DE1239787B - Procedure and arrangement for soil investigation using electromagnetic waves - Google Patents

Procedure and arrangement for soil investigation using electromagnetic waves

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DE1239787B
DE1239787B DE1962C0028217 DEC0028217A DE1239787B DE 1239787 B DE1239787 B DE 1239787B DE 1962C0028217 DE1962C0028217 DE 1962C0028217 DE C0028217 A DEC0028217 A DE C0028217A DE 1239787 B DE1239787 B DE 1239787B
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Julien Loeb
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Description

DEUTSCHES WTTWl· PATENTAMTGERMAN WTTWl PATENT OFFICE

Deutsche KL: 21 g- 30/03 German KL: 21 g- 30/03

AUSLEGESCHRIFT ■'«*»—. ™™EDITORIAL ■ '«*» -. ™shops

Aktenzeichen: C 28217 LX b/21 g 1 239 7ST Anmeldetag,· 18.Oktober 1962File number: C 28217 LX b / 21 g 1 239 7ST Filing date, October 18, 1962

Auslegetag: 3. Mai 196?Opening day: May 3, 196?

Es ist bekannt, das Erdreich mittels elektromagnetischer Wellen zu untersuchen, deren Frequenzen im allgemeinen im Tonfrequenzbereieh liegen.It is known to examine the ground by means of electromagnetic waves, the frequencies of which are im generally lie in the audio frequency range.

Der Grundgedanke dieses Verfahrens besteht darin, daß, vorzugsweise in der Luft, in der Nähe des Erdbodens ein elektromagnetisches Wechselfeld des Tonfrequenzbereichs erzeugt wird; dieses Feld dringt in den Boden ein, dessen isolierende Teile keine merkliche Störung des Feldes hervorrufen, während in den leitenden Teilen, die bekanntlich von Mineralisolationen stammen, unter dem Einfluß des Feldeffektes Wirbelströme erzeugt werden, die ein Sekundärfeld erzeugen, dessen Existenz an der;' Bodenoberfläche festgestellt werden kann.The basic idea of this method is that, preferably in the air, an electromagnetic alternating field of the audio frequency range is generated near the ground; this field penetrates the soil, the insulating parts of which do not cause any noticeable disturbance of the field, while in the conductive parts, which are known to originate from mineral insulation, eddy currents are generated under the influence of the field effect, which create a secondary field, the existence of which is due to the; ' Soil surface can be determined.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, dieses Verfahren in folgender Weise anzuwenden:It has already been proposed to use this method in the following ways:

Eine Rahmenantenne wird in einer -senkrecht zur Bodenoberfläche stehenden Ebene fest angebracht und mit einem Wecfeelstrom geeigneter Frequenz gespeist.A loop antenna is fixed in a plane that is perpendicular to the surface of the ground and fed with an alternating current of suitable frequency.

Ein Beobachter, der sich in einer senkrecht zur Ebene der Ramnenantenne liegenden Richtung befindet, verfügt über ein Empfangsgerät, mit welchem die Intensität der vertikalen Komponente des empfangenen Feldes gemessen werden kann; dieses resul- tierende Feld entspricht der Summe des direkt ausgestrahlten Eeldes oder Primarfeldes und des von den mineralisierten Lagerstätten erzeugten Sekundärfeldes. An observer is located in a plane perpendicular to the plane of Ramnenantenne direction, has a receiving device with which the intensity of the vertical component of the received field may be measured; this resulting field corresponds to the sum of the directly emitted Eeld or primary field and the secondary field generated by the mineralized deposits.

Eine einf ache Rechnung zeigt: Wenn die Normale auf die Antennenebene zürn Beobachter· gerichtet ist, hat die vertikale Komponente des am Beobach-. tungspunkt durch den in der Sendeantenne kreisenden Wechselstrom erzeugten Magnetfeldes den Wert Null, wenn der Boden homogen ist.A simple calculation shows: If the normal is directed to the antenna plane for the observer is, has the vertical component of the most observable. through the circling in the transmitting antenna AC generated magnetic field has the value zero if the soil is homogeneous.

Das Vorhandensein von leitenden mineralisierten Lagerstätten ruft die Bildung von Wirbeistromen hervor, die ein 'Sekundärfeld erzeugen, das im allgemeinen gegen das Hauptfeld phasenverschoben ist und praktisch stets eine vertikale IComponente aufweist, unabhängig von dem Ort des* Beobachters. The presence of conductive mineralized deposits induces the formation of eddy currents which create a secondary field which is generally out of phase with the main field and practically always has a vertical component regardless of the observer's location.

Es ist also zu erkennen, daß das Vorhandensein einer vertikalen Komponente; des empfangenen Feldes einen Schluß auf das Vorhandensein' einer Mineralisation zuläßt.It can thus be seen that the presence of a vertical component; of the received field allows a conclusion about the presence of a mineralization.

