DD224970A1

DD224970A1 - Anordnung und verfahren zur bestimmung von leitfaehigkeitsanomalien im untergrund

Info

Publication number: DD224970A1
Application number: DD26435384A
Authority: DD
Inventors: Folker Donner
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Real- und Imaginaerteile und des Betragsquadrates von elektrischen oder/und magnetischen Feldkomponenten, wobei durch den Bezug auf die Maximalamplitude eines Referenzsignals Messfehler infolge von Amplitudenaenderungen des Primaersignals vermieden werden. Bei geeigneter Wahl der Mess- und Referenzfeldkomponenten, vorzugsweise magnetische Vertikal- und maximale magnetische Horizontalkomponente, ermoeglichen es die mit der Apparatur erhaltenen Ergebnisse, Rueckschluesse auf Leitfaehigkeitsaenderungen im Untergrund zu ziehen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung von Leitfähigkeitsänomafien im Untergrund. Die Erfindung findet bei der Ortung von leitfähigen Störkörpern oder leitfähigen Zonen, z. B. bei der geophysikalischen Erzprospektion oder bei der Suche von im Untergrund verborgenen Metallteilen, Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte technische Lösungen gehen von der Voraussetzung aus, daß das primäre elektromagnetische Feld während des Meßvorganges in seiner Größe konstant bleibt. Zur Bestimmung von Real- und Imaginärteil der Meßgröße benutzt man zwei Aufnehmer, von denen einer die Meßgröße und der andere eine Referenzgröße aufnehmen. Die Auswertung dieser Größen geschieht über Phasendetektoren. Von Nachteil dabei ist, daß Änderungen der Primärfeldstärke in die Meßgröße eingehen und diese verfälschen.

Andere Apparaturen messen die Amplituden von Meß- und Referenzgröße, sowie die Phasenverschiebung zwischen diesen, getrennt voneinander. Hier kann die Amplitudenänderung des Primärfeldes berücksichtigt werden, es sind jedoch Auswertegeräte oder Recheneinheiten größeren Umfangs dazu erforderlich.

In US-Patent Nr.3.614.600 wird eine magnetische Prospektionsapparatur beschrieben, die Real- und Imaginärteil als Regelgrößen benutzt. Schwankungen des Primärfeldes werden ausgeregelt. Von Nachteil ist, daß zwei verschiedene Referenzgrößen zu erzeugen sind, die einmal einen erhöhten elektronischen Aufwand der Apparatur erfordern und die zum anderen eine Resonanzabstimmung des im Referenzkanal benötigten magnetischen Aufnehmers für die jeweils gewählte Meßfrequenz erforderlich machen. Nachteilig ist außerdem, daß das elektrische Feld nicht als Referenzgröße verwendet werden kann.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Bestimmung von Leitfähigkeitsanomalien im Untergrund mit geringem gerätetechnischem Aufwand und hoher Meßgenauigkeit.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung von Leitfähigkeitsanomalien im Untergrund zu entwickeln. Die Erfindung soil die meßtechnische Eliminierung von auftretenden Primärfeidschwankungen bereits aufnahmeseitig gewährleisten, um Verfälschungen des Meßergebnisses auszuschließen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein vorhandenes elektrisches oder magnetisches Feld natürlichen oder künstlichen Ursprungs als Primärfeld genutzt wird und in einer meßtechnischen Anordnung Betragsquadrat, Real- und Imaginärteil von Komponenten dieses Feldes abgeleitet werden und eine Komponente dieses Feldes zur Bildung einer Primärfeldschwankungen ausschaltenden Referenzgröße herangezogen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus zwei oder mehreren gleich aufgebauten, in der Verstärkung einstellbaren und vorzugsweise selektiven Verstärkern, denen zwei oder mehrere Aufnehmer, die bestimmte Komponenten des magnetischen oder/und elektrischen Feldes aufnehmen können, vorgeschaltet sind. Mindestens einem Verstärker sind ein Multiplizierer und ein Tiefpaß zur Bildung des Betragsquadrates, ein Multiplizierer und ein Tiefpaß zur Bildung des Realteiles und ein Multiplizierer und ein Tiefpaß zur Bildung des Imaginärteiles nachgeschaltet.

