DE112008002595B4

DE112008002595B4 - Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung und elektromagnetisches Prospektionsverfahren

Info

Publication number: DE112008002595B4
Application number: DE112008002595.9T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Arai; Hiroyuki Katayama; Kazuo Masuda; Toshihiko Hayashi; Tatsuoki Nagaishi; Hajime Ota
Original assignee: Japan Oil Gas and Metals National Corp
Current assignee: Japan Oil Gas and Metals National Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: AU2008305096A1; WO2009041343A1; DE112008002595T5; AU2008305096B2

Abstract

Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung (1), die umfasst:eine Übertragungseinheit (46, 48) zum Erzeugen eines periodisch veränderlichen Magnetfelds zu einem Prospektionsziel;eine Detektionseinheit (2, 2A), die eine SQUID (20) enthält, zum Detektieren eines Magnetfelds, das gemäß dem Prospektionsziel erzeugt wird; undeine Datenverarbeitungseinheit (3, 3A) zum Sammeln von Detektionsresultaten, die von der Detektionseinheit erhalten werden,wobei die Detektionseinheit eine Rückkopplungsspule (21) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Aufheben eines Magnetfelds, das in die SQUID eintritt, und einen Rückkopplungsschaltkreis (221, 222, 223, 224) zum Zuführen eines Stroms, der einer Spannung entspricht, die von der SQUID erzeugt wird, zur Rückkopplungsspule, enthält, unddie Datenverarbeitungseinheit funktionsfähig ist, umeine Mehrzahl von zeitabhängigen Dateneinheiten, die jeweils eine Länge von wenigstens einer Periode des veränderlichen Magnetfelds aufweisen, von Detektionsdaten des Magnetfelds, die über eine bestimmte Zeitperiode eintreten, zu extrahieren,zu bestimmen, ob oder ob nicht eine Abweichung von einem Referenzwert um einen Betrag gleich oder größer als ein Schwellenwert in den jeweiligen extrahierten zeitabhängigen Dateneinheiten auftritt,eine zeitabhängige Dateneinheit, in der die Abweichung von dem Referenzwert um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, aus der Mehrzahl der zeitabhängigen Dateneinheiten zu elimieren, undein Prospektionsresultat auszugeben, das das Prospektionsziel basierend auf verbleibenden zeitabhängigen Dateneinheiten zeigt, wobeieine zeitabhängige Wellenform des variablen Magnetfelds eine Impulswellenform ist, in der ein Impuls der positiven Richtung und ein Impuls der negativen Richtung periodisch mit einem Nulldurchgang dazwischen wiederholt werden, unddie Datenverarbeitungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, basierend auf einem Wert, der vor einer ersten Zeitperiode von einem ersten Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der positiven Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren, und einem Wert, der vor der ersten Zeitperiode von einem zweiten Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der negativen Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Prospektionsvorrichtung und ein elektromagnetisches Prospektionsverfahren, die typischerweise für geologische Untersuchungen, unterirdisches Prospektieren von Ressourcen und anderes verwendet werden, und betrifft im Besonderen einen Aufbau, der eine supraleitende Quanteninterferenzeinrichtung (SQUID) verwendet.
STAND DER TECHNIK
Elektromagnetische Prospektionstechniken, die für geologische Untersuchungen, unterirdisches Prospektieren von Ressourcen und anderes verwendet werden, werden bereits praktisch angewendet. In elektromagnetischen Prospektionstechniken werden typischerweise elektrische Eigenschaften (Widerstand) der geologischen Strukturen gemessen. Als Verfahren zum Messen solcher elektrischer Eigenschaften der geologischen Strukturen war ein Verfahren zum Erzeugen eines periodisch veränderlichen primären Magnetfelds von einer Bodenoberfläche bzw. Erdoberfläche zu einem unterirdischen Prospektionsziel und Messen eines zweiten Magnetfelds, das von dem primären Magnetfeld erzeugt wird, bekannt (vergleiche beispielsweise japanisches Patent Veröffentlichungsnummer 07-110382 (Patentdokument 1) und „Toshihiro UCHIDA und Akira SAITO, „A Review of Electromagnetic Prospecting Systems“, Geophysical Exploration, Society of Exploration Geophysicists of Japan, Vol. 47, No. 6, pp. 472-500" (Nichtpatentdokument 1).
Genauer gesagt bewirkten zeitliche Schwankungen des primären Magnetfelds einen induzierten Strom, der an der Bodenoberfläche in einer Richtung erzeugt wird, welche die relevanten Schwankungen vermeidet. Dieser induzierte Strom wird gemäß einem Widerstandsbetrag der geologischen Struktur, die auf Fortpflanzungspfaden lokalisiert ist, abgedämpft, und in einer Richtung, in der zeitliche Änderungen des induzierten Stroms, die im Zusammenhang mit der relevanten Dämpfung verursacht werden, vermieden werden, wird ein weiterer induzierter Strom neu erzeugt. Ein solcher Prozess des Erzeugens eines induzierten Stroms wird wiederholt, um dadurch ein Phänomen zu verursachen, das so aussieht, als wenn sich der induzierte Strom unterirdisch zu einem tieferen Bereich fortpflanzt. Ein solches Phänomen wird auch als „Rauchring“ („smoke ring“) bezeichnet. Ein solcher induzierter Strom wird gemäß dem Widerstand auf dem Weg der Fortpflanzung so gedämpft, dass es durch Messen eines Magnetfelds, wo der induzierte Strom erzeugt wird, als eine Funktion der Zeit, möglich ist, eine Widerstandsverteilung der unterirdischen geologischen Struktur (hauptsächlich in einer Querschnittsansicht) zu erhalten.
Der induzierte Strom diffundiert in eine Tiefenrichtung mit Fortschreiten der Zeit, wobei dessen Radius sich vergrößert. Folglich, wenn ein konstanter Strom, dem ermöglicht wird, durch eine Transmitterschleife zu fließen, plötzlich unterbrochen wird, kann eine Diffusionstiefe δ, d.h. eine Tiefe in die der induzierte Strom in der Tiefenrichtung diffundiert, als δ = (2t/σµ)^1/2 darggestellt werden, unter Verwendung der abgelaufenen Zeit t nach der Stromunterbrechung (σ: Leitfähigkeit der unterirdischen Struktur, µ: magnetische Permeabilität der unterirdischen Struktur). Folglich ist es durch Aufnehmen einer längeren Messzeit möglich, eine Widerstandsverteilung in einem tieferen Bereich zu erhalten.
Für die Messung eines solchen sekundären Magnetfelds wurde herkömmlicherweise ein Magnetspulenmagnetometer verwendet, das eine Empfangsspule, die aus einer Metallader gefertigt ist, verwendet. Im Prinzip misst dieses Induktionsspulenmagnetometer nicht den Betrag eines Magnetfelds sondern die zeitliche Ableitung des Magnetfelds. Im Gegensatz dazu wurde ein Aufbau vorgeschlagen, der den Betrag eines Magnetfelds unter Verwendung einer supraleitenden Quanteninterferenzeinrichtung (SQUID; im Folgenden auch als „SQUID“ bezeichnet) direkt misst. Zeitliche Änderungen des Magnetfelds sind gradueller, verglichen mit zeitlichen Änderungen der zeitlichen Ableitung des Magnetfelds. Ferner ist es unter Verwendung der SQUID möglich, ein Magnetfeld sehr genau zu detektieren und somit die Daten eines späteren Zeitpunkts zu erhalten, verglichen mit dem Fall, in dem das Induktionsspulenmagnetometer verwendet wird. Folglich ist es unter Verwendung der SQUID möglich, eine Widerstandsverteilung eines tieferen Bereichs zu erhalten, verglichen mit dem Fall, in dem das Induktionsspulenmagnetometer verwendet wird.
Das Magnetfeld, das mit der SQUID vermessen werden kann, ist in Einheiten des Flussquants ϕ₀ (= 2,07 x 10^-15 Wb) quantisiert. Wenn ein Magnetfeld empfangen wird, gibt die SQUID eine Spannung aus, die dem Wert entspricht, und die Ausgabespannung offenbart sinusförmige Änderungen, die eine Periode des Flussquants ϕ₀ bezüglich der Änderungen des Magnetfelds aufweisen, das von der SQUID empfangen wird. Es ist folglich möglich, das Magnetfeld einzig aus der Ausgabespannung der SQUID zu bestimmen. Folglich wird im Allgemeinen ein Aufbau angewendet, der einen Schaltkreis verwendet, der als ein FLL (Flux Locked Loop) bezeichnet wird, um der SQUID ein Rückkopplungsmagnetfeld zum Aufheben eines externen Magnetfelds bereitzustellen, um dadurch ein Magnetfeld, das von der SQUID empfangen wird, eindeutig zu bestimmen und den Messbereich zu erweitern.
Patentdokument 1: Japanisches Patent Veröffentlichungsnummer 07-110382
Nicht-Patentdokument 1: Toshihiro UCHIDA und Akira SAITO, „A Review of Electromagnetic Prospecting Systems", Geophysical Exploration, Society of Exploration Geophysicists of Japan, Vol. 47, No. 6, pp. 472-500“
WO 2006/095251 A2 beschreibt ein elektromagnetisches Prospektionssystem, das zwei Sensoren zum Messen des sekundären Magnetfelds aufweist, wobei die beiden Sensoren unterschiedliche Messgenauigkeiten aufweisen. Andere Systeme und Verfahren zur Erkundung von unterirdischen Formationen sind aus der US 4,987,368 A , US 6,563,314 B1 , US 4,656,422 A , US 6,177,794 B1 , US 6,825,658 B2 , US 5,635,834 A bekannt. Sie bilden Hintergrundinformationen für die vorliegende Erfindung.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn ein primäres Magnetfeld, das eine sehr viel größere Intensität aufweist, von der Bodenoberfläche zu einem unterirdischen Prospektionsziel erzeugt wird, um eine Widerstandsverteilung in einem tieferen Bereich zu erhalten, wird auch ein Magnetfeld, das in die SQUID eintritt, vergrößert. Folglich, wenn zeitliche Änderungen des Magnetfelds, das in die SQUID eintritt, die Antwortgeschwindigkeit (Änderungsgeschwindigkeit) des FLL-Schaltkreises übersteigen, wird der Referenzpunkt des Rückkopplungsmagnetfelds in dem FLL-Schaltkreis verschoben, was ein Problem zur Folge hat, dass ein Messfehler stufenweise in einem Messsignal auftritt.
