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Verfahren und Einrichtung zur unmittelbaren Messung erdmagnetischer
Feldstärke-Anomalien mittels Protonen.MAgnetometer unabhängig von zeitlichen Feldvariationen.
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Die Erfindung bbetrifft ein Protonen-Magnetometer, hier ausgestattet
nit einem zusätzlichen Sensor iuid betrieben in ei nem speziellen Verfahren, welches
in der geophysikalischen Prospektion eingesetzt werden kann.
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Die damit erhaltenen Daten erfordern keine nachträgliche Tor rektur
mehr wie bisher üblich und ermöglichen somit neben Zeit-, Gerät- und Arbeitseinsparung
die Einführung einer neuen Arbeitsmethode in der exakten Magnetfeldmessung, was
einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem heutigen Stand der Technik darstellt,
Die Vermessung des erdmagnetischen Feldes wird in der angewandten Geophysik zum
Zweck des Auffindens von metallischen Trager stätten betrieben, die sich speziell
durch Beeinflussung Ges natürlichen elektromagnetischen Feldes auszeichen. Das resultierende
Feld weist daher Inhomogenitäten in Form von Feldstärkeschwankungen zwischen der
einzelnen Messpunkten auf, sogenannte Anomalien, die unter bestimmten Voraussetzungen
als Anzeichen von Legerstätten gewertet werden können.
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Prinzipiell unterscheidet man zwischen exakten und groben Magnetfeldvermessungen,
je nach Größenordnung der zu erwartenden Anomalien. Bei der groben Methode rechnet
man mit Anomalien, die ein Mehrfaches der täglichen Feldstärkeschwankungen ausmachen,
womit letztere vernachlässigt werden können.
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Die exakte methode mißt Anomaliebeträge in der Größenordnung der täglichen
Schwankungen md kann daher, je nach deren Betrag und Phasenlage, in ihren Ergenissen
vollkommen verfälscht werden. Deshalb ist es erforderlich, den Verlauf der zeitlichen
Variationen getrennt zu erfassen und damit die Geländedaten zu korrigieren.
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Bisher wird die exakte Methode in der Praxis folgendermaßen durchgeführt:
Man legt Messtrecken fest, welche, in einzelne Messtationen in bestimmten Abständen
unterteilt, mit dem Magnetometer abeeschritten werden, wobei meist eine elektronische
Speicherung der Messwerte im Gerät selbst erfolgt. Gleichzeitig wird von einer ortsfesten,
selbstregistrierenden Basis-Station die 7urve der zeitlichen Variation (sog. Drift)
aufgenommen, welche nach Rückkehr des Feldmessteams zur Korrektur der Stationsmesswerte
(sog. Reduktion) herangezogen wird, Die endgaltigen Messwerte erscheinen dann je
nach Rechnungsart als Absolutwerte der Totalintensität des Erdmagnetfeldes oder
als Relativwerte gleich Anomalien zwischen den einzelnen Messpunkten, Dieses konventionelle
Verfahren hat folgende Nachteile: 1. Beine selbstregistri er ende Basis-Station,
bestehend aus einem Magnetometer mit Zeitigebar und Registriereinheit, ist erforderlicht
und muß gelegentlich auf korrekten Betrieb hin überwacht werden während des Feldmessteam
unterwege ist; ein Ausfall dieser Anlage dann u. U. die Messdaten eines gangen
Tages
wertetles machen.
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2. Die Geländemesswerte müssen, sofern sie nicht ohnehin in Computer
eingegeben werden, umständlich an Hand der Driftkurve (Aufzeichnung der Feldvariation
über einen Tag) korrigiert werden.
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3. Verzögerte Verfügbarkeit der Daten durch diese Prozedur, die einen
ausätlichen Arbeitsaufwand bedeutet.
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4. Keine unmittelbare Verfügbarkeit der Daten ab Gerät während des
Abgehens der Messtrecken, damit keine Möglichkeit der "Magnetfeld-Kartierung", d.h.
sofortiges Eintragen der Werte in eine Karte und gezielte Wahl der Messroute zur
Verfolgung von Anomalienstrukturen, die sich in den laufenden Messwerten andeutet,
Diese Arbeitsweise entsprache der Technik einer üblichen geologischen oder petrographischen
Kartierung, welche mit der bisherigen sresstechnik in der Magnetfeldvermessung nicht
möglich ist.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Protonenmagnetometer
und ein Anwendungsverfahren derart zu gestalten, daß alle Messdaten bereits ab Gerät
driftkorrigiert sind ohne Verwendung der herkömmlichen Basis-Station mit separater
Datenkorr ektur.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stationen
mit dem sog. Überlappungsverfahren gemessen werden, d.h. es werden zwei Sensoren
gleichzeitig entlang der Messstrecke bewegt, wodurch die jeweils vorgeschobene Station
vom nachfolgenden zweiten Sensor erneut gemessen wird.
