DE2335850C3

DE2335850C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines zu Prospektierungszwecken dienenden komplexen elektrischen Feldes

Info

Publication number: DE2335850C3
Application number: DE2335850A
Authority: DE
Inventors: Bruno Yngve Boliden Nilsson (Schweden)
Original assignee: Boliden AB
Current assignee: Boliden AB
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1978-05-18
Also published as: FR2193985A1; NO137976B; AU471378B2; FR2193985B1; JPS4944901A; AU5776073A; DE2335850B2; NO137976C; DE2335850A1; US3849722A; SE365619B; CA998104A; GB1431588A

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 Wechselsp_onnungen 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. 2 eine Reihe von Impulsen,

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, Us_P die SP-Komponente, Ur_c die Effektivkomponente und Ui_n, 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 .

U_K, = ^₇JUU)- J₁U)Ut.

U_1n, = ^.J UU) /₂(f) dl
und weiterhin

ι
Α· Γ

UU) ■ / dl .

U_x,. = _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.

U_1n = ^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

K ist konstant Die Suche nach den Größen U_Sp, Ur_c und Ui_n, kann

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

23 Patentansprüche:

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.