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um ein solches Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Prospektionsvorrichtung und ein elektromagnetisches Prospektionsverfahren bereitzustellen, die imstande sind, ein genaueres Detektionsresultat auszugeben.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Eine elektromagnetische Prospektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: eine Übertragungseinheit zum Erzeugen eines periodisch veränderlichen Magnetfelds zu einem Prospektionsziel; eine Detektionseinheit, die eine SQUID enthält, zum Detektieren eines Magnetfelds, das gemäß dem Prospektionsziel erzeugt wird; und eine Datenverarbeitungseinheit zum Sammeln von Detektionsresultaten, die von der Detektionseinheit erhalten werden. Die Detektionseinheit enthält eine Rückkopplungsspule zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Aufheben eines Magnetfelds, das in die SQUID eintritt, und einen Rückkopplungsschaltkreis zum Zuführen eines Stroms, der einer Spannung entspricht, die von der SQUID erzeugt wird, zur Rückkopplungsspule. Die Datenverarbeitungseinheit extrahiert eine Mehrzahl von zeitlichen bzw. zeitabhängigen Dateneinheiten, wobei jede eine Länge von wenigstens einer Periode des veränderlichen Magnetfelds aufweist, aus Detektionsdaten des Magnetfelds, das über einen bestimmten Zeitraum eintritt, bestimmt ob oder ob nicht eine Abweichung von einem Referenzwert um einen Betrag, der gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, in den jeweiligen extrahierten zeitabhängigen Dateneinheiten auftritt, eliminiert eine zeitabhängige Dateneinheit, in der die Abweichung von dem Referenzwert um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, aus der Mehrzahl der zeitabhängigen Dateneinheiten, und gibt ein Prospektionsresultat aus, welches das Prospektionsziel basierend auf den erbleibenden zeitabhängigen Dateneinheiten zeigt.
Vorzugsweise wird der Schwellenwert basierend auf einem Spannungswert bestimmt, der von der SQUID als Antwort auf den Eingang eines einzigen Flussquants erzeugt wird.
Gemäß der Erfindung ist eine zeitliche bzw. zeitabhängige Wellenform des veränderlichen Magnetfelds eine Impulswellenform, in der ein Impuls der positiven Richtung und ein Impuls der negativen Richtung periodisch wiederholt werden, wobei ein Nullbereich dazwischen vorliegt. Die Datenverarbeitungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, basierend auf einem Wert, der vor eine erste Zeitperiode von einem ersten Timing bzw. Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der positiven Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren, und einem Wert, der vor der ersten Zeitperiode von einem zweiten Zeitpunkt bzw. Timing erhalten wird, an dem der Impuls der negativen Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren.
Vorzugsweise bestimmt die Datenverarbeitungseinheit, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, basierend auf einem Wert, der nach Ablauf einer zweiten Zeitperiode von dem ersten Zeitpunkt erhalten wird, und einem Wert, der nach Ablauf der zweiten Zeitperiode von dem zweiten Zeitpunkt erhalten wird.
Vorzugsweise enthält die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung ferner ein Abschirmungselement, das angeordnet ist, um eine Außenoberfläche der Detektionseinheit abzudecken, zum Blockieren einer elektromagnetischen Welle eines Frequenzbereichs, der größer als eine Frequenz des Magnetfelds ist, das gemäß dem Prospektionsziel erzeugt wird. Ein elektromagnetisches Prospektionsverfahren gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält den Schritt des Bereitstellens einer elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung. Die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung enthält eine Übertragungseinheit zum Erzeugen eines Magnetfelds, eine SQUID zum Erzeugen einer Spannung, die einem eintretenden Magnetfeld entspricht, eine Rückkopplungsspule zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Aufheben des Magnetfelds, das in die SQUID eintritt, und einen Rückkopplungsschaltkreis zum Zuführen, zur Rückkopplungsspule, eines Stroms, welcher der Spannung entspricht, die von der SQUID erzeugt wird. Das elektromagnetische Prospektionsverfahren enthält ferner die Schritte: Erzeugen eines periodisch veränderlichen Magnetfelds an ein Prospektionsziel; Sammeln von Werten des eintretenden Magnetfelds, das von der Detektionseinheit detektiert wird, über eine bestimmte Zeitperiode; Extrahieren einer Mehrzahl von zeitabhängigen Dateneinheiten, wobei jede eine Länge von wenigstens einer Periode des veränderlichen Magnetfelds aufweist, aus Detektionsdaten des eintretenden Magnetfelds, wobei die Detektionsdaten über eine bestimmte Zeitperiode gesammelt werden; Bestimmen ob oder ob nicht eine Abweichung von einem Referenzwert um einen Betrag gleich oder größer als ein Schwellenwert auftritt, in jeder der Mehrzahl der extrahierten zeitabhängigen Dateneinheiten; Eliminieren einer zeitabhängigen Dateneinheit, in der die Abweichung von dem Referenzwert um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, aus der Mehrzahl von zeitabhängigen Dateneinheiten; und Ausgeben eines Prospektionsresultats, welches das Prospektionsziel basierend auf verbleibenden zeitabhängigen Dateneinheiten zeigt.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein genaueres Detektionsresultat auszugeben.
Figurenliste

1 ist ein schematischer Aufbauplan einer elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, das ein elektromagnetisches Prospektionsverfahren schematisch zeigt, das die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
3 ist eine Teilschnittseitenansicht einer Detektionseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Prinzips einer Magnetfelddetektion mittels einer SQUID.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Magnetfluss, der in die SQUID eintritt, und einer Ausgabespannung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das einen schematischen Schaltkreisaufbau eines FLL-Schaltkreises gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine zeitabhängige Wellenform zum Beschreiben eines übertragenen Stroms in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines erzeugten sekundären Magnetfelds.
8 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Funktionsprinzips des FLL-Schaltkeises.
9 ist ein Diagramm, das eine zeitliche bzw. zeitabhängige Wellenform eines Magnetfelds zeigt, das in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
10 ist ein Diagramm, das eine zeitabhängige Wellenform eines Messsignals zeigt, das von der SQUID ausgegeben wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Diagramm, das eine zeitabhängige Wellenform eines Beispiels eines Messsignals zeigt, das von dem FLL-Schaltkreis ausgegeben wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Diagramm, das eine zeitabhängige Wellenform eines Beispiels eines Messsignals zeigt, das von dem FLL-Schaltkreis ausgegeben wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein schematisches Diagramm, das einen schematischen Hardwareaufbau einer Datenverarbeitungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerstruktur zeigt, welche die Datenverarbeitung in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft.
15 ist ein Diagramm, das ein Resultat des Vergleichs zwischen einem Prospektionsresultat, das von der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird, und einem Prospektionsresultat in dem herkömmlichen Beispiel zeigt.
16 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine Zielquerschnittsansicht einer Detektionseinheit gemäß einer Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Wirkung eines Abschirmungselements auf ein Detektionsresultat der Detektionseinheit.

Bezugszeichenliste

1:: Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung,
2, 2A:: Detektionseinheit,
3:: Datenverarbeitungseinheit,
20:: SQUID,
21:: Rückkopplungsspule,
22:: FLL-Schaltkreis,
24:: Behältereinheit,
26:: Vakuumschicht,
28:: Deckeleinheit,
30:: Abschirmungselement,
32:: Harzelement,
40:: Steuereinheit,
42:: A/D-Wandlereinheit,
44:: Impulsoszillatoreinheit,
46:: Transmitter,
48:: Transmitterschleifenspule,
221:: Differenzialverstärker
222, 226: Betriebsverstärker,
223:: Kondensator,
224, 225:: Widerstand,
227:: variabler Widerstand,
300:: CPU,
304:: Displayeinheit,
306:: Schnittstelleneinheit,
308:: Eingabeeinheit,
310:: Festplatteneinheit,
312:: Speichereinheit,
314:: CD-ROM-Laufwerk
314a:: CD-ROM
316:: FD-Laufwerk
316a:: flexible Disk
350:: Versetzungseliminierungseinheit
352:: Übertragungssteuereinheit,
354:: Puffereinheit
356:: Extraktionseinheit
358:: Bestimmungseinheit,
360:: Normalisierungseinheit,
362:: Ausgabeeinheit,
370:: Datenspeichereinheit,
JJ:: Josephson-Anschluss
LN2:: Flüssigstickstoff

BESTE WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei bemerkt, dass gleiche oder entsprechende Abschnitte in den Zeichnungen mit den gleichen Referenzzeichen versehen sind und die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
(Allgemeiner Aufbau)
Mit Bezug auf die 1 und 2 wird eine elektromagnetische Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung typischerweise für geologische Untersuchungen, unterirdisches Prospektieren von Ressourcen und anderes verwendet, und misst hauptsächlich eine dreidimensionale Verteilung von elektrischen Eigenschaften (Widerstand) eines Prospektionsziels.
Für einen praktischeren Aufbau enthält die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung 1 eine Detektionseinheit 2, eine Datenverarbeitungseinheit 3, eine Steuereinheit 40, eine A/D-(analog zu digital)-Wandlereinheit 42, eine Impulsoszillatoreinheit 44, einen Transmitter 46 und eine Transmitterschleifenspule 48.
