field intense who can induce a relatively weak secondary magnetic field in a conductive material distant, such as an underground mineral deposit. Inside the two coils generates a field secondary magnetic having a smaller amplitude and a reverse polarity from that of the field primary. The various parameters of the device are calculated so that the 2 fields magnetic polarized and opposite mutually neutralize each other in a region specified at inside the two coils near the center point, thus creating the magnetic cavity.
5 Un senseur magnétique peut alors être isolé à l'intérieur de la cavité
magnétique pour la détection des champs magnétiques faibles induits dans les matériaux conducteurs éloignés sans interférence avec les champs magnétiques primaires et secondaires proches.
Les systèmes Time Domain Electromagnetic (TDEM) comprennent au minimum les composantes suivantes : une source d'impulsion, un bobinage d'excitation ( transmitter coil ), un ou plusieurs bobinages de réception, un circuit d'amplification, un circuit de numérisation ( A/D converter ) et un micro-ordinateur pour le contrôle, le stockage et le traitement des données.
Le champ électromagnétique qui revient du sol est très faible en comparaison au champ d'excitation (plus de 1 million de fois plus faible). En général, les lectures sont donc prises un certain temps après la fin de l'impulsion (Off Time) (plus de 10 s) de sorte à attendre la désaturation de la chaine d'acquisition. Cela a pour effet de perdre une bonne quantité
d'informations électromagnétiques qui seraient reliées aux sols très conducteurs. Cette approche ne permet pas de réaliser des mesures pendant la durée de l'impulsion d'excitation (On time).
Il existait donc un besoin pour un système véhiculé pour la prospection géophysique utilisant une méthode électromagnétique fonctionnant en mode impulsionnel et dépourvu d'au moins un des désavantages des systèmes de l'art antérieur. A magnetic sensor can then be isolated inside the cavity magnetic for detection weak magnetic fields induced in distant conducting materials without interference with nearby primary and secondary magnetic fields.
Time Domain Electromagnetic (TDEM) systems include, as a minimum, components: a pulse source, an excitation winding ( transmitter coil), one or more reception coils, an amplification circuit, a circuit scanning (A / D converter) and a microcomputer for control, storage and treatment of data.
The electromagnetic field coming back from the ground is very weak in comparison at the field excitation (more than 1 million times lower). In general, readings so are taken a some time after the end of the pulse (Off Time) (more than 10 s) so to wait for the desaturation of the acquisition chain. This has the effect of losing a good quantity electromagnetic information that would be related to very conductors. This approach does not allow measurements to be made during the duration of the impulse of excitation (On time).
There was therefore a need for a system conveyed for prospecting geophysics using a electromagnetic method operating in pulse mode and devoid of least one of disadvantages of the systems of the prior art.
6 Plus particulièrement, il existait un besoin pour un système véhiculé pour la prospection géophysique utilisant une méthode électromagnétique et présentant au moins un des avantages suivants :
- une annulation du champ primaire;
- une forte sensibilité même lorsqu'on utilise de faibles courants ;
- une sensibilité absolue, plus élevée que celle des systèmes actuels, de sorte à pouvoir réduire de façon significative la puissance nécessaire à l'opération du système de mesure;
- une grande rigidité; et - une grande compacité permettant notamment l'utilisation à proximité d'un aéronef.
Il existait également un besoin pour un procédé de fabrication et/ou d'assemblage des systèmes véhiculés de l'invention et dépourvu d'au moins un des désavantages des systèmes de l'art antérieur et présentant au moins un des avantages suivants :
- une facilité de montage en usine; et - une facilité de montage et de démontage sur le site.
Il existait également un besoin pour une nouvelle méthode de détection minière utilisant au moins un système aéroporté de l'invention et dépourvu d'au moins un des inconvénients de l'art antérieur et présentant au moins un des avantages suivants.
- une facilité de mise en oeuvre ;
- une forte sensibilité; et - une rapidité de mise en oeuvre. 6 In particular, there was a need for a system conveyed for the prospecting geophysics using an electromagnetic method and having at least one benefits following:
- a cancellation of the primary field;
- high sensitivity even when low currents are used;
- an absolute sensitivity, higher than that of current systems, so to be able to significantly reduce the power required for the operation of the measuring system;
- high rigidity; and - a great compactness allowing especially the use near a aircraft.
There was also a need for a manufacturing process and / or system assembly vehicles of the invention and lacking at least one of the disadvantages of art systems prior art and having at least one of the following advantages:
- easy assembly at the factory; and - ease of assembly and disassembly on the site.
There was also a need for a new mining detection method using at least an airborne system of the invention and devoid of at least one of the disadvantages of art prior art and having at least one of the following advantages.
- ease of implementation;
- a strong sensitivity; and - speed of implementation.
7 DÉFINITION GÉNÉRALE DE L'INVENTION
Définitions préliminaires :
Système : dans le sens le plus large de l'invention un système est un ensemble d'éléments physiques comprenant au moins un élément inducteur susceptible de générer un champ magnétique primaire lorsqu'il est excité par un courant d'excitation et au moins un élément récepteur susceptible de capter le champ magnétique secondaire générer en retour par le sol prospecté, ainsi qu'une structure porteuse dans laquelle sont positionnés au moins un élément inducteur et au moins un élément récepteur.
Section : dans le sens le plus large de l'invention il s'agit de modules constitutifs dudit système et comportant une structure porteuse et au moins une partie d'un élément inducteur et au moins un élément récepteur, ces modules sont interconnectables 2 par 2.
Il est ici question d'un système aéroporté pour la prospection géophysique. Ce système est basé
sur une approche électromagnétique fonctionnant dans le mode impulsionnel. Le système est composé d'une boucle émettrice et de plusieurs boucles réceptrices. L'ensemble de ces boucles peut être notamment accroché sous, devant ou sur les côtés d'un aéronef. La particularité de ce système est que les boucles réceptrices sont configurées de telles sortes qu'elles sont peu ou pas influencées par le champ primaire induit par la boucle d'émission. Il est alors possible de réaliser des mesures pendant la durée de l'impulsion (on time) sans utiliser de bucking coil en plus de pouvoir réaliser des mesures lorsque le courant d'induction et retourné à 0 ampère (off-time). 7 GENERAL DEFINITION OF THE INVENTION
Preliminary definitions:
System: in the widest sense of the invention a system is a set items with at least one inductive element capable of generating a field primary magnet when excited by an excitation current and at least one element receiver likely to capture the secondary magnetic field generate in back by the ground prospected, as well as a supporting structure in which are positioned at least one element inductor and at least one receiver element.
Section: in the widest sense of the invention these are modules constituents of that system and having a supporting structure and at least a part of an element inductor and at least one receiving element, these modules are interconnectable 2 by 2.
This is an airborne system for geophysical prospecting. This system is based on an electromagnetic approach operating in the pulse mode. The system is composed of a transmitting loop and several receiver loops. All of these loops may be hung under, in front of or on the sides of an aircraft. The particularity of this system is that the receiver loops are configured of such kinds that they are little or not influenced by the primary field induced by the transmit loop. It is then possible to achieve measurements during the duration of the pulse (on time) without using bucking coil in addition to be able to perform measurements when the induction current and returned to 0 amp (off-time).
8 La configuration des boucles de réceptions est telle qu'elle facilite grandement le montage de l'ensemble des composants et qu'elle assure une très bonne rigidité entre la boucle d'émission et les boucles de réception. Cela a pour avantage de réduire le bruit induit par les déformations géométriques de l'ensemble de la sonde.
Le premier objet de la présente invention est constitué par les systèmes véhiculés, pour la prospection géophysique de type TDEM, qui comportent au moins un élément inducteur émetteur d'un champ magnétique primaire induit pendant la période de mesure et au moins un élément récepteur du champ magnétique secondaire émis en retour par le sol exposé
audit champ primaire induit pendant ladite période de mesure, les systèmes sont configurés de façon que l'élément récepteur soit peu sensible, de préférence quasi-insensible, plus préférentiellement encore insensible au dit champ primaire induit.
Avantageusement, dans ces systèmes l'élément récepteur de par le positionnement spatial de l'élément récepteur par rapport à l'élément inducteur est peu sensible, de préférence quasi-insensible, plus préférentiellement insensible au champ primaire induit.
Ces systèmes véhiculés ont avantageusement la capacité de neutraliser le champ primaire induit, ladite annulation étant réalisée par sommation des flux électromagnétiques entrant et sortant dans ledit système.
Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, l'annulation est réalisée par sommation des flux électromagnétique entrant et sortant de part et d'autre dudit au moins un élément inducteur. 8 The configuration of the reception loops is such that it facilitates greatly the editing of all the components and that it ensures a very good rigidity between the transmission loop and the reception loops. This has the advantage of reducing the noise induced by deformations of the entire probe.
The first object of the present invention is constituted by the systems conveyed, for the TDEM type geophysical prospecting, which include at least one element transmitter inductor of a primary magnetic field induced during the measurement period and at least an element receiver of the secondary magnetic field emitted back by exposed soil primary field audit induced during said measurement period, the systems are configured so that the element receptor is insensitive, preferably almost insensitive, more preferentially insensitive to said primary field induced.
Advantageously, in these systems the receiver element by the spatial positioning of the receiver element with respect to the inductive element is insensitive to preferably almost insensitive, more preferably insensitive to the induced primary field.
