DE102009043973A1

DE102009043973A1 - Elektrisches Verfahren zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten, Vorrichtung und Verwendung dazu

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Publication number: DE102009043973A1
Application number: DE200910043973
Authority: DE
Original assignee: QUMON GmbH
Current assignee: QUMON GmbH
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verfahren zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und Materialdiskontinuitäten sowie eine Vorrichtung und Verwendung dazu. Das Verfahren wird in leitfähigen Medien mittels unipolarer, einfacher oder sementierter Stirnflächenmesselektroden durchgeführt. Die Stirnflächenmesselektrode wird über das Anlegen einer elektrischen Spannung U(T) gegenüber mindestens einer entfernten, mit dem zu untersuchenden Medium kontaktierten Gegenelektrode durch Berührung desselben bestromt; innerhalb der Oberfläche des Untersuchungsmediums wird ein indikativer Messstrom emittiert, der dem ortsbezogenen sondengrößenspezifischen Mediumleitwert proportional ist und der über den Durchmesser der Messelektrode (ME) modifiziert werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur penetrationsfreien elektrischen Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten mittels unipolaren, einfachen oder segmentierten Stirnflächensensoren, welche über mindestens eine Gegenelektrode mit einem Untersuchungsmaterial verbunden sind. Bei der Erfassung einer elektrischen Materialparameterverteilung, z. B. Widerstände und Effekte der Induzierten Polarisation, werden dabei über den Durchmesser des kontaktierenden Stirnflächensondenareals und dessen Form Messorientierung in der Untersuchungsfläche und Eindringtiefe skaliert. Die Empfindlichkeit der Messung wird zuerst über das Verhältnis der Übergangswiderstände von Stirnflächensensor zu Gegenelektroden, d. h. über die Güte der Kontaktierung der Gegenelektroden bestimmt. Wenn das nicht genügt, kann über mindestens eine zusätzliche Referenzelektrode und erweiterte Messtechnik auch ohne Rücksicht auf die Übergangswiderstände der Gegenelektroden eine optimale Messempfindlichkeit gewährleistet werden.
Bei einem homogenen und leitfähigen Material entspricht die mittels Stirn- oder Frontflächensensor an unterschiedlichen Orten über vollständigen elektrischen Anschluss erfindungsgemäß ermittelte elektrische Materialparameterverteilung dessen Mächtigkeitsverteilung. Bei inhomogenen leitfähigen Medien entspricht sie der Verteilung von Diskontinuitäten, d. h. verdeckte Hohlräume, beatmete und nicht beatmete Lungenareale können z. B. durch Widerstandskontraste von der Oberfläche aus kartiert werden. Bei permanenten jeweils vollflächigen Anschlüssen von außenliegenden oder intramedialen Messoberflächen über einzelne oder mehrere Stirnflächensensoren können z. B. parameterrelevante Prozesse in Medien wie Porenwassereindrang, Oberflächenmigration oder Mächtigkeitsänderungen richtungsabhängig überwacht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zu Stichproben eingesetzt werden, indem z. B. Eichwerte von entsprechenden Messungen an oder in Vergleichsmedien herangezogen werden. Durch Gleitenlassen einer Stirnflächenmesselektrode über eine Mediumoberfläche unter permanenter Positionserfassung wird die gleichzeitige dynamische Erstellung von Isopachen- oder Anomalieplänen und deren Visualisierung in Echtzeit ermöglicht.
Es ist bekannt, dass mit Hilfe geoelektrischer Sender-Empfängeranordnungen wie Schlumberger-, Wennersondierungen usw. der Schichtaufbau eines Untergrundes invertiert werden kann. Mittels fokussierender geoelektrischer Anordnungen werden in der Bohrlochgeophysik potentialgleiche Schirm- und Messströme über unipolare segmentierte Anordnungen getrennt geführt; ebenso bei dem geoelektrischen Vorauserkundungsverfahren nach Kopp et al. (Patentschrift DE 19842975 B4 ); die Eindringtiefe hängt dabei von der Größe der Schirmelektrode ab.