Somit wird eine MrneraHsation im Erdreich durch die Entstehung eines Stromes in einer Antenne, die in einer waagerechten Ebene angeordnet' ist; angezeigt; diese Ranmenantenfre speist das- vom Beob- achter verwendete Empfangsgerät.Thus, a manning in the ground is created by the creation of a current in an antenna which is arranged in a horizontal plane; displayed; this Ranmenantenfre feeds the receiving device used by the observer.

Dieses Ergebnis gilt aber nur därm, wenn, wie Iie-Verfahren und AnordnungThis result only applies if, like Iie method and arrangement

zur Bodenuntersuchungfor soil investigation

mittels elektromagnetischer Wellenby means of electromagnetic waves

Anmelder;Applicant;

Compagnie Generale de Geophysique3 Paris
Vertreter:Compagnie Generale de Geophysique 3 Paris
Representative:

Dipl-Ing. E. Pxinz, Br, G, Häuser
und Dipl.-Tng. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing- Ernsbergerstr. 19Dipl-Ing. E. Pxinz, Br, G, houses
and Dipl.-Tng. G. Leiser, patent attorneys,
Munich-Pasing- Ernsbergerstr. 19th

Als Erfinder benannt:
Julien Loeb,Named as inventor:
Julien Loeb,

Saint-Cloud, Saint-et-Ölse (Frankreich)Saint-Cloud, Saint-et-Ölse (France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 10. November 1961 (878 538)- -France of November 10 , 1961 (878 538) - -

reifs angegeben wurde, die Normale zu der Antennenebene zum Beobachter gerichtet ist.mature was stated that the normal to the antenna plane is directed towards the observer.

Wenn dies nicht der Fall ist, besteht nämlich am Empfangspunkt auch beim Fehlen jeglicher Mineralisation eine vertikale Komponente des empfangenen Feldes. Nun- zeigt die Erfahrung, daß diese Vorschrift, daß die Normale zu der Ebene der Sendeantenne stets in der Richtung zum- Beobachter liegen muß, eine schwerwiegende Einschränkung Mr che Pröspektorarbeiten auf dem Erdboden darstellt.If this is not the case, there will be no mineralization at the point of reception even in the absence of any mineralization a vertical component of the received field. Well experience shows that this Prescription that the normal to the plane of the transmitting antenna always lie in the direction of the observer Must, a serious limitation of Mr Che's inspector work on the ground is.

Zwar trifft es zu, daß die' vertikale Komponente des Feldes beim Fehlen einer MineraEsation- den Wert Hull hat, wenn sich der Beobachter in der waagerechten Ebene befindet, in welcher der Mittelpunkt der Rahmenantenne Hegt, selbst wenn die Normale zu der Ebene der Sendeantenne nicht zum Beobachter gerichtet ist, doch tritt dieser Umstand nur sehr selten ein, so daß es nicht zulässig ist, sich auf diese Möghchkeit in der Praxis-zu verlassen.It is true that the vertical component of the field in the absence of a mineralization Has value Hull if the observer is in the horizontal plane in which the center of the loop antenna lies, even if the Normal to the plane of the transmitting antenna is not directed towards the observer, yet this circumstance occurs very rarely, so that it is not permissible to rely on this possibility in practice.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde bereits vorgeschlagen, die Bodenuntersuchung mit Hilfe einer Rahmenantenne durchzuführen, die mit einem zeitunabhängigen Strom konstanter Starke gespeistTo eliminate this disadvantage it has already been proposed to use the soil investigation a loop antenna fed with a time-independent current of constant strength

709 !578/260709! 578/260

wird, während sich die Rahmenantenne um eine in ihrer Ebene liegende horizontale Achse dreht; dadurch wird ein rotierendes Feld erzeugt, dessen Drehfrequenz gleichfalls im Tonfrequenzbereich liegt.is, while the loop antenna rotates about a horizontal axis lying in its plane; through this a rotating field is generated, the rotational frequency of which is also in the audio frequency range.

In diesem Fall werden durch die Drehung der Antenne in den Mineralisationen veränderliche Wirbelströme hervorgerufen, die man in entsprechender Weise wie zuvor feststellen kann.In this case, the rotation of the antenna in the mineralization becomes variable Eddy currents caused, which can be determined in the same way as before.

Durch Rechnung läßt sich jedoch nachweisen, daß dieses Verfahren sichere Ergebnisse nur unter der Bedingung liefert, daß die horizontale Achse, um welche sich die Rahmenantenne dreht, zum Beobachter hin gerichtet ist.However, it can be proven by calculation that this method only produces reliable results under the Condition provides that the horizontal axis around which the loop antenna rotates to the observer is directed towards.