These conveyed systems advantageously have the capacity to neutralize the field primary induced, said cancellation being carried out by summation of the electromagnetic fluxes entering and exiting in said system.
According to a preferred embodiment of the invention, the cancellation is carried out by summation electromagnetic flux entering and exiting on both sides of the least one element inductor.
9 Avantageusement, ces systèmes véhiculés sont configurés de façon que l'annulation des flux entrant et sortant se fait au travers des surfaces dudit au moins un élément récepteur qui est positionné de part et d'autre dudit au moins un élément inducteur.
Une famille préférentielle de systèmes de l'invention est constituée par les systèmes véhiculés qui possèdent la capacité d'annuler au moins 90%, de préférence la capacité
d'annuler environ 100%
du champ primaire induit, et plus préférence la capacité d'annuler 100% du champ primaire induit.
Ces système véhiculés permettent de réaliser des mesures ( on time ) pendant la durée d'excitation dudit élément inducteur par un courant d'induction qui génère ledit champ primaire, en plus de pouvoir réaliser des mesures lorsque ledit courant d'induction est retourné à 0 ampère ( off-time ).
Les systèmes véhiculés de l'invention présentent e préférence au moins une des caractéristiques suivantes:
- une source d'impulsion d'un courant qui est par exemple de l'ordre de 800 ampères pour un champ induit de l'ordre de 90 000 A/m2, et qui alimente ledit au moins un élément inducteur ;
- un élément d'induction comprenant une boucle d'induction ( transmitter coil ) transformant l'impulsion de courant en un front d'onde électromagnétique du champ qui est de type transitoire, de préférence la durée dudit front d'onde électromagnétique étant programmable, avantageusement de quelques millisecondes à plus de 10 millisecondes;
- un élément récepteur comprenant une ou plusieurs boucles réceptrices captant le champ électromagnétique secondaire qui revient du sol à la suite de l'excitation du sol par le champ primaire induit;
- un circuit d'amplification des champs présents dans le système, notamment des champs 5 secondaires, ledit circuit d'amplification étant de préférence à très faible bruit et son gain variant avantageusement dynamiquement, de préférence de +6 à +40 dB par boucle de réception; et - un circuit de numérisation ( A/D converter ) qui convertit le signal en retour, induit au niveau des boucles de réception par le champ magnétique secondaire, en des données 9 Advantageously, these conveyed systems are configured so that the cancellation of flows entering and leaving is through the surfaces of the at least one element receiver that is positioned on either side of said at least one inductive element.
A preferred family of systems of the invention is constituted by the conveyed systems that have the ability to cancel at least 90%, preferably the capacity to cancel about 100%
induced primary field, and more preferably the ability to cancel 100% of the primary field armature.
These conveyed systems make it possible to carry out measurements (on time) during the duration of energizing said inductive element by an induction current which generates said primary field, in addition to being able to perform measurements when said induction current is returned to 0 ampere (off-time).
The conveyed systems of the invention preferably have at least one of the characteristics following:
a pulse source of a current which is, for example, of the order of 800 amps for an induced field of the order of 90 000 A / m2, and which feeds said at least one element inductor;
an induction element comprising an induction loop ) transforming the current pulse into an electromagnetic wave front of the field that is transient, preferably the duration of said wavefront electromagnetic being programmable, advantageously from a few milliseconds to more than 10 milliseconds;
a receiver element comprising one or more receiver loops capturing field secondary electromagnetic energy returning from the ground as a result of the excitation of the ground by the primary field induced;
a circuit for amplifying the fields present in the system, in particular the fields 5, said amplification circuit preferably being very low noise and its gain advantageously varying dynamically, preferably from +6 to +40 dB per loop of reception; and - a digitizing circuit (A / D converter) which converts the signal into back, induced level of the reception loops by the secondary magnetic field, in data
10 numériques pouvant avantageusement être traitées et stockées par un micro-ordinateur.
Avantageusement, ces systèmes véhiculés sont configurés de façon à minimiser toute altération de leur sensibilité. Plus particulière, ils sont configurés de façon à ce qu'aucune erreur ou altération de la sensibilité de mesure dudit système ne se produise lors de l'utilisation dudit système.
Selon un mode avantageux, les systèmes véhiculés de l'invention comprennent au moins un élément inducteur comprenant n boucle(s) d'induction - n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1 - de préférence n étant supérieur ou égal à 2, montée(s) en parallèle, chacune desdites boucles d'induction étant alimentée à partir d'un injecteur de courant indépendant.
Avantageusement chacun des injecteurs de courant possède les mêmes caractéristiques de courant en particulier le même type de courant produit et la même intensité de courant. Digital devices which can advantageously be processed and stored by a micro-computer.
Advantageously, these conveyed systems are configured so as to minimize any alteration of their sensitivity. More specifically, they are configured to no error or alteration of the measurement sensitivity of said system does not occur when the use of said system.
According to an advantageous embodiment, the conveyed systems of the invention comprise at least minus one inductor element comprising n induction loop (s) - n being a number upper integer or equal to 1 - preferably n being greater than or equal to 2, mounted in parallel, each of the said induction loops being fed from a current injector independent.
Advantageously, each of the current injectors has the same current characteristics in particular the same type of current produced and the same intensity of current.
11 Les systèmes véhiculés de l'invention qui comportent n (de préférence 2) boucles d'induction alimentés par n (de préférence 2) injecteurs de courant indépendant, chaque injecteur de courant injectant le même courant dans chacune des n (de préférence 2) boucles d'induction, sont d'un intérêt particulier.
Les systèmes véhiculés configurés pour limiter les tensions inverses aux bornes de l'élément inducteur à des valeurs élevées tout en permettant le retour à 0 ampère du courant circulant dans la boucle, sont également d'un intérêt particulier.
Dans les systèmes véhiculés de l'invention, la tension induite (Vind) aux bornes de la boucle d'induction est fixée à une valeur permettant d'annuler le courant circulant dans la boucle d'induction dans un temps court, qui est par exemple inférieur ou égal à 30 microsecondes, de préférence inférieur à 20 microsecondes, pour une tension inférieure ou égale à 1 kilovolt, la tension induite suivant l'équation suivante : Vind= Ldl/dt.
Selon un mode particulier, les systèmes comportent deux boucles d'excitation indépendantes couplées à 2 injecteurs de façon à générer une tension inverse qui est de préférence de l'ordre de 1 Kilovolt, permettant l'annulation, de préférence en moins de 30 s, du courant circulant dans la boucle inductrice.
De préférence, la configuration physique des boucles de réception présentes dans ledit système est telle qu'elle facilite le montage de l'ensemble des composants du système. 11 The conveyed systems of the invention which comprise n (preferably 2) induction loops powered by n (preferably 2) independent current injectors, each current injector injecting the same current into each of the n (preferably 2) loops induction, are of a particular interest.
Conveyed systems configured to limit reverse voltages to element terminals inductor at high values while allowing the return to 0 ampere of the current flowing in the loop, are also of particular interest.
In the conveyed systems of the invention, the induced voltage (Vind) at loop terminals is set to a value to cancel the current flowing in the loop induction in a short time, which is for example less than or equal to 30 microseconds, of preferably less than 20 microseconds, for a lower or equal voltage at 1 kilovolt, the voltage induced according to the following equation: Vind = Ldl / dt.
According to a particular mode, the systems comprise two excitation loops independent coupled to 2 injectors so as to generate a reverse voltage which is preference of the order of 1 kilovolt, allowing cancellation, preferably within 30 s, of the current flowing in the inductive loop.
Preferably, the physical configuration of the reception loops present in said system is such that it facilitates the assembly of all components of the system.
12 Ces systèmes véhiculés sont tels que la configuration des boucles réceptrices assure la, de préférence très bonne, stabilité du positionnement relatif entre la boucle d'émission et les boucles réceptrices.
Avantageusement, la stabilité du positionnement relatif entre la boucle d'émission et les boucles réceptrices est générée par la proximité relative des boucles, sans création d'une amplitude de mouvement significative.
Les systèmes véhiculés de l'invention sont caractérisés par une importante réduction du bruit généré mécaniquement par les déformations physiques de la structure dudit système prenant place lors de l'utilisation dudit système pour la mesure de prospection.
Selon une variante d'un intérêt particulier, les systèmes véhiculés comportent un nombre pair ou impair de sections qui sont de préférence sensiblement identiques, de préférence le système est constitué d'au moins 4 sections, de préférence d'au moins 6 sections, plus préférentiellement encore d'au moins 8 sections linéaires (notamment dans le cas d'un kit transportable par voie aéroportée) et plus avantageusement encore d'au moins 10 sections, lesdites sections étant reliées entre elles 2 par 2 par un élément de jonction assurant la solidarisation de 2 sections adjacentes.
Avantageusement, les systèmes sont constitués de plusieurs sections interconnectées, chacune comportant au moins une partie de l'élément inducteur et au moins un élément récepteur.
Avantageusement, dans lequel chacune des sections est construite à partir de, de préférence 3 tubes, solidarisés par des plaques, de préférence par 3 plaques qui sont avantageusement perforées. 12 These conveyed systems are such that the configuration of the receiving loops ensures the very good preference, stability of the relative positioning between the loop emission and loops receiving.
Advantageously, the stability of the relative positioning between the loop emission and loops receivers is generated by the relative proximity of loops, without creation an amplitude of significant movement.
