DE2335850C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines zu Prospektierungszwecken dienenden komplexen elektrischen Feldes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines zu Prospektierungszwecken dienenden komplexen elektrischen FeldesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur 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 entwickelt
worden, um bei niedrigen Frequenzen in der Größen-Ordnung von 0,01 bis 10 Hz das komplexe elektrische
Feld zu ermitteln, das bei Benutzung dieser Verfahren gebildet wird. Bei den in Frage stehenden Verfahren
handelt es sich normalerweise um Destimmte Verfahren für induzierte Polarisation, die kurz ausgedrückt als ic
IP-Verfahren bezeichnet werden. Diese Verfahren
basieren darauf, daß, wenn in dem Erdboden ein elektrisches Feld erzeugt wird, indem mittels Bodenelektroden
ein elektrischer Strom in den Boden geleitet wird, elektrische Ladungen und Entladungen stattfin- is
den, 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 ^o
ein von einem Wechselstromgenerator erzeugtes Wechselfeld, bewirken die sogenannten IP-Effekte, daß
die Wechselspannung in zwei Punkten in der Nähe eines Störkörpers, beispielsweise eines Erzkörpers, anders ist
als in dem Fall, indem kein Störkörper vorhanden ist. Demzufolge kann sich die Spannung sowohl hinsichtlich
der Amplitude als auch hinsichtlich der Phasenlage verändern.
In der Praxis wird 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 Verfahrensweisen zur Überwindung dieser Schwierigkeiten haben sich nicht als
zufriedenstellend erwiesen.
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 Konzentra- ho
tionsunterschieden von in der Bodenoberfläche vorhandenen Elektrolyten herrühren. Andere Gründe für den
obenerwähnten Spannungsunterschied sind in Erdströmen, TP, mehr regionalen Umfanges und künstlichen
Erdströmen, AP, von Kraftwerken, Eisenbahnen, elek- o<,
trischen Straßenbahnanlagen und dergleichen zu suchen. Diese letzteren Störungt.. erzeugen mehr oder
weniger periodische Wechselsponnungen oder ÜberSpannungen,
die den Spannungsunterschieden von dem zu untersuchenden elektrischen Feld überlagert sind
und daher ein ernsthafteres Störproblsm 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 Eingaugsstrom 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 Meßmethode wird der IP-Effekt, d.h. die Information, 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 werden somit
die Spannungsunterschiede A Vzwischen den Potentialelektroden,
den Meßelektroden, in bestimmten Zeitintervallen fi, h, h ... gemessen, nachdem der Strom
unterbrochen worden ist. Die Durchschnittsspannung wird technisch innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeitintervalle
(tu t\+At), (t2. i2 + At)usw. gemessen. Überlagerte
Störungen der Art TP und AP können dadurch nur geringfügig das Meßergebnis beeinflussen, wenn sie in
den ausgewählten Zeitintervallen auftreten. Eine Möglichkeit zur Störungsreduzierung von Überspannungen
und Störungen der letzteren Art besteht darin, größere Zeitintervalle fi, fi +At, d. h. ein größeres Inkrement At,
auszuwählen, in dem die Hauptspannung als Voltsekunde je Sekunde gemessen wird, siehe das Integral:
1 = f
ir J
V df
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 Wechselstrom-iP-Verfahrens
wird 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 gemessenen
Wechselspannung ermittelt, um eine Information über die geologische Situation zu erhalten; der Prozeß
ist dabei derart, daß eine Spannung, die dem Primärstrom proportional ist, und eine Spannung, die
dem Spannungsunterschied zwischen den Spannungsbzw. Meßelektroden proportional ist, jeweils an
zugeordnete 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 Meßergebnis, wobei ein zusätzlicher Nachteil dieser
Meßmethode darin liegt, daß das erforderliche Meßgerät 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 periodisehen
ais auch aperiodischen TP- und AP-Störungen außerordentlich beträchtlich.
Um bei geophysikalischen Untersuchungen bessere Informationen über das elektrische Feld zu erhalten, ist
bereits eine Wechselstromkompensierung benutzt worden, 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 unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt werden
müssen.
Man hat bereits die Synchronisationseinrichtungen vereinfacht, indem dem Meßgerät 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 einer bestimmten Phasenverschiebung, vorzugsweise
0°, arbeitet.
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 zu sammeln. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 2 angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden mehr ins Detail gehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Anordnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 in sehr vereinfachter Darstellung ein Blockdiagramm mit einem Stromgenerator und einem Empfangs- oder Meßgerät,
F i g. 3 in Form eines Blockdiagramms das Meßgerät bzw.den Empfängerund
Fig.4 eine beispielhafte Darstellung der zentralen
Steuer- bzw. Überwachungseinheit, die einen Teil des Meßgerätes bildet
Das schematisch in F i g. 1 dargestellte erfindungsge-
mäße System umfaßt einen Empfänger 41 mit einem Elektrodenpaar 1, das aus den beiden Elektroden Pi
und P2 besteht, die sich im Boden befinden. In den Boden wird ein elektrisches Wechselstromfeld mittels
eines Stromgenerators 42 geleitet, der Bodenelcktroden P3 und PA 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 Spannung U(t) erhalten, die vier Komponenten umfaßt, 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 um 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 Meßelektroden Pl und P2, wobei diese Komponenten im folgenden als die SP-Komponenten
bezeichnet werden, und
4. eine unerwünschte Komponente, die die elektrischen Störungen im Boden umfaßt, und zwar die
Störungen sowohl natürlichen als auch künstlichen Ursprunges.