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Fig. 1 und Fig. 2 erläutern die alte und die neue Methode, wobei die
oberhalb den Messpunkten angesetzten Sensoren (S, S1, Sc) und Einzel- bzw. Doppelsensorgeräte
(ESG, DSG) stets den ersten Ortswechsel des Messtruppe darstellen.
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Der offensichtliche Nachteil des konventionellen Verfahrens (Fig.
1) besteht darin, daß in der Zeit, die der Messtrupp benötigt, um von Station 1
zu Station 2 zu gelangen, das natürliche Erdmagnetfeld sich bereita um einen bestimmten
Betrag geändert hat. Der Messwert an Station 2 erweitert sich nun um diesen Betrag,
welcher bisher nur mit einer Fest- oder Basisstation ermittelt und nachträglich
berücksichtigt werden kann (Reduktion der Geländedaten). Der Einfluß der zeitlichen
Feldstärkeschwankungen (Drift) ist vergleichbar der Rolle des Luftdrucks bei barometrischen
Höhenmessungen, in den relativen Druckdifferenzbetrag zwischen zwei Punkten geht
ebenfalls die wanderung des Gesamtluftdrucks ein, sofern diese Änderung zwischen
den Messungen stattgefunden hat.
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Der Betrag der magnetischen Drift wächst generell mit der Zeit, die
der Messtrupp benötigt'um von einer Station zur anderen zu gelangen, umgekehrt reduziert
er sich, je weniger Zeit zwischen den einzelnen Messvorgangen verstreicht. Im Extremfall,
bei gleichzeitiger Messung aller oder zumindest zweier Stationen geht er gegen Null.
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Diese Uberlegung ist der Ansatzpunkt der überlappungsmethode, deren
wesentliches Xennzeichen die gleichzeitige oder aus Gründen des gerätetechnischen
Minderaufwandes angenähert gleich
zeitige Messung zweier benachbarter
Stationen ist, wobei die Differenz der Messwerte den Reinbetrag der Anomalie zwischen
den zwei jXesspunkten darstellt.
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Die kontinuierliche Fortsetzung dieser Messprozedur eregibt für eine
beliebige Anzahl von Stationen die reinen Anomaliebeträgge als Feldstärkediffernezen
unabhangig von der Verweil3eit zwischen den einzelnen Messungen pro Stationspaar
und der Drift.
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Aus der Darstellung des Messverfahrens in Fig, 3 ergeben sich drei
Arten von Daten: 1. Absolute Feldstärkwerte pro Stationen Mn und Mn 2, Relative
Anomaliewerte zwischen den Stationen An 3. Driftwerte pro Station Dn Da die Absolutwerte
Mn aus den Relativwerten An durch Addition dieser Relativwerte zum Absolutwert der
1. Station hervorgehen (z.B. M4 = M1 + A1 + A2 + A3 ), brauchen außer dem ersten
Absolutwert keinerlei Absolutwerte mehr gespeichert werden, es genügt die Speicherung
der Anomaliewerte.
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Das Gerät einfachster Ausführung verfügt neben der herkönmlichen Grundeinheit
bestehend aus einem Sensor (S), einer Aktivierungs- und einer Messeinheit (Akt,
Me), über einen zusätzlichen Sensor und eine Recheneinheit (Re) zur Subtraktion
der (Absolut-) Messwerte. Dieser Gerätetyp eignet sich für die unmittelbare Eintragung
der angezeigten Anomaliewerte in eine Karte oder in ein Notizbuch; die Absolutwerte
können, sofern notwendig, nachträglich ermittelt werden (vgl. Absatz 3), Fig, 4
zeigt schematisch die Bestandteile einer erweiterten Ausführung, die über eine zusätzliche
Speichereinheit (dem) zur Speicherung der Anomaliebeträge Fig. 5 erläutert die vielseitigste
Ausführung, ausgerüstet mit einer weiteren Recheneinheit zur Ermittlung der Driftwerte
und einer weiteren Speichereinheit für deren Speicherung.
