DE102005038481B3

DE102005038481B3 - Vorrichtung zur Durchführung von geoelektrischen Kartierungen

Info

Publication number: DE102005038481B3
Application number: DE102005038481A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Südekum
Original assignee: Institut fur Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben
Current assignee: Leibniz-Institut fur Angewandte Geophysik De
Priority date: 2005-08-13
Filing date: 2005-08-13
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-08-14
Also published as: US20070069733A1; US7511503B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von geoelektrischen Kartierungen bestehend aus Elektroden, einer Stromquelle und einem Spannungsmessgerät, wobei die Elektroden in definiertem Abstand zueienander auf dem Untersuchungsgrund anzuordnen sind und durch bestimmte Elektroden Strom in den Untersuchungsgrund einzuspeisen ist und durch die übrigen Elektroden mittels des Messgerätes die Spannungspotentiale zu messen sind. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, um kontinuierliche geoelektrische Kartierung unter geringem Personal- und Zeitaufwand durchführen zu können, mit der exakte Messergebnisse zu erzielen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht darin, dass die Elektroden an der Außenseite einer Endlosschleife angeordnet sind, dass diese Endlosschleife kontinuierlich in der gleichen Geschwindigkeit umläuft, mit der die Vorrichtung während der Kartierung über den Untersuchungsgrund zu bewegen ist, so dass wenigstens zwei Einspeise- und zwei Potenzialelektroden während jeder einzelnen Messung auf dem Untersuchungsgrund ruhen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von geoelektrischen Kartierungen.

Um bei der Untersuchung geologischer Untergrundstrukturen durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit verschiedener Bodenschichten die Arbeit des Einsetzens stabförmiger Elektroden von Hand in den Boden zu erleichtern und zu automatisieren, ist aus der US 55 87 659 eine Möglichkeit zur Durchführung solcher geoelektrischer Kartierungen bekannt geworden, bei der eine Reihe von beabstandet angeordneten Elektroden von einem Traktor über das zu vermessende Gelände gezogen wird.

Für diese Messungen werden gemäß der DD 145 670 als Halter der etwa 15 bis 20 cm tief in den Boden einzubringenden halbkreisförmigen als Schneide ausgebildeten Elektroden gezogene Gleitschlitten benutzt, die mit Ketten hintereinander gehängt sind. Bei solchen von einem Traktor gezogenen, an Gleitschlitten befestigten Elektroden ist eine gleichmäßige Eindringtiefe nicht gesichert.

Gemäß der US 6 484 652 kann man auch die Elektroden unter von der Dreipunktaufhängung eines landwirtschaftlichen Traktors getragenen Pflugscharen anordnen und hat dann eine exakte Tiefeneinstellung, kann aber nicht eine größere Anzahl von Elektroden zum Einsatz bringen.

Die auf diese Weisen kontinuierlich durchgeführten Messungen haben gegenüber der Messung mit von Hand eingesetzten und umgesetzten Elektroden den Nachteil, dass sich der Übergangswiderstand an den sich bewegenden Elektroden ständig ändert und es so zu ungenauen Messergebnissen kommt.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für eine kontinuierliche geoelektrische Kartierung mit geringem Zeit- und Personalaufwand zu schaffen, mit der exakte Messergebnisse erhalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung von geoelektrischen Kartierungen, bestehend aus Einspeise- und Potentialelektroden, einer Stromquelle und einem Spannungsmessgerät, wobei die Elektroden in definiertem Abstand zueinander auf dem Untersuchungsgrund anzuordnen sind, und durch die Einspeiseelektroden Strom in den Untersuchungsgrund fließt und durch die Potentialelektroden mittels des Spannungsmessgerätes Spannungspotentiale zu messen sind, wobei die Elektroden an der Außenseite einer Endlosschleife angeordnet sind, die über zwei Umlenkrollen geführt ist, welche gemeinsam so auf einer horizontalen Gerade angeordnet sind, dass die Endlosschleife aus einem horizontal ausgerichteten Ober- und Untertrum besteht, und dass diese Endlosschleife beim Umlaufen über die Umlenkrollen derart kontinuierlich während der Kartierung über den Untersuchungsgrund bewegt wird, dass die Einspeise- und Potentialelektroden während jeder einzelnen Messung auf dem Untersuchungsgrund ruhen.

Mit er erfindungsgemäßen Vorrichtung wird so gearbeitet, dass man die Elek troden an der Außenseite einer Endlosschleife anordnet, dass man diese Endlosschleife kontinuierlich mit derjenigen Geschwindigkeit umlaufen lässt, mit der man die Vorrichtung während der Kartierung kontinuierlich über den Untersuchungsgrund bewegt, so dass die Einspeise- und Potenzialelektroden während jeder einzelnen Messung auf dem Untersuchungsgrund ruhen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nur mit ruhenden Elektroden ein genaues Messergebnis zu erhalten ist. Die Einspeise- und Potenzialelektroden ruhen dann bei einem sich kontinuierlich fortbewegenden Messsystem auf dem Untersuchungsgrund, wenn die Umlaufgeschwindigkeit der die Elektroden aufnehmenden Endlosschleife gleich der Geschwindigkeit des sich fortbewegenden Messsystems ist.