Die Spannung U(t) wird 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)J gezählt.
Fig. 2 gibt zwei Bezugsspannungen f\(t) und h(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 Spannungskomponenten können als die ersten drei
Komponenten einer Fourier-Reihe:
U(t)— Usp+ Ure sin ω r+ U/m cos ω /
geschrieben werden, wobei U(t) die Spannung zwischen
den Elektroden des Meßelektrodenpaares, UsP die SP-Komponente, Urc die Effektivkomponente und Uin,
die Imaginärkomponente ist
In Gleichung (1) ist:
UU)ai.
VU) ■ sin t»t al.
]. j ν
/(M · cos ,.,/ dl
7" ist die Zählzeit, die als ganzteiliges Vielfaches der
Netzfrequenzperiodenzeit 20 ms ausgewählt ist. Bei den in F i g. 2 dargestellten Bezugsspannungen
UU) dl .
UK, = ^7JUU)- J1U)Ut.
U1n, = ^.J UU) /2(f) dl
und weiterhin
und weiterhin
ι
Α· Γ
Α· Γ
UU) ■ / dl .
Ux,. = τ Λ'Z [U(I)] · F (sin (k ■ UU) ■ I)) (8)
Z (Zeichen)
η = k UU)- ι = O
U(D ι di.
=~j Σ Z\U(t)-] ·./,(()· F (sin [k- UU) D)
η = U(I) I=O.
.7
* f
L'(i) · ι dt.
U1n = ^f XZ [U(I)] J2(I)- F (sin (lc· U(I) ■ I)) ,
(10) η = k UU) ■ ι = O
.-γ
kann das Zeichen [U(t)Jd\t Werte + und — annehmen,
und zwar entsprechend einer Impulsaddition bzw. einer mpulssub fraktion.
f\(t) und fj(t) können den Wert +1 oder -1
annehmen (siehe die Kurve in F i g. 2).
F(sin (k· U(t)-t)- F(x) ist 1, wenn χ gleich sin
(k · U(t ■ t)-0und 0ist,wennχφΟ ist
dadurch direkt mittels elektronischer Zähler erfolgen, die eine Vorwärts-Rückwärtsfunktion haben, die durch
das Produktzeichen[U(I)] ■ /(^gesteuert wird.
Der Grund für ein integrierendes Meßsystem liegt darin, daß im hohen Grad eine Unterdrückung von
Lärm und Störungen erhalten werden soll. Die Integrationszeit Twird vorzugsweise als ein Vielfaches
der Periodenzeit 20 ms der Netzfrequenz (50 Hz) ausgewählt, um, wie oben erwähnt, eine hochgradige
ι ο 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
ι s Meßgerät in Blockform dargestellt ist.
Die zwischen den Meßelektroden Pi 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 Meßelektroden kommende Signal
eine Effektiv-, eine Imaginär- und eine SP-Komponente und zusätzlich überlagernde Störgrößen, die durch
2s 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 nentralen Sleuer-
bzw. Überwachungseinheit 5 zugeführt. Das Meßgerät
3s hat drei parallele Kanäle, die zur Auswertung der
effektiven Meßkomponente, der imaginären Meßkomponente 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 Meßkomponenten ist es notwenig, Zugang zu einer Bezugsspannung f\(t), die in
Phase mit dem von dem Stromgenerator 42 herkommenden Strom Hegt, und einer Bezugsspannung h(t) zu
haben, die um 90° phasenversetzt zu der abgegebenen Spannung ist. Die effektiven Bezugsspannungen werden
den Eingängen 6 bzw. 7 der Steuer- bzw. Überwachungseinheit 5 zugeführt. Die Steuer- bzw. Überwa-
so chungseinheii 5 erzeugt aus den beiden Bezugsspannungen
die Steuer- bzw. Überwachungssignale, die für die drei Kanäle des Empfängers bzw. Meßgerätes benötigt
werden.
Datenimpulse von dem Umformerausgang 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 Logik-Signal benötigt, welches das Vorwärts- oder
Rückwärtszählen anzeigt, und ein Signalimpuls, der die
Zähler nach Beendigung einer Zählperiode löscht
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 Signalimpulse benötigt, die die Speicher in der Weise
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. Überwachungseinheit 5 abgegeben und
außerdem auch den zugeordneten Impulsverzögerungs- > gliedern 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
Logik-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
Werte der drei ins Äuge 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 Datenimpulskette 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 Vielfache 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 Meßfolge beginnt.
F i g. 4 zeigt ein Konstruktionsbeispiel der zentralen Steuer- bzw. Überwachungseinheit.
