DE3445863A1

DE3445863A1 - DEVICE FOR MEASURING THE ANGLE, WHICH INCLUDES THE OVERALL ELECTROMAGNETIC FIELD VECTOR WITH THE HORIZONTAL LEVEL TANGENT FOR THE EARTH SURFACE AT THE MEASURING POINT

Info

Publication number: DE3445863A1
Application number: DE19843445863
Authority: DE
Inventors: Roy Kenneth Houston Tex. Warren
Original assignee: Exxon Production Research Co
Current assignee: ExxonMobil Upstream Research Co
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1984-12-15
Publication date: 1985-06-27
Also published as: NO845094L; GB8431794D0; NL8403802A; ES538719A0; GB2151794B; AU3689784A; GB2151794A; ES8606670A1; FR2556846A1

Description

Beschreibung:Description:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Winkels, welchen der gesamtelektromagnetische Feldvektor mit der Horizontalebenen-Tangente zur Erdoberfläche an einem bestimmten Punkt einschließt.The invention relates to a device for measuring the angle which the total electromagnetic field vector with the horizontal plane tangent to the earth's surface at a given point.

Auf dem Gebiet der geophysikalischen Exploration ist eine Anzahl von elektromagnetischen Verfahren bekannt. Ein solches Verfahren für die geophysikalische Exploration ist das Magneterdstromverfahren. Es ist hinlänglich bekannt, daß die natürliehen elektromagnetischen Felder in der Erdatmosphäre wiederum elektrische Ströme unterhalb der Erdoberfläche erzeugen. Diese Ströme, die als Erdströme oder tellurische Ströme bekannt sind, erzeugen wiederum ein zugeordnetes magnetisches Feld, dessen Auswirkungen an der Oberfläche gemessen werden können.A number of electromagnetic techniques are known in the field of geophysical exploration. One such The method for geophysical exploration is the magnetic earth current method. It is well known that the natural electromagnetic fields in the earth's atmosphere turn generate electrical currents below the surface of the earth. These currents, known as earth currents or telluric currents, in turn generate an associated magnetic field, the effects of which can be measured on the surface.

Bei dem Magneterdstromverfahren wird die Impedanz der Erde auf elektromagnetische Felder äußeren Ursprungs bestimmt, durch Messungen an der Erdoberfläche. Drei Richtungsmagnetometer werden entlang zwei aufeinander senkrecht stehenden Horizotalachsen ausgerichtet und einer Vertikalachse zur Messung der Veränderungen des magnetischen Feldes, wobei das Feld allgemein durch das Symbol H gekennzeichnet wird. Zwei Horizontaldipolantennen werden ausgerichtet zur Messung der Veränderungen in dem elektrischen Feld, wobei das Feld allgemeir mit dem Symbol E bezeichnet wird. Der Magnetometertyp,der eingesetzt wird und die Länge der erforderlichen Antenne hängen von dem Frequenzbereich ab, der von Interesse ist.With the magnet earth current method, the impedance of the earth to electromagnetic fields of external origin is determined, by measurements on the earth's surface. Three directional magnetometers are placed along two perpendicular ones Horizontal axes aligned and a vertical axis for measuring the changes in the magnetic field, with the Field is generally identified by the symbol H. Two horizontal dipole antennas are aligned to measure the Changes in the electric field, where the field is generally denoted by the symbol E. The type of magnetometer that and the length of the antenna required will depend on the frequency range of interest.

Die mathematische Grundlage für das Magneterdstromverfahren wurde beschrieben von Louis Cagniard in seinem Aufsatz mitThe mathematical basis for the magnet earth current method was described by Louis Cagniard in his essay with

dem Titel "Basic Theory of the Magneto-Telluric Method of Geophysical Prospecting" (Geophysics, Band XVIII, Nr. 2, Seiten 605 bis 635, 1953). Es ist heute hinlänglich bekannt, daß eine spezielle Beziehung besteht zwischen den orthogonalen 35entitled "Basic Theory of the Magneto-Telluric Method of Geophysical Prospecting" ( Geophysics , Volume XVIII, No. 2, pages 605-635, 1953). It is now well known that there is a special relationship between the orthogonal 35