Andernfalls ist es nämlich nicht möglich, aus den Feldkomponenten an der Empfangsstelle auf das Vorhandensein von Mineralisationen zu schließen.Otherwise it is not possible to access the To conclude the presence of mineralization.

Man hat also in diesem Fall wieder den zuvor angegebenen Nachteil.So in this case you have the disadvantage mentioned above.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Bodenuntersuchungsverfahrens, bei welchem der zuvor geschilderte Nachteil beseitigt ist und das außerdem noch weitere Vorteile besitzt, die später noch genauer erläutert werden.The aim of the invention is to create a soil investigation method in which the method described above Disadvantage is eliminated and that also has other advantages, which will be explained in more detail later explained.

Bei diesem Verfahren wird, wie bei der zuletzt angegebenen Lösung, eine Rahmenantenne verwendet, die mit einem zeitlich konstanten Strom gespeist wird und sich um eine in ihrer Ebene liegende Achse dreht.As with the last solution given, this method uses a loop antenna, which is fed with a current that is constant over time and revolves around an axis lying in its plane turns.

Gemäß der Erfindung wird ein um eine vertikale Achse rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugt und an der Empfangsstelle die gegen eine der Komponenten des empfangenen Feldes um 90° phasenverschobene Komponente gemessen. Dadurch ergibt sich eine einfache Möglichkeit zur Feststellung von Mineralisationen, wie noch erläutert wird.According to the invention, an electromagnetic field rotating about a vertical axis is generated and at the receiving point the phase shifted by 90 ° with respect to one of the components of the received field Component measured. This provides a simple way of determining Mineralizations, as will be explained.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigtThe invention is explained by way of example with reference to the drawing. In it shows

F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,F i g. 1 shows a diagram to explain the principle of the invention,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Empfangsstelle,F i g. 2 a block diagram of the receiving point,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Sendestelle undF i g. 3 is a block diagram of the transmitting station and

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der Sendestelle.F i g. 4 is a block diagram of another embodiment of the transmission station.

F i g. 1 zeigt eine vertikale Rahmenantenne, die schematisch durch eine kreisrunde Windung S mit dem Mittelpunkte dargestellt ist. Mit CN sei die Richtung der Normalen auf die Antennenebene bezeichnet. Der Beobachter befindet sich im Punkt P, und die Gerade CP bildet einen Winkel Θ mit der Normalen CN. F i g. 1 shows a vertical loop antenna, which is shown schematically by a circular turn S with the center point. CN denotes the direction of the normal to the antenna plane. The observer is at point P, and the straight line CP forms an angle Θ with the normal CN.

Aus Symmetriegründen hat das Magnetfeld, das am Punkt P durch den in der Windung S kreisenden Strom erzeugt wird, keine Komponente, die senkrecht zu der MeridianebeneCPiV steht. Der Feldvektor liegt also in dieser Ebene, und bekanntlich haben seine KomponenteHr in Richtung der Geraden CP und seine Komponente Hq in Richtung der senkrecht zu CP stehenden Geraden, die in der gleichen Meridianebene liegt, die folgenden Werte:For reasons of symmetry, the magnetic field that is generated at point P by the current circulating in winding S does not have a component that is perpendicular to the meridian plane CPiV. The field vector lies in this plane, and it is known that its component H r in the direction of the straight line CP and its component Hq in the direction of the straight line perpendicular to CP , which lies in the same meridian plane, have the following values:

„ 2k cos Θ "2k cos Θ

jTZ, = — !jTZ, = -!

r r3 ' r r 3 '

„ k "K sin sin ΘΘ

Ηθ = —γ* —5 Ηθ = -γ * -5

dabei ist Jc ein Koeffizient, der proportional dem durch die Rahmenantenne gehenden Strom ist, wäh-where Jc is a coefficient proportional to the current passing through the loop antenna, while-

rend mit r der AbstandC-P bezeichnet ist. Hierbei ist natürlich vorausgesetzt, daß die Umgebung homogen ist (keine Minerahsation) und daß der Durchmesser der Rahmenantenne vernachlässigbar klein gegen den Abstand r ist.rend the distance C-P is denoted by r. It is of course assumed that the environment is homogeneous (no mineralization) and that the diameter of the loop antenna is negligibly small compared to the distance r .