Eine Endlosschleife ist ein über Umlenkrollen geführtes endloses Band oder eine aus vielen Gliedern bestehende Kette. Um Messungen erfindungsgemäß durchführen zu können, müssen die Umlenkrollen derart angeordnet sein, dass das Untertrum in etwa horizontal ausgerichtet ist und die an seiner Außenseite angeordneten Elektroden auf der Oberfläche des Untersuchungsgrundes aufliegen oder geringfügig eindringen. Zweckmäßigerweise ist die Endlosschleife aus nichtleitendem Material hergestellt oder die Elektroden sind elektrisch isoliert auf dem Endlosband angeordnet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Endlosschleife die Kette eines Kettenfahrzeuges ist und wenn die Elektroden elektrisch von der Kette isoliert an den und/oder zwischen den Kettengliedern angeordnet sind. Das Fahrzeug kann motorbetrieben sein, es kann aber auch nach Art eines Anhängers gestaltet sein. Bei der Ausgestaltung nach Art eines Kettenfahrzeuges steht das Fahrzeug auf der Kette, welche zugleich an ihrer Außenseite die zur Messung notwendigen Elektrodenanordnungen enthält. Die Umlaufgeschwindigkeit der Raupenkette und die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges sind identisch, so dass die auf dem Erdboden aufliegenden Elektroden während der Messung ruhen.
Ein handelsübliches Fahrzeug ist dann mit dem erfindungsgemäßen Messsystem ausrüstbar, wenn die Endlosschleife über zwei Umlenkrollen, die auf einer (gedachten) horizontalen Geraden angeordnet sind, geführt ist, so dass die Endlosschleife aus einem in etwa horizontalen Ober- und Untertrum besteht und dass die Endlosschleife mit derartigen Mitteln an einem Fahrzeug angeordnet ist, dass diese zum Messeinsatz auf den Untersuchungsgrund herabzusenken ist. Hier kann es sinnvoll sein, die Endlosschleife mit zusätzlichen Stützen auszustatten. Diese Anordnung bringt den Vorteil, dass das Fahrzeug normal im Verkehr einsetzbar ist. Hier kann beispielsweise, wenn das Messsystem an einem geländegängigen Fahrzeug angeordnet ist, mit diesem Fahrzeug in üblicher Geschwindigkeit zum Kartiergebiet gefahren werden. Zum Messeinsatz kann die Messvorrichtung auf den Untergrund herabgesenkt werden. Nach Beendigung des Messeinsatzes wird die Messvorrichtung angehoben, so dass die Elektroden nicht mehr den Untergrund berühren und das Fahrzeug in gewohnter Geschwindigkeit den Ort wechseln kann.
Vorteilhaft ist es, wenn über dem Untertrum der Endlosschleife für die Stromzuführung Kontakte, vorzugsweise in Form von federnd aufgehängten Kontaktschienen vorgesehen sind und wenn an den Stromzuführelektroden an den Kontaktschienen angedrückte Kontakte angeordnet sind oder wenn Rollkontakte zur Stromzuführung und zur Übertragung des zu messenden Potentials oberhalb des Untertrums angeordnet sind.
Um verschiedene Elektrodenanordnungen an ein und derselben Vorrichtung ausführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Endlosschleife auf ihrer Außenseite mit einer Vielzahl von in regelmäßigen Abständen hintereinander- und/oder nebeneinander angeordneten Elektrodenaufnehmern versehen ist, in die Elektroden reversibel anzuordnen sind und entsprechende Mittel zur Stromzufuhr und Übertragung des Messpotentials vorhanden sind.
Zur Übertragung der Messdaten ist es zweckmäßig, wenn an den Potentialelektroden Mittel zur Übertragung der Messdaten mittels Kontaktschienen oder mittels kontaktloser Übertrager vorgesehen sind.
Die an der Außenseite der Endlosschleife angeordneten Elektroden können insbesondere als Spieße oder als Kegel ausgebildet sein, so dass sie während des Messeinsatzes punktförmig auf dem Untersuchungsgrund aufliegen. Die Elektroden können aber auch derart ausgebildet sein, dass sie flächig auf dem Untersuchungsgrund aufliegen und ein homogenes Feld erzeugen.
Falls die Elektroden als Spieße ausgebildet sind, ist es zweckmäßig, wenn die Elektroden-Spieße senkrecht durch das Endlosband derart federnd gelagert sind, dass sie durch den oberhalb des Untertrums angeordneten Kontaktgeber entgegen der Kraft einer Feder zur Messung in Richtung Untersuchungsgrund verschoben werden, während die Spitze der Elektrode während des übrigen Umlaufes der Endlosschleife durch die Federkraft gehalten innerhalb der Endlosschleife gehalten ist. Hierzu kann es erforderlich sein, die Umlenkrollen mit entsprechenden Aussparungen zu versehen, die das Umlaufen mit zurückgezogenen Spießen erlauben.
Für bestimmte Messungen wird eine sogenannte Square-Anordnung der Elektroden bevorzugt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn auf der Außenseite einer breiten Endlosschleife die Elektroden in definierten Abständen hinter- und nebeneinander beabstandet angeordnet sind oder wenn zwei Elektroden tragende Endlosschleifen parallel zueinander angeordnet sind.
Bei einem Kettenfahrzeug können an beiden Ketten eines Kettenfahrzeuges Elektroden angeordnet sein, die vorzugsweise eine Square-Anordnung bilden.
Je nach Anforderung an das zu erzeugende Messfeld sind mehrere Endlosschleifen als Bänder oder Ketten hintereinander und/oder nebeneinander anzuordnen.
Das Wesen der Erfindung ist nachfolgend anhand eines schematischen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt vereinfacht eine Vorrichtung zur geoelektrischen Kartierung. Die Vorrichtung besteht aus einer Kette (2) nach Art einer Raupenkette, die aus einer Vielzahl von Kettengliedern gebildet ist. Die Kette (2) wird über Umlenkrollen (3) derart geführt, dass sie aus einem in etwa horizontalen Untertrum (4) und Obertrum (5) besteht. Auf der Außenseite der nicht elektrisch leitenden Raupenkette sind in definierten Abständen Elektroden (6) angeordnet. Zwischen den Elektroden sind Kettenglieder (7) belassen. Die Außenseite des Untertrums liegt auf dem zu vermessenden Bodenprofil (8) auf. Während der kontinuierlichen geoelektrischen Kartierung wird die Vorrichtung in Pfeilrichtung über das zu kartierende Bodenprofil (8) unter gleichzeitiger Messdurchführung bewegt. Über zwei auf dem Profil (8) aufliegende Elektroden (6) des Untertrums wird Strom in den Untersuchungsgrund über Schleifkontakte (9) eingespeist, und über zwei weitere Elektroden (6) werden Spannungspotentiale gemessen, wobei zur Übertragung des Potentials ebenfalls die Schleifkontakte (9) dienen.
Obwohl die Vorrichtung kontinuierlich über das zu kartierende Bodenprofil fortbewegt wird, ruhen die Einspeise- und Potenzialelektroden während der einzelnen Messung auf dem Untersuchungsgrund, so dass exakte Messergebnisse trotz des kontinuierlichen Messverfahrens zu erzielen sind.