The conveyed systems of the invention are characterized by an important noise reduction mechanically generated by the physical deformations of the structure of the taking system place when using the said system for the survey measurement.
According to a variant of particular interest, the systems conveyed comprise an even number or odd sections which are preferably substantially identical, of preferably the system is consisting of at least 4 sections, preferably at least 6 sections, plus preferably still at least 8 linear sections (especially in the case of a kit transportable by lane airborne) and more preferably at least 10 sections, said sections being connected between them 2 by 2 by a connecting element ensuring the joining of 2 adjacent sections.
Advantageously, the systems consist of several sections interconnected, each having at least a part of the inductor element and at least one element receiver.
Advantageously, in which each of the sections is constructed from, preferably 3 tubes, secured by plates, preferably by 3 plates which are advantageously perforated.
13 Préférentiellement, les tubes qui sont de préférence en fibre de carbone sont maintenus entre eux à l'aide de 3 plaques faites de préférence d'un matériau composite.
Avantageusement, dans ces systèmes 2 des 3 plaques contiennent chacune une gorge destinée à accueillir une boucle réceptrice.
De préférence, deux de ces plaques comportent une gorge de forme ovale dont la longueur est avantageusement de l'ordre de 4 mètres par 0,4 mètre de large.
Selon un mode préférentiel, la troisième des 3 plaques comporte un support dans lequel est positionné la boucle d'excitation, ce support est de préférence en forme de carré et la boucle d'excitation est maintenue en place dans ce support à l'aide d'un dispositif de maintien amovible.
La configuration des systèmes véhiculés est telle que la longueur d'une boucle réceptrice est adaptée au cahier de charge dudit système.
Les spécifications des systèmes sont fonction de l'intensité du champ magnétique souhaité et/ou fonction du positionnement spatial dudit système par rapport au véhicule assurant le déplacement dudit système lors de l'utilisation dudit système pour la mesure de prospection.
A titre illustratif, les systèmes véhiculés destinés à être héliportés, comportent avantageusement deux boucles réceptrices ayant une longueur qui est de l'ordre de 4 mètres de long et une largeur qui est de préférence d'environ 0,4 mètre.
Avantageusement, dans chacune des gorges, sont insérées plusieurs spires d'un fil conducteur qui est de préférence un fil de cuivre, lesdits bobinages ainsi constitués servant à la réception du champ électromagnétique secondaire en provenance du sol. 13 Preferably, the tubes which are preferably carbon fiber are maintained between them using 3 plates made preferably of a composite material.
Advantageously, in these systems 2 of 3 plates each contain a groove intended to accommodate a loop receptor.
Preferably, two of these plates comprise an oval-shaped groove whose length is advantageously of the order of 4 meters by 0.4 meters wide.
According to a preferred embodiment, the third of the 3 plates comprises a support in which is positioned the excitation loop, this support is preferably shaped square and the loop of excitation is held in place in this support using a device removable support.
The configuration of the conveyed systems is such that the length of a loop receiver is adapted to the specifications of said system.
System specifications are based on field strength desired magnetic and / or function of the spatial positioning of said system with respect to the vehicle moving said system when using said system for the measurement of prospecting.
By way of illustration, the systems conveyed intended to be helicopter-borne, advantageously comprise two receiver loops having a length which is of the order of 4 meters of long and wide which is preferably about 0.4 meters.
Advantageously, in each of the grooves, are inserted several turns of a thread that is preferably a copper wire, said windings thus constituted serving upon receipt of secondary electromagnetic field from the ground.
14 De préférence, le bobinage présent dans les plaques placées à l'horizontale servent à mesurer la composante Z du champ électromagnétique alors que les plaques dans lesquels sont positionnés les boucles de réception sont placées dans le plan vertical servent à mesurer les composantes X et Y du champ électromagnétique.
Une famille préférentielle est constituée par les systèmes véhiculés comportant n - n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1 - boucles réceptrices, de préférence n est le nombre entier 16.
Les systèmes véhiculés de l'invention dans lequel chacune des boucles réceptrices est placée par rapport à la boucle d'émission de telle sorte que la tension induite au niveau de ces boucles de réceptions soit quasi nulle pendant la période d'excitation de l'élément inducteur, sont particulièrement intéressants.
Avantageusement, dans ces systèmes le câble de la boucle d'émission est dans chaque section positionné par rapport à au moins une boucle réceptrice, de telle sorte que la résultante du flux traversant les boucles de réception soit nulle ou quasi nulle. De préférence, dans lequel la boucle d'émission est un câble positionné de sorte à ce qu'il décrive un triangle isocèle avec les centres des boucles de réception.
De préférence, les modules de réception placés dans le même plan que la boucle d'émission (plan Z) sont connectés à un circuit de sommation analogique de façon à fournir un signal qui intègre la totalité du champ sur 360 . Plus préférentiellement encore, dans lequel chaque boucle de réception comporte un amplificateur permettant d'isoler électriquement les uns des autres.
Avantageusement, les systèmes comportent n (de préférence n= 8) sections, les signaux des n (de préférence des 8 amplificateurs) présents sont additionnés à l'aide d'un circuit de sommation.
Ainsi, ces systèmes permettent d'obtenir la même sensibilité qu'un système comportant une seule boucle réceptrice 8 fois plus grande.
5 Dans les systèmes de l'invention, la fréquence de résonnance de boucles de réception reste avantageusement élevée contrairement à la fréquence de résonnance d'une seule grande boucle de réception.
De préférence, les boucles réceptrices verticales sont regroupées par deux de préférence à l'aide d'un circuit de sommation analogique.
10 Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, les systèmes véhiculés comportant 8 sections et les boucles 1 & 8 et 4 & 5 mesurent les composantes X+ et X- du champ électromagnétique alors que les boucles 2 & 3 et 6 & 7 mesurent les composantes Y+et Y- du champ électromagnétique.
Les systèmes véhiculés comportent avantageusement additionnellement un dispositif permettant 14 Preferably, the winding present in the plates placed horizontally are used to measure the Z component of the electromagnetic field while the plates in which are positioned the receiving loops are placed in the vertical plane are used to measure the X and Y of the electromagnetic field.
A preferential family consists of the systems conveyed having n - n being a integer greater than or equal to 1 - receiver loops, preferably n is the integer 16.
The conveyed systems of the invention in which each of the loops receivers is placed by compared to the emission loop so that the voltage induced at the of these loops of receptions be almost zero during the excitement period of the element inductor, are particularly interesting.
Advantageously, in these systems the cable of the transmission loop is in each section positioned relative to at least one receiving loop, so that the resultant flow crossing the reception loops is zero or almost zero. Preferably, in which the loop emission is a cable positioned so that it describes a triangle isosceles with centers reception loops.
Preferably, the reception modules placed in the same plane as the loop of emission (plan Z) are connected to an analog summation circuit so as to provide a signal that integrates the the entire field on 360. More preferably still, in which each loop of receiving circuit comprises an amplifier for electrically isolating each others.
Advantageously, the systems comprise n (preferably n = 8) sections, the n signals (from of the 8 amplifiers) present are added together with a summation circuit.
Thus, these systems make it possible to obtain the same sensitivity as a system with only one receiving loop 8 times larger.
In the systems of the invention, the resonance frequency of loops of reception remains advantageously high unlike the resonance frequency of a single Big loop reception.
Preferably, the vertical receiver loops are grouped by two of preference using an analog summation circuit.
According to an advantageous embodiment of the invention, the systems vehicles with 8 sections and loops 1 & 8 and 4 & 5 measure the X + and X- components of the field while loops 2 & 3 and 6 & 7 measure the Y + and Y- components of the electromagnetic field.
The systems conveyed advantageously advantageously comprise an additional device allowing
15 d'accrocher ledit système sous ou à l'avant ou à l'arrière ou au-dessus d'un véhicule en mouvement qui est de préférence un véhicule de type aéroporté qui est de préférence un avion ou un hélicoptère.
Les systèmes véhiculés sont de type 15 hook up said system under or at the front or back or above of a vehicle in movement which is preferably an airborne type vehicle that is of preferably an airplane or a helicopter.
The systems conveyed are of type
16 - autonome comportant au moins un générateur de courant et au moins un émetteur configuré pour transmettre les résultats des mesures réalisées à un centre d'analyse des mesures, ledit centre étant positionné à l'extérieur dudit système ; et - semi-autonome comportant au moins une connexion physique avec un générateur de courant situé à l'extérieur dudit système et/ou au moins une connexion avec un dispositif recevant les résultats des mesures de détection réalisées avec ledit système et/ou au moins un émetteur configuré pour transmettre les résultats des mesures réalisées par ledit système.
Avantageusement, le véhicule est choisi dans le groupe constitué par les véhicules se déplaçant directement au contact du sol, les véhicules se déplaçant dans le ciel et les véhicules se déplaçant sur et/ou sous l'eau.
Un deuxième objet de l'invention est constitué par les procédés de fabrication d'un système tel que défini dans le premier objet de l'invention, dans lequel les éléments constitutifs dudit système sont assemblés selon les méthodes connues d'assemblage.
Avantageusement, les méthodes connues d'assemblage sont choisies dans le groupe constitué
par : le rivetage, l'encliquetage, le collage, le soudage, le rivetage et le vissage.