Kompmenten des Erdmagnetfeldes und den orthogonalen Komponenten des elektrischen Feldes der Erde. Diese Beziehung gestattet es, die Impedanz der Erde zu bestimm-en, relativ zu verschiedenen elektromagnetischen Frequenzen. Eine Interpretation der Frequenzabhängigkeit gestattet es, die Tiefe zu bestimmen, bis zu welcher die elektromagnetische Energie die Erde durchdringt. Bei dem Magneterdstromverfahren werden die Veränderungen dieser Felder über einen großen Frequenzbereich, gemessen druch die drei Magnetometer und die Dipolantennen, eingesetzt, um die Erdwiderstandsinformation abzuleiten von geringen Tiefen bis zu Tiefen von mehr als 10 000 m.Compensation of the earth's magnetic field and the orthogonal Components of the electric field of the earth. This relationship makes it possible to determine the impedance of the earth, relative to different electromagnetic frequencies. An interpretation of the frequency dependence allows the depth to determine up to which the electromagnetic energy penetrates the earth. In the magnet earth current method the changes in these fields over a large frequency range, measured by the three magnetometers and the dipole antennas, used to derive the earth resistance information from shallow depths to depths of more than 10,000 m.

Eine dieser Beziehungen, die durch das Magneterdstromverfahren bestimmt werden, ist die Abweichung von der Horizontalen von dem natürlichen magnetischen Feldvektor der Erde. Diese Vertikalwinkel, d.h. der Abweichungswinkel von der horizontalebenen Tangente zur Erdoberfläche wird oft als "Tipperwinkel¹¹ be-One of these relationships, determined by the magnetic earth current method, is the deviation from the horizontal from the earth's natural magnetic field vector. This vertical angle, ie the angle of deviation from the horizontal plane tangent to the earth's surface, is often called the "Tipper angle ^11"

zeiche-nt. Der Tipperwinkel ist zweckmäßig für die Identifizierung der Anwesenheit von leitenden Anomalien unterhalb der Erdoberfläche. sign-nt. The typing angle is useful for identification the presence of conductive anomalies below the surface of the earth.

Eine weitere elektromagnetische Technik für die geophysikalische Exploration ist das AFMAG-(audiofrequenzmagnet)-Verfahren. Das AFMAG-Verfahren kann auf dem Boden durchgeführt werden, wird jed-och häufiger eingesetzt für großräumige Vermessung aus der Luft. Wie in der US-PS 3,568,048 (Robinson) vom 2. März 1971 diskutiert wird, verwendet dieses Verfahren im allgemeinen zwei Spulen, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen, wobei jede Achse außerdem eine Neigung von 45° zur Horizontalen besitzt.Another electromagnetic technique for geophysical exploration is the AFMAG (audio frequency magnet) method. That AFMAG procedure can be carried out on the ground, will jed-och more often used for large-scale measurements from the air. As in Robinson U.S. Patent 3,568,048, March 2, 1971 is discussed, this method generally uses two coils, the axes of which are perpendicular to one another, each Axis also has an inclination of 45 ° to the horizontal.

Wenn der natürliche Magnetfeldvektor oberhalb oder unterhalb der Horizontalen geneigt ist, so ist die Spannung, die in einer Spule induziert wird, größer als diejenige, die in der anderen Spule induziert wird. Das Verhältnis der beiden Spulenspannungen wird bestimmt durch den Neigungswinkel des magentischen FeIdvektors. If the natural magnetic field vector is inclined above or below the horizontal, the voltage that is in a Coil is induced larger than that induced in the other coil. The ratio of the two coil voltages is determined by the inclination angle of the magnetic field vector.

Die magnetische Feldkomponente, die nach dem AFMAG-Verfahren ' gemessen wird, liegt in dem Hörfrequenzbereich, wobei die Komponenten von besonderem Interesse sind im Bereich von 100 bis 2000 Zyklen pro Sekunde. Unglücklicherweise ist die Tiefe der Eindringung des elektromagnetischen Feldes in die Erde umgekehrt zu der Frequenz zu diesen Feldern. Wegen der relativ hohen Frequenzen, die gemessen werden, können nach diesem Verfahren nur Anomalien ermittelt werden, die relativ nahe an der Erdoberfläche liegen.The magnetic field component, which according to the AFMAG method ' is measured is in the audio frequency range, with the components of particular interest in the range of 100 up to 2000 cycles per second. Unfortunately, this is the depth of penetration of the electromagnetic field into the earth inversely to the frequency of these fields. Because of the relatively high frequencies that can be measured, this method can be used only anomalies are detected that are relatively close to the surface of the earth.