Der Transmitter 46 ermöglicht das Fließen eines bestimmten übertragenen Stroms durch die Transmitterschleifenspule 48 als Antwort auf ein Impulssignal (periodisches Signal), das in der Impulsoszillatoreinheit 44 erzeugt wird, um dadurch ein Magnetfeld (im Folgenden auch als ein „primäres Magnetfeld“ bezeichnet) von der Transmitterschleifenspule 48 zu einem Prospektionsziel zu erzeugen. Durch plötzliches Unterbrechen des übertragenen Stroms, der zur Transmitterschleifenspule 48 übertragen wird, wird ein induzierter Strom an einer Bodenoberfläche bzw. Erdoberfläche in einer Richtung erzeugt, die Änderungen des primären Magnetfelds vermeidet. Der induzierte Strom wird gemäß einem Widerstandsbetrag einer geologischen Struktur, die auf Wegen der Fortpflanzung lokalisiert ist, gedämpft, und in einer Richtung, die zeitliche Änderungen des dielektrischen Stroms vermeidet, die in Zusammenhang mit der relevanten Dämpfung verursacht werden, wird ein anderer induzierter Strom neu erzeugt. Ein solcher Prozess des Erzeugens eines induzierten Stroms wird wiederholt, um dadurch ein Phänomen (smoke ring) zu bewirken, das so aussieht, als wenn sich der induzierte Strom unterirdisch zu einem tieferen Bereich fortpflanzen würde.
Die Detektionseinheit 2, die in der Umgebung der Bodenoberfläche vorgesehen ist, detektiert ein sekundäres Magnetfeld, das durch einen solchen induzierten Strom erzeugt wird, und gibt das Detektionsresultat über die A/D-Wandlereinheit 42 zur Datenverarbeitungseinheit 3 aus. Das sekundäre Magnetfeld zeigt einen Dämpfungszustand des induzierten Stroms, d.h. einen Wert, der dem Widerstand des Prospektionsziels, das auf den Fortpflanzungspfaden liegt, entspricht. Ferner wird das sekundäre Magnetfeld im Zusammenhang mit der Fortpflanzung des induzierten Stroms erzeugt, und folglich entspricht die abgelaufene Zeit der zeitlichen Änderungen des sekundären Magnetfelds der Tiefe. Folglich ist es basierend auf zeitlichen Änderungen des sekundären Magnetfelds möglich, die Widerstandsverteilung in der Tiefenrichtung des Bodens zu erhalten.
Die Detektionseinheit 2 enthält eine supraleitende QuanteninterferenzeinrichtungQuanteninterferenzeinrichtung (SQUID; im Folgenden auch als „SQUID“ bezeichnet) 20 und einen FLL-Schaltkreis 22 und detektiert ein Magnetfeld, das gemäß dem Prospektionsziel erzeugt wird. Die Detektionseinheit gibt einen Spannungswert aus, der einem Magnetfeld (Magnetfluss), der in die SQUID 20 eintritt, als ein Messsignal aus. Es sei bemerkt, dass obwohl die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung 1, die eine Detektionseinheit 2 enthält, in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist, eine Mehrzahl von Detektionseinheiten 2 vorgesehen sein können. Ferner, obwohl die Detektionseinheit 2, die mit einer SQUID 20 aufgebaut ist, dargestellt ist, ist es auch möglich, eine Detektionseinheit zu verwenden, die eine Mehrzahl von SQUIDs 20 enthält, die ihren Detektorebenen ermöglichen, entsprechend ausgerichtet zu sein, beispielsweise in einer horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung.
Die A/D-Wandlereinheit 42 wandelt die Spannungswerte (analoge Werte), die von der Detektionseinheit 2 sequentiell detektiert werden, in Digitalwerte um, und gibt die Digitalwerte an die Datenverarbeitungseinheit 3 aus.
Die Datenverarbeitungseinheit 3 sammelt die Detektionsresultate sequentiell, die von der Detektionseinheit 2 erhalten werden und von der A/D-Wandlereinheit 42 ausgegeben werden. Im Besonderen berechnet die Datenverarbeitungseinheit 3 ein Prospektionsresultat durch Auslassen einer Dateneinheit, die einen Fehler aufweist, wobei die Dateneinheit in den Detektionsresultaten enthalten ist, gemäß einem Datenverarbeitungsverfahren, wie es unten beschrieben ist. Es sei bemerkt, dass das berechnete Prospektionsresultat auf einem Display oder dergleichen der Datenverarbeitungseinheit 2 angezeigt wird.
Die Impulsoszillatoreinheit 44 ist aufgebaut, um ein Oszillationssignal (typischerweise ein periodisches Impulssignal) zum Betreiben des Transmitters 46 auszugeben, und imstande zu sein, eine Periode des Oszillationssignals als Antwort auf einen Übertragungsbefehl von der Datenverarbeitungseinheit 3 zu ändern.
Der Transmitter 46 und die Transmitterschleifenspule 48 dienen als eine Übertragungseinheit, die ein Magnetfeld zu einem Prospektionsziel erzeugt. Der Transmitter 46 empfängt ein Oszillationssignal von der Impulsoszillatoreinheit 44 und ermöglicht einem übertragenen Strom, durch die Transmitterschleifenspule 48 zu fließen. Die Transmitterschleifenspule 48 erzeugt ein primäres Magnetfeld, das dem übertragenen Strom entspricht.
(Detektionseinheit)
3 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht der Detektionseinheit 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 3 enthält die Detektionseinheit 2 eine Behältereinheit 24 zum Lagern eines Kühlmittels zum Aufrechterhalten der SQUID 20 in einem supraleitenden Zustand, wobei die SQUID 20 in das Kühlmittel eingetaucht ist, eine Deckeleinheit 28 zum Vermeiden, dass Wärme eindringt, und einen FLL-Schaltkreis 22, der die Deckeleinheit 28 durchdringt und mit der SQUID 20 verbunden ist.
Die SQUID 20 kann mit einem Tieftemperatursupraleiter, der aus einer Niobiumkomponente oder dergleichen gefertigt ist, oder einem Hochtemperatursupraleiter, der aus Keramiken oder dergleichen gefertigt ist, aufgebaut sein. In der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung bezüglich des Aufbaus gegeben, der einen Hochtemperatursupraleiter als ein Beispiel verwendet. Der Hochtemperatursupraleiter wird bei ungefähr 77 K in einen supraleitenden Zustand versetzt, und somit wird Flüssigstickstoff LN2 (Siedepunkt: 77,3 K) als Kühlmittel verwendet. Es sei bemerkt, dass, wenn der Tieftemperatursupraleiter verwendet wird, Flüssighelium (Siedetemperatur: 4,2 K) als Kühlmittel verwendet wird.
Die Behältereinheit 24 ist typischerweise mit einem nicht-leitfähigen Material, wie beispielsweise Glasexpoxid, aufgebaut, und eine Vakuumschicht 26 ist so auf dessen Außenumfang ausgebildet, dass das Eindringen von Wärme von außen in den Behälter verringert wird. Gleichermaßen ist die Deckeleinheit 28 mit einem nicht-leitfähigen Material, wie beispielsweise Glasexpoxid aufgebaut, und ist mit der Behältereinheit 24 mittels einer Schraube oder dergleichen in engen Kontakt gebracht.
4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Prinzips der Magnetfelddetektion mittels der SQUID 20. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Magnetfluss, der in die SQUID 20 eintritt, und einer Ausgabespannung zeigt.
Mit Bezug auf die 4 ist die SQUID 20 aus einem supraleitenden Material gefertigt, das als Schleife ausgebildet ist, und zwei Josephson-Anschlüsse JJ sind an der Schleife ausgebildet. Jeder Josephson-Anschluss JJ ist so aufgebaut, dass ein isolierendes Material zwischen zwei gestapelten supraleitenden Materialien vorgesehen ist, sodass dieser weniger stark eine Eigenschaft eines supraleitenden Materials aufweist, verglichen mit anderen Abschnitten. Folglich bewegen sich in der SQUID 20 Josephson-Anschlüsse JJ am schnellsten von dem supraleitenden Zustand zum normal leitenden Zustand. Mit anderen Worten, wenn Strom, der durch die Schleife fließt, einen bestimmten kritischen Wert übersteigt, wird ein Teil der SQUID 20 in einen normal leitenden Zustand gebracht, sodass die Josephson-Anschlüsse JJ den kritischen Strom definieren.
In dem supraleitenden Zustand bewirkt die SQUID 20 ein Phänomen, bei dem ein Magnetfluss, der durch die SQUID 20 selbst dringt, eliminiert wird (d.h. ein Meissner-Effekt). Genauer gesagt, wenn ein Magnetfluss, der von außen eintritt, die SQUID 20 durchdringt, fließt ein Abschirmungsstrom zum Aufheben des Magnetflusses durch diese. Folglich, wenn ein Vormagnetisierungsstrom ungefähr gleich dem kritischen Strom, bei dem die Josephson-Anschlüsse JJ den supraleitenden Zustand aufrechterhalten können, extern vorgesehen ist, bewirkt das Hinzuaddieren des Abschirmungsstroms zum Aufheben des Magnetflusses, der von außen eintritt, dass ein Teil der Josephson-Anschlüsse JJ in den normal leitenden Zustand gebracht werden, was einen elektrischen Widerstand zur Folge hat. Der elektrische Widerstand hängt von einem Wert des Abschirmungsstroms ab, d.h. einem Betrag des eintretenden Magnetfeldes, und folglich ist es möglich, das Magnetfeld, das an der Detektionseinheit 2 erzeugt wird, durch Messen einer Ausgabespannung, die dem elektrischen Widerstand zugeordnet ist, zu detektieren.
Wie es in 5 gezeigt ist, weist eine Ausgabespannung der SQUID 20 bezüglich des eintretenden Magnetflusses sich wiederholende gleiche Eigenschaften in Einheiten des Flussquants ϕ (=2,07x10^-15 Wb) auf. Folglich können eine Mehrzahl von Betragswerten des Magnetfelds (magnetischer Fluss) einem einzigen Spannungswert entsprechen, sodass ein Betrag des Magnetfelds, das in die SQUID 20 eintritt, basierend auf der Ausgabespannung nicht eindeutig bestimmt werden kann. Folglich wird ein FLL-(Flux Locked Loop)-Schaltkreis 22, wie unten beschrieben, verwendet, um den Betrag des Magnetfeldes zu detektieren.