Un troisième objet de la présente invention est constitué par des méthodes de détection minière et/ou environnementale consistant à accrocher un système tel que décrit dans le premier objet de l'invention ou tel que fabriqué selon un des modes de fabrication tel que défini dans le deuxième objet de l'invention, sous ou à l'avant ou au-dessus d'un véhicule aéroporté
ou d'un véhicule automobile ou d'un bateau ou d'un véhicule amphibie. 16 - autonomous having at least one current generator and at least one transmitter configured to transmit the results of the measurements made to a center analysis of measurements, said center being positioned outside said system; and - semi-autonomous having at least one physical connection with a generator of current outside said system and / or at least one connection with a device receiving the results of the detection measurements carried out with the said system and / or at least a transmitter configured to transmit the results of measurements made by said system.
Advantageously, the vehicle is chosen from the group constituted by the moving vehicles directly in contact with the ground, vehicles moving in the sky and the moving vehicles on and / or under water.
A second object of the invention is constituted by the manufacturing processes of such a system defined in the first subject of the invention, in which the elements constituent parts of said system are assembled according to known methods of assembly.
Advantageously, the known methods of assembly are chosen in the group formed by: riveting, snapping, gluing, welding, riveting and screwing.
A third object of the present invention is constituted by methods of mining detection and / or environmental method of hooking up a system as described in the first object of the invention or as manufactured according to one of the methods of manufacture as defined in the second object of the invention, under or in front of or above an airborne vehicle or a vehicle automobile or a boat or an amphibious vehicle.
17 Avantageusement, lequel ledit système est accroché au moyen d'un câble et/ ou au moyen d'une tige rigide (dispositif de type stinger ). De préférence, la distance entre ledit véhicule porteur et le dit système en fonctionnement est maintenue entre 1 et 5 mètres.
Selon un mode avantageux de réalisation des méthodes de l'invention, dans lequel le système est fixé à l'avant dudit véhicule et son plan fait un angle avec l'horizontale du lieu, cet angle est avantageusement compris entre 0 et 30 degrés.
De préférence, le système après avoir est connecté à une alimentation est utilisé de façon à
générer un cycle complet d'acquisition électromagnétique.
Avantageusement, le cycle complet d'acquisition électromagnétique est le suivant :
- le microordinateur génère un signal destiné à synchroniser l'ensemble du système électronique, de préférence ce signal prend la forme d'un créneau de synchronisation dont la récurrence ainsi que les temps aux valeurs 0 et 1 sont variables, avantageusement la récurrence du créneau de synchronisation varie de 25 à 125 Hz alors que la durée du signal de synchronisation à la valeur 1 varie avantageusement de 1 à
4 millisecondes ; ce signal sert à synchroniser l'ensemble du système électronique ;
le passage de la valeur 1 du signal de synchronisation active la source de courant et démarre l'acquisition des composantes électromagnétiques et de la valeur du courant d'excitation, cette partie du cycle correspond au On time ;
le passage de la valeur 0 du signal de synchronisation coupe la source de courant et continue l'acquisition des composantes électromagnétiques et de la valeur du courant d'excitation, cette partie du cycle correspond au Off Time ; 17 Advantageously, which said system is hooked by means of a cable and / or by means of a rigid rod (stinger type device). Preferably, the distance between said carrier vehicle and said system in operation is maintained between 1 and 5 meters.
According to an advantageous embodiment of the methods of the invention, in which system is attached to the front of said vehicle and its plane is at an angle to the horizontal of place, this angle is advantageously between 0 and 30 degrees.
Preferably, the system after being connected to a power supply is used so as to generate a complete cycle of electromagnetic acquisition.
Advantageously, the complete electromagnetic acquisition cycle is the next :
the microcomputer generates a signal intended to synchronize the whole of the system electronics, preferably this signal takes the form of a slot of synchronization of which the recurrence as well as the times at values 0 and 1 are variable, advantageously the recurrence of the synchronization window varies from 25 to 125 Hz then that the duration of the synchronization signal at the value 1 varies advantageously from 1 to 4 milliseconds; this signal is used to synchronize the entire system electronic;
the passage of the value 1 of the synchronization signal activates the source of current and starts the acquisition of the electromagnetic components and the value of the current of excitation, this part of the cycle corresponds to On time;
the passage of the value 0 of the synchronization signal cuts the source of current and continues the acquisition of electromagnetic components and the value of current of excitation, this part of the cycle corresponds to the Off Time;
18 - tout au long du Off Time , le microordinateur évalue l'amplitude de chacun des signaux électromagnétiques provenant de chacune des composantes du champ électromagnétique ; lorsque, de préférence au moment précis où, chacune des composantes Z, X+, X-, Y+, Y- retrouve sous un certain niveau d'amplitude, avantageusement lorsque le niveau d'amplitude est de l'ordre de 100 millivolts, le microordinateur augmente le gain, avantageusement l'augmentation du gain est de l'ordre de +40 dB, dans le but d'augmenter la sensibilité pour les signaux de faibles amplitudes ;
et - les données numériques sont stockées en temps réel dans la mémoire d'une unité de calcul et ou de conservation des données, de préférence le stockage des données se fait dans un microordinateur.
Avantageusement, le même cycle d'acquisition se répète tout le temps que dure le levée (aussi appelée mesure cartographique complète) électromagnétique.
Davantage de détails sur ces aspects de même que sur d'autres aspects du concept proposé seront apparent à la lumière de la description détaillée qui suit et des figures en annexe.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure I : représente en vue de dessus un premier mode de réalisation d'un système aéroporté
de détection selon l'invention de type octogonal et dans lequel les 8 sections sont assemblées. 18 - Throughout the Off Time, the microcomputer evaluates the amplitude of each of the electromagnetic signals from each of the components of the field electromagnetic; where, preferably at the precise moment when each of the components Z, X +, X-, Y +, Y- found under a certain amplitude level, advantageously when the amplitude level is of the order of 100 millivolts, the microcomputer increases the gain, advantageously the increase in gain is of the order +40 dB, in order to increase sensitivity for weak signals amplitudes;
and the digital data are stored in real time in the memory of a calculation unit and / or data retention, preferably the storage of data is done in a microcomputer.
Advantageously, the same acquisition cycle is repeated all the time that lasts lifting (also called complete cartographic measurement) electromagnetic.
More details on these aspects as well as other aspects of the proposed concept will be apparent in the light of the following detailed description and figures in Annex.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows in top view a first embodiment of a airborne system detection device according to the invention of octagonal type and in which the 8 sections are assembled.
19 La Figure II : représente en vue de côté la structure d'une des 8 sections du système aéroporté
représenté dans la Figure I.
La Figure III : représente en vue de côté la structure représentée sur la Figure Il.
La Figure IV : représente en perspective inclinée la structure représentée sur la Figure II.
La Figure V : représente en perspective inclinée le détail de la structure représentée sur la Figure II ainsi que sa jointure avec la section adjacente.
La Figure VI: représente de façon schématique en vue de dessus le premier mode de réalisation du système aéroporté de l'invention selon la Figure I et avec les éléments électroniques incorporés dans le système.
La Figure VII : représente un enregistrement des signaux obtenus pendant la durée de l'impulsion (on- time) en utilisant le système de l'invention selon le mode de réalisation représenté sur la Figure I et dans lequel le signal à vide (en absence d'un conducteur à proximité) a été soustraite de la réponse produite par une pièce métallique utilisée comme test (dans l'exemple il s'agit d'abord une plaque d'acier placée près du système de détection, puis d'une plaque en Inox 316, et ensuite d'une plaque d'aluminium); les réponses ainsi obtenues représentent la tension induite aux bornes du récepteur par les courants de Foucault induits dans les diverses plaques métalliques.
La Figure VIII : représente un enregistrement du signal obtenu à l'aide du système de détection représenté sur la Figure I, immédiatement après la fin de l'impulsion (off-time), sans apport d'aucune pièce métallique à proximité du système de détection; il s'agit ici de la réponse typique d'un système TDEM en Off-time.
La Figure IX : représente selon un mode de réalisation de l'invention le circuit électronique associé au système de détection représenté dans les Figures I à VI.
5 La Figure X : représente en vue de côté et selon une section verticale, le bobinage d'une section du système représentée sur la Figure I.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif seulement et ne seraient être interprétés comme constituant une quelconque limitation de la présente invention.
10 Le système (S) de mesure représenté sur la Figure I est composé de 8 segments linéaires (1) à (8) reliés entre eux à l'aide de pièces de jonction (1') à (8'). La rigidité de l'ensemble du système est assurée par 8 haubans numérotés de (1" à 8"). Chacun des segments est construit à partir de 3 tubes, identifiés par les numéros (11), (12) et (13), apparents notamment sur les Figures II, III, IV
et V. Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention ces tubes sont en fibre de carbone.
15 Ces tubes sont maintenus entre eux à l'aide de 3 plaques perforées (14), (15) et (16), la plaque (14), portant la boucle d'induction (17), est selon un mode avantageux réalisée en matériau composite. Deux de ces plaques (15) et (16) comportent une gorge identifiée respectivement par les numéros (18) et (19) pour la plaque (16) et identifié par les numéros (20) et (21) pour la plaque (15), ayant dans le cadre de l'exemple une forme de boucle (correspondant sensiblement à 19 Figure II: shows in side view the structure of one of the 8 sections of the airborne system represented in Figure I.