Wie bereits oben ausgeführt wurde, wird das AFMAG-Verfahren im allgemeinen zur großräumigen Vermessung eingesetzt, wobei sich die angestrebten Informationen auf unterirdische Strukturen beziehen, die relativ nahe an der Erdoberfläche liegen. Wenn es wünschenswert ist, Daten bezüglich der elektrischen Struktur unterhalb der Erdoberfläche bis zu einer Tiefe von 600 m oder mehr zu sammeln, können Magneterdstromverfahren eingesetzt werdi Die komplexe Instrumentierung, die erforderlich ist, um Informationen zu sammeln, die sich auf solche Tiefen beziehen,As already stated above, the AFMAG method is used in generally used for large-scale surveying, whereby the information sought relates to underground structures, which are relatively close to the surface of the earth. If it is desirable, data on the electrical structure below the surface of the earth to a depth of 600 m or To collect more, magnetic earth current methods can be used. The complex instrumentation required to collect information to collect that relate to such depths

™ unter Verwendung von Magneterdstromverfahren, führen jedoch zu Kosten, die nicht mehr zu rechtfertigen sind, es sei denn, die zu untersuchende Fläche ist sehr klein, d. h. weniger als™ using magnet earth current methods, however, lead to Costs that are no longer justifiable unless the The area to be examined is very small, i. H. less than

2
etwa 13 km . In der Vergangenheit gab es keine kosteneffektive Vorrichtung zur Aufzeichnunge der elektrischen Struktur unterhalb der Erdoberfläche bis zu Tiefen von 670 m über eine Fläche2
about 13 km. In the past there has not been a cost effective apparatus for recording electrical structure below the surface of the earth to depths of 670 meters over an area

2
von 260 km oder mehr.2
of 260 km or more.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art •30 zu schaffen, mittels welcher man in der Lage ist, die elektriscl Struktur der Erde unterhalb der Erdoberfläche großräumig und bis in große Tiefen zu ermitteln.With knowledge of this prior art, the invention is based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning • 30 to create, by means of which one is able to the electric Structure of the earth below the surface of the earth large-scale and to be determined down to great depths.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kenn-This object is achieved according to the invention by the characteristic

■" zeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichi lieh bevorzugter Ausführugnsformen auf die Merkmale der Unteran-■ "character of the main claim specified features, with hinsichi borrowed preferred embodiments on the characteristics of the sub

sprüche verwiesen wird.Proverbs is referenced.

Nach der Erfindung sind zwei große Spulen im rechten Winkel zueinander angeordnet , in der Form eines umgekehrten T. -* Mittels der Spulen läßt sich das sehr schwache natürliche elektromagnetische Feld der Erde in einem bestimmten Frequenzbereich messen, mit einer Genauigkeit, die erforderlich ist für die geologische Interpretation, während jedoch die Größe nach wie vor so gehalten ist, daß die Vorrichtung tragbar ist. Die Spulen sind mit parallel geschalteten Kondensatoren abgestimmt auf eine Spitzensensitivität bei einer Frequenz von etwa 5 Hz.According to the invention, two large coils are at right angles arranged in relation to one another, in the shape of an inverted T. - * By means of the coils, the very weak natural electromagnetic field of the earth in a certain frequency range measure, with an accuracy required for geological interpretation, while, however, the size is still held so that the device is portable. The coils are matched with capacitors connected in parallel to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz.

Das Signal von einer jeden Spule wird einem getrennten elektro-■'■-' nischen Schaltkreis zugeführt, der so ausgelegt ist, daß die Signale unterhalb einer Frequenz von etwa 10 Hz voll verstärkt werden, während die Signale mit mehr als 30 Hz unterdrückt werden. Die Bandbreite wird bei Gleichstrom am unteren Frequenzende abgedämpft. Der Ausgang einer jeden elektronischen SchaltungThe signal from each coil is sent to a separate electrical ■ '■ -' Niche circuit supplied, which is designed so that the signals below a frequency of about 10 Hz fully amplified while the signals with more than 30 Hz are suppressed will. With direct current, the bandwidth is at the lower end of the frequency dampened. The output of any electronic circuit

^^υ wird umgesetzt in eine Reihe von Glexchstromimpulsen und dann in einem großen Ausgangskondensator gespeichert. Das Verhältnis der Ausgänge der beiden Ausgangskondensatoren ist die Tangente des Tipperwinkels bzw. des Winkels des gesamtmagnetischen Feldvektors, relativ zur Horizontalebenen-Tangente zur Erdoberfläche ^ ^υ is converted into a series of glass current pulses and then stored in a large output capacitor. The ratio of the outputs of the two output capacitors is the tangent of the tipper angle or the angle of the total magnetic field vector, relative to the horizontal plane tangent to the earth's surface

^^J an der Meßstelle.^ ^J at the measuring point.