Die Zeicheninformation wird dem Eingang 4 als ein Eingangssignal für die beiden Exklusiv-ODER-Gatter
37,38 zugeführt. Die effektive Bezugskomponente wird
über den Eingang 6 als ein zweites Eingangssignal dem Exklusiv-ODER-Gatter 37 zugeführt. Die imaginäre
Bezugskomponente wird über den Eingang 7 als ein zweites Eingangssignal dem Exklusiv-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 WC-Gliedern 39 und 40 zugeführt, deren
Zweck darin besteht, einen kurzen Impuls zum Löschen und Ablesen der Zähler zu geben. Die Zeitkonstante der
/?C-Glieder ist vorzugsweise kleiner als die kürzeste
Zeitperiode von dem Spannung-Zu-Frequenz-Umformer2.
Die Ausgänge der in F i g. 4 dargestellten Steuerbzw. Überwachungseinheit haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.3; spezifischere Instruktionen zum
Löschen und Ablesen des der Effektivkomponente zugeordneten Kanals und des der SP-Komponente
zugeordneten Kanals 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.
2 I)UiIt Zcichnuimun
Claims (5)
1. Verfahren zur Bestimmung eines komplexen elektrischen Feldes, das zu Prospektierungszwecken
durch Einleiten eines Wechselstromes in dem zu untersuchenden Boden erzeugt wird, indem die
Potentialunterschiede des Feldes hinsichtlich der Phase und der Amplitude festgestellt werden,
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)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 Bestimmung eines komplexen elektrischen Feldes, das zu Prospektierungszwecken
durch Einleiten eines von einem Stromgenerator erzeugten Wechselstromes in dem zu untersuchenden
Boden gebildet wird, indem die Potentialunterschiede des Feldes hinsichtlich der Phase und der
Amplitude zwischen mindestens zwei in den Boden eingeführten Meßelektroden festgestellt werden, die
einen Teil eines Meßgerätes bilden, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Meßgerät (41) einen Umformer (2) aufweist, um aus der zwischen den
Meßelektroden (PX und P 2) eines Elektrodenpaares
(1) herrschenden Spannung eine Ausgangsimpulskette zu bilden, deren Frequenz proportional dem
Momentanwert der jeweiligen Spannung ist, daß mindestens ein Zähler (20 bzw. 21 bzw. 22)
vorhanden 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 (5) vorhanden ist, der das zuletzt erwähnte Ausgangssignal und
mindestens eine Bezugsspannung zugeleitet werden kann, die in einem bestimmten Phasenverhältnis n;it
dem von dem Stromgenerator (42) erzeugten Wechselstrom steht, wobei die Steuer- bzw.
Überwachungseinheit (5) 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 (32,33 bzw. 34)
vorhanden sind, um die das komplexe elektrische Feld reräsentierendep Potentialunterschiede in
digitaler Form darzustellen.
3. 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 natürliehe 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 vorhanden 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 bz-w. 33 bzw. 34)
umfaßt, wobei die Impuiskette diesen Zählern zugeführt wird, denen jeweils individuelle Vorwärtszähl-
und Rückwärtszählsignale zuleitbar sind, wobei den jeweiligen Zählern individuelle Lösch- und
Ableseimpulse über zugeordnete Impulsverzögerungsglieder
(23 bzw. 24 bzw. 25) und einen zugeordneten Informationsspeicher (26 bzw. 27 bzw.
28) zuführbar sind, der während eines Ableseprozesses mit dem Zählresultat des zugeordneten Zählers
speisbar ist, und daß Ausgangssignale 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 J, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- b'.w. Überwachungseinheit
(5) ein erstes Exklusiv-ODER-Gatter (37) mit einem ersten Eingang (6), dem die effektive Bezugsspannungskomponente
zugeführt wird, und einem zweiter. Eingang (4), dem das Zeichensignal zugeführt wird, und ein zweites Exklusiv-ODER-Gatter
(38) mit einem ersten Eingang (7), dem die imaginäre Bezugsspannungskomponente zugeführt wird, und
einem zweiten Eingang (4), der mit dem Zeichensignal versorgt wird, aufweist, daß das erste Gatter
(37) derart gestaltet ist, daß es in Form eines Ausgangssignals ein Instruktionssignal zum Vorwärtszählen
oder Rückwärtszählen in dem der effektiven Komponente zugeordneten Kanal erzeugt,
daß das zweite Gatter (38) derart gestaltet isi, daß es als Ausgangssignal ein Instruktionssignal zum
Vorwärtszählen oder Rückwärtszählen in dem der Imaginärkomponente zugeordneten Kanal erzeugt,
und daß das Zeichensignal auch als Vorwärtszähl- und RUckwärtszähisignal 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 imag^-äre Bezugsspannungskomponente
zuführbar ist, wobei mittels der Frequenzteiler die Länge der Zählperiode festlegbar ist, und
daß an den Ausgang jedes Frequenzteilers jeweils ein /?C-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.
Applications Claiming Priority (1)
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