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Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis unterirdischer Erzlager oder
von Grundwasser mittels elektrischer Schwingungen. Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis unterirdischer . Erzlager oder von
.Grundwasser mittels elektrischer Wellen.
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Verfahren dieser Art sind bereits bekanntgeworden, und zwar werden
bei diesen in den Empfangsapparaten - Antennen verwendet, weshalb das Umhertragen
dieser Apparate auf der zu untersuchenden Erdoberfläche mit Schwierigkeiten verknüpft
ist; und mithin die Durchführung des Verfahrens sich sehr umständlich und zeitraubend
gestaltet. Dieser Nachteil steigt mit der Zunahme der Wellenlänge, und das Verfahren
ist daher bei großen Wellenlängen praktisch undurchführbar. Die Untersuchung der
am Erzlager reflektierten Wellen bedingt die Anwendung nur relativ kurzer Wellen,
da nür diese praktisch -am Erzlager und am Wasser usw. reflektiert werden. Da aber-
:diese kurzen Wellen durch die oft feuchten Erdoberflächenschichten nicht durchdringen
können, so sind die erwähnten Verfahren in ihrer Anwendung sehr beschränkt und lassen
auch ein Unterscheiden zwischen Erzen, Wasser oder feuchter Erde kaum zu.
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Der Zweck der Erfindung ist nun, ein Verfahren dieser Art und eine
Vorrichtung zur Ausführung derselben zu schaffen, denen die oben angegebenen Nachteile
nicht anhaften. Dies wird dadurch erreicht, -daß das Erdinnere finit langen Wellen,
deren Wellenlängen im Vergleich mit -den Dimensionen des Lagers groß sind, mittels
Sendevorrichtungen (wie Antennensender o. dgl.) auf große Entfernungen horizontal
oder in die Tiefe durchstrahlt wird, und die beim Auftreffen dieser Wellen auf ein
Erzlager o. dgl. diffus von demselben verstreute Wellenenergie mittels von der Wirkung
des Primärfeldes des Senders geschÜtzter, tragbarer Empfangsapparate an der Erdoberfläche
in Umgebung des Lagers aufgefangen wird, wobei dieser Apparat aus geschlossenen
Schwingungskreisen mit Solenoiden von großem Durchmesser besteht, und diese Solenoide
von der Wirkung der vom Sender kommenden Primärwellen dadurch geschützt werden,
daß deren Windungsflächen mit der Richtung des magnetischen Vektors der Primärwellen
zusammenfallen.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der
-Vorrichtung zur Durchführung,des Verfahrens dargestellt, und es sind Fig. z die
Gesamtansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, und Fig.2, 3 und 4 Einzelheiten
der Empfangsvorrichtung.
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Bei Ausübung des Verfahrens wird die zu untersuchende Gegend dem Wechselfelde
eines elektromagnetischen, langsam schwingenden, geschlossenen, eventuell auch offenen
Schwingungskreises unterworfen. Derselbe besteht im Falle eines geschlossenen Kreises
aus einem Ringsolenoid aus vielen Windungen öder Reifen von möglichst großem Durchmesser,
der horizontal auf die Erde gelegt wird und in dem bei Zufügung entsprechender Kapazität
Schwingungen oder Wechselströme .erzeugt werden. Ein derartiger Ring
ist
selbst bei einem Durchmesser von 2 bis 3 In leicht tragbar und kann eventuell auch
vertikal angebracht werden. Handelt es sich um einen offenen Schwingungskreis, so
ist derselbe mit einer sehr langen, z. B. horizontal auf der Erde ausgestreckten,
isolierten Antenne versehen. In-Spezialfällen können auch Vertikalantennen verwendet
werden. Es werden nun beliebig langsame Schwingungen oder Wechselströme verwendet
(etwa ungefähr zwischen i ooo und 50 ooQ Perioden pro Sekunde) und der allgemeine
Vorgang ist der, daß die durch diese Schwingungen erzeugten Wellen im allgemeinen
wesentlich größer sind als die linearen Dimensionen der Erzlager usw. und daß im
allgemeinen keine Reflektion der Wellen- stattfindet, sondern ein Teil der Energie
beim Auftreffen der Welle auf das Erzlager diffus zerstreut wird. Mit anderen Worten,
es induzieren diese vom Schwingungskreis ausgehenden Primärmagnetfelder in den Erzlagern,
die sie durchdringen, Foucault- oder Wirbelströme, deren sekundäre Magnetkraftlinien
in großen Kreisen sich um die Ränder des Erzlagers schließen und dabei zum Teil
an der Erdoberfläche austreten, wie aus Fig. i ersichtlich ist, in welcher a ein
Selbstinduktionssolenoid oder Ring eines geschlossenen Schwingungskreises, b den
Schnitt einer Horizontalantenne eines offenen Schwingungskreises, Ho das primäre
Magnetfeld dieser Sender und HI das sekundäre Magnetfeld des Erzlagers c darstellt.