Figure III: shows in side view the structure represented on the Figure II.
Figure IV: represents in perspective inclined the structure represented on Figure II.
Figure V: represents in perspective inclined the detail of the structure shown in Figure II as well as its join with the adjacent section.
Figure VI: schematically shows in top view the first mode realization of the airborne system of the invention according to Figure I and with the elements incorporated in the system.
Figure VII: represents a record of the signals obtained during the duration of the impulse (on-time) using the system of the invention according to the embodiment shown in Figure I and in which the empty signal (in the absence of a driver nearby) was subtracted from the response produced by a part metal used as a test (in the example it is first a plate steel placed near the detection system, then a 316 stainless steel plate, and then an aluminum plate); the answers thus obtained represent the induced voltage across the receiver by induced eddy currents in the various metal plates.
Figure VIII: shows a record of the signal obtained using the detection system shown in Figure I, immediately after the end of the pulse (off-time), without the addition of any metal parts in the vicinity of the detection; this is the typical response of a TDEM Off-time system.
Figure IX: shows according to one embodiment of the invention the electric circuit associated with the detection system shown in Figures I to VI.
Figure X: shows in side view and in a vertical section, the winding a section of the system shown in Figure I.
DETAILED DESCRIPTION
The following examples are for illustrative purposes only and would not be to be interpreted as constituting any limitation of the present invention.
The measurement system (S) shown in Figure I is composed of 8 linear segments (1) to (8) interconnected by means of connecting pieces (1 ') to (8'). The rigidity of the whole system is ensured by 8 shrouds numbered from (1 "to 8"). Each segment is built from 3 tubes, identified by numbers (11), (12) and (13), appearing in particular on Figures II, III, IV
and V. According to an advantageous embodiment of the invention these tubes are in carbon fiber.
These tubes are held together by means of 3 perforated plates (14), (15) and (16), the plate (14), carrying the induction loop (17), is in a favorable mode made of material composite. Two of these plates (15) and (16) have an identified groove respectively by numbers (18) and (19) for the plate (16) and identified by the numbers (20) and (21) for the plate (15), having in the context of the example a form of loop (corresponding substantially to
20 la boucle du système (S) de forme hexagonale) soit environ 3,7 mètres de long par environ 0,2 20 loop system (S) hexagonal shape) is about 3.7 meters of long by about 0.2
21 mètre de large. Dans chacune de ces gorges sont enroulées plusieurs spires de fil de cuivre comme représenté sur la Figure X. Ces bobinages servent à la réception du champ électromagnétique en provenance du sol.
La plaque (15) placée à l'horizontale sert à mesurer la composante Z du champ électromagnétique alors que la plaque (16) placée dans le plan vertical sert à
la mesure des composantes X et Y du champ électromagnétique.
La sonde comporte donc 16 boucles de réceptions, soit 2 boucles de réception par segment numérotés de (1) à (8) sur la figure (1). Les spires de fil de cuivre formant les boucles de réceptions se retrouvent dans la gorge identifiée par les numéros (18) et (19) pour la plaque identifiée par le numéro (16) et dans la gorge identifiée par les numéros (20) et (21) de la plaque identifiée par le numéro (15). Chacune de ces boucles est placées par rapport à la boucle d'émission de telle sorte que la tension induite au niveau de ces boucles de réceptions soit quasi nulle (voir Figure VII). La Figure VIII présente un exemple de signal en Off-time. L'amplitude de ce signal est de plus de 9 volts, ce qui représente presque le maximum de dynamique du système. Cette figure ne démontre donc pas l'insensibilité de la boucle au champ primaire. La Figure VII présente un exemple du signal pendant le On-time dont les amplitudes sont inférieures à 300 millivolts, donc très faibles compte tenue que ces mesures sont faites pendant la durée de l'impulsion. C'est donc cette figure qui met en évidence l'insensibilité au champ primaire des boucles de réception.
Les boucles qui sont placées dans le même plan que la boucle d'émission identifiées par le numéro (23) de la figure (5) sont connectées de telle sorte à fournir un signal qui intègre la 21 meter wide. In each of these grooves are wound several turns of copper wire as shown in Figure X. These coils are used to receive the field electromagnetic from the ground.
The plate (15) placed horizontally is used to measure the Z component of the field while the plate (16) placed in the vertical plane serves to the measurement of X and Y components of the electromagnetic field.
The probe therefore comprises 16 reception loops, ie 2 reception loops by segment numbered from (1) to (8) in Figure (1). Copper wire turns forming the loops of receptions end up in the throat identified by numbers (18) and (19) for the plate identified by number (16) and in throat identified by numbers (20) and (21) the plate identified by number (15). Each of these loops is placed relative at the loop of emission so that the voltage induced at these loops of receptions is almost null (see Figure VII). Figure VIII shows an example of a signal in Off-time. The amplitude of this signal is over 9 volts, which represents almost the maximum of dynamics of system. This figure does not demonstrate the insensitivity of the primary field. The Figure VII shows an example of the signal during On-time whose amplitudes are lower at 300 millivolts, so very low considering that these measurements are made for the duration of the pulse. It is this figure that highlights the insensitivity to primary field of reception loops.
The loops that are placed in the same plane as the broadcast loop identified by the number (23) of Figure (5) are connected so as to provide a signal that integrates the
22 totalité du champ sur 360 . Chacune des boucles de réception est connectée à
un amplificateur représenté sur la Figure IX et identifié par les numéros (31) à (38) permettant de les isoler électriquement les unes des autres. Par la suite, les amplificateurs (35) (36) (37) et (38) sont additionnés à l'aide d'un circuit de sommation représenté sur la Figure IX par le numéro (39). En procédant de la sorte, il est possible d'obtenir la même sensibilité qu'une seule boucle 8 fois plus grande mais dont la fréquence de résonnance reste élevée contrairement à ce que donnerait une seule grande boucle.
Tel que décrit plus tôt, le système comporte 8 segments linéaires tel que décrit à la figure (6) dont chacun des segments est décrit dans le détail à la figure (5). Chacun des segments linéaires comporte une boucle de réception verticale tel que décrit dans la figure (5) par le numéro (22).
Comme il apparait sur la Figure VI, les boucles verticales situées dans les segments 1 & 8 et 4&
5 mesurent les composantes X+et X- du champ électromagnétique alors que celles situées dans les segments 2 & 3 et 6 & 7 mesurent les composantes Y+ et Y- du champ électromagnétique.
Avantages amenés par cette technologie Cette nouvelle technologie comporte deux améliorations. La première amélioration porte sur l'utilisation d'une source de puissance comportant deux sorties de courant indépendante tel que décrit à la Figure IX par le numéro (40) servant à alimenter la boucle d'excitation et la seconde amélioration porte sur le positionnement des récepteurs relativement à la boucle d'émission tel que présenté à la Figure V. 22 the entire field on 360. Each of the reception loops is connected to an amplifier shown in Figure IX and identified by numbers (31) to (38) to isolate them electrically from each other. Subsequently, the amplifiers (35) (36) (37) and (38) are added using a summation circuit shown in Figure IX by the number (39). In proceeding in this way, it is possible to obtain the same sensitivity as single loop 8 times more large but whose resonant frequency remains high contrary to this what would a single big loop.
As described earlier, the system has 8 linear segments such as described in Figure (6) each of the segments is described in detail in Figure (5). Each of the linear segments has a vertical receiving loop as described in Figure (5) by number (22).
As shown in Figure VI, the vertical loops located in the segments 1 & 8 and 4 &
5 measure the X + and X- components of the electromagnetic field while those located in segments 2 & 3 and 6 & 7 measure the Y + and Y- components of the field electromagnetic.
Benefits brought by this technology This new technology has two improvements. The first one improvement is about the use of a power source having two current outputs independent as shown in Figure IX by the number (40) serving to feed the loop of excitement and the second improvement relates to the positioning of receivers relative to the transmission loop such as shown in Figure V.
23 Première amélioration Pour un tel système, il est très important de pouvoir annuler le courant circulant dans la boucle d'excitation (17) dans le temps le plus court possible. Puisque la boucle d'excitation est inductive, plus le temps de mise à zéro du courant circulant dans la boucle d'excitation est court, plus la tension aux bornes de cette boucle sera élevée. Cette tension se retrouve alors aux bornes de la source de puissance (40). Les composantes électroniques de la source de puissance (40) pouvant à la fois supporter des valeurs de courant et tension élevées sont très difficiles à obtenir sur le marché en plus de coûter très cher. L'approche qui a été retenue pour ce système consiste donc à utiliser 2 boucles d'excitation en parallèle identifiées par les numéros (41) et (42) sur la Figure IX. Chacune des boucles est alimentée à partir d'un injecteur de courant indépendant.
Cette même boucle d'excitation est aussi représentée à la Figure V par le numéro (17) et est composée de 2 conducteurs en aluminium ou en cuivre. Ces deux conducteurs correspondent aux numéros (41) et (42) de la Figure IX et X. Le système dans sa configuration représentée dans la Figure X, comporte aussi le conducteur 51, dans le cas où il est utile d'utiliser une 3e boucle d'excitation de sorte à augmenter le moment magnétique du système.
Puisque la tension induite suit l'équation suivante : Vind= Ldl/dt dans laquelle L représente l'inductance; dl représente la variation du courant I (comprise entre I max et 1=0 ampère); et dt représente la durée de temps nécessaire à l'annulation du courant.