Die bekannten elektrischen Verfahren zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten in leitfähigen Medien sind durch erhöhte Aufwendungen bei den messtechnischen Voraussetzungen charakterisiert, indem sie größere Elektroden- oder Abgriffszahlen und neben Sendern für den Stromeintrag galvanisch getrennte Empfänger für die Spannungsmessung benötigen. Bei bekannten Vierpunktanordnungen werden jeweils die Räume zwischen den Elektroden erkundet, nicht die Gebiete unter den Elektroden selbst. Das Gesamtausfallsrisiko für eine automatisierte Bereitstellung von Kennwerten ist bei den bekannten Verfahren durch die größere Anzahl der Einzelkomponenten prinzipiell höher.
Zunehmender Bedarf bei der sensorischen Erkennung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten besteht z. B. in der Medizin, bei der automatisierten Maschinenführung entlang von Leithorizonten im Berg-, Straßen- und Deponiebau, bei der Überwachung von Bauwerkssubstanzen und -zuständen und z. B. bei der penetrationsfreien Ortung von verdeckten Diskontinuitäten im Aufbau von Organismen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches die vergleichende Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten innerhalb eines Untersuchungsmediums direkt und penetrationsfrei durch berührende Ermittlung elektrischer Messgrößen wie Widerstände und/oder IP-Effekte über geometrisch definierte Stirnsensorflächen erlaubt.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung verfahrensgemäßnach den Ansprüchen 1 und 2 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen verfahrens-, vorrichtungs- und verwendungsgemäßer Lösungen dar.
Die technische Durchführung der Erfindung nach Anspruch 1 erfolgt über das Anlegen einer elektrischen Spannung U(T) an einer Messelektrodenstirnfläche gegenüber mindestens einer entfernten, niederohmig mit dem zu untersuchenden Medium kontaktierten Gegenelektrode, sodass die Messsondenfläche durch die Berührung des Messmediums bestromt wird. Bei vollständigem Anschluss der Messelektrodenstirnfläche an einen Flächenbereich innerhalb der Oberfläche des Untersuchungsmediums wird im Messmedium aufgrund seiner Oberflächenbeschaffenheit, der mediuminternen Leitfähigkeitsverteilung und der Stirnsondengeometrie ein indikativer Messstromwert I(r, x, y, z) mit r als Sonden-/Stirnflächenradius und x, y, z als Sondenpositionskoordinaten erzeugt, der erfindungsgemäß über den Durchmesser der Messelektrode (ME) modifiziert werden kann. I(r, x, y, z) ist dabei dem ortsbezogenen sondengrößenspezifischen Mediumleitwert L(r, x, y, z) = I(r, x, y, z)/U(T) proportional. L(r, x, y, z) kann dann nach Abzug der Gesamtübergangswiderstände aller Gegenelektroden R(GE) und der Leitungswiderstände R(LW) z. B. im Ohmschen Sinne unter Vernachlässigung potentieller kapazitiver und induktiver Effekte angegeben werden als Summand 1/R(ME) aus einer Summe 1/R(ME) + 1/R(GE) + 1/R(LW), welche gleich LMess(r, x, y, z) ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass unbekannte Materialmächtigkeiten oder verdeckte Diskontinuitätsverteilungen für Messbereiche senkrecht zu Stirnflächensonden über deren penetrationsfreie vollflächige Berührungen vergleichend für elektrisch leitfähige sondendurchmesser-mediumaufbauspezifische Tiefenbereiche mit Hilfe mindestens einer im einfachen oder leitfähig gegliederten Messmedium kontaktierten Gegenelektrode, welche über ihren Übergangswiderstand zum Messmedium die Messempfindlichkeit qualifiziert, erfasst oder kartiert werden können. Dazu genügt die Zweipunktmesstechnik.