Aus den vorstehenden Ausdrücken können die drei Komponenten des Magnetfeldes im Punkt P beim Fehlen jeglicher Mineralisation berechnet werden, nämlich die vertikale Komponente Hc, die Kom-Ponenteflr 1 entlang der Horizontalen Λ, die in der die StreckeCP enthaltenden vertikalen Ebene liegt, und die KomponenteiZ2 entlang der Horizontalen, die senkrecht auf der Horizontalen A steht (Fig. 1). Durch Berechnung aus den Formeln der sphärisehen Trigonometrie ergibt sich, daß die drei Komponenten die folgenden Werte haben:From the above expressions, the three components of the magnetic field at point P in the absence of any mineralization can be calculated, namely the vertical component H c , the Kom-Ponentefl r 1 along the horizontal Λ, which lies in the vertical plane containing the distance CP, and the Component 2 along the horizontal, which is perpendicular to the horizontal A (Fig. 1). Calculation from the formulas of spherical trigonometry shows that the three components have the following values:

k .k.

Hz = —-^- sm κ cos oc cos φ, H z = --- ^ - sm κ cos oc cos φ,

2k .2k.

Hi — —=- sm χ cos φ, Hi - - = - sm χ cos φ,

Hz = —g- ]/ i — sin 2a cos 2<p ; H z = -g-] / i - sin 2 a cos 2 <p;

dabei haben k und r die zuvor angegebenen Definitionen; ex. ist der Winkel zwischen der Vertikalen im PunktP und der Geraden CP, und φ ist der Winkel zwischen der die Strecke CP enthaltenden vertikalen Ebene und der GeradenPi?, die parallel zu der NormaleniV auf die Antennenebene durch den Punkt P gezogen ist (F i g. 1), wobei, wie bereits angegeben wurde, die Antennenebene in einer senkrechten Ebene liegt.where k and r have the definitions given above; ex. is the angle between the vertical at point P and the straight line CP, and φ is the angle between the vertical plane containing the segment CP and the straight line Pi? which is drawn parallel to the normal to the antenna plane through the point P (F i g. 1), whereby, as already stated, the antenna plane lies in a vertical plane.

Nach der Erfindung ist der Koeffizient k konstant, weil sich der durch die Rahmenantenne gehende Strom zeitlich nicht ändert. Dagegen hat der Winkel φ wegen der gleichförmigen Drehbewegung der Rahmenantenne um eine durch ihren Mittelpunkt gehende senkrechte Achse den Wert φ = ω t, wobei ω = 2 πη, wenn die Drehzahl der Rahmenantenne η Umdrehungen pro Sekunde beträgt und mit t die Zeit bezeichnet wird.According to the invention, the coefficient k is constant because the current passing through the loop antenna does not change over time. In contrast, the angle φ has the value φ = ω t because of the uniform rotation of the loop antenna around a vertical axis passing through its center, where ω = 2 πη, if the speed of the loop antenna is η revolutions per second and t denotes the time.

Als Zeitursprung wird der Zeitpunkt gewählt, in welchem sich die Normale auf die Antennenebene in der den PunktP enthaltenden vertikalen Ebene befindet.The point in time at which the normal is on the antenna plane is selected as the time origin is in the vertical plane containing point P.

Die vorstehenden Gleichungen zeigen, daß die vertikale Komponente Hz beim Fehlen von Mineralisationen eine zeitliche Sinusfunktion ist, die gleichphasig mit cos ψ = cos ω t ist. The above equations show that the vertical component H z in the absence of mineralization is a temporal sine function which is in phase with cos ψ = cos ω t .

Dagegen erzeugen die Mineralisationen eine vertikale Komponente des Feldes, die zu cos ω t um 90° phasenverschoben ist.In contrast, the mineralizations create a vertical component of the field that is 90 ° out of phase with cos ω t.

Es läßt sich zeigen, daß dieser Schluß unabhängig von dem Wert von α ist, also unabhängig von einem Höhenunterschied, der möglicherweise zwischen den Punkten P und C bestehen kann.It can be shown that this conclusion is independent of the value of α, that is, independent of one Difference in height that may exist between points P and C.

Bei der Erfindung wird diese Erscheinung ausgenutzt; der wesentliche Gedanke besteht darin, daß zur Feststellung der Mineralisationen die Feldkomponente abgetrennt wird, die gegen die vertikale Komponente des Feldes um 90° phasenverschoben ist.
Zur Messung dieser um 90° phasenverschobenen Komponente genügt die Kenntnis des Zeitpunktes, in welchem die Normale auf die Antennenebene durchThe invention makes use of this phenomenon; The main idea is that to determine the mineralization, the field component is separated, which is phase-shifted by 90 ° with respect to the vertical component of the field.
To measure this 90 ° phase-shifted component, it is sufficient to know the point in time at which the normal passes through to the antenna plane

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die den Beobachrungspunkti' enthaltende vertikale Ebene geht.is the vertical plane containing the observation point.

Eine erste Möglichkeit zur Erzielung dieses Ergebnisses besteht darin, daß koaxial zu der Drehachse der Rahmenantenne S eine zweite Rahmenantenne angebracht wird, die einen Hochfrequenzrichtstrahl aussendet.A first possibility for achieving this result is that a second loop antenna is attached coaxially to the axis of rotation of the loop antenna S and emits a high-frequency directional beam.

Bekanntlich wird ein sich im Luftraum ausbreitendes Hochfrequenzfeld durch die Mineralisationen nicht beeinträchtigt. Es genügt also, an der Empfangssteile P einen Funkempfänger anzubringen, der nach der Demodulation einen sinusförmigen Strom liefert, dessen Maximum bei entsprechender Einstellung dann auftritt, wenn die Normale auf die Antennenebene die durch den Punkt P gehende vertikale Ebene trifft.It is well known that a high-frequency field spreading in the air space is caused by the mineralization not affected. It is therefore sufficient to attach a radio receiver to the receiving part P, the after the demodulation delivers a sinusoidal current, the maximum of which with the appropriate setting occurs when the normal to the antenna plane is the vertical one passing through the point P. Level meets.

Man braucht also an der Empfangsstelle nur eine Spule oder Rahmenantenne mit vertikaler Achse, also in einer horizontalen Ebene anzuordnen, die festgestellte Spannung zu verstärken und in einen Gegentaktdetektor zu schicken, der an seinem anderen Eingang gleichzeitig die vom Funkempfänger gelieferte Spannung cos ω t empfängt.So you only need to arrange a coil or loop antenna with a vertical axis, i.e. in a horizontal plane, to amplify the detected voltage and send it to a push-pull detector, which at its other input simultaneously receives the voltage cos ω t supplied by the radio receiver.

Wenn keine Mineralisation vorhanden ist, liefert der Gegentaktdetektor eine Ausgangsspannung, die praktisch den Wert Null hat, während das Vorhandensein einer Mineralisation sich durch eine merkliche Ausgangsspannung ausdrückt; somit wird das gewünschte Ergebnis erhalten.If there is no mineralization, the push-pull detector provides an output voltage that practically zero, while the presence of mineralization is marked by a noticeable one Expresses output voltage; thus the desired result is obtained.

F i g. 2 zeigt schematisch die an der Beobachtungsstelle P verwendete Schaltungsanordnung. Diese Anordnung enthält eine Rahmenantenne 1, die in einer horizontalen Ebene liegt und die vertikale Komponente des Feldes aufnimmt. Die Ausgangsspannung der Antenne wird im Verstärker 2 verstärkt und dem einen Eingang eines Gegentaktdetektors 3 zugeführt.F i g. 2 shows the circuit arrangement used at the observation point P schematically. This arrangement contains a loop antenna 1 which lies in a horizontal plane and which picks up the vertical component of the field. The output voltage of the antenna is amplified in the amplifier 2 and fed to one input of a push-pull detector 3.

Ferner ist eine Antenne 4 vorgesehen, welche das Hochfrequenzfeld des rotierenden Hochfrequenzrichtstrahls aufnimmt. Die empfangene Spannung wird im Verstärker 5 verstärkt und im Demodulator 6 demoduliert. Das Ausgangssignal des Demodulators wird dem zweiten Eingang des Gegentaktdetektors 3 zugeführt.Furthermore, an antenna 4 is provided which picks up the high-frequency field of the rotating high-frequency directional beam. The received voltage is amplified in amplifier 5 and demodulated in demodulator 6 . The output signal of the demodulator is fed to the second input of the push-pull detector 3.

Dieser Detektor ist in an sich bekannter Weise ausgeführt und trennt die Komponente ab, die zur vertikalen Komponente des Feldes um 90° phasenverschoben ist. Diese Komponente stellt die Ausgangsspannung des Detektors dar und wird einem Meßinstrument 7 zugeführt.This detector is designed in a manner known per se and separates the component which is phase-shifted by 90 ° with respect to the vertical component of the field. This component represents the output voltage of the detector and is fed to a measuring instrument 7.

Ein merklicher Ausschlag dieses Instruments zeigt also das Vorhandensein einer Mineralisation an.A noticeable deflection of this instrument thus indicates the presence of mineralization.

F i g. 3 zeigt schematisch den Aufbau der Sendestelle. F i g. 3 schematically shows the structure of the transmitting station.

Sie enthält auf einer gemeinsamen vertikalen Achse zwei Rahmenantennen 8 und 9. Die Achse wird durch einen Motor 19 mit einer Drehzahl, die einer Tonfrequenz entspricht, in Drehung versetzt. Der Rahmenantenne 9 wird ein Gleichstrom zugeführt, der von der Quelle 10 geliefert wird. Die Rahmenantenne 8 wird mit einer Hochfrequenzspannung konstanter Amplitude von dem Generator 11 gespeist. Vorzugsweise liegen die beiden Rahmenantennen in der gleichen Ebene.It contains two loop antennas 8 and 9 on a common vertical axis. The axis is set in rotation by a motor 19 at a speed which corresponds to an audio frequency. The loop antenna 9 is supplied with a direct current supplied from the source 10 . The loop antenna 8 is fed with a high-frequency voltage of constant amplitude from the generator 11. The two loop antennas are preferably in the same plane.