Es verwandelt sich somit das Erzlager in einen großen Wechselfeldmagneten. Die Kraftlinien
dieses sekundären Feldmagneten, die nach allen Richtungen laufen und in gewisser
Entfernung von den Rändern des Erzlagers an der Erdoberfläche, z. B. im angenommenen
Spezialfalle horizontal (also senkrecht zum Primärfeld), verlaufen, werden nun mittels
tragbarer, geschlossener, eventuell entsprechend abgestimmter Schwingungskreise
mit Selbstinduktionsringen mit vielen Windungen von großem Durchmesser untersucht.
Diese Schwingungskreise sind' mit empfindlichen Strom- oder Spannungsapparaten zur
Wahrnehmung der durch das Sekundärfeld im Reifen induzierten Schwingungen verbunden.
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Diese Reifen- oder Ringsolenoide der Empfangsschwingungskreise werden
von der Wirkung des Primärmagnetfeldes dadurch geschützt, daß die Flächen der Ringe
(die allgemein aus vielen Windungen Kupfer oder Aluminiumdraht bestehen) mit der
Richtung des Primärmagnetfeldes zusammenfallen. In .dem dargestellten Ausführungsbeispiel,
bei dem das Primärfeld vertikal gerichtet ist, stehen die zwei Ringsolenoide g,
f (Fig. 2) mit ihren Flächen in zwei zueinander senkrechten Vertikalebenen und sind
um die Vertikalachse x-y drehbar. Es induziert also das Magnetfeld Ho keine Ströme
in diesen Ringen. Bei Annäherung an das Erzlager induziert das Sekundärfeld, d.
h. die Horizontalkomponente des Sekundärfeldes, Ströme in g oder f. Durch Drehung
der Reifen um die Achse x-y kann erreicht werden, daß auch in dem Ringe f keine
Ströme induziert werden, sondern nur im Ringe g. Dadurch wird die Richtung zum oder
vom Erzlager gegeben. Auf diese Weise kann durch Untersuchung der Stärke und Richtung
des Sekundärfeldes die äußere Begrenzung des Erzlagers bestimmt und Aufschluß über
dessen Tiefe und Dicke gewonnen werden. Durch Messung der Phasenverschiebung zwischen
dem Primär-und Sekundärfeld kann man Anhaltspunkte zum Unterscheiden eines Erzlagers
von Wasser erhalten (da deren elektrische Leitfähigkeiten im allgemeinen verschieden
sind), besonders bei vorher ermittelten Dimensionen des Lagers. In manchen Fällen
kann auch die Schwächung des Primärfeldes, die direkt über dem Erzlager durch das
Sekundärfeld geschieht und beispielsweise durch einen horizontalen Ring gemessen
werden kann, zur Orientierung dienen.
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Die Empfangsringe f, g werden vom Primärfelde nicht nur durch ihre
Stellung geschützt, sondern auch noch dadurch, daß sie von innen oder von außen
durch Kurzschlußringe i aus Kupfer oder Aluminitun umgeben werden, deren Flächen
senkrecht zur Kraftlinienrichtung des Primärfeldes stehen. Die in diesen Ringen
von möglichst kleinem Ohmsehen Widerstand durch das Primärfeld induzierten, nahezu
wattlosen Ströme schwächen das Primärfeld wesentlich. Auf .diese Weise werden die
Empfangsreifen doppelt von dem Primärfeld geschützt. Die Horizontalkomponente des
Sekundärfeldes geht aber, wie ersichtlich, ungehindert .durch die Schutzringe i
hindurch, ohne in ihnen Ströme zu induzieren. An Stelle der Schutzringe i können
auch, wie Fig. 3 zeigt, .Schutzscheiben j angebracht werden. Eventuell: kann ein
teilweiser Schutz der Ringe g, f vom Primärfelde durch Umgeben derselben mit .aus
untgrteilteth Weicheisen bestehenden Mänteln erreicht werden.