Wenn die Messungen vorgenommen werden, wird die Vorrichtung so ausgerichtet, daß eine Spule im wesentlichen parallel zur Tangentenebene zur Erdoberfläche liegt, während die andere ^ου senkrecht auf dieser Ebene steht. Indem man zwei Messungen an jeder Stelle durchführt, und zwar eine mit der Spule parallel zur Erdoberfläche, ausgerichtet in einer im wesentlichen Nord-Süd-Richtung und eine, bei welcher die Spule um 90 von ihrer Ausrichtung bei der ersten Messung gedreht ist oder in einer im wesentlichen Ost-West-Richtung, kann der VertikalwinkelIf the measurements are made, the apparatus is oriented such that a coil is substantially parallel to the tangent plane to the earth's surface, while the other ^ου perpendicular to this plane. By taking two measurements at each location, one with the coil parallel to the earth's surface oriented in a generally north-south direction, and one with the coil rotated 90 or in one direction from its orientation in the first measurement essentially east-west direction, the vertical angle can be

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und die relative Stärke des gesamtmagnetischen Feldvektors bestimmt werden. Der Vertikalwinkel und der gesamtmagnetische
Feldvektor, der Tipperwinkel, steht in einem direkten Verhältnii zu den Widerstandsbereichen und leitenden Körpern, aus denen dei Aufbau der elektrischen Struktur der Erde unterhalb der Meßstel] besteht.and determining the relative strength of the total magnetic field vector. The vertical angle and the total magnetic
The field vector, the tip angle, is directly related to the areas of resistance and conductive bodies that make up the electrical structure of the earth below the measuring point.

Die gesamte Vorrichtung ist klein genug, um leicht durch eine
einzige Person getragen werden zu können. Aufgrund der geringen Größe kann die Vorrichtung eingesetzt werden zur Gebietsvermessi in dem Messungen entlang von Wegen und anderen Bereichen, dieThe entire device is small enough to be easily carried through a
only person able to be carried. Due to its small size, the device can be used for area surveying by taking measurements along paths and other areas that

öffentlich zugänglich sind, gemacht werden. Der Tipperwinkel kai eingesetzt werden, um eine Aufzeichnung der elektrischen Strukti der Erde anzufertigen, bis zu Tiefen von 670 m in Sedimentbassii Umgebungen, die oft als mögliche Stellen für unterirdische Kohl« Wasserstoffablagerungen angesehen werden. Die Information, die
man durch den Einsatz der Vorrichtung erhält, kann besonders
nützlich sein bei der Aufzeichnung der Stellen von Kaminen oder Veränderungen des unterirdischen Gesteins, aufgrund der Streuung von Kohlenwasserstoffen. Diese Kamine und Veränderungen könnenare made publicly available. The Tipperwinkel can be used to record the electrical structure of the earth, down to depths of 670 m in sediment basii environments, which are often viewed as possible locations for underground carbon dioxide deposits. The information that
obtained through the use of the device can particularly
be useful in recording the locations of chimneys or changes in underground rock due to the dispersion of hydrocarbons. These chimneys and changes can

die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen unterhalb der Erdoberfläche anzeigen.the presence of hydrocarbons below the surface of the earth Show.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmal« ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugt* Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigegügten Zeichni Dabei zeigt im einzelnen:Further details, advantages and features essential to the invention " result from the following description of a preferred * exemplary embodiment with reference to the attached drawings It shows in detail:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einerFig. 1 is a perspective view of a

Ausführungsform der Vorrichtung gemäß
der Erfindung,Embodiment of the device according to
the invention,

Fig. 2 ein elektrisches schematisches DiagrammFigure 2 is an electrical schematic diagram

einer Verstärker/Wirkdiodenschaltung,
die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingesetzt ist undan amplifier / active diode circuit,
those in the device according to the invention
is used and

Fig. 3 eine teilweise als Blockschaltbild dargegestellte schematische Darstellung der elektrischen Schaltung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung. 53 shows a schematic illustration of FIG electrical circuit of an embodiment according to the invention. 5