6 ist ein Diagramm, das einen schematischen Schaltkreisaufbau des FLL-Schaltkreises 22 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 6 stellt der FLL-Schaltkreis 22 der SQUID 20 ein Rückkopplungsmagnetfeld zum Aufheben des externen Magnetfelds, das in die SQUID 20 eintritt, bereit, und misst eine Ausgabespannung der SQUID 20. Genauer gesagt integriert der FLL-Schaltkreis 22 eine Spannung, die über die SQUID 20 erzeugt wird, und gibt die integrierte Spannung aus, und stellt ein Rückkopplungsmagnetfeld, das der integrierten Spannung entspricht, der SQUID 20 bereit, von einer Rückkopplungsspule 21, die in der Nähe zur SQUID 20 angeordnet ist. Mit anderen Worten führt der FLL-Schaltkreis 22 der Rückkopplungsspule 21 einen Strom zu, der einer Spannung entspricht, die von der SQUID 20 erzeugt wird.
Dieses Rückkopplungsmagnetfeld ist zum Aufheben des in die SQUID 20 eintretenden Magnetfelds 20. Unter Verwendung eines solchen Rückkopplungsmagnetfelds, um das in die SQUID 20 eingehende Magnetfeld auf im Wesentlichen Null beizubehalten, ist es möglich, den Messbereich der SQUID 20 zu erweitern, was allein keine genaue Messung eines veränderlichen Magnetfelds ermöglicht, das eine Amplitude aufweist, die den Flussquant ϕ₀ übersteigt. Als solches ist es durch Beibehalten des in die SQUID 20 eintretenden Magnetfelds auf im Wesentlichen Null für die Detektionseinheit 2 möglich, einen Betrag eines sekundären Magnetfelds, das gemäß einem Detektionsziel erzeugt wird, direkt zu messen.
Als ein praktischerer Aufbau enthält der FLL-Schaltkreis 22 einen Differenzialverstärker 221 zum differenziellen Verstärken einer Spannung, die über die SQUID 20 erzeugt wird, Betriebsverstärker 222, 226, einen Kondensator 223, Widerstände 224, 225 und einen variablen Widerstand 227.
Die Betriebsverstärker 222 und der Kondensator 223 bauen einen Integrator auf, und der Integrator weist eine Zeitkonstante τ auf, die von einem Verstärkungsfaktor der Betriebsverstärker 222 und einer Kapazität des Kondensators 223 bestimmt wird. Die Zeitkonstante τ definiert eine Antwortgeschwindigkeit (Änderungsgeschwindigkeit) zum Bedienen des FLL-Schaltkreises. Eine kleinere Zeitkonstante τ veranlasst eine Erhöhung der Antwortgeschwindigkeit und eine Verringerung der Stabilität des FLL-Schaltkreises, und somit wird die Zeitkonstante τ festgelegt, um ein geeigneter Wert in Verbindung mit einer Antwortgeschwindigkeit und Stabilität zu sein. Der Integrator (Betriebsverstärker 222 und der Kondensator 223) gibt ein Messsignal (Spannungssignal) zur SQUID 20 aus. Die Rückkopplungsspule 21 ist mit der Ausgabe des Betriebsverstärkers 222 über den Widerstand 224 verbunden, sodass der Strom, welcher der Spannung entspricht, die von der SQUID 20 erzeugt wird, zur Rückkopplungsspule 22 zugeführt wird.
Ferner sind der variable Widerstand 227, der Betriebsverstärker 226 und der Widerstand 225 zwischen dem Widerstand 224 und der Rückkopplungsspule 21 in Reihe geschaltet, von einer Spannungszufuhrleitung, sodass es möglich ist, eine Feineinstellung eines Initialstroms, der zur Rückkopplungsspule 21 zuzuführen ist, durchzuführen, um ein Nullniveau einer Spannungsausgabe der SQUID 20 einzustellen.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau, kann die Detektionseinheit 2 einen Betrag eines sekundären Magnetfelds direkt messen, das gemäß einem Detektionsziel bei dem Empfang eines primären Magnetfelds erzeugt wird. Es sei bemerkt, dass gemäß der Entsprechung zwischen dem Schaltkreisaufbau des FLL-Schaltkreises 22, der in 6 gezeigt ist, und der Erfindung gemäß den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung, der Differenzialverstärker 221, der Betriebsverstärker 222, der Kondensator 223 und der Widerstand 224 einem „Rückkopplungsschaltkreis“ entsprechen.
7 zeigt eine zeitabhängige Wellenform zum Beschreiben eines übertragenen Stroms in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein erzeugtes sekundäres Magnetfeld. 7(A) zeigt den übertragenen Strom, der zur Transmitterschleifenspule 48 zugeführt wird, 7(B) zeigt ein vermessenes sekundäres Magnetfeld, und 7(C) zeigt eine Zeitableitung des vermessenen sekundären Magnetfelds.
Wie es in 7(A) gezeigt ist, wenn ein impulsförmiger übertragener Strom zur Transmitterschleifenspule 48 zugeführt wird, wird ein sekundäres Magnetfeld, wie es in 7(B) gezeigt ist, erzeugt. Eine Zeitableitung des sekundären Magnetfelds, das in 7(B) gezeigt ist, weist eine Wellenform auf, wie es in 7(C) gezeigt ist. Das herkömmliche Induktionsspulenmagnetometer ist zur Messung einer Zeitableitung des sekundären Magnetfelds, wie es in 7(C) gezeigt ist, vorgesehen, und folglich ist dessen Messtiefe begrenzt. Im Gegensatz dazu kann die Detektionseinheit 2 gemäß der vorliegenden Erfindung den Betrag selbst des sekundären Magnetfelds, das in 7(B) gezeigt ist, messen, und kann folglich ein sekundäres Magnetfeld für eine längere Zeit empfindlich messen. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Widerstandsverteilung in einem tieferen Bereich zu erhalten.
(Arbeitsweise des FLL-Schaltkreises)
Als nächstes wird mit Bezug auf 8 eine Beschreibung bezüglich einer Arbeitsweise des FLL-Schaltkreises und eines Stufenfehlers bzw. Schrittfehlers gegeben, der in einem Messsignal auftritt, das von dem FLL-Schaltkreis ausgegeben wird.
8 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Funktionsprinzips des FLL-Schaltkreises. 8(A) zeigt einen stationären Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt, während 8(B) den Fall zeigt, in dem zeitliche Änderungen des Magnetfelds, welche die Antwortgeschwindigkeit (Änderungsgeschwindigkeit) des FLL-Schaltkreises übersteigen, auf den stationären Zustand, der in 8(A) gezeigt ist, angewendet werden.
Mit Bezug auf 8(A) erzeugt ursprünglich in dem FLL-Schaltkreis in dem stationären Zustand die Rückkopplungsspule 21 (6) ein Rückkopplungsmagnetfeld, um das in die SQUID 20 eintretende externe Magnetfeld aufzuheben. Mit anderen Worten arbeitet die Rückkopplungsspule 21 so, dass ein Rückkopplungsmagnetfeld Bf, das durch sich selbst erzeugt wird, den Magnetfluss veranlasst, in die SQUID 20 einzutreten, um ungefähr gleich einem externen Magnetfluss Φin, der in die SQUID 20 eintritt, zu sein (wobei der externe Magnetfluss einem Produkt aus einem externen Magnetfeld Bin und einem effektiven Querschnittsbereich Aeff entspricht). Der FLL-Schaltkreis gibt anschließend eine Spannung, die dem Strom zum Erzeugen des Rückkopplungsmagnetfelds Bf entspricht, als ein Messsignal aus. Als solches wird ein Messsignal, das dem externen Magnetfeld Bin, das in die SQUID 20 eintritt, entspricht, erhalten.
In einem solchen stationären Zustand steuert zum Zweck des Erhaltens der höchsten Empfindlichkeit der FLL-Schaltkreis den Strom, der zur Rückkopplungsspule 21 zuzuführen ist, so, dass eine Ausgabespannung der SQUID 20 an einer Position beibehalten wird, bei der dV/dϕ den Maximalwert in der Beziehung zwischen dem Magnetfluss, der in die SQUID 20 eintritt, und der Ausgabespannung (d.h. in der ϕ-V-Eigenschaft der SQUID 20) annimmt. Im Folgenden wird eine solche Position auch als Sperrpunkt LOCK1 bezeichnet, und eine Funktionsweise zum Beibehalten des Sperrpunkts LOCK1 wird auch als ein Sperrbetrieb des FLL-Schaltkreises bezeichnet.
In dem Sperrbetrieb, wie es oben beschrieben ist, wird der Fall berücksichtigt, in dem das externe Magnetfeld sich von Bin um ΔBin zeitlich geändert hat. Es sei bemerkt, dass eine zeitliche Änderung von Bin/Δt des externen Magnetfelds gleich oder kleiner als die Antwortgeschwindigkeit (Änderungsgeschwindigkeit) des FLL-Schaltkreises ist. In diesem Fall, aufgrund des Sperrbetriebs des FLL-Schaltkreises, wird auch das Rückkopplungsmagnetfeld Bf um ΔBf erhöht. Mit Erhöhung des Rückkopplungsmagnetfelds Bf wird der Magnetfluss, der in die SQUID 20 eintritt, im Wesentlichen zu Null, sodass der Sperrpunkt LOCK1 beibehalten wird.
Als nächstes wird mit Bezug auf 8(B) der Fall betrachtet, bei dem das externe Magnetfeld Bin eine zeitliche Änderung ΔBin/Δt bewirkt, welche die Antwortgeschwindigkeit des FLL-Schaltkreises während des oben beschriebenen Sperrbetriebs übersteigt. Auch in diesem Fall versucht mit der Erhöhung des externen Magnetfelds Bin der FLL-Schaltkreis das Rückkopplungsmagnetfeld Bf zu erhöhen. Allerdings ist die Erhöhungsrate des Rückkopplungsmagnetfelds Bf kleiner als die Rate der Erhöhung des externen Magnetfelds Bin, was ein Einbringen eines externen Magnetfelds zur Folge hat, das über die das Vermögen der Rückkopplungsfunktion des FLL-Schaltkreises hinausgeht. Als Folge davon wird der Sperrpunkt von LOCK1 nach LOCK2 stufenweise bzw. schrittweise verschoben und geht folglich über den lokalen Maximalwert der sinusförmigen Wellenform hinaus, der rechts von LOCK1 positioniert ist, sodass die Rückkopplungsspule eine Sperrung bei LOCK2 ausführt, die um ϕ₀ größer als LOCK1 ist. Infolgedessen muss der FLL-Schaltkreis ein Magnetfeld erzeugen, das durch Hinzuaddieren von ϕ₀, was als eine Magnetflussdifferenz zwischen LOCK1 und LOCK2 identifiziert wird, zum in die SQUID 20 eintretenden externen Magnetfeld erhalten wird, was eine schrittweise Verschiebung des Sperrpunkts von LOCK1 nach LOCK2 zur Folge hat. Als Folge davon wird auch das Messsignal, das von dem FLL-Schaltkreis ausgegeben wird, auch stufenweise in Einheiten geändert, die dem Flussquant ϕ₀ entsprechen. Mit anderen Worten ändert sich das Messsignal von dem FLL-Schaltkreis stufenweise um einen Betrag einer Spannung, die von der SQUID 20 erzeugt wird, gemäß dem Flussquant ϕ_0. Es sei bemerkt, dass in der folgenden Beschreibung eine solche schrittweise Verschiebung des Sperrpunkts auch als eine „Versetzung“ bezeichnet wird.