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Die oben beschriebenen Empfangsapparate gestatten auch eine äußerst
feine Untersuchung .der reflektierten Wellen und können daher zur Untersuchung von
viel kürzeren, am Erzlager reflektierten Wellen verwendet werden.
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Dieses Verfahren gestattet ferner .die Verwendung sehr leicht :tragbarer
Apparate, da auch der Sendeapparat .aus einem .geschlossenen Schwingungskreis fmxt
Ringsolettoül und Kapazität besteht. .:Beide Apparate :könnten leicht auf der Erdoberfläche
bewegt -werden.
Um auch während der Messungen ein rasches Bewegen
der Apparate zu ermöglichen, was in der Praxis außerordentlich wichtig sind, sindsowohl
in demSendeschwingungskreis (Ringsolenoid), als auch in den Empfangsringsolenoiden,
oder nur in den Empfangssolenoiden allein, Kreisel eingebaut, die um die Vertikalachse
drehbar sind. Durch diese Kreisel, die z. B. mittels elektrischer Motoren dauernd
in Umdrehung versetzt werden, kann das genaue senkrechte Aufeinanderstehen des Senderinges
einerseits und der beiden Empfangsringe andererseits auch während einer raschen
Bewegung dieser Apparate auf dem Erdboden trotz aller möglichen Stöße dauernd aufrecht
erhalten werden. Bei horizontaler, ebener Erdoberfläche fallen die Flächen der Selbstinduktionsringe
der Schwingungskreise des Senders und Empfängers mit entsprechenden Horizontal-
und Vertikalebenen zusammen. Bei unebenem oder bergigem Gelände werden dieselben
Empfangs-und Senderinge um einen gewissen Winkel gegen die Gyroskopachsen gedreht
gehalten, so daß die Ebene des Sendekreises z. B. senkrecht und symmetrisch die
Flächen der Empfangsringe schneidet, oder überhaupt so, daß die Flächen der Empfangsringe
mit dem Laufe der Kraftlinien des Primärfeldes zusammenfallen.
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Es können also auf diese Weise sehr rasch große Erdoberflächen untersucht
werden, indem die Empfangs- eventuell auch die Sendeapparate in einer gewissen gegenseitigen
Entfernung die Erdoberfläche befahren und während der Fahrt Beobachtungen, z. B.
an zwei mit den Empfangsringen verbundenen Telephonapparaten, gemacht werden. Wird
ein offener Sendeschwingungskreis und eine lange, eventuell nach Kilometern zählende,
horizontal auf dein Boden ausgestreckte Antenne benutzt, so bleibt der Sendeapparat
selbstverständlich unbeweglich, und es wird nur der Empfangsapparat bewegt, mit
dem die Umgebung des Sendeapparates auch auf sehr große Entfernung von demselben
befahren und untersucht werden kann.
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,Sind die Apparate mit Gyroskopen ausgerüstet, so läßt sich das Verfahren
auch zum Aufsuchen von in der Erde eingegrabenen und versteckten Schätzen aus Edelmetallen,
Münzen usw. verwendem. Da diese Schätze dem Volumen nach gewöhnlich klein sind und
nicht tief unter der Oberfläche liegen, kann durch das Verfahren gemäß der Erfindung
die entsprechende Stelle sicher und rasch aufgesucht werden, indem man mit den beschriebenen
Apparaten, beispielsweise nur mit dem Empfangsapparat, das Gelände befährt. Hierbei
muß selbstverständlich dafür gesorgt werden, daß in den Kreiseln selbst keine störenden
Induktionsströme induziert werden, weshalb diese Kreisel aus nicht leitenden Materialien
oder aus entsprechend unterteilten Metallteilen gefertigt werden. Fig. 4. zeigt
schematisch einen in dem Empfangsring f eingebauten, um die Vertikalachse x-y drehbaren
Kreisel k. Beim Sendering -kann eventuell der Kupferdrahtring (Solenoid). selbst
zur Kreiselperipherie ausgebildet werden und mitrotieren.
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Beim Aufsuchen von Schätzen, Edelmetallen, Münzen usw. können besonders
bei trockenem Boden viel schnellere Schwingungen verwendet werden, z. B. kann die
Schwingungszahl wesentlich mehr als ioo ooo pro Sekunde betragen. Der Vorgang der
diffusen Energiezerstreuung findet trotzdem statt, da die linearen Dimensionen dieser
eingegrabenen Schätze gewöhnlich sehr klein sind.