Comme la valeur de l'inductance L varie avec le carré du nombre de spires qui la compose, le fait d'avoir 2 fois moins de spires réduit d'un facteur 4 la valeur de l'inductance L, donc d'un facteur 23 First improvement For such a system, it is very important to be able to cancel the current circulating in the loop of excitation (17) in the shortest possible time. Since the loop of excitement is inductive, plus the time to zero the current flowing in the loop of excitement is short, the higher the voltage across this loop will be. This tension then found at the terminals the power source (40). The electronic components of the source of power (40) able to withstand high current and voltage values are very difficult to obtain on the market in addition to being very expensive. The approach chosen for this system consists therefore to use 2 parallel excitation loops identified by the numbers (41) and (42) on the Figure IX. Each of the loops is fed from an injector independent current.
This same excitation loop is also represented in Figure V by the number (17) and is composed of 2 aluminum or copper conductors. These two drivers correspond to numbers (41) and (42) of Figure IX and X. The system in its configuration represented in the Figure X, also includes the driver 51, in case it is useful to use a 3rd loop of excitation so as to increase the magnetic moment of the system.
Since the induced voltage follows the following equation: Vind = Ldl / dt in which L represents inductance; dl represents the variation of the current I (between I max and 1 = 0 ampere); and dt represents the length of time necessary to cancel the current.
As the value of the inductance L varies with the square of the number of turns which the compound, the fact to have 2 times less turns reduces by a factor 4 the value of the inductor L, so a factor
24 4 la valeur de la tension induite nécessaire pour annuler le courant dans un temps donné dans le cas où une seule boucle d'excitation serait utilisée.
Dans le cas où les 2 boucles d'excitation sont utilisées en même temps, la tension induite aux bornes des boucles sera le double de la tension induite lorsqu'une seule boucle d'excitation est utilisée puisque le champ magnétique induit est la somme du champ produit par chacune des boucles d'excitation.
Dans le cas présent, pour être en mesure d'annuler le courant en moins de 30 microsecondes en utilisant une boucle d'excitation à 2 spires, la tension de décharge de la boucle (kick-back) doit être de 2 kilovolts alors que le fait d'utiliser deux boucles indépendantes à
1 seule spire couplées à 2 injecteurs génère une tension de décharge de 1 kilovolt.
Deuxième amélioration :
Le montage de ce système consiste en gros à relier les 8 segments (1) a (8) entre eux à l'aide des pièces de jonctions (l') à (8'), de relier les haubans (1") à (8") et de placer le fil servant à
l'induction du champ primaire dans le logement 20 prévu à cet effet. Améliorer le détail de la Figure V.
Chacun des huit segments de ce système intègrent deux boucles de réception numéros (22) et (23). Les boucles de réceptions sont situées dans les gorges (18-19) et (20-21). Le positionnement de ces boucles de réception est fait en usine de façon très précise est n'a jamais à
être ajusté sur site. La position du logement (20) de la boucle d'excitation est faite de telle sorte qu'elle n'induit pas ou peu de signal au niveau des boucles de réception. Il n'y a alors aucun ajustement délicat à faire sur site, ce qui simplifie le montage et s'accompagne d'une réduction très importante du temps de montage du système (S).
En laboratoire, il a été possible d'atténuer le signal de la boucle d'induction d'un facteur de 60 dB (facteur 1000 en tension). Il semble raisonnable de s'attendre à obtenir une atténuation de 40 5 dB (facteur 100) du signal de la boucle d'induction en condition réelle d'utilisation sur site.
Le fait de placer les boucles de réception par rapport à la boucle d'induction de telle sorte à ce qu'il n'y ait pas ou peu de tension d'induite présente au moins 4 avantages importants.
= 1) Il n'y a jamais de saturation des amplificateurs de la boucle de réception. Cela permet notamment de débuter l'acquisition des signaux très tôt après la fin de l'impulsion car il n'est pas 10 nécessaire d'attendre après le temps de recouvrement des amplificateurs et des filtres passe-bas (43 à 50). Il est ainsi typiquement possible de débuter les mesures quelques microsecondes après la fin de l'impulsion.
= 2) Il est possible de faire des mesures pendant la durée de l'impulsion (On-time) tel que démontré dans le graphique de la Figure VII.
15 3) Cette approche permet d'avoir une surface de lecture plus importante qu'avec les approches traditionnelles. La sensibilité de ce type de récepteur est proportionnel à sa surface selon l'équation suivante : V=NAdB/dt où N est le nombre de spires de la boucle de réception, A
sa surface et dB/dt représente le taux de variation du champ magnétique en fonction du temps.
Dans le cas de cette approche, l'augmentation de la surface des boucles de réceptions n'a aucun 20 effet sur l'insensibilité des boucles de réception par rapport au champ primaire crée par la boucle d'excitation. C'est tout à fait le contraire avec les systèmes traditionnels qui ne peuvent trop augmenter la surface des boucles de réception car cela a pour effet d'augmenter le couplage électromagnétique entre la boucle d'excitation et la boucle de réception.
Dans la majorité des autres systèmes, pour que la tension induite lors de l'impulsion d'excitation ne soit pas trop importante et qu'ils puissent débuter l'acquisition le plus tôt possible après la fin de l'impulsion, il est nécessaire d'utiliser une boucle de réception dont le diamètre est environ dix fois plus faible que la boucle d'excitation. A titre d'exemple, pour une boucle d'excitation de 11 m, la boucle de réception a un diamètre de 1,1 m et la surface de réception est alors de 0,95 m2.
Dans le cas de cet exemple de réalisation de l'invention, chaque boucle de réception a une surface d'environ 0,62 m2. Comme la mesure de la composante Z du champ magnétique est réalisée à
l'aide de 8 modules, cela donne une surface de mesure de près de 5 m2. Pour obtenir une sensibilité égale aux autres systèmes, les boucles de réceptions du système de la présente invention, nécessitent d'avoir 5 fois moins de spires, ce qui réduit la valeur de l'inductance d'un facteur 25, ce qui augmente la fréquence de résonnance des récepteurs d'où la bande passante en est d'autant augmentée.
= 4) Étant très peu sensible au champ de l'inducteur, le système n'a pas besoin de corriger d'éventuelles erreurs de mesures des composantes X, Y et Z du champ électromagnétique causées par le courant résiduel de la boucle d'induction qui toutes proportions gardées, est très long à annuler. Le graphique de la Figure VIII qui présente en noir la variation du courant et en rouge la mesure du champ électromagnétique. I1 est facile de constater que le courant prend plus de 40 microsecondes à se stabiliser à la valeur de 0 ampère alors que la lecture du champ électromagnétique est stable après moins que 5 microsecondes.
Pour arriver à faire des mesures durant la durée de l'impulsion et très tôt après sa fin, à ce jour, plusieurs méthodes ont fait l'objet de demandes de brevet ou de brevets. La méthode apparait la plus répandue consiste à utiliser un bobinage additionnel au bobinage d'excitation, ce bobinage, plus petit que celui d'excitation, est placé près du bobinage de réception.
Les diamètres et le nombre des spires doivent être très bien ajustés de sorte à annuler le champ d'excitation. Cette approche nommée habituellement Bucking Coil et se retrouve dans les documents brevets WO 20 1 0/0225 1 5 Al, US-5,557,206 et CA-2,420,806. Cette approche a les inconvénients suivants : l'ensemble des bobinages (minimum de 3 voir de 5) doit être mécaniquement très stable les uns par rapport aux autres. La moindre variation de position entre ces bobinages entraine d'importants signaux parasites.
Une deuxième approche de l'art antérieur consiste à utiliser 2 bobinages de réceptions pour la composante Z du champ magnétique. Ces deux boucles de réceptions sont branchées de sorte à
soustraire le signal de la boucle d'induction. En principe si ils s'y prennent correctement, c'est-à-dire avoir les bons diamètres au niveau des 3 bobinages (2 de réception et 1 d'induction), une bonne concentricité et un bon ratio de spires entre les 2 bobinages de réception, il est alors possible d'annuler le champ de l'inducteur. La réponse des récepteurs pour la composante Z du champ est alors la différence d'amplitude entre l'amplitude obtenue au niveau de chacun des récepteurs. Cela revient à dire que cette approche intègre le champ compris dans l'espace séparant les 2 récepteurs.
En résumé cette approche a les inconvénients suivants :
= Puisque les récepteurs sont des boucles dont le diamètre est proche du diamètre maximal de l'ensemble, ils doivent être enroulés sur leur support une fois le montage de l'ensemble complété. Le support mécanique qui fait généralement plus de 10 mètres de diamètre doit être assemblé pour pouvoir par la suite y enrouler les deux récepteurs en opposition de phase et le bobinage d'induction.
= Les récepteurs Rogowsky doivent être enroulés autour de la boucle d'induction. Ces récepteurs sont alors vraisemblablement enroulés sur des tubes dans les quels passe la boucle inductrice; cette approche complique le montage de la boucle d'induction et de plus la surface de mesure de ce type de récepteur est généralement faible.
= Cette approche nécessite de bobiner et débobiner au moins 3 boucles lors de chaque montage et démontage du système, ce qui complique le montage/démontage et en augmente le temps de réalisation.