Die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt ein Prospektionsresultat aus, das elektrische Eigenschaften eines Prospektionsziels zeigt, während die Daten eliminiert werden, in denen eine solche Stufenänderung bzw. Schrittänderung auftritt, die in dem Messsignal enthalten sind.
(Verfahren zum Eliminieren von Daten, in denen eine Versetzung auftritt)
Als nächstes wird unter Verwendung der 9 und 10 eine Beschreibung bezüglich eines periodisch veränderlichen Magnetfelds (primäres Magnetfeld), das von der Transmitterschleifenspule 48 erzeugt wird, und eines Magnetfelds, das von der Detektionseinheit 2 detektiert wird, gegeben.
9 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Wellenform eines Magnetfelds zeigt, das in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. 9(A) zeigt eine Wellenform des übertragenen Stroms, dem ermöglicht wird, durch die Transmitterschleifenspule 48 zu treten, während 9(B) ein Messsignal zeigt, das an der SQUID 20 gemessen wird.
Mit Bezug auf 9(A) wird eine zeitliche Wellenform des primären Magnetfelds, das an der Transmitterschleifenspule 48 erzeugt wird, als eine Impulswellenform identifiziert, in der ein Impuls der positiven Richtung und ein Impuls der negativen Richtung periodisch wiederholt werden, wobei ein Nullbereich dazwischen vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Zeitperiode, die bei der Erzeugung des Impulses der positiven Richtung beginnt und bei der Erzeugung des nächsten Impulses der negativen Richtung endet, als eine Periode des primären Magnetfelds festgelegt. Wie bei dem primären Magnetfeld, das in 9(B) gezeigt ist, wird ein Magnetfeld, das durch Kombinieren eines sekundären Magnetfelds, das gemäß einem Prospektionsziel erzeugt wird, und des primären Magnetfelds, das an der Transmitterschleifenspule 48 erzeugt wird, an der SQUID 20 detektiert. Um diese Magnetfelder zu trennen, werden die Timings bzw. Zeitpunkte, an denen ein Impuls der positiven Richtung und ein Impuls der negativen Richtung unterbrochen sind, d.h. der Zeitpunkt bzw. das Timing, an dem ein Impuls der positiven Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren, und der Zeitpunkt bzw. das Timing, an dem ein Impuls der negativen Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren, als Referenztimings bzw. Referenzzeitpunkte festgelegt. Basierend auf einem Messsignal, das von der SQUID 20 nach jedem der Referenzzeitpunkte ausgegeben wird, werden elektrische Eigenschaften des Prospektionsziels gemessen.
Das liegt daran, dass das primäre Magnetfeld während einer Zeitperiode auf Null beibehalten wird, die von einem Referenzzeitpunkt zur Erzeugung des nächsten Impulses dauert, und somit weist das Magnetfeld, das an der SQUID 20 gemessen wird, lediglich eine Komponente des sekundären Magnetfelds auf.
10 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Wellenform eines Messsignals, das von der SQUID 20 ausgegeben wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 10(A) zeigt den Fall, in dem keine Versetzung auftritt, während 10(B) den Fall zeigt, in dem eine Versetzung auftritt.
Die 11 und 12 sind Diagramme, die jeweils eine zeitliche Wellenform eines Beispiels eines Messsignals zeigen, das von dem FLL-Schaltkreis gemäß der Ausführungsform der vorliegenden ausgegeben wird. Die 11 und 12 zeigen hauptsächlich ein Messsignal, das dem sekundären Magnetfeld in 10 entspricht, und zeigen kein Messsignal, das dem primären Magnetfeld entspricht. Es sei bemerkt, dass ein positives Messsignal und ein negatives Messsignal aufgrund der Softwareverarbeitung nicht notwendigerweise auf eine abwechselnde Weise angezeigt werden.
11 zeigt den Fall, in dem keine Versetzung auftritt, während 12(A) den Fall zeigt, in dem eine Versetzung häufig auftritt. 12(B) ist diejenige, die einen Teil der Wellenform in 12(A) auf eine vergrößerte Weise zeigt.
Mit Bezug auf 10(A) konvergiert in dem Zustand, in dem keine Versetzung auftritt, eine Ausgabe eines Messsignals, das in einem Zeitraum erhalten wird, in dem die Transmitterschleifenspule 48 kein primäres Magnetfeld erzeugt, zu einem bestimmten Referenzwert.
Demgegenüber, mit Bezug auf 10(B), wenn eine Versetzung auftritt, aufgrund der Änderungen des Magnetfelds, die beispielsweise im Zusammenhang mit der Unterbrechung eines Impulses der positiven Richtung bewirkt werden, weicht die gesamte Wellenform nach dem Zeitpunkt, an dem die relevante Versetzung auftritt, ab. Mit anderen Worten, wenn eine Versetzung auftritt, weicht die gesamte Wellenform von dem Referenzwert um einen vorbestimmten Versetzungsbetrag ab.
Wie es in 12(A) und 12(B) gezeigt ist, wenn eine Versetzung auftritt, wird beobachtet, dass ein Teil des Messsignals von dem Referenzwert in einer Zeitperiode abweicht, in der kein primäres Magnetfeld erzeugt wird (eine Intensität des primären Magnetfelds ist Null).
Genauer gesagt, wie es in 10(B) gezeigt ist, ist es möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Versetzung durch Bestimmen, bezüglich der gleichen Periode des primären Magnetfelds, ob oder ob nicht ein Absolutwert |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| einer Differenz zwischen einem Intensitätswert V1^(p), der vor einer Zeitperiode T1 von dem Referenztiming für einen Impuls der positiven Richtung erhalten wird, und einem Intensitätswert V1⁽ⁿ⁾, der vor der Zeitperiode T1 von dem Referenztiming für einen Impuls der negativen Richtung erhalten wird, von dem Referenzwert um einen Betrag, der größer als ein bestimmter Schwellenwert Th1 ist, stark abweicht.
Mit anderen Worten, wenn eine Versetzung in der Zielperiode auftritt, weicht |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾|von dem Referenzwert in Einheiten eines Spannungswerts, der dem Flussquant ϕ₀ entspricht, ab. Folglich ist es möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Versetzung durch Vergleichen von |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| mit dem Schwellenwert Th1 zu bestimmen, der gemäß einem Spannungswert, der von der SQUID 20 erzeugt wird, bei Empfang eines einzelnen Flussquants ϕ₀ bestimmt wird.
Es sei bemerkt, dass die Zeitperiode T1 gemäß der Zeit festgelegt wird, die für einen Anstieg des primären Magnetfelds von Null auf eine bestimmte Amplitude erforderlich ist und stabil wird, zusätzlich zu einer gewünschten Tiefe, die zu untersuchen ist.
Gleichermaßen ist es auch möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Versetzung zu bestimmen, durch Bestimmen, bezüglich der gleichen Periode des primären Magnetfelds, ob oder ob nicht ein Absolutwert |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| einer Differenz zwischen einem Intensitätswert V2^(p), der nach dem Ablauf einer Zeitperiode T2 von dem Referenztiming bzw. Referenzzeitpunkt für einen Impuls der positiven Richtung erhalten wird, und einem Intensitätswert V2⁽ⁿ⁾, der nach Ablauf einer Zeitperiode T2 von dem Referenztiming bzw. Referenzzeitpunkt für einen Impuls der negativen Richtung erhalten wird, stark von dem Referenzwert abweicht, um einen Betrag, der größer als ein bestimmter Schwellenwert Th2 ist.
Mit anderen Worten, wenn eine Versetzung in einer Zielperiode auftritt, weicht |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| von dem Referenzwert in Einheiten eines Spannungswert ab, der dem Flussquant ϕ₀ entspricht. Folglich ist es möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Versetzung zu bestimmen, durch Vergleichen von |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| mit dem Schwellenwert Th2, der vorbestimmt ist, gemäß einem Spannungswert, der von der SQUID 20 erzeugt wird, beim Empfang eines einzelnen Flussquants ϕ₀.
Es sei bemerkt, dass die Zeitperiode T2 so festgelegt ist, dass ein sekundäres Magnetfeld an einem Prospektionsziel in einen vollständig gedämpften Zustand gebracht wird.
In beiden der zwei oben beschriebenen Fällen tritt eine Sperrabweichung auf. Folglich ist es notwendig, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Versetzung basierend sowohl auf dem Absolutwert |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| als auch |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| der Differenzen zu bestimmen.
Im Folgenden wird eine Beschreibung bezüglich des Aufbaus zum Implementieren einer solchen Verarbeitung gegeben.
(Datenverarbeitungseinheit)
13 ist ein schematisches Diagramm, das einen schematischen Hardwareaufbau der Datenverarbeitungseinheit 3 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 13 wird eine Datenverarbeitungseinheit 3 typischerweise mittels eines Computers implementiert, und diese enthält eine CPU (Zentralrecheneinheit) 300 zum Ausführen verschiedener Programme, umfassend ein Betriebssystem (OS: Betriebssystem), eine Speichereinheit 312 zum vorübergehenden Speichern von Daten, die zur Ausführung der Programme in der CPU notwendig sind, und eine Festplatteneinheit (HDD) 310 zum Speichern der Programme, die in der CPU 300 ausgeführt werden, auf eine nicht flüchtige Weise. Ferner speichert die Festplatteneinheit 310 im Voraus ein Programm zum Implementieren der Verarbeitung, wie es unten beschrieben ist, und ein solches Programm wird von einer flexiblen Disk 316a, einer CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) 314a und dergleichen, mittels eines FD-Laufwerks 316 und eines CD-ROM-Laufwerks 314 entsprechend ausgelesen.