Claims

Vorrichtung zur Durchführung von geoelektrischen Kartierungen, bestehend aus Einspeise- und Potentialelektroden, einer Stromquelle und einem Spannungsmessgerät, wobei die Elektroden in definiertem Abstand zueinander auf dem Untersuchungsgrund anzuordnen sind, und durch die Einspeiseelektroden Strom in den Untersuchungsgrund fließt und durch die Potentialelektroden mittels des Spannungsmessgerätes Spannungspotentiale zu messen sind, wobei die Elektroden an der Außenseite einer Endlosschleife angeordnet sind, die über zwei Umlenkrollen geführt ist, welche gemeinsam so auf einer horizontalen Gerade angeordnet sind, dass die Endlosschleife aus einem horizontal ausgerichteten Ober- und Untertrum besteht, und dass diese Endlosschleife beim Umlaufen über die Umlenkrollen derart kontinuierlich während der Kartierung über den Untersuchungsgrund bewegt wird, dass die Einspeise- und Potentialelektroden während jeder einzelnen Messung auf dem Untersuchungsgrund ruhen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosschleife die Kette eines Kettenfahrzeuges ist und dass die Elektroden elektrisch isoliert an den und/oder zwischen den Kettengliedern angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosschleife über zwei Umlenkrollen, die auf einer gedachten horizontalen Gerade angeordnet sind, geführt ist, so dass die Endlosschleife aus einem horizontal ausgerichteten Ober- und Untertrum besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosschleife derart an einem Fahrzeug angeordnet ist, dass diese zum Messeinsatz auf den Untersuchungsgrund herabzusenken ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Untertrum der Endlosschleife für die Stromzuführung Kontakte in Form von federnd aufgehängten Kontaktschienen vorgesehen sind und dass an den Stromzuführelektroden an den Kontaktschienen angedrückte Kontakte angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Spannungsmesselektroden Arbeitsmittel zur Übertragung der Messdaten mittels Kontaktschienen oder mittels kontaktloser Übertrager vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Rollkontakte zur Stromzuführung und zur Übertragung des zu messenden Potentials oberhalb des Untertrums angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden als Spieße oder als Kegel ausgebildet sind und punktförmig auf dem Untersuchungsgrund aufliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden derart ausgebildet sind, dass sie flächig auf dem Untersuchungsgrund aufliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem breiten Endlosband die Elektroden in einer Square-Anordnung hinter- und nebeneinander beabstandet angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Ketten eines Kettenfahrzeuges Elektroden angeordnet sind, die eine Square-Anordnung bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden-Spieße senkrecht durch das Endlosband derart federnd gelagert sind, dass sie durch den oberhalb des Untertrums ange ordneten Kontaktgeber entgegen der Kraft einer Feder in Richtung Untersuchungsgrund verschoben werden, während die Spitze der Elektrode während des übrigen Umlaufes durch die Federkraft innerhalb der Endlosschleife gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Endlosschleifen hintereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind.