DE2335850A1

DE2335850A1 - Verfahren und vorrichtung zur digitalen bestimmung eines zu prospektierungszwecken dienenden komplexen elektrischen feldes

Info

Publication number: DE2335850A1
Application number: DE19732335850
Authority: DE
Inventors: Bruno Yngve Nilsson
Original assignee: Boliden AB
Current assignee: Boliden AB
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DE2335850C3; NO137976C; NO137976B; AU471378B2; DE2335850B2; US3849722A; FR2193985B1; JPS4944901A; FR2193985A1; CA998104A; GB1431588A; AU5776073A; SE365619B

Description

Boliden Aktiebolag Stockholm / Schweden

Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Bestimmung eines zu Prospektierungszwecken dienenden komplexen elektrischen Feldes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur digitalen Bestimmung eines komplexen elektrischen Feldes, das zu Prospektierungszwecken durch Einleiten eines Wechselstromes in den zu untersuchenden Boden erzeugt wird, indem die Potentialunterschiede des Feldes hinsichtlich der Phase und der Amplitude festgestellt werden.

Auf geophysikalischem Gebiet ist es bereits seit langem bekannt, elektrische Verfahren zum Prospektieren von Erz oder anderen unterirdischen Lagerstätten anzuwenden; es sind mehrere der Verfahren entwikelt worden, um bei niedrigen Frequenzen in der Größenordnung von 0,01 bis 10 Hz das komplexe elektrische Feld zu ermitteln, das bei Benutzung dieser Verfahren gebildet wird_o Bei den in Frage stehenden Verfahren handelt es sich normaler-v/eise um bestimmte Verfahren für induzierte Polarisation, die kurz ausgedrückt als IP-Verfahren bezeichnet werden. Diese Verfahren basieren darauf, daß, wenn in dem Erdboden ein elektrisches

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Feld erzeugt wird, indem mittels Bodenelektroden ein elektrischer Strom in den Boden geleitet wird, elektrische Ladungen und Entladungen stattfinden, insbesondere in den Grenzschichten zwischen Erzmineralien und bestimmten anderen Mineralien, welche Unterbrechungen des normalen elektrischen Feldes bewirken. Wenn ein elektrisches Feld, das sich über der Zeit verändert, angelegt wird, beispielsweise ein von einem Wechselstromgenerator erzeugtes Wechselfeld, bewirken die sogenannten IP-Effekte, daß die Viechseispannung in zwei Punkten in der Nähe eines Störkörpers, beispielsweise eines Erzkörpers, anders ist" als in dem Fall, in dem kein Störkörper vorhanden ist. Demzufolge kann sich die Spannung sowohl hinsichtlich der Amplitude als auch hinsichtlich der Phasenlage verändern.

In der Praxis v/ird das erwähnte Feld erzeugt, indem ein elektrischer Strom von einer Stromquelle mittels zwei Bodenelektroden oder eines eine größere Anzahl von Elektroden umfassenden Elektrodensystems in den Boden eingeleitet wird. In bestimmten Zeitabständen wird in den Boden Strom über zwei oder mehrere sogenannte Leitungselektroden eingeleitet, die als ein Elektrodensystem mit einer unbestimmten Anzahl von Punktelektroden angesehen werden können. In der Praxis wird das erzeugte elektrische Feld normalerweise in der Weise untersucht, daß Spannungsunterschiede zwischen Potentialmeßelektroden gemessen werden, die an zwei Punkten der Bodenoberfläche angeordnet sind. Die Spannungsunterschiede werden üblicherweise systematisch zwischen Paaren von Elektroden ermittelt, die entlang einer oder mehrerer Profillinien liegen. Wenn in dem zu untersuchenden Gebiet Bohrlöcher vorhanden sind, ist es auch möglich, eine dreidimensionale Abbildung des elektrischen Feldes zu erhalten.

Wenn die IP-Verfahren in der Praxis angewendet werden, ergeben sich eine Vielzahl von Schwierigkeiten. Auch weiter entwickelte Verfahrenweisen zur Überwindung dieser Schwierigkeiten haben sich nicht als zufriedenstellend erwiesen.

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Wenn zwei Elektroden in einem bestimmten Abstand in die Bodenoberfläche eingebracht werden, herrscht häufig ein Spannungsunterschied zwischen diesen Elektroden. Für diesen Spannungsunterschied gibt es mehrere Gründe. Ein relativ.konstanter Spannungsunterschied, das sogenannte Selbstpotential oder SP, kann von galvanischen Strömen in der Nähe.von sich zersetzenden Erzkörpern oder auch von Konzentrationsunterschieden von in der Bodenoberfläche vorhandenen Elektrolyten herrühren. Andere Gründe für den oben erwähnten Spannungsunterschied sind in Erdströmen, ΪΡ, mehr regionalen Umfanges und künstlichen Erdströmen AP, von Kraftwerken, Eisenbahnen, elektrischen Strassenbahnanlagen und dgl. zu suchen. Diese letzteren Störungen erzeugen mehr oder weniger'periodische Wechselspannungen oder Überspannungen, die den Spannungsunterschieden von dem zu untersuchenden elektrischen Feld überlagert sind und_ daher ein ernsthafteres Störproblem darstellen als Störungen, die von dem konstanteren Selbstpotential SP herrühren. Um den Einfluß der erwähnten Störquellen zu reduzieren, sind Versuche unternommen worden, um die Feldstärke des elektrischen Feldes zu erhöhen; diese Möglichkeit ist jedoch verhältnismäßig begrenzt, da die Spannung zwischen den Stromelektroden in einem solchen Umfang erhöht werden muß, daß die Handhabung des Meßgerätes gefährlich wird.

Die verschiedenen IP-Verfahren können im Prinzip in zwei Gruppen unterteilt werden, die sogenannten Impulsmethoden und die Wechselstrommethoden.

Bei den Impulsmethoden wird normalerweise ein kommutierter Gleichstrom benutzt, der so gesteuert wird, daß der Eingangsstrom über eine bestimmte Zeitperiode angelegt wird. Der Strom wird dann für eine bestimmte Zeit unterbrochen und dann mit umgekehrter Polarität genau so lange wie während der ersten Zeitperiode wieder angelegt und dann wieder unterbrochen. Dieser Prozess wird in einem regelmäßigen Ablauf wiederholt. Bei dieser Heßmethode wird der IP-Effekt, d.h. die Information,

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auf der die folgende geophysikalische Auswertung basiert, dadurch bestimmt, daß das Abklingen des Spannungsunterschiedes, der zwischen den Meßelektroden vorhanden ist, als Funktion über der Zeit gemessen wird. Es v/erden somit die Spannungsunterschiede A V zwischen den Potentialelektroden, den Meßelektroden ,in bestimmten Zeitintervallen t., t„, t_ ...... gemessen, nachdem der Strom unterbrochen worden ist. Die Durchschnitts spannung wird technisch innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeitintervalle (t,,, t. +At), (tp, tp +Δι) usw. gemessen. Überlagerte Störungen der Art TP und AP können dadurch nur geringfügig das Meßergebnis beeinflussen, wenn sie in den ausgewählten Zeitintervallen auftreten. Sine Möglichkeit zur Störungsreduzierung von Überspannungen und Störungen der letzteren Art besteht darin, größere Zeitintervalle t,., t* +Ät, d.h. ein größeres Inkrement At, auszuwählen, in dem die Hauptspannung als Voltsekunde je Sekunde gemessen wird, siehe das Integral:

' *~ dt

In diesem Fall sind natürlich die verschiedenen Zeitpositionen weniger genau definiert. Aufgrund der Störungen ergeben sich somit beträchtliche Schwierigkeiten bei der genauen Bestimmung der Abklingkurve des Spannungsunterschiedes, wodurch die anschließende geophysikalische Auswertung unzuverlässig wird.

Bei Anwendung eines Vfechselstrom-IP-Verfahrens v/ird ein wechselstrom mittels Stromelektroden in die Erde geleitet. In diesem Fall wird die Phasendifferenz zwischen dem eingehenden Wechselstrom und der zwischen den Spannungs- bzw. Meßelektroden gemessensi Wechselspannung ermittelt, um eine Information über die geologische Situation zu erhalten; der Prozess ist dabei derart, daß eine Spannung, die dein Primärstrom proportional ist, und eine Spannung, die dem Spannungsunterschied zwischen den Spannung bzw.;Meßelektroden proportional ist, jeweils an zugeordnete

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Plattenpaare in einem Oszilloskop angeschlossen werden. Der Phasenwinkel wird dann aus der Lissajou-Figur bestimmt, die auf dem Bildschirm des Oszilloskop gebildet wird. In diesem Fall muß das Meßsystem ein verhältnismäßig breites Band haben,, was eine höhere Empfindlichkeit für Störungen oder TP- und AP-Störungen zur Folge hat. Wenn die Phasenwinkel mittels Lissajou-Figuren bestimmt werden, besteht immer eine große Ungenauigkeit im Keßergebnis, wobei ein zusätzlicher Nachteil dieser Meßmethode, darin liegt, daß'das erforderliche keßgerät nur schwer im offenen Feld gehandhabt werden kann.

Bei anderen bekannten Meßverfahren auf der Basis von Wechselstrom-IP-Verfahren wird die von den Spannungs- bzw. Meßelektroden ermittelte Spannung verstärkt, wobei die Amplituden verschiedener Frequenzen miteinander verglichen werden. Auch bei diesem Verfahren ist der Einfluß von sowohl periodischen als auch aperiodischen ΪΡ- und AP-Störungen außerordentlich beträchtlich.

Um. bei geophysikalischen Untersuchungen bessere Informationen über das elektrische Feld zu erhalten, ist bereits vorge» schlagen worden, eine Wechselstromkopensierung zu benutzen, wobei die gemessene Spannung bezüglich der Phase und Amplitude in Beziehung zu dem■eingehenden Wechselstrom ermittelt wird. Bei diesem bekannten Gerät ist zwischen der Stromquelle und dem Meßgerät ein Leitungsanschluß vorhanden, um daß Synchronisationssignal zu übertragen, welches für den Kompensations-Meßprozess benötigt wird. Diese Leitungsanschlüsse sind im offenen Feld beschwerlich und unpraktisch und bilden zusätzlich eine Störquelle für das System. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Systems besteht darin, daß das Meßgerät und die Stromquelle an' dem gleichen Gleichspannungspotential liegen oder mit Gleichspannungsisolierungseinrichtungen versehen werden kann, insbesondere wenn Messungen mit unterechiedlichen Frequenzen durchgeführt werden müssen.

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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Synchronisationseinrichtungen^ereinfachen, indem dem Heßgerät eine Präzisionsuhr, beispielsweise ein Quarzoszillator zugeordnet wird, um den Kompensationsspannungsgenerator mit dem Eingangswechselstrom zu synchronisieren, wobei die Uhr mit der Wechselstromspeisung von der Stromquelle vorsynchronisiert ist, so daß die Uhr relativ dazu mit >
arbeitet.

dazu mit einer bestimmten Phasenverschiebung, vorzugsweise O ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Prospektierungszwecke ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung des komplexen Feldes zu schaffen, wobei einerseits die Genauigkeit erhöht und andererseits die Meßzeit reduziert und die Möglichkeit gegeben sein soll, die Daten automatisch in vereinfachter Weise zdlparameln. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialunterschiede zu einer Impulskette mit einer Frequenz umgeformt werden, die proportional dem Momentanwert der als Folge der Potentialunterschiede auftretenden Spannung ist, daß die Impulse der Impulskette während einer festgelegten Zeitlänge (t) gezählt werden, daß ausgehend von den Potentialunterschieden ein Signalzeichen / U (t)J7 erzeugt wird, das das Vorzeichen der Spannung repräsentiert, und daß Signale, die festlegen, ob die Impulse der Impulskette beim Zählen addiert oder subtrahiert werden, in Abhängigkeit von den Zeichensignalen und einer Bezugsspannung erzeugt werden, die in einem bestimmten Verhältnis au dem in den Boden geleiteten Wechselstrom steht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät einen Umformer aufweist, um aus der zwischen den Meßelektroden eines Slektrodenpaares herrschenden Spannung eine Ausgangsimpulskette zu bilden, deren Frequenz proportional dem Momentanwert der jeweiligen Spannung ist, daß mindestens ein Zähler vorgesehen ist, dem die Impulskette zum Zählen der Impulse während einer festgelegten Zählperiode und ein Ausgangssignalzeichen, welches das Spannungsvorzeichen darstellt, zugeführt werden, daß eine Steuer- bzw. Überwachungseinheit vorgesehen

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ist, der das zuletzt erwähnte Ausgangssignal und mindestens eine Bezugsspannung zugeleitet werden kann, die in einem bestimmten Phasenverhältnis mit dem von dem Stromgenerator erzeugten ¥echseltrom steht, wobei die Steuer- bzw. Überwachungseinheit so gestaltet ist, daß sie in Abhängigkeit von dem Spannungsvorzeichen Vorwärts- und Rückwärtszählsignale für den bzw. die Zähler und Nullposition- und Ableseimpulse für den bzw. die Zähler in Abhängigkeit von der Zählperiode erzeugt, und daß Ziffernanzeiger vorhanden sind, um die das komplexe elektrische Feld repräsentierenden Potentialunterschiede in digitaler Form darzustellen.

Die Erfindung wird im Folgenden mehr ins Detail gehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Anordnung beschrieben. Eszeigen:

Fig. 1 in sehr vereinfachter Darstellung ein Blockdiagramm mit einem Stromgenerator und einem Empfangs- oder Meßgerät;

Fig. 2 eine Reihe von Impulsen;

Fig. 3 in Form eines Biockdiagrammes das Heßgerät bzw. den Empfänger, und

Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung der zentralen Steuer- bzw. übemvachungseinheit, die einen Teil des Meßgerätes bildet.

Das schematisch in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße System umfaßt einen Empfänger 41 mit einem Elektrodsnpaar 1, das aus den beiden Elektroden P1 und P2 besteht, die sich im Boden befinden. In den Boden wird ein elektrisches Wechselstromfeld mittels eines Stromgenerators 42 geleitet, der Bodenelektroden P3 und P4 aufweist. Von dem Stromgenerator bzw. Stromerzeuger 42 wird in den Boden ein sinusförmiger Strom mit einer Frequenz geleitet, die vorzugsweise einem ganzteiligen Bruchteil von 50 Hz entspricht, beispielsweise eine Frequenz von 1 Hz. In dem Empfangs- oder Meßgerät 41 ist eine zu diesem Strom in Beziehung gesetzte Bezugsspannung verfügbar, welche die Eigenschaft hat, daß die Phasendifferenz relativ zum Strom gleich Null ist. Zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares 1 wird eine Span-

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nung U(t) erhalten, die vier Komponenten urnfaßt, nämlich

1. eine Spannungskomponente, die in Phase mit dem von dem Stromgenerator 42 herrührenden Strom ist, wobei diese Komponente im folgenden als die effektive Komponente bezeichnet wird;

2. eine Spannungskomponente, die tun 90° phasenversetzt zu dem von dem Stromgenerator 42 herrührenden Strom ist, wobei diese Komponente im folgenden als die imaginäre Komponente bezeichnet wird;

3. die natürlich auftretenden Gleichspannungskomponenten, d.h. das sogenannte Eigenpotential, zwischen den ließ elektroden P'l und P2, wobei diese Komponenten im folgenden als die SP-Komponenten bezeichnet werden, und

4. eine unerwünschte Komponente, die die elektrischen Litorunden im Boden umfaßt, und zwar die Störungen sowohl natUrlioir^eiis auch künstlichen Ursprunges.

Erfindungsgemäß wird die Spannung U(t) zwischen den Elektroden P1 und P2 in eine Impulskette umgeformt, die dem Momentanwert der Spannung proportional ist. Bei diesem Umformungsvorgang wird auch ein Größenzeichen ]_ U(t)_J erhalten, d.h. das Vorzeichen für die Spannung U(t).

Die Spannung U(t) wird während eines bestimmten Zeitintervalls T integriert, und die Impulse werden daher während dieses Intervalls mit besonderer Berücksichtigung des Zeichens /~U(t)JJ, gezählt.

Fig. 2 gibt zwei Bezugsspannungen f^(t) und f₂(t) wieder, von denen die zuerst genannte die in Phase liegende Effektivkomponente und die zuletzt genannte die um 90° dazu phasenversetzte Imaginärkomponente der Spannung U(t) repräsentieren.

Die ersten drei Komponenten der oben aufgezählten Spannungskoniponenten können als die ersten drei Komponenten einer Fourier-Reihe: UCt)=U^ + ü^ είηώ t + U_Im cos U) t geschrieben wer-

den, wobei U(t) die Spannung zwischen den Elektroden des Meßelektrodenpaares, U₃ die SP-Komponente, U_Re die Effektivkomponente und U₁ die Imaginärkomponente sind.

In Gleichung (1) ist :

T
U₃p = -1 ₀/ U(t) dt (2)

U = f _n/ U(t).sinO3t dt - (3)

T
^UIm ⁼ f of ü(t).coswt dt (4)

T ist die Zählzeit, die als ganzteiliges Vielfaches der Netzfrequenzperiodenzeit 20 ms ausgewählt ist.

Bei den in Fig. 2 dargestellten Bezugsspannungen

^USP ⁼ f of U(t)dt (5)

^URe ⁼ If of U(t).f₁(t)dt . (6)

'^T U(t).f₂(t)dt (7) ■

und weiterhin

η = ~ ^ U(t).t dt

^USP ⁼ f 2 Z /-U(t)J^.F(sin(k.U(t).t)) (8) Z (Zeichen)

η = ψ- U(t).t = 0

η = ψ- f^T U(t).t dt

η = Ip- U(t).t = 0

η =ψ- f-Ύ U(t).t dt

^UIrn = |^Jzru(t)^.f₂(t).F(sin(k.U(t).t)) (10)

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- ίο -

η = ψ- U(t).t= O

kann das Zeichen £~1J(t)jJ die Werte + und - annehmen und zwar entsprechend einer Impulsaddition bzw. einer Impulssubtrahtion.

f-,(t) und fp(t) können den Vert +1 oder -1 annehmen (siehe die Kurve in Fig. Z).

F(sin (k.U(t)-t) = F(x) ist 1, wenn χ gleich sin (k.U(t.t) = O und O ist, wenn χ.φ 0 ist.
K ist konstant.

Die Suche nach den. Größen Ugp, U_R , und Uj_m kann dadurch direkt mittels elektronischer Zähler erfolgen, die eine Vorwärts-Rückwärtsfunktion haben, die durch das Produktzeichen /~U(t)__/.f (t). gesteuert wird.

Der Grund für ein intregrierendes Meßsystem liegt darin, daß im hohen Grad eine Unterdrückung von Lärm und Störungen erhalten werden soll. Die Intregrationszeit T wird vorzugsweise als ein Vielfaches der Periodenzeit 20 ms der Netzfrequenz (50 Hz) ausgewählt, um, wie oben erwähnt, eine hochgradige Unterdrückung der Störungen zu erhalten, die durch das elektrische Verteilungsnetz hervorgerufen werden.

Die Wirkungs- bzw. Betriebsweise des Meßgerätes (Empfänger) wird im folgenden mehr ins Detail gehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, in der das Meßgerät in Blockform dargestelt ist.

Die zwischen den Meßelektroden P1 und P2 (das End-Elektrodenpaar 1) auftretende Meßspannung U(t) wird dem Eingang eines Spannung -Zu-Frequenz-Umformers 2 zugeführt, der die Spannung mit analogem Charakter in eine Impulskette umwandelt, die für eine digitale Verarbeitung geeignet ist. Wie bereits erwähnt; enthält das von den Meftelektroden kommende Signal eine Effektiv-, eine Imaginär- und eine SP-Komponente und zusätzlich über-

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lagernde Störgrößen, die durch natürliche, in dem Boden auftretende Zufallströme und durch verschiedene Arten von künstlich hervorgerufenen Erdströmen "begründet sind. Die von dem Umformer 2 erzeugte Impulskette hat eine Frequenz, die proportional der Größe der Spannung ist, die zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares 1*herrscht. Die Impulskette gelangt zu dem Ausgang 3. Eine logische Information über die Polarität der Spannung wird vom Ausgang 4 einer zentralen Steuer-r "bzw. Überwachungseinheit 5 zugeführt. Das Meßgerät hat drei parallele Kanäle, die zur Auswertung der effektiven Meßkomponente, der imaginären Heßkomponente bzw. der SP-Komponente dienen.

Jeder Kanal enthält einen Zähler 20, 21, 22, ein Impulsverzögerungsglied 23, 24, 25, einen Informationsspeicher 26, 27, 28, einen Dekoder 29, 30, 31 und einen Ziffernanzeiger 32, 33, 34.