Mit einem weiteren Verfahren nach Anspruch 1 lassen sich unter Einbeziehung einer unabhängigen Referenzelektrode und unter Verwendung von Dreipunktmesstechnik elektrische Stirnflächensondenkennwerte im Materialkontakt direkt ohne Kenntnis der Übergangswiderstände von Gegenelektroden zur Stromeinspeisung erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass insbesondere bei ungünstigen Bedingungen wegen hoher Übergangswiderstände der Gegenelektroden im Verhältnis zu denjenigen der Messsonden eine optimale Messempfindlichkeit mittels Stirnflächensondenmessungen erreicht wird, indem die ortsbezogenen sondengrößenspezifischen Mediumleitwerte L(r, x, y, z) als Verhältnis aus einer Dreipunktmessung über I(GE – ME)/U(RE – ME) gewonnen werden, mit I(GE – ME) <=> Sendestromwert zwischen Gegen- und Messelektrode und U(RE – ME) <=> Messspannung zwischen Referenz- und Messelektrode.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 und 2 über das Anlegen elektrischer Wechselspannungen U(Tw) zwischen Mess- und Gegenelektroden frequenzspezifische Phasenverschiebungen z. B. zwischen Sendespannungstakt vom Generator und dem Messtrom über Lock-In Technik zu IPfreq(r, x, y, z) und/oder Frequenzeffekte FE(r, x, y, z) durch Verhältnisbildungen aus einzelnen Frequenzmessungen ermitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass dabei extrem hohe IP-Effekte zur Identifikation von Kabelbrüchen genutzt werden können, erhöhte IP-Effekte sich für die Charakterisierung der direkten Materialansprache über Wechselwirkungen zwischen Sensoroberfläche und Mediumoberfläche eignen und bei moderaten IP-Amplituden zusätzliche Informationen aus der Tiefe eines anstehenden Materials, z. B. über Porenfüllungen, gewonnen werden können.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 3, jedoch durch Eintauchen, Einstecken oder Eingraben von Stirnflächenmesssonden intramediale Messoberflächen erzeugen. Zur Durchführung der Erfindung nach Anspruch 4 werden nichtfrontseitig isolierte einfache Stirnflächenmesssonden und einseitig oder mehrseitig dotierte mediumdichte oder mediumdurchlässige Stirnflächenmesssonden/-gruppen zur Intra-Messoberflächenbildungen geformt, welche z. B. auf polyedrischen Sondenträgern aufgebracht werden und gemeinsam oder selektiv, d. h. nach mehreren Richtungen gleichzeitig oder selektiv richtungsabhängig bestromt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass insbesondere migrierende richtungsabhängige Erkundungen innerhalb fließfähiger Medien und z. B. ortsfestes richtungsabhängiges Monitoring innerhalb starrer Medien über Festeinbau solcher Sonden oder Sondengruppen oder Nutzung vergleichbar geformter bestehender metallischer Einbauten und/oder Sicherungsmittel wie z. B. Erdungs- oder Armierungsgitter, z. B. zur Überwachung einer bestehenden Lage beim Grundwasserspiegel o. drgl. eingesetzt werden kann.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 4 bekannte Erkundungen aus der Oberflächen- oder Bohrlochgeophysik über den Einsatz von Stirnflächenmesssonden oder -sondengruppen erweitern.
Zur Durchführung der Erfindung nach Anspruch 5 werden anstelle der üblichen Erdspieße oder Bohrungskontakte verfahrensgemäße Stirnsonden oder Stirnsondengruppen zu Mehrpunktanordnungen vernetzt und angeschlossen, sodass jeweils eine Elektrodensonde gegenüber anderen oder zusätzlichen, welche als Gegen- und/oder Referenzelektroden im Sinne der Erfindung genutzt werden, bemessen werden kann, und somit für die unmittelbaren Bereiche z. B. unterhalb oder im Umfeld von einzelnen Stirnsonden- oder Stirnsondengruppenpositionen elektrische Parameter ggf. richtungsabhängig erkundet werden können, welche durch die bekannten Sondenzwischenräume-erkundenden tomografischen Verfahren gerade ausgelassen werden müsssen.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 5 Mächtigkeits- und/oder Diskontinuitätsermittlungen parametergleicher Zonen durch automatisierten Vergleich mit Eichwerten und/oder Typkurven erfassen.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 6 vorhandene Anisotropieeigenschaften im Messmedium nachweisen, indem Messsonden zu einer liniensymmetrische Stirnfläche mit unterschiedlichen Hauptachsen oder einer sonstigen Längsausrichtung geformt werden und damit verschiedene Stirnsondenflächenausrichtungen an einem Messmittelpunkt messbar sind, die eine ungleiche z. B. elliptische Amplitudenverteilung der Messparameter für einen gemeinsamen Messmittelpunkt ergeben.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 7 die Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde aus einem derartigen leitenden Material formen, dass bei Berührung mit denjenigen Stoffen, welche detektiert werden sollen, verstärkt unter Bestromung galvanische Reaktionen ausgelöst werden, und dadurch insbesondere durch vermehrte Effekte bei der Induzierten Polarisation die Qualität der Nachweisführung bei selektiv gesuchten Stoffen erhöht wird.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 8 unter Verwendung thermischer Leistungselemente zur Heizung oder Kühlung von Stirnflächen oder Stirnflächenelementen feuchte und trockene Messmedien besser unterscheiden, indem z. B. bei feuchten Medien Trocknungsvorgänge bei anhaltender Sondenberührung ausgelöst werden, welche im zeitlichen Verlauf als Parameterdriften, z. B. in Form von Rückgang beim L(r, x, y, z)-Wert, nachgewiesen werden können.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach Anspruch 9 unter Verwendung einer messbegleitenden thermischen Steuerung im Sinne konstanter Temperaturhaltung oder konstanter Wärmezufuhr bekannte Bedingungen eines Geothermal Response Tests messbegleitend angewendet werden, um eine weitere parametrische Attribuierung und damit Identifikations- oder Unterscheidungsmöglichkeit über den Wärmeleitfähigkeitsbeiwert Lambda zu gewinnen.
Mit einem weiteren Verfahren lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 10 die Frontflächen im Mediumkontakt so gestalten, dass sie keine engen Krümmungsradien, welche lokal erhöhte Stromdichten zur Folge haben würden, aufweisen. Dies wird gewährleistet, indem eine entsprechende homogene Stromdichtenverteilung über Anformung umschließender Isolationsmittel an die Ränder realisiert wird oder nichtplane konvexe Stirnsondenoberflächen gewählt werden, welche z. B. per Gewicht gezielt teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht werden kann.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 11 die Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde separat herstellen und über eine Befestigungsvorrichtung austauschbar angebringen, sodass insbesondere chemisch reaktive Sensoroberflächen aus Nicht-Edelmetallen selektiv erneuert oder sonstige Anpassungen etwa beim Radius kostengünstig unter Vermeidung eines kompletten Austauschs des Sondensystems vorgenommen werden können.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 12 die Stirnfläche des Sondenträgers und/oder Stirnflächenelemente der Messsonde aus flexiblen, elektrisch leitfähigen Materialien herstellen, sodass z. B. an morphologisch gegliederten Messoberflächen leichter vollflächig kontaktiert werden kann.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 13 Stirnflächenmesssonden schwimmfähig ausformen, damit sie z. B. für Füllstandsmessungen eingesetzt werden kann.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 7 und 9 bis 14 die Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde aus Edelmetall oder hochwertigen Legierungen formen, damit galvanische Reaktionen mit der Oberfläche des Messmediums minimiert werden und so störungsfreier über die Bemessung die Tiefe des Materials parametrisch attribuiert werden kann.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 15 bei segmentierten Sonden die Räume zwischen Stirnflächenelementen mit einem Kunststoff, insbesondere einem mit Fasern verstärkten Thermoplasten ausfüllen.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 16 die Stirnflächenelemente einer segmentierten Messsonde hochohmig über bekannte Werte verbinden und darüber die Intaktheit der Verkabelung auch ohne Medienkontakt überprüfen.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 17 Stirnflächenmesssensoren an Unterseiten von elektrisch gut geerdeten Fahrzeugen zu Land oder zu Wasser, insbesondere an Baumaschinen oder Baumaschinenteilen fest oder beweglich, z. B. schwenkbar, einsetzen.