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Einem weiteren Verstärker sind der Multiplizierer und der Tiefpaß zur Bildung des Reaiteiles direkt und über einen Phasenschieber der Multiplizierer und der Tiefpaß zur Bildung des Imaginärteiles nachgeschaltet. Gleichfalls ist diesem Verstärker ein Gleichrichter mit einem nachfolgenden Komparator, dessen zweiter Eingang mit einer Referenzspamiungsquelle verbunden ist, nachgeschaltet. Der Ausgang des Komparators ist mit den Regeleingängen der mindestens zwei Verstärker verbunden.

Mindestens einem Verstärker wird eine Meßgröße, z. B. eine Komponente eines elektrischen oder magnetischen Feldes zugeführt (Meßkreis). Einem weiteren Verstärker wird eine Referenzgröße, z. B. eine weitere Komponente des gleichen elektrischen oder magnetischen Feldes zugeleitet (Referenzkreis). Das Ausgangssignal eines Verstärkers eines Meßkreises wird zur Bildung des Betragsquadrates beiden Eingängen eines Multiplizierers zugeführt und anschließend über einen Tiefpaß geleitet oder integriert. Weiterhin wird das gleiche Ausgangssignal je einem Eingang von zwei weiteren Multiplizierern zugeleitet. Zur Bildung des Realteiles wird dem zweiten Eingang des einen Multipiizierers das Ausgangssignal des Verstärkers im Referenzkreis direkt zugeführt und anschließend über einen Tiefpaß geleitet oder integriert. Dem zweiten Eingang des anderen Multiplizierers wird das Ausgangssignal des Verstärkers im Referenzkreis nach Durchlaufen eines Phasenschiebers zur Bildung des Imaginärteiles zugeleitet und anschließend über einen Tiefpaß geleitet oder integriert. Das Ausgangssignal des Verstärkers im Referenzkreis wird weiterhin einem Gleichrichter zugeführt, gleichgerichtet und durch einen Komparator mit einer Referenzspannungsquelle verglichen. Das am Komparator gewonnene Ausgangssignal wird allen Eingangsverstärkern zugeführt und dient zur gleichzeitigen Verstärkungsregelung aller Verstärker. Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt zwei oder mehrere Aufnehmer, die bestimmte Komponenten des magnetischen oder/und elektrischen Feldes aufnehmen und in eine elektrische Spannung umsetzen. Vorteilhaft ist die Aufnahme der vertikalen magnetischen Komponente als Meßgröße und der maximalen horizontalen magnetischen Komponente als Referenzgröße. Es sind jedoch auch beliebige andere Kombinationen möglich, wobei als Referenzgröße eine Feldkomponente gewählt werden soll, deren Amplitude sich durch den Einfluß des Sekundärfeldes nur wenig ändert. Dies sind z.B. die horizontale magnetische Komponente senkrecht zur Senderrichtung oder die vertikale elektrische Komponente.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die von den Aufnehmern gelieferten elektrischen Spannungen vorzugsweise selektiven Verstärkern zugeführt, deren Verstärkung in weiten Grenzen einstellbar ist. Dabei wird die Referenzgröße dem Referenzkreis zugeführt, während eine oder mehrere Meßgrößen einem oder mehreren Meßkreisen zugeführt werden. Die im Referenzkreis verstärkte Referenzgröße wird gleichgerichtet und mittels eines Komparators mit einer konstanten Vergleichsspannung verglichen. Das am Ausgang des Komparators gewonnene Signal wird zur Verstärkungseinstellung alier Eingangsverstärker auf den gleichen Verstärkungswert verwendet. Dieser Verstärkungswert ist gleich dem Quotienten aus Vergleichsspannung und maximaler Spannungsamplitude der Referenzgröße. Im Referenzkreis erhält man infolge dieser Verstärkungsregelung ein amplitudenkonstantes Signal am Verstärkerausgang, während das Signal am Verstärkerausgang im Meßkreis je nach den vorliegenden Meßbedingungen variiert. Zur Bildung des Realteiles wird das Signal des Verstärkerausganges im Referenzkreis einem Multiplizierer direkt, zur Bildung des Imaginärteiles einem weiteren Multiplizierer über einen 90°-Phasenschieber zugeführt. Den freibleibenden Eingängen der Multiplizierer wird das Ausgangssignal des Verstärkers eines Meßkreises zugeführt, im Falle der Betragsquadratbiidung werden den beiden Eingängen eines Multiplizierers jeweils das gleiche Meßsignal eines Meßkanals zugeführt; die Verstärkungseinstellung geschieht in gleicher Weise über den Referenzkreis. Die multiplizierten Signale werden von je einem Tiefpaß gefiltert oder einem Integrator zugeführt, so daß man an deren Ausgängen Real- bzw. Imaginärteil der Meßgröße bezogen auf die Maximalamplitude der Referenzgröße bzw. das Quadrat des Verhältnisses Meß- zu Referenzgröße erhält.