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Dieser Gerätetyp hat den Vorteil, neben seiner normalen I'essfunktion
auch als Basisstation arbeiten zu könne , da mit den Driftwerten eine Driftkorrektur
für andere Einzelsensorgeräte, die gleichzeitig im Einsatz sind, durchgeführt werden
kenn.
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Folgende Vorteile sind mit dieser Erfindung zu erzielen: 1. Die ermittelten
Messwerte erscheienen bereits im Gelände ab Gerät driftkorrigiert, was die Einsparung
des bisher üblichen zusätzlichen Arbeits- und Geräteaufwands (Reduktion und Basisstation)
bedeutet.
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2, Der damit mögliche sofortige Eintrag der ttesswerte in eine Karte
erlaubt eine sog. Feldstärke-Kartierung, welche bisher in der exakten Magnetfeldmessung
nicht durchführbar wpr.
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3. Ein als selbsteinrollendes Massband ausgeführetes Verbindungs kabel
zum zweiten Sensor erlaubt die genaue Abstandmessung zwischen den einzelnen Stationen
entlang Kompasstraversen (siche Ausführungsbeispiel), Sin Ausführungsbeispiel der
erfindung ist in Fig. 6 dargestellt.
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Die Gerätschaft besteht aus zwei Einheiten, die von 2 Personen getragen
und von einer Person bedient werden.
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Die linke, in Bewegungsrichtung hintere Einheit, besteht aus
dem
Sensor (1) der mittels Ialtegestell (2) am Rücken getregen und mittels Kabel (3)
angeschlossen wird, und aus dem Protonen-Magnetometer (4) selbst. Dieses wird mit
Gurten (5) vor der Brust getragen, wobei die Bedienungselemente auf der Geräteoberseite
liegen und an der Gerätenunterseite der Aufrollkasten (6) angebracht ist, welcher
das als Maßband ausgeführte Verbindungskabel (7) zur vorderen Geräteeinheit beherbergt.
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Diese umfaßt den zweiten Sensor (10) und einen Batteriekasten (8),
welcher den Sensor trägt und mittels der Gurte (5) an den Rücken geschnallt wird.
An der Rückseite des Kastens befindet sich ferner eine Öse (11) um das Trägerseil
des Verbindungskabels (7) aufzunehmen und der dazugehöri ge Steckkontakt (9).
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Die Einheiten sind in Bewegungsrichtung angeordnet, sodaß der Vordermann
die Kompaßspeilung übernehmen kann während der Hintermann die Messfunktionen auslöst
und die Maßbandanzeige überwachs Die gleiche Anordnung findet auch beim Abgehen
von vermessenen Linien Verwendung, der zusätzliche Batteriekasten trägt dem erhöhten
Energieverbrauch (zwei Messungen pro Sta tion gegenüber einer bei Sinzelsensorgeräten)
Recrnung.
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Das Protonen-Magnetometer selbst verfügt über zusätzliche Ausgänge
zur Ubertragung der Daten auf Drucker und Kleinecomputer, die die Erstellung der
kurven und Karten übernehmen, bedienungsseitig kommt hinzu ein Wahlschalter für
die Anzeige von Relativ-, Absolut- oder Driftwerten.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Doppelsensormagnetometers ist
im Bereich der aeromagnetischen Vermessung gegeben: Hier stellt der Drifteffekt
ein besonderes Problem dar insofern als die Driftmesswerte nur für ein relativ kleines
Umfeld Gitltigkeit besitzen; werden dagegen, wie Ublich, größere Flächen eeromagnetisch
vermessen, so ist mit sehr veränderlichen und kaum vorhersehbaren Driftwerten zu
rechnen.
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Der Einsatz des Doppelsensormagnetometers in diesem Fall bringt zwei
Vorteile: Zum Einen erhält man auf einfache Weise driftkorrigierte Messwerte, zum
Andern wird eine beträchtliche Treibstoffeinsparung erzielt, da das wiederholte
Anfliegen von Kontrollpunkten zur Driftwertermittlung entfällt.
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Die technische Ausführung wird den speziellen Anforderungen des Einsatzes
in Flugzeugen Rechnung tragen und als wesentliches Merkmal über einen zusatzlichen
Sensor verfügen, welcher entweder am Flugzeugrumpf selbst starr befestigt ist oder
an einem Seil nachgeschleppt wird.