Die beschriebenen Anordnungen können natürlich in mehrfacher Hinsicht abgeändert werden.The arrangements described can of course be modified in several respects.

So kann man die rotierende Rahmenantenne 9 durch eine Anordnung von zwei feststehenden, gekreuzten Rahmenantennen ersetzen, die von einemSo you can replace the rotating loop antenna 9 by an arrangement of two fixed, crossed loop antennas from one

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Tonfrequenzgenerator gespeist werden, wobei derAudio frequency generator are fed, the

durch die eine Rahmenantenne gehende Strom umcurrent passing through a loop antenna

phasenverschoben ist.is out of phase.

Diese Ausführungsform ist in F i g. 4 dargestellt. Man erkennt hier wieder die rotierende Hochfrequenzantenne 8, die von dem Motor 19 angetrieben und von dem Hochfrequenzgenerator 11 gespeist wird.This embodiment is shown in FIG. 4 shown. The rotating high-frequency antenna 8, which is driven by the motor 19 and fed by the high-frequency generator 11, can be seen here again.

Die Rahmenantenne 9 ist durch eine Anordnung aus zwei feststehenden Rahmenantennen 12 und 13 ersetzt, die in zueinander senkrechten vertikalen Ebenen angeordnet sind.The loop antenna 9 is replaced by an arrangement of two fixed loop antennas 12 and 13 , which are arranged in mutually perpendicular vertical planes.

Diese Rahmenantennen werden von einem Generator 14 mit Tonfrequenz-Wechselströmen gespeist, wobei die eine Rahmenantenne direkt und die andere über einen Phasenschieber 15, der eine Phasenverschiebung um — hervorruft, angeschlossen sind.These loop antennas are fed with audio frequency alternating currents from a generator 14 , one loop antenna being connected directly and the other via a phase shifter 15 which causes a phase shift by -.

Bekanntlich strahlt eine solche Anordnung das gleiche umlaufende Feld wie die rotierende Rahmenantenne 9 von F i g. 3 aus.As is known, such an arrangement radiates the same circumferential field as the rotating loop antenna 9 of FIG. 3 off.

Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, daß die Drehung des Motors 19 mit der Drehung des von den Strömen in den Rahmenantennen 12 und 13 erzeugten Feldes synchronisiert ist. Zu diesem Zweck ist eine Gleichlaufregelung geeigneter Art zwischen dem Motor 19 und dem Generator 14 vorgesehen, was durch die Verbindung 16 symbolisch dargestellt ist.In this embodiment it is necessary that the rotation of the motor 19 be synchronized with the rotation of the field generated by the currents in the loop antennas 12 and 13. For this purpose, a synchronization control of a suitable type is provided between the motor 19 and the generator 14 , which is symbolically represented by the connection 16.

Man kann auch die rotierende Rahmenantenne 8 durch ein System von zwei feststehenden, gekreuzten Rahmenantennen ersetzen, die von einem Hochfrequenzgenerator gespeist werden, der eine mit der Rotationsfrequenz modulierte Welle liefert, wobei der eine Rahmen direkt und der andere über einenIt is also possible to replace the rotating loop antenna 8 with a system of two fixed, crossed loop antennas fed by a high frequency generator supplying a wave modulated with the frequency of rotation, one frame directly and the other via one

Phasenschieber, der eine Phasenverschiebung umPhase shifter that shifts a phase

erzeugt, angeschlossen sind.generated, are connected.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Rahmenantenne9 von Fig. 3 ganz einfach durch einen Permanentmagnet geeigneter Bemessung ersetzt, der sich um eine vertikale Achse dreht, die senkrecht zu seiner Magnetisierungsachse steht.In a further embodiment, the loop antenna 9 of FIG. 3 is simply replaced by a permanent magnet of suitable dimensions, which rotates about a vertical axis which is perpendicular to its axis of magnetization.

Es ist schließlich zu bemerken, daß die zuvor angestellten Überlegungen hinsichtlich der vertikalen Komponente auch auf die horizontale Komponente H1 angewendet werden können; in diesem Fall ist es aber erforderlich, die diese Komponente aufnehmende vertikale Rahmenantenne so anzuordnen, daß ihre Normale in der Richtung der Horizontalen/! von Fig. 1 liegt, welche in der die StreckeCP enthaltenden vertikalen Ebene liegt.Finally, it should be noted that the considerations made above with regard to the vertical component can also be applied to the horizontal component H 1 ; in this case, however, it is necessary to arrange the vertical loop antenna receiving this component so that its normal is in the direction of the horizontal /! of Fig. 1, which lies in the vertical plane containing the route CP.