„Zur Auswertung der drei Heßkomponenten ist es notwendig, Zugang zu einer Bezugsspannung f^(t), die in Phase mit dem von dem. Stromgenerator 42 herkommenden Strom liegt, und einer Bezugsspannung ^2^^ ^{2U na1:ien}» die vw 90 phasenversetzt zu der ab gegebenen Spannung ist. Die effektiven Bezugsspannungen werden den Eingängen 6 bzw. 7 der Steuer- bzw. Überwachungseinheit 5 zugeführt. Die Steuer- bzw. Überwachungseinheit 5 erzeugt aus den beiden Bezugsspannungen die Steuer- bzw. Überwachungssignale, die für die drei Kanäle des Empfängers bzw. Heßgerätes benötigt werden«,

Datenimpulse von dem Umforiaerausgang 3 werden den Eingängen 15» 17 und 18 der Zähler 20, 21 bzw. 22 der drei Kanäle zugeführt.

Zur Steuerung bzw. Überwachung der Zähler wird von der zentralen. Steuer- bzw» Überwachungseinheit 5 ein logisches Signal benötigt, welches das Vorwärts- oder Rückwärtszählen anzeigt, und ein Signalimpuls, der die Zähler nach Beendigung einer Zählperiode löscht«,

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1.

Die Vorwärts- und Rückwärtszählsignale werden von den Ausgängen 8, 9 und 10 der zentralen Steuer- bzw, Überwachungseinheit 5 an die jeweiligen Eingänge 14, 16 und 19 der Zähler weitergeleitet. Zur Steuerung bzw. Überwachung der Speicher 26, 27, 28 werden Signalirapulse benötigt, die die Speicher in der 'i/eise instruieren, daß sie den Inhalt der Zähler ablesen und die Zähler unmittelbar vor dem Ende einer Zählperiode löschen* Diese Signalimpulse werden auf den entsprechenden Ausgängen 11, 12 und 13 von der zentralen Steuer- bzw. ijberwachungseinheit 5 abgegeben und außerdem auch den zugeordneten Impulsverzögerungsgliedern 23» 24 bzw, 25 zugeleitet.

Aus dem obigen ergibt es sich, daß die elektronischen Zähler 20 21 und 22 die Anzahl der Impulse zählen können, wobei entweder ein Vorwärtszählen oder ein Rückwärtszählen erfolgt, je nachdem, wie sie von einem logischen Signal instruiert werden. Die Speicher 26, 27 und 28, die Dekoder 29, 30 und 31 und die Ziffernanzeiger 32, 33 und 34 werden insgesamt benötigt, um das Ergebnis der Zähler darzustellen. Die Hauptwerte der T,^rerte der drei ins Auge gefaßten Signalkomponenten können durch gesonderte logische Kontrolle bzw. Steuerung der Zählfrequenz ermittelt werden» Die Zähler in den drei^ Kanälen addieren oder subtrahieren die Impulse in der Dateflpulskette in Abhängigkeit von der Information des zentralen Steuer- bzw. Überwachungsgerätes 5, Dieser Ablauf wird eine gewisse Zeit fortgesetzt, die einem Vielfachen der Zeitperiode des in den Boden geleiteten Stromes entspricht. Dieses Vielfache kann willkürlich ausgewählt werden. Je größer das Vielfach ist, desto mehr können die unerwünschten Störungen unterdrückt werden. Das Ausmaß der Störungsunterdrückung wird jedoch auf Kosten der Meßzeit erhalten. Am Ende der Zählperiode wird das Ergebnis an den Zählern auf die Speicher übertragen und auf den Ziffernanzeigern dargestellt. Die Zähler werden dann unmittelbar gelöscht und eine neue Heßfolge beginnt.

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Fig. 4 zeigt ein Konstruktionsbeispiel der zentralen Steuerbzw «■ Überwachungseinheit. · .

Die Zeicheninformation wird dem Eingang 4 als ein Eingangssignal für die beiden exklusives-ODER-GATTER 37, 38 zugeführt. Die effektive Bezugskomponente wird über den Eingang 6 als ein zweites Eingangssignal dem exklusives-ODER-Gatter 37 zugeführt. Die imaginäre Bezugskomponente wird über den Eingang 7 "als ein zweites Eingangssignal· dem exklusives-ODER-Gatter 38 zugeführt. Die zuletzt erwähnten Komponenten werden auch noch jeweils zugeordneten Frequenzteilern 35 bzw. 36 zugeführt. Die Frequenzteiler haben den Zweck, die Länge der Zählperiode relativ zu der Zeitperiode des in den Boden geleiteten Stromes festzusetzen, d.h. die Frequenz durch einen auswählbaren Faktor η zu teilen.

Die in Frage stehenden Signale werden jeweils ihren abgeleiteten RC-Gliedern 39 und 40 zugeführt, deren Zweck darin besteht, einen kurzen Impuls zum Löschen und Ablesen der Zähler zu geben. Die Zeitkoniante der RC-Glieder ist vorzugsweise kleiner als die kürzeste Zeitperiode von dem Spannung.-^·Zu-Frequenz-Umformer 2.

Die Ausgänge der in Fig. 4 dargestellten Steuer- bzw. Überwachungseinheit haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3} spezifischere Instruktionen zum Löschen und Ablesen des der Effektivkomponente zugeordneten Kanales und des der SP-Komponete zugeordneten Kanales werden von den Ausgängen 11 und 13 gegeben, während Instruktionen zum Vorwärtszählen und Rückwärtszählen in dem der Effektivkomponente zugeordneten Kanal vom Ausgang 8 gegeben werden. Instruktionen zum Vorwärtszählen und Rückwärtszählen in dem der SP-Komponente zugeordneten Kanal werden vom Ausgang 10 gegeben. Instruktionen zum Vorwärtszählen und Rückwärtszählen in dem der Imaginärkomponente zugeordneten Kanal werden von Ausgang 9 gegeben -und Instruktionen zum Löschen und Ablesen des Imaginärkanals werden vom Ausgang 12 gegeben.

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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern erstreckt sich auf al3ß im Rahmen der Offenbarung liegenden Modifikationen.

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Claims

- 15 Patentansprüche

Ί .^ Verfahren zur digitalen Bestimmung eines komplexen elektrischen Feldes, das zu Prospektierungszwecken durch Einleiten eines s:echselstromes' in dem zu untersuchenden Boden erzeugt wird, indem die Potentialunterschiede des Feldes hinsichtlich der Phase und der Amplitude festgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiaiunterschiede zu einer Inipulskette mit einer Frequenz umgeformt werden, die proportional dem Momentanwert der als Folge der Potentialunterschiede auftretenden Spannung ist, daß die Impulse der Impulskette während einer festgelegten Zeitlänge (t) gezählt werden, daß ausgehend von den Potentialunterschieden ein Signalzeichen /""UCt)_-J erzeugt wird, das das Vorzeichen der Spannung repräsentiert, und daß Signale, 'die festlegen, ob die Impulse der Impulskette beim Zählen addiert oder subtrahiert werden, in Abhängigkeit von den Zeichensignalen und einer Bezugsspannung erzeugt werden, die in einem bestimmten Verhältnis zu dem in den Boden geleiteten Wechselstrom steht·

2. Vorrichtung zur digitalen Bestimmung eines komplexen elektischen Feldes, das zu Prospektierungszwecken durch Einleiten eines von einem Stromgenerator erzeugten· Wechselstromes in dent zu untersuchenden Boden gebildet wird, indem die Potentialunterschiede des Feldes hinsichtlich der Phase undoder Amplitude zwischen mindestens zwei in den Boden eingeführten Keßelektroden festgestellt werden, die einen Teil eines Heßgerätes bilden, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (41) einen Umformer (2) aufweist, um aus der zwischen den Meßelektroden (P1 und P2) eines Elektrodenpaares (1) herrschenden Spannung eine Äusgangsimpulskette zu bilden, deren Frequenz proportional dem Momentanwert der jeweiligen Spannung ist, daß mindestens ein Zähler (20 bzw. 21 bzw. 22) vorgesehen ist, dem die Impulskette zum Zählen der Impulse während einer festgelegten Zählperiode und ein Ausgangs signalzeichen, welches

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das Spannungsvorzeichen darstellt, zugeführt werden, daß eine Steuer- bzw. Überwacliungseinheit (5) vorgesehen ist, der das zuletzt erwähnte Ausgangssignal und mindestens eine Bezugsspannung zugeleitet werden kann, die in einem bestimmten Phasenverhältnis mit dem von dem Stromgenerator (42) erzeugten Wechselstrom steht, wobei die Steuer- bzw. Überwachungseinheit (5) so gestaltet ist, daß sie in Abhänigkeit von dem Spannungsvorzeichen Vorwärts- und Rückwärtszählsignale für den bzw. die Zähler und Nullposition- und Ableseimpulse für den bzw. die Zähler in Abhängigkeit von der Zählperiode erzeugt und daß Ziffernanzeiger (32, 33 bzw. 34) vorhanden sind, um die das komplexe elektrische Feld reräsentierenden Potentialunterschiede in digitaler Form darzustellen.

Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der davon ausgegangen wird, daß die zwischen den Meßelektroden des Meßelektrodenpaares erhaltene Spannung drei Hauptkomponenten aufweist, nämlich eine Gleichspannungskomponente, die durch natürliche Ursache zwischen den Meßelektroden erzeugt wird, eine effektive Spannungskomponente, die in Phase mit dem von dem Stromgenerator erzeugten Strom liegt, und eine imaginäre Spannungskomponente, die um 90° phasenversetzt zu dem von dem Stromgenerator erzeugten Strom ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede dieser Komponenten ein Meßkanal vorgesehen ist, der einen Zähler (20 bzw. 21 bzw. 22)_; einen Informationsspeicher (26 bzw. 27 bzw. 28), einen Dekoder (29 bzw. 30 bzw. 31) und einen Ziffernanzeiger (32 bzw. 33 bzw. 34) umfaßt, wobei die Impulskette diesen Zählern zugeführt wird, denen jeweils individuelle Vorwärtszähl- und Rückwärtszählsignale zuleitbar sind, wobei den jeweiligen Zähler individuelle Lösch- und Ableseimpulse über zugeordnete Impulsverzögerungsglieder (23 bzw. 24 bzw. 25) und einen zugeordneten Informationsspeicher (26 bzw„ 27 bzw. 23) zuführbar sind, der während eines Ableseprozesses mit dem Zählresultat des zugeordneten Zählers speisbar ist, und daß Ausgangssignale

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der jeweiligen Speicher ( 26, 27, 28) über die Dekoder (29, 30, 31) auf den zugeordneten Anzeigern (32, 33, 34)■abbildbar sind, um die genannten drei Hauptkomponenten darzustellen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Überwachungseinheit (5) ein erstes exklusives-ODER-Gatter (37) mit einem ersten Eingang (6), dem die effektive Bezugsspannungskomponente zugeführt wird, und einem zweiten Eingang (4), dem das Zeichensignal zugeführt wird, und ein zweites exklusives-ODER*Gatter (38) mit einem ersten Eingang (7), dem die imaginäre Bezugsspannungskomponente zugeführt wird, und einen zweiten Eingang (4), der mit dem Zeichensignal versorgt wird, aufweist, daß das erste Gatter (37) derart gestaltet ist, daß es in Form eines Ausgangssignales ein Instruktionssignal zum Vorwärtzählen oder Rückwärtszählen in dem der effektiven Komponente zugeordneten Kanal erzeugt, daß das zweite Gatter (38) derart gestaltet ist, daß es als Ausgangssignal ein Instruktionssignal zum Vorwärtszählen ode,r Rückwärts zähl en in dem der Imaginärkomponente zugeordneten Kanal erzeugt, und daß das Zeichensignal auch als Vorwärtszähl- und Rückwärtszählsignal für den Gleichspannungskanal benutzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten Frequenzteiler (35), dem die effektive Bezugsspannungskomponente zuführbar ist, und einen zweiten Frequenzteiler (36) aufweist, dem die imaginäre Bezugsspannungskomponente zuführbar ist, wobei mittels der Frequenzteiler die Länge der Zählperiode festlegbar ist, und daß an den Ausgang jedes Frequenzteilers jeweils ein RC-Glied (39 bzw. 40) angeschlossen ist, um kurze Lösch- und Ableseimpulse für den der Effektivkomponente zugeordneten Kanal, bzw„ den Gleichspannungskanal bzw. den der Imaginärkomponente zugeordneten Kanal zu erzeugen.

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