La conception des systèmes de l'invention est fonction des objectifs du levé:
dans les explorations de minéraux ( EM prospecting ), le besoin principal est de localiser des dépôts massifs de sulfites ou de métaux. La réponse aux moyens conducteurs est de 10 à 100 fois supérieure au niveau du bruit de fond. Dépendant de la conduction de la surcharge, les profondeurs d'investigation peuvent atteindre jusqu'à 600 mètres, dans des investigations environnementales ( EM sounding ), le besoin de délimiter les contrastes de conductivité
associés avec la lithologie et les altérations hydrothermales. Le niveau de sensibilité de ces applications est d'environ 50 fois supérieur au niveau du bruit de fond. Les profondeurs d'investigations de ces applications vont de 0 à 250 mètres.
Basé notamment sur l'utilisation d'un couplage rigide de la paire émetteur-récepteurs, le système proposé (nommé NovaTEMTM) est conçu pour permettre une grande pénétration pour les prospections TDEM et une grande résolution pour les sondages TDEM.
NovaTEMTM peut être comparé à des dispositifs existants pour la profondeur de pénétration et/ou pour la résolution. La différence principale avec ces systèmes est le très faible niveau de bruit résultant de la rigidité de la construction de la paire émetteur-récepteurs.
En résumé cette approche a les inconvénients suivants :
= Puisque les récepteurs sont des boucles dont le diamètre est proche du diamètre maximal de l'ensemble, ils doivent être enroulés sur leur support une fois le montage de l'ensemble complété. Le support mécanique qui fait généralement plus de 10 mètres de diamètre doit être assemblé pour pouvoir par la suite y enrouler les deux récepteurs en opposition de phase et le bobinage d'induction.
= Les récepteurs Rogowsky doivent être enroulés autour de la boucle d'induction. Ces récepteurs sont alors vraisemblablement enroulés sur des tubes dans les quels passe la boucle inductrice. Cette approche complique le montage de la boucle d'induction et de plus la surface de mesure de ce type de récepteur est généralement faible.
= Cette approche nécessite de bobiner et débobiner au moins 3 boucles lors de chaque montage et démontage du système, ce qui complique le montage/démontage et en augmente le temps de réalisation.
Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en oeuvre spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent se greffer aux dites mises en oeuvre, et la présente invention vise à couvrir de telles modifications, usages ou adaptations de la présente invention suivant en général, les principes de l'invention et incluant toute variation de la présente 5 description qui deviendra connue ou conventionnelle dans le champ d'activité
dans lequel se retrouve la présente invention, et qui peut s'appliquer aux éléments essentiels mentionnés ci-haut, en accord avec la portée des revendications suivantes. 24 4 the value of the induced voltage needed to cancel the current in a given time in the case where a single excitation loop would be used.
In the case where the 2 excitation loops are used at the same time, the induced voltage loops terminals will be double the voltage induced when a single excitation loop is used since the induced magnetic field is the sum of the field produced by each of loops of excitement.
In this case, to be able to cancel the current in less than 30 microseconds in using a 2-turn excitation loop, the discharge voltage of the loop (kick-back) must be 2 kilovolts while using two independent loops to 1 single spire coupled 2 injectors generates a discharge voltage of 1 kilovolt.
Second improvement:
The assembly of this system consists basically to connect the 8 segments (1) to (8) between them using the connecting pieces (l ') to (8'), to connect the shrouds (1 ") to (8") and to place the wire used to induction of the primary field in the housing 20 provided for this purpose. Improve the detail of the Figure V.
Each of the eight segments of this system includes two receive loops numbers (22) and (23). The reception loops are located in the gorges (18-19) and (20-21). The positioning of these receiving loops is done in the factory in a very precise is never has to to be adjusted on site. The position of the housing (20) of the excitation loop is made in such a way it does not induce or little signal at the receiving loops. he there is no Delicate adjustment to be made on site, which simplifies assembly and accompanied by a reduction very important system mounting time (S).
In the laboratory, it was possible to attenuate the signal of the loop induction factor of 60 dB (factor 1000 in voltage). It seems reasonable to expect to obtain an attenuation of 40 5 dB (factor 100) of the induction loop signal in real condition on-site use.
Positioning the receiver loops with respect to the induction loop so at this that there is no or little induced voltage has at least 4 advantages important.
= 1) There is never saturation of the amplifiers of the loop of reception. This allows in particular, to start acquiring the signals very soon after the end of the impulse because it is not 10 necessary to wait after the recovery time of the amplifiers and low-pass filters (43 to 50). It is thus typically possible to start the measurements a few microseconds after the end of the impulse.
= 2) It is possible to make measurements during the duration of the pulse (On-time) as shown in the graph of Figure VII.
3) This approach allows for a larger reading surface that with the traditional approaches. The sensitivity of this type of receiver is proportional to its surface according to the following equation: V = NAdB / dt where N is the number of turns of the receiving loop, A
its area and dB / dt represents the rate of change of the magnetic field in function of time.
In the case of this approach, increasing the surface of the loops of receptions has no 20 effect on the insensitivity of the reception loops with respect to the field primary created by the loop excitation. This is quite the opposite with traditional systems who can not do too much increase the surface of the receiving loops as this has the effect of to increase the coupling electromagnetic between the excitation loop and the reception loop.
In the majority of other systems, for the voltage induced during the excitation pulse is not too important and they can start the acquisition the most early possible after the end impulse, it is necessary to use a reception loop whose diameter is about ten times weaker than the excitation loop. For example, for a excitation loop of 11 m, the receiving loop has a diameter of 1.1 m and the receiving surface is then 0.95 m2.
In the case of this exemplary embodiment of the invention, each loop of reception has a surface about 0.62 m2. As the measurement of the Z component of the magnetic field is performed at using 8 modules, this gives a measuring surface of almost 5 m2. For get a sensitivity equal to other systems, the reception loops of the system of the current invention, need to have 5 times fewer turns, which reduces the value of the inductance of a factor 25, which increases the resonance frequency of the receivers from which the bandwidth in is increased accordingly.
= 4) Being very insensitive to the field of the inductor, the system does not have need to correct possible measurement errors of the X, Y and Z components of the field electromagnetic caused by the residual current of the induction loop which all kept proportions, is very long to cancel. The graph in Figure VIII which shows in black the variation of the current and in red the measurement of the electromagnetic field. It is easy to see that the current takes more of 40 microseconds to stabilize at the value of 0 amps while the field reading electromagnetic is stable after less than 5 microseconds.
To achieve measurements during the duration of the impulse and very early after its end, so far, several methods have been the subject of patent applications or patents. The method appears the more widespread is to use an additional coil winding of excitation, this winding, smaller than the excitation one, is placed near the receiving coil.
The diameters and the number of turns must be very well adjusted to cancel the field excitation. This approach usually named Bucking Coil and is found in documents patents WO Al, US-5,557,206 and CA-2,420,806. This approach has the cons following: all windings (minimum of 3 or 5) must be mechanically very stable relative to each other. The slightest variation of position between these windings causes important parasitic signals.
A second approach of the prior art is to use 2 coils of receptions for the Z component of the magnetic field. These two reception loops are connected to subtract the signal from the induction loop. In principle if they do it correctly, that is, say have the right diameters at the level of the 3 coils (2 receiving and 1 induction), a good concentricity and a good ratio of turns between the 2 coils of reception, it is then possible to cancel the field of the inductor. The response of the receivers for the Z component of field is then the difference in amplitude between the amplitude obtained at the of each of receptors. That is to say that this approach integrates the field understood in the space separating the 2 receivers.
In summary this approach has the following drawbacks:
= Since the receivers are loops whose diameter is close to maximum diameter of the assembly, they must be wound on their support once the assembly from the whole completed. The mechanical support that is usually more than 10 meters diameter must be assembled to be able to wind the two receivers in Opposition phase and the induction coil.
= Rogowsky receivers must be wrapped around the loop induction. These receivers are then likely to be wound on tubes in which pass the inductive loop; this approach complicates the assembly of the loop induction and the larger the measurement surface of this type of receiver is usually small.
= This approach requires winding and unwinding at least 3 loops when each assembly and disassembly of the system, which complicates the assembly / disassembly and increases the time of realization.
The design of the systems of the invention depends on the objectives of the survey:
in the explorations of minerals (EM prospecting), the main need is to locate deposits massive sulphites or metals. The response to the conductive means is 10 at 100 times higher than the level of background noise. Dependent on the conduction of the overload, depths of investigation can reach up to 600 meters, in investigations (EM sounding), the need to delineate the contrasts of conductivity associated with lithology and hydrothermal alterations. The level of sensitivity of these applications is about 50 times higher than the background noise level. The depths investigations of these applications range from 0 to 250 meters.
Based in particular on the use of a rigid coupling of the transmitter-transmitter pair receivers, the system proposed (named NovaTEMTM) is designed to allow great penetration for the TDEM surveys and a high resolution for TDEM surveys.
NovaTEMTM can be compared to existing devices for depth of penetration and / or for the resolution. The main difference with these systems is the very low noise level resulting from the rigidity of the construction of the transmitter-receiver pair.
In summary this approach has the following drawbacks:
= Since the receivers are loops whose diameter is close to maximum diameter of the assembly, they must be wound on their support once the assembly from the whole completed. The mechanical support that is usually more than 10 meters diameter must be assembled to be able to wind the two receivers in Opposition phase and the induction coil.