Zur Ermittlung dieser Richtung kann man auf dem Erdboden jedes geeignete topographische Verfahren anwenden oder auch ein an sich bekanntes radioelektrisches Verfahren, das darin besteht, daß durch die umlaufende Achse der Rahmenantenne 8 in F i g. 3 und 4 ein Wechselstromerzeuger angetrieben wird, dessen Ausgangsspannung zur Modulation einer Hilfs-Hochfrequenzwelle dient, die an der Empfangsstelle empfangen und demoduliert wird; die Phasendifferenz zwischen dem so erhaltenen Niederfrequenzsignal und dem Signal am Ausgang des Demodulators 6 von F i g. 2 liefert dann bekanntlich ein Maß für die Richtung der die StreckeCP enthaltenden vertikalen Ebene in bezug auf eine feste Richtung (beispielsweise die Nordrichtung). In glei-To determine this direction, any suitable topographical method can be used on the ground or a radio-electric method known per se, which consists in that the loop antenna 8 in FIG. 3 and 4, an alternator is driven, the output voltage of which is used to modulate an auxiliary high-frequency wave that is received and demodulated at the receiving station; the phase difference between the low frequency signal thus obtained and the signal at the output of the demodulator 6 of FIG. As is known, FIG. 2 then provides a measure of the direction of the vertical plane containing the line CP with respect to a fixed direction (for example the north direction). In the same

Claims (13)