Die CPU 300 empfängt Befehle von einem Benutzer oder dergleichen über eine Eingabeeinheit 308, die aus einer Tastatur oder einer Maus aufgebaut ist, und gibt an eine Displayeinheit 304 ein Messresultat oder dergleichen aus, das durch die Ausführung der Programme gemessen wird. Ferner empfängt die CPU 300 ein Detektionsresultat von der A/D-Wandlereinheit 42 über eine Schnittstelleneinheit 306 und stellt einen Übertragungsbefehl zur Impulsoszillatoreinheit 44 bereit.
(Steuerstruktur)
Als nächstes wird mit Bezug auf 14 eine Beschreibung bezüglich einer Steuerstruktur zum Implementieren der Datenverarbeitung in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerstruktur zeigt, welche eine Datenverarbeitung in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft. Es sei bemerkt, dass das Blockdiagramm, das in 14 gezeigt ist, mittels der CPU 300 (13) in der Datenverarbeitungseinheit 3 implementiert ist, welche die Programme, die im Voraus in der Festplatteneinheit 310 oder dergleichen abgespeichert sind, in die Speichereinheit 312 oder dergleichen lädt und die Programme ausführt.
Mit Bezug auf 14 enthält die Datenverarbeitungseinheit 3 eine Übertragungssteuereinheit 352, eine Puffereinheit 354, eine Datenspeichereinheit 370, eine Versetzungseliminierungseinheit 350, eine Normalisierungseinheit 360 und eine Ausgabeeinheit 362 als deren Funktionen. Es sei bemerkt, dass die Datenspeichereinheit 370 in einem bestimmten Bereich, wie beispielsweise einer Festplatteneinheit 310 (13), vorgesehen ist.
Die Übertragungssteuereinheit 352 und die Puffereinheit 354 messen ein sekundäres Magnetfeld, das eine Antwort von dem Prospektionsziel ist. Genauer gesagt, wenn Startbefehle von einem Benutzer empfangen werden, stellt die Übertragungssteuereinheit 352 einen Übertragungsbefehl der Impulsoszillatoreinheit 44 (1) bereit und überträgt Synchronisierungsinformationen bezüglich des primären Magnetfelds, das an der Transmitterschleifenspule 48 erzeugt wird, zur Puffereinheit 354, gemäß einer bestimmten Einstellung. Mit anderen Worten stellt ein Benutzer die Detektionseinheit 2 auf einer gewünschten Zielprospektionsseite bereit und bedient anschließend die Eingabeeinheit 308 (13), um einen Prospektionsstartbefehl der Datenverarbeitungseinheit 3 ( 1) bereitzustellen. Die Übertragungssteuereinheit 352 stellt anschließend einen Übertragungsbefehl gemäß der bestimmten Einstellung der Impulsoszillatoreinheit 44 bereit, und die Impulsoszillatoreinheit 44 beginnt damit, übertragenen Strom der Transmitterschleifenspule 48 zuzuführen.
Die Puffereinheit 354 speichert nacheinander Detektionsresultate von der Detektionseinheit 2 in der Datenspeichereinheit 370; indem jedes Detektionsresultat mit den entsprechenden Synchronisationsinformationseinheiten bezüglich des primären Magnetfelds, das von der Übertragungssteuereinheit 352 bereitgestellt wird, assoziiert wird. Hier sind die Detektionsresultate sequentielle zeitliche Dateneinheiten bezüglich der Magnetfeldintensität, die typischerweise von der SQUID 20 detektiert wird.
Die Versetzungseliminierungseinheit 350 ist ein bildendes Element zum Eliminieren einer zeitlichen Dateneinheit, in der eine Versetzung auftritt, und enthält eine Extraktionseinheit 356 und eine Bestimmungseinheit 358.
Die Extraktionseinheit 356 extrahiert sukzessive bzw. nacheinander zeitliche Dateneinheiten, wobei jede eine Länge von wenigstens einer Periode des primären Magnetfelds aufweist, von den Detektionsresultaten, die in der Datenspeichereinheit 370 gespeichert sind. Die Extraktionseinheit 356 gibt die zeitlichen Dateneinheiten, die auf eine solche Weise extrahiert wurden, zur Bestimmungseinheit 358 nacheinander aus.
Die „zeitliche Dateneinheit“ betrifft in der vorliegenden Spezifikation eine Dateneinheit, die eine bestimmte Länge aufweist und eine zeitliche Änderung der Magnetfeldintensität zeigt, die von der SQUID 20 detektiert wird, wobei die zeitliche Änderung einer oder mehreren Perioden entspricht. Mit anderen Worten dient die „zeitliche Dateneinheit“ als eine Basiseinheit der Datenverarbeitung, betreffend die elektromagnetische Prospektierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Es sei bemerkt, dass die „zeitliche Dateneinheit“ vorzugsweise so extrahiert wird, dass sie eine Länge gleich einem integralen Vielfachen der Periode des primären Magnetfelds ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die „zeitliche Dateneinheit“ so extrahiert, dass diese einer Länge von einer Periode des primären Magnetfelds entspricht.
Die Bestimmungseinheit 358 führt die Bestimmungsverarbeitung, wie es in 10(B), die oben beschrieben ist, gezeigt ist, auf jeder der zeitlichen Dateneinheiten aus. Mit anderen Worten erhält bezüglich jeder der zeitlichen Dateneinheiten die Bestimmungseinheit 358 einen Intensitätswert V1^(p), der vor der Zeitperiode T1 an dem Referenzzeitpunkt für einen Impuls der positiven Richtung erhalten wird, und einen Intensitätswert V1⁽ⁿ⁾, der vor der Zeitperiode T1 an dem Referenzzeitpunkt für einen Impuls der negativen Richtung erhalten wird. Die Bestimmungseinheit 358 vergleicht anschließend den Absolutwert |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| einer Differenz zwischen diesen Intensitätswerten mit einem bestimmen Schwellenwert Th1. Ferner, wenn |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| den Schwellenwert Th1 übersteigt, bestimmt die Bestimmungseinheit 358, dass eine Versetzung in der relevanten zeitlichen Dateneinheit auftritt und behandelt folglich sowohl positive als auch negative Dateneinheiten darin als ungültige Dateneinheiten.
Ferner erhält bezüglich jeder der zeitlichen Dateneinheiten die Bestimmungseinheit 358 einen Intensitätswert V2^(p), der nach Ablauf einer Zeitperiode T2 an dem Referenztiming für einen Impuls der positiven Richtung erhalten wird, und den Intensitätswert V2⁽ⁿ⁾, der nach Ablauf der Zeitperiode T2 an dem Referenztiming für einen Impuls der negativen Richtung erhalten wird. Die Bestimmungseinheit 358 vergleicht anschließend den Absolutwert |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| einer Differenz zwischen diesen Intensitätswerten mit einem bestimmten Schwellenwert Th2. Ferner, wenn |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| den Schwellenwert Th2 übersteigt, bestimmt die Bestimmungseinheit 358, dass eine Versetzung in der relevanten zeitlichen Dateneinheit auftritt und behandelt folglich sowohl positive als auch negative Dateneinheiten darin als ungültige Dateneinheiten. Nach dem Ausführen der oben beschriebenen Verarbeitung gibt die Bestimmungseinheit 358 nur die zeitlichen Dateneinheiten zur Normalisierungseinheit 360 aus, die nicht als ungültig identifiziert wurden. Mit anderen Worten eliminiert die Bestimmungseinheit 358 eine zeitliche Dateneinheit, in der eine Versetzung auftritt, aus einer Mehrzahl von zeitlichen Dateneinheiten, die nacheinander in der Extraktionseinheit 356 erzeugt werden.
Die Normalisierungseinheit 360 normalisiert die Mehrzahl der zeitlichen Dateneinheiten, die von der Bestimmungseinheit 358 ausgegeben werden, mit einem Wert des Stroms, dem erlaubt wird, durch die Transmitterschleife zu treten, um die entsprechenden zeitlichen Dateneinheiten zu erhalten, und gibt die normalisierten zeitlichen Dateneinheiten zur Ausgabeeinheit 362 aus.
Basierend auf der Mehrzahl von zeitlichen Dateneinheiten, die von der Normalisierungseinheit 360 ausgegeben werden, gibt die Ausgabeeinheit 362 ein Prospektionsresultat aus, das als zeitliche Daten identifiziert wird, die bezüglich dieser zeitlichen Dateneinheiten repräsentativ sind. Genauer gesagt berechnet die Ausgabeeinheit 362 ein Messresultat durch Mitteln der Intensitätswerte für den gleichen Zeitpunkt auf jeder Zeitbasis in diesen zeitlichen Dateneinheiten.
15 ist ein Diagramm, das ein Vergleichsresultat zwischen einem Messresultat, das von der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird, und einem Messresultat, in dem herkömmlichen Beispiel.
15(A) zeigt ein Beispiel eines Prospektionsresultats, das von der herkömmlichen elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung ausgegeben wird, während 15(B) ein Beispiel eines Prospektionsresultats zeigt, das von der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgegeben wird.
Wie es in 15(A) gezeigt ist, wenn die Dateneinheit, in der eine Versetzung auftrat, nicht eliminiert wurde, wird gefunden, dass Dateneinheiten in einer Zeitdomäne später als das Referenztiming fehlen. Das liegt daran, dass eine Intensität des primären Magnetfelds erhöht wurde, um die Daten in einer tieferen Region zu erhalten (in einer Zeitdomäne später als das Referenztiming), wobei ein Fehler in dem Messresultat aufgrund einer Versetzung auftrat, sodass ein Prospektionsresultat mit ausreichend hoher Genauigkeit nicht erhalten werden konnte.