Mit einer weiteren Vorrichtung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 17 Stirnflächenmesssensoren an Rinnenelementen einer untertägigen Gewinnungsanlage, insbesondere einer untertägigen Kohlengewinnungsanlage einsetzen.
Mit einer weiteren Verwendung lassen sich nach den Ansprüchen 1 bis 17 Stirnflächenmesssonden zur gezielten aktiven tiefenabhängigen elektrischen Stimulation und/oder lokal skalierbarer Reizsetzung bei Organismen, Menschen, Tieren, Pflanzen – z. B. zeitgleich mit verfahrensgemäßen Membran- oder Hautdickeverteilungsmessungen, Feststellung von Diskontinuitäten, Tumoren usw. einsetzen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels nach Anspruch 1 mit Bezug auf die beiliegende Figur näher erläutert. Es zeigt schematisch
1: den Schnitt durch ein geschichtetes Medium mit zwei homogenen Materiallagen mit den spezifischen Widerständen ρ1 und ρ2 – wobei ρ1 < ρ2 –, die Mächtigkeit dM der anstehenden Schicht mit dem Wert ρ1, die zylindrische Stirnflächenmesselektrode ME mit dem Durchmesser dS, welche vollflächig über die anstehende Oberfläche an das geschichtete Medium angeschlossen ist und die Spannungsquelle U(Tw) mit der die Gegenelektrode GE über das Medium mit ME verbunden ist, sodass an jedem gewählten Oberflächenbereich mit vollflächigem Anschluss der ME an das Messmedium eine Messstromamplitude I(r, x, y, z) erzeugt wird, welche unmittelbar ein Maß für die örtliche relative Mächtigkeit dM des anstehenden Materials ist.
Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 wird ein Messsondendurchmesser gewählt, der für die Parameter der erwarteten Materialwechsellagerung – z. B. aufgrund von Erfahrungen mit vergleichbaren Untersuchungen – die gewünscht Eindringung erbringt. Danach wird der Übergangswiderstand der Gegenelektrode, ggf. durch Elektrodenfarmbildung oder ähnliche Verbesserungsmaßnahmen, im Rahmen seiner Kontakierung soweit abgesenkt, dass er deutlich unterhalb demjenigen liegt, der als Mittelwert über Stichproben für die Oberflächenankopplung der gewählten Messelektrode beobachtet wird. Gelingt dies nicht, so muss eine niedrige Messempfindlichkeit inkauf genommen werden oder es kommt das Verfahren nach Anspruch 2 zum Zuge, indem eine weitere Referenzelektrode und die zugehörige Messtechnik eingesetzt wird. Die Kartierung der Mächtigkeitsverteilung der anstehenden Schicht des Untersuchungsmediums erfolgt danach mittels Messsondenabtastung für beide Verfahren gleichermaßen. Sie kann durch weitere Bemessungen mit anderen Sondendurchmessern und/oder Messbedingungen, z. B. durch Stichproben ergänzt werden. Bestehende Erkundungsergebnisse können so fallweise verifiziert oder vertieft werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19842975 B4 [0004]

Claims

Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten in leitfähigen Medien mittels unipolarer, einfacher oder segmentierter Stirnflächenmesselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass – eine der Eindringtiefe nach über den Durchmesser skalierbare Stirnflächenmesselektrode über das Anlegen einer elektrischen Spannung U(T) gegenüber mindestens einer entfernten, mit dem zu untersuchenden Medium kontaktierten Gegenelektrode durch Berührung desselben bestromt wird; – bei vollständigem Anschluss der Messelektrodenstirnfläche an einen Flächenbereich innerhalb der Oberfläche des Untersuchungsmediums darin aufgrund der durch dessen Oberflächenbeschaffenheit, mediuminterne Leitfähigkeitsverteilung und die Geometrie der Sondenstirn hervorgerufenen Potentialverteilung ein indikativer Messstrom I(r, x, y, z), mit r als Sonden-/Stirnflächenradius und x, y, z als Sondenpositionskoordinaten, emittiert wird, welcher dem ortsbezogenen sondengrößenspezifischen Mediumleitwert