eher Weise kann auch die horizontale Komponente H2 verwendet werden, vorausgesetzt, daß der Winkel κ in der Nähe von ~ liegt, was im allgemeinen der Fall ist (unbedeutender Höhenunterschied zwisehen den Punkten P und C). Wenn nämlich der Winkel » sehr nahe bei y liegt, gilt beim Fehlen von Mineralisationen sehr angenähert XJ k ■ Hi = -Ji-ssa φ. Es genügt die Verwendung einer vertikalen Rahmenantenne, die entsprechend ausgerichtet ist (d. h. in der die Strecke CP enthaltenden vertikalen Ebene liegt), und eines Gegentaktdetektors, der von der Rahmenantenne gespeist wird und andererseits die Ausgangsspannung des Demodulators 6 empfängt, nachdem diese durch einen Phasenschieber gegangen ist, der die Spannung cos ω t in die Spannung sin ω t umwandelt. Die Erfindung ergibt den großen Vorteil, daß mehrere Beobachter gleichzeitig mit Hilfe des von einer beliebigen Sendestelle ausgesendeten Feldes arbeiten können. Patentansprüche:rather, the horizontal component H2 can also be used, provided that the angle κ is close to ~, which is generally the case (insignificant height difference between points P and C). If the angle »is very close to y, then in the absence of mineralization it is very approximately XJ k ■ Hi = -Ji-ssa φ. It is sufficient to use a vertical loop antenna which is appropriately aligned (i.e. lies in the vertical plane containing the line CP) and a push-pull detector which is fed by the loop antenna and on the other hand receives the output voltage of the demodulator 6 after it has passed through a phase shifter which converts the voltage cos ω t into the voltage sin ω t. The invention has the great advantage that several observers can work at the same time with the aid of the field transmitted by any transmission point. Patent claims: 1. Verfahren zur Bodenuntersuchung mittels elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein um eine vertikale Achse rotierendes elektromagnetisches Tonfrequenzfeld erzeugt wird und daß an der Empfangsstelle die gegen eine der Komponenten des empfangenen Feldes um 90° phasenverschobene Komponente gemessen wird.1. Method for soil investigation by means of electromagnetic waves, characterized in, that an electromagnetic audio frequency field rotating around a vertical axis is generated and that at the receiving point the component measured 90 ° out of phase with one of the components of the received field. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die vertikale Komponente um 90° phasenverschobene Komponente gemessen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the against the vertical component 90 ° phase shifted component is measured. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen eine der beiden horizontalen Komponenten um 90° phasenverschobene Komponente gemessen wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the against one of the two horizontal components 90 ° phase-shifted component is measured. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Sendestelle zur Empfangsstelle ein mit dem rotierenden elektromagnetischen Feld verknüpftes Bezugssignal übertragen wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that from the transmission point a reference signal linked to the rotating electromagnetic field is transmitted to the receiving point. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sendestelle (F i g. 3) eine Antennenanordnung (8) mit senkrechter Achse zur Erzeugung des rotierenden elektromagnetischen Tonfrequenzfeldes und ein Antennensystem (9) zur Aussendung eines in bestimmter Phasenbeziehung zu dem rotierenden Tonfrequenzfeld modulierten Hochfrequenzfeldes vorgesehen sind und daß die Empfangsstelle (Fig. 1) eine Antenne(1) zum Empfang der ge-5. Arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the transmission point (F i g. 3) an antenna arrangement (8) with a vertical axis for generating the rotating electromagnetic audio frequency field and an antenna system (9) for Transmission of a high-frequency field modulated in a certain phase relationship to the rotating audio frequency field are provided and that the receiving point (Fig. 1) has an antenna (1) for receiving the ge wünschten Komponente des Tonfrequenzfeldes, eine Antenne (4) zum Empfang des modulierten Hochfrequenzfeldes, einen Demodulator (6) für die Hochfrequenzsignale, eine Detektoranordnung (3), die aus dem empfangenen Tonfrequenzsignal und dem demodulierten Hochfrequenzsignal die zu der empfangenen Komponente um 90° phasenverschobene Komponente ermittelt, und ein Anzeigegerät (7) für das Ausgangssignal des Gegentaktdetektors enthält.desired component of the audio frequency field, an antenna (4) for receiving the modulated radio frequency field, a demodulator (6) for the radio frequency signals, a detector arrangement (3), which from the received audio frequency signal and the demodulated radio frequency signal the component phase-shifted by 90 ° to the received component determined, and contains a display device (7) for the output signal of the push-pull detector. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestelle eine Rahmenantenne (9) enthält, die mit Gleichstrom gespeist und mit der gewünschten Tonfrequenz um eine vertikale Achse gedreht wird.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the transmission point contains a loop antenna (9) which is fed with direct current and rotated about a vertical axis at the desired audio frequency. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestelle (F i g. 3) einen Permanentmagnet enthält, der mit der gewünschten Tonfrequenz um eine vertikale Achse gedreht wird.7. Arrangement according to claim 5, characterized in that the transmission point (F i g. 3) one Contains permanent magnet that rotates around a vertical axis at the desired audio frequency will. 8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestelle eine zweite Rahmenantenne (8) enthält, die mit einem konstanten Hochfrequenzstrom gespeist und synchron mit der ersten Rahmenantenne (9) bzw. dem Permanentmagnet um eine vertikale Achse gedreht wird.8. Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the transmission point contains a second loop antenna (8) which is fed with a constant high-frequency current and rotated synchronously with the first loop antenna (9) or the permanent magnet about a vertical axis. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rahmenantennen (8, 9) auf einer gemeinsamen vertikalen Welle in der gleichen Ebene angeordnet sind.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the two loop antennas (8, 9) are arranged on a common vertical shaft in the same plane. 10. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestelle (F i g. 4) zwei feststehende, in zueinander senkrechten Ebenen angeordnete Rahmenantennen (12, 13) mit senkrechter Achse enthält, die mit um 90° phasenverschobenen Wechselströmen der gewünschten Tonfrequenz gespeist werden.10. The arrangement according to claim 5, characterized in that the transmitting station (F i g. 4) contains two fixed, arranged in mutually perpendicular planes loop antennas (12, 13) with a vertical axis, which are fed with 90 ° phase-shifted alternating currents of the desired audio frequency will. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestelle eine Rahmenantenne (8) enthält, die mit einem konstanten Hochfrequenzstrom gespeist und in bestimmter Phasenbeziehung zu den Tonfrequenzwechselströmen um eine vertikale Achse gedreht wird.11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the transmission point contains a loop antenna (8) which is fed with a constant high-frequency current and rotated in a specific phase relationship to the audio frequency alternating currents about a vertical axis. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstelle eine horizontale Rahmenantenne (1) zum Empfang der vertikalen Komponente des Tonfrequenzfeldes enthält.12. Arrangement according to one of claims 5 to 11, characterized in that the receiving point contains a horizontal loop antenna (1) for receiving the vertical component of the audio frequency field. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstelle eine vertikale Rahmenantenne (4) zum Empfang einer horizontalen Komponente des Tonfrequenzfeldes enthält.13. Arrangement according to one of claims 5 to 11, characterized in that the receiving point contains a vertical loop antenna (4) for receiving a horizontal component of the audio frequency field. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 794 949;
britische Patentschrift Nr. 827 843;
Geophysical Prospecting, Vol. VI, 1958, S. 322
is 341.Considered publications:
U.S. Patent No. 2,794,949;
British Patent No. 827,843;
Geophysical Prospecting, Vol. VI, 1958, p. 322
is 341. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 578/260 4.67 © Bundesdruckerei Berlin709 578/260 4.67 © Bundesdruckerei Berlin
DE1962C0028217 1961-11-10 1962-10-18 Procedure and arrangement for soil investigation using electromagnetic waves Pending DE1239787B (en)

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