Wenn man voraussetzt, daß sich Amplitudenänderungen des Primärsignals in gleicherweise auf Meß- und Referenzgröße auswirken, so bleiben diese — infolge der Quotientenbildung von Amplitude des Meßsignals zu Amplitude des Referenzsignais — ohne Einfluß auf Real- und Imaginärteil bzw. Betragsquadrat.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Die Abbildung zeigt das Prinzipschaltbild der Anordnung für einen Meßkanal. Die von den zwei Aufnehmern gelieferten Meß-

(M) und Referenzsignale (R) liegen an den Punkten 1 und 2 an. Sie werden von den einstellbaren Eingangsverstärkern 3 und 4 v-fach verstärkt. Die Verstärkung kann selektiv vorgenommen werden. Das Referenzsignal hat nach der Verstärkung die Größe B = ν R; R = R cos ω t,

das Meßsignal hat die Größe

A = ν M; M = M cos (ω t -*- φ).

Der Multiplizierer 6 multipliziert das verstärkte Meßsignal A mit dem verstärkten Referenzsignal B. Nachdem das Produkt den Tiefpaß 8 durchlaufen hat, erhält man am Punkt 18 den Realteil des Meßsignals bezogen auf die Maximalamplitude des Referenzsignals G:

C- , J|- I cos

wobei U = Amplitude des Vergleichssignals = konstant.

Der Multiplizierer 7 bildet das Produkt aus dem Meßsignal A und dem im Phasenschieber 5 um 90° verschobenen Referenzsignal B*, das nach Durchlaufen des Tiefpasses 9 den Imaginärteil H am Punkt 19 liefert:

2 л

ІЗ. а -ж— ·£ Sin T

^ά R

Der Multiplizierer 15 liefert K = A². Daraus erhält man am Ausgang 17 das Betragsquadrat

2 ^A IT ,Mx 2

^d R

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Die Quotientenbildung M/R wird trotz Multiplikation der Signale bewirkt über die spezielle Rückführung des v-fach verstärkten und mittels des Gleichrichters 10 gleichgerichteten Referenzsignals C, das vom Komparator 11 mit einer amplitudenstabilen Gleichspannung U verglichen wird, auf die Verstärkungseinstellorgane 13,14 der Eingangsverstärker 3,4. Verwendet man als Gleichrichter 10 einen Spitzengleichrichter, so erhäit man für

C = ν R.

Die Rückführung bewirkt eine Verstärkungseinstellung der Eingangsverstärker 4 so, daß C = U ist. Demzufolge erhält man für ν = U/R und da alle anderen Eingangsverstärker auf den gleichen Verstärkungswert ν eingestellt werden, für die Produkte

2 IJ²

S = AB = v^ M R = ^ MR

2 ^л

=. 2- f /"cos <f + cos (2 O t + f ) 7 _ R "

2 ^A P = A B² = 5- I /"sin <P + cos (2 u) t + f + J)_7.