L(r, x, y, z) = I(r, x, y, z)/U(T) proportional ist und nach Abzug des Gesamtübergangswiderstandes aller Gegenelektroden R(GE) und der Leitungswiderstände R(LW) im Ohmschen Sinne unter Vernachlässigung potentieller kapazitiver und induktiver Effekte angegeben werden kann als Summand 1/R(ME) innerhalb einer Summe 1/R(ME) + 1/R(GE) + 1/R(LW), welche dem Messleitwert LMess(r, x, y, z) entspricht; – die Empfindlichkeit einer Sondenmessung über große Verhältnisse EB = R(ME)/R(GE) in dem Maße erhöht werden kann, als der Übergangswiderstand aller Gegenelektroden R(GE) gegenüber dem gegebenen mittleren Übergangswiderstandsniveau der Messsondenkontakte am Untersuchungsmedium R(ME) über entsprechende Maßnahmen erniedrigt werden kann; – die Mächtigkeit einer an der Oberfläche kontaktierbaren parametergleichen Materialzone für beliebige Sondenpositionen über parametrische Attribuierungen mit verschiedenen Sondenradien r, z. B. Ermittlung L(r(1, 2, 3, ..), x, y, z) und nachmaligen Vergleich mit entsprechenden Typkurvenwerten aus Modellrechnungen ermittelbar ist; – die Mächtigkeit einer an der Oberfläche kontaktierbaren parametergleichen Materialzone für beliebige Sondenpositionen über Vergleiche z. B. von gewonnenen LMess(r, x, y, z) mit Werten aus entsprechenden Eichtabellen, welche zuvor für verschiedene Mächtigkeiten einer vergleichbaren parametergleichen Zone z. B. über einer darunter anschließenden kontrastierenden parametergleichen Zone usw. erstellt wurden, ermittelbar ist; – im Falle von an der Oberfläche kontaktierbaren parameterungleichen Materialzonen die Verteilung der für einen bestimmten Sondenradius rx ermittelten, auf die Spannung U(T) normierten indikativen Messströme LMess(rx, x, y, z) der Verteilung von Materialdiskontinuitäten im Messmedium entspricht.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in Anspruch 1 beschrieben, jedoch unter Einbeziehung einer unabhängigen Referenzelektrode und unter Verwendung von Dreipunktmesstechnik anstelle der Zweipunktmesstechnik, dadurch gekennzeichnet, dass – Stirnflächensondenkennwerte im Materialkontakt unabhängig von den Niveaus der Übergangswiderstände der Gegenelektroden zur Stromeinspeisung hochempfindlich bestimmt werden können, indem die ortsbezogenen sondengrößenspezifischen Mediumleitwerte L(r, x, y, z) als Verhältnis aus einer Dreipunktmessung über I(GE – ME)/U(RE – ME) erfasst werden, mit I(GE – ME) <=> Sendestromwert zwischen Mess- und Gegenelektrode(n) und U(RE – ME) <=> Messspannung zwischen Referenz- und Messelektrode.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 und 2 beschrieben, jedoch unter Einsatz elektrischer Wechselspannungen U(Tw) zur Ermittlung von IP-Effekten, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen Mess- und Gegenelektroden oder Mess-, Gegen- und Referenzelektroden frequenzspezifische Phasenverschiebungen über Lock-In Technik zu IPfreq(r, x, y, z) und/oder Frequenzeffekte FE(r, x, y, z) durch Verhältnisbildungen aus einzelnen Frequenzmessungen ermitteln werden; – dabei extrem hohe IP-Effekte zur Identifikation von Kabelbrüchen genutzt werden können; – erhöhte IP-Effekte sich für Charakterisierungen der direkten Materialansprache über Wechselwirkungen zwischen Sensoroberfläche und Mediumoberfläche eignen; – bei moderaten IP-Amplituden zusätzliche Informationen aus der Tiefe eines anstehenden Materials, z. B. über Porenfüllungen, gewonnen werden können.