= Rogowsky receivers must be wrapped around the loop induction. These receivers are then likely to be wound on tubes in which pass the inductive loop. This approach complicates the assembly of the loop induction and the larger the measurement surface of this type of receiver is usually small.
= This approach requires winding and unwinding at least 3 loops when each assembly and disassembly of the system, which complicates the assembly / disassembly and increases the time of realization.
Although the present invention has been described using implementations specific, it is heard that many variations and modifications can be added to the so-called implemented, and the present invention aims to cover such modifications, uses or adaptations of this invention in general, the principles of the invention and including any variation of this 5 description that will become known or conventional in the field of activity in which found the present invention, and which can be applied to the elements mentioned above, in accordance with the scope of the following claims.
Claims (56)
en ce que ledit système comporte au moins un élément inducteur émetteur d'un champ magnétique primaire induit pendant la période de mesure et au moins un élément récepteur du champ magnétique secondaire émis en retour par le sol exposé audit champ primaire induit pendant ladite période de mesure, ledit système étant configuré de façon que l'élément récepteur est peu sensible, de préférence quasi-insensible, plus préférentiellement insensible au champ primaire induit. 1. System used for TDEM-type geophysical prospecting, characterized in that said system comprises at least one inductive element emitting a field magnetic primary induced during the measurement period and at least one receiving element of the field secondary magnetic emitted back from the ground exposed to said primary field induced during said measurement period, said system being configured so that the element receptor is insensitive, preferably almost insensitive, more preferably insensitive to the primary field induced.
d'annuler environ 100% du champ primaire induit, et plus préférence la capacité
d'annuler 100% du champ primaire induit. 6. conveyed system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said system has the ability to cancel at least 90%, preferably the capacity to cancel about 100% of the induced primary field, and more preferably the capacity to cancel 100% of the induced primary field.
une source d'impulsion d'un courant qui est par exemple de l'ordre de 800 ampères pour un champ induit de l'ordre de 90 000 A/m2, et qui alimente ledit au moins un élément inducteur ;
un élément inducteur comprenant une ou plusieurs boucle(s) d'excitation ( transmitter coil ) transformant l'impulsion de courant en un front d'onde électromagnétique du champ qui est de type transitoire, de préférence la durée dudit front d'onde électromagnétique étant programmable, avantageusement de quelques millisecondes à plus de 10 millisecondes;
un élément récepteur comprenant une ou plusieurs boucles réceptrices captant le champ électromagnétique secondaire qui revient du sol à la suite de l'excitation du sol par le champ primaire induit;
un circuit d'amplification des champs présents dans le système, notamment des champs secondaires, ledit circuit d'amplification étant de préférence à très faible bruit et son gain variant avantageusement dynamiquement, de préférence de +6 à +40 dB par boucle de réception; et un circuit de numérisation ( A/D converter ) qui convertit le signal en retour, induit au niveau des boucles réceptrices par le champ magnétique secondaire, en des données numériques pouvant avantageusement être traitées et stockées par un micro-ordinateur. 8. conveyed system according to any one of claims 1 to 7, including at least one of the following:
a pulse source of a current which is for example of the order of 800 amperes for an induced field of the order of 90 000 A / m2, and which feeds said at least an inductive element;
an inductive element comprising one or more excitation loop (s) ( transmitter coil) transforming the current pulse into a wavefront electromagnetic field which is transient, preferably the duration said electromagnetic wavefront being programmable, advantageously a few milliseconds to more than 10 milliseconds;
a receiver element comprising one or more receiver loops sensing the secondary electromagnetic field that returns from the ground as a result of excitation soil by the induced primary field;
an amplification circuit for the fields present in the system, in particular fields secondary circuits, said amplification circuit preferably being very low noise and its gain advantageously varying dynamically, preferably from +6 to +40 dB per receive loop; and a digitizer circuit (A / D converter) that converts the signal into return, induced at the receiving loops by the secondary magnetic field, in digital data can advantageously be processed and stored by a microcomputer.
minimiser toute altération à la sensibilité de mesure dudit système. 9. System conveyed according to claim 8, characterized in that it is configured to minimize any alteration to the measurement sensitivity of said system.
de mesure dudit système ne se produise lors de l'utilisation dudit système. 10. System conveyed according to any one of claims 1 to 9, characterized in that is configured so that no error or impairment of the sensitivity measuring said system does not occur when using the system.
des valeurs élevées tout en permettant le retour à 0 ampère du courant circulant dans la boucle. 14. conveyed system according to any one of claims 11 to 13, characterized in that that it is configured to limit the inverse voltages at the terminals of the element inductor to high values while allowing the return to 0 amps of the current circulating in the loop.
des boucles, sans création d'une amplitude de mouvement significative. The conveyed system of claim 18, wherein the stability of the positioning between the transmit loop and the receive loops is generated by proximity loops, without creating a significant range of motion.
fournir un signal qui intègre la totalité du champ sur 360°. 37. The system conveyed according to any one of claims 17 to 36, in which, of preferably 8, receiving modules placed in the same plane as the loop resignation (Z plane) are connected to an analog summation circuit so as to provide a signal which integrates the entire field over 360 °.
l'avant ou à l'arrière ou au-dessus d'un véhicule en mouvement qui est de préférence un véhicule de type aéroporté qui est de préférence un avion ou un hélicoptère. 44. The system conveyed according to any one of claims 1 to 43, comprising additionally a device for attaching said system under or to the front or at the back or above a moving vehicle that is preferably a vehicle of airborne type which is preferably an airplane or a helicopter.
pour transmettre les résultats des mesures réalisées à un centre d'analyse des mesures, ledit centre étant positionné à l'extérieur dudit système. 45. System conveyed according to any one of claims 1 to 44, of type autonomous having at least one current generator and at least one configured transmitter for transmit the results of the measurements made to a center of analysis of measures, center being positioned outside said system.
l'avant d'un véhicule aéroporté ou d'un véhicule automobile ou d'un bateau ou d'un véhicule amphibie. 50. Mining and / or environmental detection method of hanging a system as defined in any one of claims 1 to 47, under or the front of a an airborne vehicle or a motor vehicle or a boat or a vehicle amphibious.
- le microordinateur génère un signal destiné à synchroniser l'ensemble du système électronique, de préférence ce signal prend la forme d'un créneau de synchronisation dont la récurrence ainsi que les temps aux valeurs 0 et 1 sont variables, avantageusement la récurrence du créneau de synchronisation varie de 25 à 125 Hz alors que la durée du signal de synchronisation à la valeur 1 varie avantageusement de 1 à 4 millisecondes; ce signal sert à
synchroniser l'ensemble du système électronique ;
- le passage de la valeur "1" du signal de synchronisation active la source de courant et démarre l'acquisition des composantes électromagnétiques et de la valeur du courant d'excitation, cette partie du cycle correspond au On time ;
- le passage de la valeur "0" du signal de synchronisation coupe la source de courant et continue l'acquisition des composantes électromagnétiques et de la valeur du courant d'excitation, cette partie du cycle correspond au Off Time ;
- tout au long du "Off Time", le microordinateur évalue l'amplitude de chacun des signaux électromagnétiques provenant de chacune des composantes du champ électromagnétique ; lorsque, de préférence au moment précis où, chacune des composantes Z, X+, X-, Y+, Y- retrouve sous un certain niveau d'amplitude, avantageusement lorsque le niveau d'amplitude est de l'ordre de 100 millivolts, le microordinateur augmente le gain, avantageusement l'augmentation du gain est de l'ordre de +40 dB, dans le but d'augmenter la sensibilité pour les signaux de faibles amplitudes ; et - les données numériques sont stockées en temps réel dans la mémoire d'une unité de calcul et ou de conservation des données, de préférence le stockage des données se fait dans un microordinateur. 55. The detection method according to claim 54, wherein the cycle full electromagnetic acquisition is as follows:
the microcomputer generates a signal intended to synchronize the whole of the system electronics, preferably this signal takes the form of a slot of synchronization including recurrence as well as times at values 0 and 1 are variable, advantageously the recurrence of the synchronization window varies from 25 to 125 Hz while the duration of the synchronization signal at the value 1 advantageously varies from 1 to 4 milliseconds; this signal is used to synchronize the entire electronic system;
the passage of the value "1" of the synchronization signal activates the source of current and starts the acquisition of the electromagnetic components and the value of the excitation current, this part of the cycle corresponds to On time;
the passage of the value "0" of the synchronization signal cuts the source of current and continues the acquisition of electromagnetic components and the value of excitation current, this part of the cycle corresponds to the Off Time;
- throughout the "Off Time", the microcomputer evaluates the amplitude of each of the electromagnetic signals from each of the components of the field electromagnetic; where, preferably at the precise moment when each of the components Z, X +, X-, Y +, Y- found under a certain amplitude level, advantageously when the amplitude level is of the order of 100 millivolts the microcomputer increases the gain, advantageously the increase of the gain is of the order of +40 dB, in order to increase the sensitivity for signals low amplitudes; and the digital data are stored in real time in the memory of a unit of calculation and / or storage of data, preferably the storage of data is done in a microcomputer.
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Applications Claiming Priority (1)
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| CA2739630A CA2739630A1 (en) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Vehicular system for pulse type electromagnetic geophysical prospecting, method for manufacturing the system and corresponding detection methods |
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Family Applications (1)
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