Bei Quadrierung des Meßsignals erhält man

K = A² = V²M² = U² (|-)² cos² ζ tft + <f ).

Die Tiefpaßfilterung bzw. Integration der Signale E, F, K unterdrückt die hochfrequenten Anteile, so daß man Real-, Imaginärteil und Betragsquadrat G, H, L an den Ausgängen 18, 19, 17 erhält.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Anordnung zur Bestimmung von Leitfähigkeitsanomalien im Untergrund, gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung aus zwei oder mehreren gleich aufgebauten, vorzugsweise selektiven Verstärkern, denen zwei oder mehrere bestimmte Komponenten des magnetischen und/oder elektrischen Feldes empfangende Aufnehmer vorgeschaltet sind, daß einem oder mehreren Verstärkern jeweils ein das Betragsquadrat, ein den Realteil und ein den Imaginärteil bildender Multiplizierer mit nachfolgenden Tiefpässen nachgeschaltet sind, daß mindestens einem Verstärker ein den Realteil bildender Multiplizierer mit nachfolgendem Tiefpaß direkt und ein den Imaginärteil bildender Multiplizierer mit nachfolgendem Tiefpaß indirekt über einen Phasenschieber nachgeschaltet sind und daß dem gleichen Ausgang dieses Verstärkers ein Gleichrichter nachgeschaltet ist, der gemeinsam mit einer Referenzspannungsquelle über einen Komparator mit den Regeleingängen aller Verstärker verbunden ist.
2. Verfahren zur Bestimmung von Leitfähigkeitsanomalien im Untergrund gekennzeichnet dadurch, daß elektrische und/oder magnetische Feldkomponenten aufgenommen werden, daß mindestens eine dieser Feldkomponenten als Meßgröße und eine weitere sich unter Einfluß des Sekundärfeldes minimal ändernde Komponente des gleichen Feldes als Referenzgröße verwendet wird und alle Verstärker durch das verstärkte Ausgangssignal der Referenzgröße nach Vergleich mit einer Referenzspannung auf gleiche Verstärkung eingestellt werden.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Bildung des Betragsquadrates der Meßgröße durch Zuführung des Ausgangssignals mindestens eines Verstärkers im Meßkreis an beide Eingänge eines Muitiplizierers und anschließende Tiefpaßfilterung oder Integration erfolgt.
4. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Bildung des Realteiis der Meßgroße durch Zuführung des Ausgangssignals mindestens eines Verstärkers im Meßkreis an einen Eingang eines Multiplizierers und Zuführung des Ausgangssignals des Verstärkers im Referenzkreis an den zweiten Eingang des Multiplizierers und anschließende Tiefpaßfilterung oder Integration erfolgt.
5. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Bildung des Imaginärteils der Meßgröße durch Zuführung des Ausgangssignals mindestens eines Verstärkers im Meßkreis an einen Eingang eines Multiplizierers und Zuführung des Ausgangssignals des Verstärkers im Referenzkreis nach einer Phasenverschiebung um 90° in einem Phasenschieberkreis an den zweiten Eingang des Multiplizierers und anschließende Tiefpaßfiltern ng oder Integration erfolgt.
6. Verfahren nach Punkt 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Meßgrößen mehreren Meßkreisen gleichzeitig zugeführt werden und daß die Real-, Imaginärteile und Betragsquadrate dieser Meßgrößen durch eine entsprechende Anzahl von Multipiizierern, Tiefpässen bzw. Integratoren und einen Phasenschieber gebildet werden.
7. Verfahren nach Punkt 2 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß vorwiegend elektrische und/oder magnetische Felder in einem Frequenzbereich von 20 bis 100000 Hz gemessen werden.

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