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 3 beschrieben, jedoch unter Erzeugung von intramedialen Messoberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass – nichtfrontseitig isolierte einfache Stirnflächenmesssonden oder einseitig oder mehrseitig dotierte mediumdichte oder mediumdurchlässige Stirnflächenmesssonden/-gruppen für intramediale Messoberflächenbildungen geformt werden; – solche Stirnflächenmesssonden/-gruppen z. B. auf polyedrischen Sondenträgern aufgebracht und gemeinsam oder einzeln, d. h. nach mehreren Richtungen gleichzeitig oder selektiv richtungsabhängig über Schaltvorrichtungen bestromt werden können; – darüber migrierende richtungsabhängige Erkundungen innerhalb fließfähiger Medien über Sondeneintauchen durchgeführt werden können; – ortsfestes richtungsabhängiges elektrisches Monitoring innerhalb starrer Medien über Festeinbau solcher Sonden oder Sondengruppen oder durch Nutzung bestehender metallischer Einbauten und/oder Sicherungsmittel wie z. B. Erdungs- oder Armierungsgitter, durchgeführt werden kann.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 4 beschrieben, jedoch zur erweiterten Nutzung von bekannten Erkundungs- und Monitoringaufstellungen aus der Oberflächen- oder Bohrlochgeophysik, dadurch gekennzeichnet, dass – über den Einsatz von Stirnflächenmesssonden oder -sondengruppen anstelle der üblichen Erdspieße oder Bohrungskontakte jeweils eine Elektrodensonde gegenüber anderen oder zusätzlichen, welche als Gegen- und/oder Referenzelektroden im Sinne der Erfindung genutzt werden, bemessen werden kann; – für die unmittelbaren Bereiche unterhalb oder um die einzelnen Elektrodensondenpositionen elektrische Parameter ggf. richtungsabhängig erkundet werden können, welche ansonsten durch die bekannten ausschließlich Sondenzwischenräume-erkundenden tomografischen Verfahren gerade ausgelassen werden müssen.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 5 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mächtigkeitsermittlung parametergleicher Zonen durch automatisierten Vergleich mit Eich- und/oder Typkurven erfolgt.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 6 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messsonde eine liniensymmetrische Stirnfläche mit unterschiedlichen Hauptachsen oder eine sonstige Längsausrichtung besitzt; – verschiedene Stirnsondenflächenausrichtungen an einem Messmittelpunkt messbar sind und bei einer ungleichen z. B. elliptischen Amplitudenverteilung der Messparameter für einen gemeinsamen Messmittelpunkt Anisotropieeigenschaften im Messmedium festgestellt werden können.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 7 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde aus einem derartigen leitenden Material geformt werden, das bei Berührung mit denjenigen Stoffen, welche detektiert werden sollen, verstärkt unter Bestromung galvanische Reaktionen auslöst; – vermehrte Effekte bei der Induzierten Polarisation die Qualität einer selektiven Stoffnachweisführung erhöhen.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 8 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – thermische Leistungselemente zur Heizung oder Kühlung der Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde eingesetzt werden; – feuchte und trockene Messmedien unterschieden werden können, indem z. B. bei feuchten Medien Trocknungsvorgänge bei anhaltender Sondenberührung ausgelöst werden, welche im zeitlichen Verlauf als Parameterdriften, z. B. in Form von Rückgangen bei den L(r, x, y, z)-Werten, nachgewiesen werden können.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in Anspruch 9 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – messbegleitend eine thermische Steuerung im Sinne konstanter Temperaturhaltung oder konstanter Wärmezufuhr eingesetzt wird; – bekannte Bedingungen eines Geothermal Response Tests messbegleitend angewendet werden, um eine weitere parametrische Attribuierung und damit zusätzliche Identifikations- oder Unterscheidungsmerkmale, z. B. über den Wärmeleitfähigkeitsbeiwert, zu gewinnen.