Demgegenüber, wie es in 15(B) gezeigt ist, ist es mit der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Prospektionsresultat durch Eliminieren eines Fehlers aufgrund einer Versetzung, die verursacht wird, wenn das primäre Magnetfeld erhöht wird, zu erzeugen. Es ist folglich möglich, ein Prospektionsresultat zu erhalten, das eine größere Genauigkeit aufweist. Ferner, wenn eine Dateneinheit, in der keine Versetzung auftritt, in irgendeiner der Perioden während der Messung, die mehrere Male durchgeführt wird, erhalten werden kann, ist es möglich, das Prospektionsresultat basierend auf der relevanten Dateneinheit zu berechnen, in der keine Versetzung auftritt, selbst wenn das Verhältnis einer solchen Dateneinheit zu allen Dateneinheiten sehr klein ist. Dadurch ist es möglich, Daten aus einem tieferen Bereich zu erhalten.
(Verarbeitungsprozedur)
Die Verarbeitungsprozedur der Steuerstruktur, wie es oben beschrieben ist, wird in einem Flussdiagramm umfassend wie folgt dargestellt.
16 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsprozedur in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 16 ist die Detektionseinheit 2 anfänglich an einer Zielprospektionsposition (Schritt S100) platziert. Wenn die CPU 300 in der Datenverarbeitungseinheit 3 Startbefehle von einem Benutzer empfängt, gibt die CPU 300 einen Übertragungsbefehl zur Oszillatoreinheit 43 gemäß einer vorbestimmten Einstellung aus (Schritt S102). Als Antwort auf den Übertragungsbefehl beginnt die Oszillatoreinheit 44 mit der Erzeugung eines Impulssignals. Als Antwort auf das Impulssignal beginnt der Transmitter 46 mit dem Zuführen eines bestimmten übertragenen Stroms zur Transmitterschleifenspule 48. Ferner beginnt mit diesem übertragenen Strom die Transmitterschleifenspule 48 mit der Erzeugung eines primären Magnetfelds (Schritt S104). Mit diesem primären Magnetfeld tritt ein sekundäres Magnetfeld auf, das einem Prospektionsziel entspricht.
Ferner speichert die CPU 300 sukzessive Detektionsresultate von der Detektionseinheit 2 in der Datenspeichereinheit 370 durch Veranlassen, dass jedes Detektionsresultat mit Synchronisationsinformationseinheiten bezüglich des primären Magnetfelds assoziiert wird (Schritt S106). Die CPU 300 bestimmt anschließend ob oder ob nicht die Detektionsresultate über eine bestimmte Zeitperiode erhalten wurden (Schritt S108). Wenn die Detektionsresultate nicht über eine bestimmte Zeitperiode erhalten wurden (NEIN in Schritt S108) werden die Schritte in Schritt S106 und der folgende Schritt wiederholt.
Demgegenüber, wenn die Detektionsresultate über eine bestimmte Zeitperiode erhalten wurden (JA in Schritt S108) liest die CPU 300 die Detektionsresultate, die in der Festplatteneinheit 310 gespeichert sind, aus, und erzeugt nacheinander bzw. sukzessive zeitliche Dateneinheiten auf einer Periode-zu-Periode-Basis des primären Magnetfelds (Schritt S110). Bezüglich jeder der erzeugten zeitlichen Dateneinheiten extrahiert die CPU 300 den Intensitätswert V1^(p), der vor der Zeitperiode T1 an dem Referenztiming für einen Impuls der positiven Richtung erhalten wurde, und den Intensitätswert V1⁽ⁿ⁾, der vor der Zeitperiode T1 an dem Referenztiming für einen Impuls der negativen Richtung erhalten wurde (Schritt S112). Die CPU 300 bestimmt anschließend ob oder ob nicht der Absolutwert |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| einer Differenz zwischen diesen Intensitätswerten einen bestimmten Schwellenwert Th1 übersteigt (S114).
Wenn |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| den Schwellenwert Th1 nicht übersteigt (NEIN in Schritt S114) extrahiert die CPU 300 den Intensitätswert V2^(p), der nach Ablauf der Zeitperiode T2 an dem Referenztiming für einen Impuls der positiven Richtung erhalten wurde, und den Intensitätswert V2⁽ⁿ⁾, der nach Ablauf der Zeitperiode T2 an dem Referenztiming für einen Impuls der negativen Richtung erhalten wurde (Schritt S116). Die CPU bestimmt anschließend ob und oder ob nicht der Absolutwert |V2^(p)-V2⁽ⁿ⁾| einer Differenz zwischen diesen Intensitätswerten den Schwellenwert Th2 übersteigt (Schritt S118). Wenn |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| den Schwellenwert Th2 nicht übersteigt (NEIN in Schritt S118), bestimmt die CPU 300 dass die relevante zeitliche Dateneinheit gültig ist (Schritt S120).
Auf der anderen Seite, wenn |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾|den Schwellenwert Th1 übersteigt (JA in Schritt S114) oder |V1^(p)-V1⁽ⁿ⁾| den Schwellenwert Th2 übersteigt (JA in Schritt S118) bestimmt die CPU 300, dass die relevante zeitliche Dateneinheit ungültig ist (Schritt S122).
Als nächstes normalisiert die CPU 300 die relevante zeitliche Dateneinheit mit einem Wert des Stroms, dem erlaubt wird, durch die Transmitterschleife zu treten (Schritt S124).
Die CPU 300 bestimmt anschließend ob oder ob nicht die Verarbeitung auf allen zeitlichen Dateneinheiten, die aus den Detektionsresultaten erzeugt wurden, ausgeführt wurde (Schritt S126). Wenn die Verarbeitung noch nicht auf allen erzeugten temporären Dateneinheiten ausgeführt wurde (NEIN in Schritt S126), werden die Verarbeitung in Schritt S112 und die folgenden Schritte wiederholt.
Wenn die Verarbeitung auf allen erzeugten zeitlichen Dateneinheiten ausgeführt wurde (JA in Schritt S126), berechnet die CPU 300 ein Prospektionsresultat durch Mitteln der Intensitätswerte für den gleichen Zeitpunkt auf jeder Zeitbasis (Schritt S128). Schließlich gibt die CPU 300 das Prospektionsresultat, das in Schritt S128 berechnet wurde, aus (Schritt S130). Es sei bemerkt, dass die CPU 300 beispielsweise die Displayeinheit 304, um zu ermöglichen, dass dieses Prospektionsresultat visuell angezeigt wird, oder die Festplatteneinheit 310, um zu ermöglichen, dass die Daten bezüglich dieses Prospektionsresultats gespeichert werden, beispielsweise, als ein Ziel des Prospektionsresultats auswählt.
Es sei bemerkt, dass, wenn eine Mehrzahl von Messpunkten festgelegt ist, um ein Prospektionsziel mit höherer Genauigkeit zu studieren, kann die Verarbeitung in den Schritten S100-S108 in dem Flussdiagramm, das in 16 gezeigt ist, an jedem Messpunkt im Voraus ausgeführt werden kann, und anschließend kann die Verarbeitung betreffend die Schritte S110 bis S130 als Batch-Verarbeitung danach ausgeführt werden.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, selbst einen Betrag des zweiten Magnetfelds, das von dem primären Magnetfeld erzeugt wird, das von der Transmitterschleifenspule 48 erzeugt wird, gemäß einem Prospektionsziel zu messen. Folglich ist es möglich, einen tieferen Bereich zu prospektieren, verglichen mit dem Aufbau, der ein herkömmliches Induktionsspulenmagnetometer verwendet, das eine Zeitableitung des sekundären Magnetfelds misst.
Im Besonderen wird eine Bestimmung bezüglich der Anwesenheit oder Abwesenheit des Auftretens einer Versetzung auf den zeitlichen Dateneinheiten des sekundären Magnetfelds, gemessen mittels der Detektionseinheit 2, durchgeführt, und ein Prospektionsresultat wird durch Eliminieren einer zeitlichen Dateneinheit berechnet, die mit einer Versetzung behaftet bestimmt wird. Dadurch ist es möglich, eine zeitliche Dateneinheit, in der keine Versetzung auftritt, aus den zeitlichen Dateneinheiten selektiv zu extrahieren, welche entsprechende Perioden von zeitlichen Wellenformen des primären Magnetfelds zeigen, und folglich ist es möglich, ein genaues Prospektionsresultat zu berechnen. Mit anderen Worten kann das Auftreten einer Versetzung bis zu einer bestimmten Frequenz akzeptiert werden, sodass es möglich ist, eine Intensität des primären Magnetfelds zu erhöhen. Folglich ist es möglich, eine Intensität des primären Magnetfelds weiter zu erhöhen und Daten aus einem tieferen Bereich zu erhalten.
[Modifikation]
Unter Verwendung einer Detektionseinheit, die weniger wahrscheinlich von Hochfrequenzgeräuschen in der elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform beeinflusst wird, ist es möglich, ein elektromagnetisches Prospektieren mit einer höheren Genauigkeit durchzuführen.
17 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht einer Detektionseinheit 2A gemäß einer Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 17 ist die Detektionseinheit 2A eine Modifikation der Detektionseinheit 2, die in 3 gezeigt ist, die durch zusätzliches Bereitstellen eines Abschirmungselements 30 erhalten wird, das angeordnet ist, um eine externe Oberfläche der Behältereinheit 24 und der Deckeleinheit 28 abzudecken, und eines Harzelements 32, das auf eine Außenoberfläche des Abschirmungselements 30 aufgebracht ist.
Das Abschirmungselement 30 ist aus einem leitfähigen Metall gefertigt, wobei ein typisches Beispiel davon Silber ist, und blockiert Hochfrequenzgeräusche, die bezüglich der Vorrichtung von draußen eintreten. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Abschirmungselement 30 beispielsweise aus einer Silberpaste ausgebildet, die auf die Behältereinheit 24 und die Deckeleinheit 28 aufgebracht ist. Genauer gesagt wird durch Sprayen einer leitfähigen Paste (beispielsweise eine Silberpaste), die aus einem Harz gefertigt ist, in das ein leitfähiges Pulver eingemischt ist, auf die externe Oberfläche der Behältereinheit 24 und der Deckeleinheit 28 mit einer Sprühpistole, die Silberpaste auf die relevante externe Oberfläche aufgebracht. Dadurch kann, selbst wenn die externe Oberfläche der Behältereinheit 24 und der Deckeleinheit 28 Unregelmäßigkeiten aufweist, die Silberpaste gleichförmig auf die relevante externe Oberfläche mit vorteilhafter Verarbeitbarkeit aufgebracht werden. Folglich kann eine gewünschte Abschirmungsperformanz sichergestellt werden. Es sei bemerkt, dass eine Silberpastenbeschichtung auch auf die Behältereinheit 24 und die Deckeleinheit 28 mittels Vakuumverdampfung, Zerstäuben und dergleichen aufgebracht werden kann.