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt typischerweise drei Hauptteile, d.h. zwei große, im wesentlichen zylindrische Spulen, die senkrecht zueinander angeordnet sind, sowie eine Verstärker-Wirkdiodenschaltung. Die Fig. 1 zeigt die physikalische An-The device according to the invention typically comprises three main parts, i.e. two large, substantially cylindrical coils, which are arranged perpendicular to each other, as well as an amplifier effective diode circuit. Fig. 1 shows the physical approach

^O Ordnung einer Ausfuhrungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Gehäuse 10a, 10b, wie auch das Gehäuse 15, welches nachfolgend noch eingehend erläutert werden will, sowie andere Vorrichtungsteile, bestehen vorzugsweise aus einem harten, nichtmagnetischen Material, wie Kunststoff. Nichtmagnetisches^ O order of an embodiment of the device according to the invention. The housing 10a, 10b, as well as the housing 15, which will be explained in detail below, as well as others Device parts, preferably consist of a hard, non-magnetic material such as plastic. Non-magnetic

^±-^} Material wird gewählt, da die Anwesenheit von Metallgehäusen in der Nähe der Spulen die Anzeige der durch die Spulen gemessenen elektromagnetischen Felder der Erde beeinflussen würde. Die beidive Detektorspulen lla und 11b befinden sich jeweils innerhalb der Gehäuse 10a bzw. 10b. Die Spulen sind in einem ^± - ^} Material is chosen because the presence of metal housings near the coils would affect the display of the earth's electromagnetic fields measured by the coils. The two detector coils 11a and 11b are each located within the housing 10a and 10b, respectively. The coils are in one

rechten Winkel zueinander angeordnet, in der Form eines umgekehrten T. Die T-förmige Anordnung wird gewählt, um die Kopplung zwischen den Spulen zu minimieren.arranged at right angles to each other, in the shape of an inverted one T. The T-shaped arrangement is chosen to minimize coupling between the coils.

Endabschlußwände 12 können an den Enden des Gehäuses 10b vorge-End closing walls 12 can be provided at the ends of the housing 10b.

^^--* sehen sein, um die Stabilität der Vorrichtung zu erhöhen, wenn sie auf eine flache Oberfläche abgestellt wird. Das Gehäuse 15, das oben auf dem Gehäuse 10 in dem Winkel, der durch die Verbindung der Gehäuse 10a und 10b gebildet wird, angeordnet ist, nimmt die elektronischen Schaltungen der Vorrichtung auf.^ ^- - * to increase the stability of the device when it is placed on a flat surface. The housing 15, which is arranged on top of the housing 10 at the angle formed by the connection of the housings 10a and 10b, houses the electronic circuits of the device.

^JKJ Die Spulen lla und 11b sind an die elektronischen Schaltungen über abgeschirmte Drähte 14 (Fig.3 ) angeschlossen, wobei die Abschirmungen geerdet sind. Die Funktion des Rückstellknopfes 51, der Netzschalter 52 und 55, des Voltmeters 53 sowie des Wählschalters 54, die alle in Fig. 1 gezeigt sind, werden nachfolgend ^JKJ The coils 11a and 11b are connected to the electronic circuits via shielded wires 14 (Fig.3), the shields being earthed. The functions of the reset button 51, power switches 52 and 55, voltmeter 53 and selector switch 54, all of which are shown in FIG. 1, are described below

° im Detail beschrieben.° described in detail.

Bei der bevorzugten Ausführungsfortn trägt jede Spule 11a und · 11b 3200 Wicklungen eines Nr. 22 Kupferdrahtes auf einem Kern. Die Länge einer jeden Spule ist 38,1 cm. Jeder Kern umfaßt eine nichtmetallische Form mit einem Durchmesser von 6,35 cm, wie etwa ein PVC-Rohr, gefüllt mit 24 Stäben mit einem Durchmesser von 1,27 cm aus einem Material mit einer magnetischen Suszeptibilität von 800 oder mehr, wie etwa Ferrit oder Mumetall. Die Freiräume zwischen den Stäben sind mit Epoxyharz gefüllt. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform einen Kern umfaßt mit 24 Stäben von einem Durchmesser von 1,27 cm in einer nichtmetallischen Form von 6,35 cm Durchmesser, kann der Kern auch aus einem festen Metallelement bestehen, oder einer Reihe von aufeinanderliegender Platten, die eine Gesamtlänge und einen Durch messer besitzen, entsprechend der Form, wie sie in der bevorzugfcen Ausführungsform eingesetzt ist.In the preferred embodiment, each coil 11a and 11b 3200 turns of # 22 copper wire on a core. The length of each coil is 38.1 cm. Each core comprises a non-metallic shape 6.35 cm in diameter, such as for example a PVC pipe filled with 24 rods with a diameter of 1.27 cm made of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more such as ferrite or mu-metal. the The spaces between the bars are filled with epoxy resin. Although the preferred embodiment includes a core at 24 Rods with a diameter of 1.27 cm in a non-metallic form with a diameter of 6.35 cm, the core can also be made from consist of a solid metal element, or a series of superimposed plates that have an overall length and a diameter own knives, according to the shape as you prefer Embodiment is used.