Elektrisches Verfahren zur penetrationsfreien Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 10 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Frontflächen im Mediumkontakt so geformt werden, dass sie keine engen Krümmungsradien, welche lokal erhöhte Stromdichten zur Folge haben würden, aufweisen; – dass eine entsprechende homogene Stromdichtenverteilung über Anformung die Ränder umschließender Isolationsmittel realisiert wird; – nicht eine plane sondern eine konvexe Stirnsondenoberfläche gewählt wird, welche z. B. per Gewicht gezielt teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht werden kann.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 11 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde separat hergestellt und über eine Befestigungsvorrichtung austauschbar angebracht werden, sodass insbesondere chemisch reaktive Sensoroberflächen aus Nicht-Edelmetallen selektiv erneuert oder sonstige Anpassungen etwa beim Radius kostengünstig unter Vermeidung eines kompletten Austauschs des Sondensystems vorgenommen werden können.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 12 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnfläche des Sondenträgers und/oder Stirnflächenelemente der Messsonde aus flexiblen, elektrisch leitfähigen Materialien bestehen, sodass z. B. an morphologisch gegliederten Messoberflächen leichter vollflächig kontaktiert werden kann.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 13 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stirnflächenmesssondensystem schwimmfähig ist, damit es z. B. für Füllstandsmessungen eingesetzt werden kann.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 7 und 9 bis 14 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnfläche oder Stirnflächenelemente der Messsonde aus Edelmetall oder hochwertigen Legierungen bestehen, damit galvanische Reaktionen mit der Oberfläche des Messmediums minimiert werden und so störungsfreier über die Bemessung die Tiefe des Materials parametrisch attribuiert werden kann.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 15 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – bei segmentierten Sonden die Räume zwischen Stirnflächenelementen mit einem Kunststoff, insbesondere einem mit Fasern verstärkten Thermoplasten ausgefüllt sind.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 16 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stirnflächenelemente einer segmentierten Messsonde hochohmig über bekannte Werte verbunden werden und darüber die Intaktheit der Verkabelung auch ohne Medienkontakt überprüft werden kann.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 17 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – Stirnflächenmesssensoren an Unterseiten von elektrisch gut geerdeten Fahrzeugen zu Land oder zu Wasser, insbesondere an Baumaschinen oder Baumaschinenteilen fest oder beweglich, z. B. schwenkbar, einsetzbar sind.
Vorrichtung zur Erkundung von Materialmächtigkeiten und -diskontinuitäten wie in den Ansprüchen 1 bis 17 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – Stirnflächenmesssensoren an Rinnenelementen einer untertägigen Gewinnungsanlage, insbesondere einer untertägigen Kohlengewinnungsanlage einsetzbar sind.
Verwendung des elektrischen Erkundungsverfahrens wie in den Ansprüchen 1 bis 17 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass – Stirnflächenmesssonden zur gezielten aktiven und insbesondere tiefenabhängigen elektrischen Stimulation und/oder lokal skalierbarer Reizsetzung bei Organismen, Menschen, Tieren, Pflanzen eingesetzt werden können; – zeitgleich dazu Membran- oder Hautdickeverteilungsmessungen, Feststellung von Diskontinuitäten, Tumoren usw. -durchgeführt werden können.