Die Dicke des Abschirmungselements 30 wird so bestimmt, dass eine vorteilhafte Abschirmungsperformanz gegen Hochfrequenzgeräusche bereitgestellt wird und dass das Auftreten eines Wirbelstroms in dem Abschirmungselement 30 bei einer gewünschten Frequenz unterdrückt wird (ungefähr 100 kHz).
Das Harzelement 32 ist typischerweise aus Epoxidharz gefertigt und deckt das Abschirmungselement 30 ab, um dadurch zu vermeiden, dass das Abschirmungselement 30 aufgrund des Kontakts mit der äußeren Umgebung abblättert. Es sei bemerkt, dass ein Teil des Harzelements 32 mit einer Öffnung vorgesehen ist, durch die das Abschirmungselement 30 mit der Erde des FLL-Schaltkreises 33 kurzgeschlossen ist.
In dem vorliegenden Aufbau wird durch Abdecken bzw. Beschichten der Behältereinheit 24 und der Deckeleinheit 28 der Detektionseinheit 2 mit dem Abschirmungselement 30 der Einfluss von Hochfrequenzgeräuschen eliminiert, wodurch es möglich wird, einen instabilen Betrieb der Detektionseinheit 2 zu vermeiden.
Andere Teile sind gleich denen der Detektionseinheit 2, die in 3 gezeigt ist, sodass die detaillierte Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Ferner, wie es oben beschrieben ist, wird bestätigt, dass die Anwesenheit oder Abwesenheit des Abschirmungselements 30 keinen Einfluss auf die Daten hatte, die erhalten wurden, wenn ein elektromagnetisches Prospektieren ausgeführt wurde.
18 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Wirkung des Abschirmungselements auf die Detektionsresultate der Detektionseinheit 2. 18(A) ist eine zeitliche Wellenform eines Messsignals in dem Fall, in dem die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung 1 gemäß der Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, um ein elektromagnetisches Prospektieren auszuführen. Zum Vergleich zeigt 18(B) eine zeitliche Wellenform eines Messsignals in dem Fall, in dem die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung, in der die Detektionseinheit 2 kein Abschirmungselement 30 aufweist, verwendet wurde, um das elektromagnetische Prospektieren auszuführen. Es sei bemerkt, dass beide zeitlichen Wellenformen als ein Messsignal von der Detektionseinheit 2 erhalten wurden, wenn die Transmitterschleifenspule 48 eine Größe von 100 m x 100 m aufwies, ein übertragener Stromwert auf 0,3 A eingestellt wurde und eine Übertragungsfrequenz auf 25 Hz eingestellt wurde.
Wenn 18(A) mit 18(B) verglichen wird, wird beobachtet, dass die zeitlichen Wellenformen der Messsignale ungefähr gleich sind. Im Besonderen wird kein Unterschied zwischen den Resultaten in früheren Zeitperioden beobachtet, deren Möglichkeit, beeinflusst zu werden, in Betracht gezogen wurde. Folglich kann das Abschirmungselement 30 als effektiv für das Eliminieren eines Einflusses von Hochfrequenzgeräuschen angesehen werden.
Es sollte verstanden werden, dass die Ausführungsform, die hierin offenbart ist, beispielhaft ist und nicht in allen Aspekten beschränkend ist. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die obige Beschreibung festgelegt, sondern vom Gegenstand der Ansprüche, und es ist beabsichtigt, dass diese alle Modifikationen in der äquivalenten Bedeutung und im Gegenstand der Ansprüche umfasst.

Claims

Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung (1), die umfasst: eine Übertragungseinheit (46, 48) zum Erzeugen eines periodisch veränderlichen Magnetfelds zu einem Prospektionsziel; eine Detektionseinheit (2, 2A), die eine SQUID (20) enthält, zum Detektieren eines Magnetfelds, das gemäß dem Prospektionsziel erzeugt wird; und eine Datenverarbeitungseinheit (3, 3A) zum Sammeln von Detektionsresultaten, die von der Detektionseinheit erhalten werden, wobei die Detektionseinheit eine Rückkopplungsspule (21) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Aufheben eines Magnetfelds, das in die SQUID eintritt, und einen Rückkopplungsschaltkreis (221, 222, 223, 224) zum Zuführen eines Stroms, der einer Spannung entspricht, die von der SQUID erzeugt wird, zur Rückkopplungsspule, enthält, und die Datenverarbeitungseinheit funktionsfähig ist, um eine Mehrzahl von zeitabhängigen Dateneinheiten, die jeweils eine Länge von wenigstens einer Periode des veränderlichen Magnetfelds aufweisen, von Detektionsdaten des Magnetfelds, die über eine bestimmte Zeitperiode eintreten, zu extrahieren, zu bestimmen, ob oder ob nicht eine Abweichung von einem Referenzwert um einen Betrag gleich oder größer als ein Schwellenwert in den jeweiligen extrahierten zeitabhängigen Dateneinheiten auftritt, eine zeitabhängige Dateneinheit, in der die Abweichung von dem Referenzwert um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, aus der Mehrzahl der zeitabhängigen Dateneinheiten zu elimieren, und ein Prospektionsresultat auszugeben, das das Prospektionsziel basierend auf verbleibenden zeitabhängigen Dateneinheiten zeigt, wobei eine zeitabhängige Wellenform des variablen Magnetfelds eine Impulswellenform ist, in der ein Impuls der positiven Richtung und ein Impuls der negativen Richtung periodisch mit einem Nulldurchgang dazwischen wiederholt werden, und die Datenverarbeitungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, basierend auf einem Wert, der vor einer ersten Zeitperiode von einem ersten Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der positiven Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren, und einem Wert, der vor der ersten Zeitperiode von einem zweiten Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der negativen Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren.
Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher der Schwellenwert basierend auf einem Spannungswert bestimmt wird, der von der SQUID als Antwort auf das Eintreten eines einzigen Flussquants erzeugt wird.
Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Datenverarbeitungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, basierend auf einem Wert, der nach Ablauf einer zweiten Zeitperiode von dem ersten Zeitpunkt erhalten wird, und einem Wert, der nach Ablauf der zweiten Zeitperiode von dem zweiten Zeitpunkt erhalten wird.
Elektromagnetische Prospektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner ein Abschirmungselement (30) umfasst, das angeordnet ist, um eine externe Oberfläche der Detektionseinheit abzudecken, zum Blockieren einer elektromagnetischen Welle in einem Frequenzbereich, der größer als eine Frequenz des Magnetfelds ist, das gemäß dem Prospektionsziel erzeugt wird.
Elektromagnetisches Prospektionsverfahren, das die Schritte umfasst: Bereitstellen einer elektromagnetischen Prospektionsvorrichtung (1), wobei die elektromagnetische Prospektionsvorrichtung enthält: eine Übertragungseinheit (48, 46) zum Erzeugen eines Magnetfelds, eine SQUID (20) zum Erzeugen einer Spannung, die einem eintretenden Magnetfeld entspricht, eine Rückkopplungsspule (21) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Aufheben des Magnetfelds, das in die SQUID eintritt, und einen Rückkopplungsschaltkreis (221, 222, 223, 224) zum Zuführen eines Stroms, der einer Spannung entspricht, die von der SQUID erzeugt wird, zur Rückkopplungsspule; Erzeugen eines periodisch veränderlichen Magnetfelds zu einem Prospektionsziel; Sammeln von Betragswerten des eintretenden Magnetfelds, das von der Detektionseinheit detektiert wird, über eine vorgeschriebene Zeitperiode; Extrahieren einer Mehrzahl von zeitabhängigen Dateneinheiten, wobei jede eine Länge von wenigstens einer Periode des veränderlichen Magnetfelds aufweist, aus Detektionsdaten des eintretenden Magnetfelds, wobei die Detektionsdaten über die vorgeschriebene Zeitperiode gesammelt werden, Bestimmen, ob oder ob nicht eine Abweichung von einem Referenzwert um einen Betrag gleich oder größer als ein Schwellenwert auftritt, in jeder der Mehrzahl von den extrahierten zeitabhängigen Dateneinheiten; Eliminieren einer zeitabhängigen Dateneinheit, in der die Abweichung von dem Referenzwert um den Betrag gleich oder größer als ein Schwellenwert auftritt, aus der Mehrzahl von zeitabhängigen Dateneinheiten; und Ausgeben eines Prospektionsresultats, das das Prospektionsziel basierend auf verbleibenden zeitabhängigen Dateneinheiten zeigt, wobei eine zeitabhängige Wellenform des variablen Magnetfelds eine Impulswellenform ist, in der ein Impuls der positiven Richtung und ein Impuls der negativen Richtung periodisch mit einem Nullbereich dazwischen wiederholt werden, und eine Datenverarbeitungseinheit der Prospektionsvorrichtung den Schritt des Bestimmens, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, ausführt, basierend auf einem Wert, der vor einer ersten Zeitperiode von einem ersten Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der positiven Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren, und einem Wert, der vor der ersten Zeitperiode von einem zweiten Zeitpunkt erhalten wird, an dem der Impuls der negativen Richtung beginnt, zu Null zurückzukehren.
Elektromagnetisches Prospektionsverfahren nach Anspruch 5, bei dem der Bestimmungsschritt ferner den Schritt des Bestimmens, ob oder ob nicht die Abweichung um den Betrag gleich oder größer als der Schwellenwert auftritt, enthält, basierend auf einem Wert, der nach Ablauf einer zweiten Zeitperiode von dem ersten Zeitpunkt erhalten wird, und einem Wert, der nach Ablauf der zweiten Zeitperiode von dem zweiten Zeitpunkt erhalten wird.