Die Spulen sind hinlänglich klein, so daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung leicht von einer Person getragen werden kann. Die Spule ist so ausgelegt, daß sie empfindlich ist gegenüber Ander ™ ungen bis herab zu 0,01 Gamma des elektromagnetischen Feldes der Erde, bei eienr Frequenz von 8 Hz. Dieser 8-Hz-Auslegungspunkt wird ausgewählt wegen der Anwesenheit einer 8-Hz-Spitze in dem natürlichen elektromagnetischen Feld der Erde.The coils are sufficiently small that the device according to the invention can easily be carried by a person. the The coil is designed to be sensitive to others Down to 0.01 gamma of the electromagnetic field earth, at a frequency of 8 Hz. This 8 Hz design point is selected because of the presence of an 8 Hz peak in the earth's natural electromagnetic field.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm der Verstärker/Wirk· diodenschaltung der Vorrichtung gemäß der Erfidnung. Nur die ins einzelne gehende Schaltung für die Spule lla ist gezeigt, da die Schaltung für die Spule 11b ein Duplikat hiervon ist. Die Spule lla ist mit den parallelen Kondensatoren 16 abgestimm so daß sie eine Spitzenempfindlichkeit bei etwa 5 Hz besitzt. D< Grund für die Abstimmung der Spulen auf diese 5 Hz Spitzenempfii lichkeit wird nachfolgend noch erläutert.2 shows a schematic diagram of the amplifier / diode circuit of the device according to the invention. Just that detailed circuit for the coil lla is shown, since the circuit for coil 11b is a duplicate of this. The coil 11a is coordinated with the parallel capacitors 16 so that it has a peak sensitivity at about 5 Hz. D <Reason for tuning the coils to this 5 Hz peak sensitivity is explained below.

Der abgestimmte Spulenausgang wird der positiven Eingangsklemme " 3a und der negativen Eingangsklemme 2a des Rechenverstärkers 23The matched coil output is applied to the positive input terminal ″ 3a and the negative input terminal 2a of the computational amplifier 23

über die Kondensatoren 17 und Widerstände 18 zugeführt. Die Kondensatoren 17 sorgen für eine Phaseneinstellung, so daß der Strom- und der Spannungsausgang der Spule in Phase sind am Eingang zum Rechenverstärker 23. Die positive Eingangsklemme 3a des Rechenverstärkers 23 ist über den Widerstand 24 geerdet. Spannung wird an die Klemmen 4a und 7a des Rechenverstärkers 23 von einer herkömmlichen 9-Volt-Spannungsquelle 28 (Fig. 3) angelegt. Ein Kondensator 19 ist über die Klemmen la und 8a des Rechenverstärkers 23 gelegt, um die hohen Frequenzspitzen auszufiltern. Supplied via the capacitors 17 and resistors 18. the Capacitors 17 provide phase adjustment so that the current and voltage outputs of the coil are in phase at the input to the computing amplifier 23. The positive input terminal 3 a of the computing amplifier 23 is grounded via the resistor 24. Voltage is applied to terminals 4a and 7a of computational amplifier 23 from a conventional 9 volt voltage source 28 (FIG. 3). A capacitor 19 is placed across the terminals 1 a and 8 a of the computing amplifier 23 in order to filter out the high frequency peaks.

Der Rückkopplungswiderstand 25 zwischen der Ausgangsklemme 6a und der negativen Eingangsklemme 2a des Rechenverstärkers 23 stellt das Verstärkungsniveau der Shaltung ein. Der Kondensator 26, der parallel zum Widerstand 25 gelegt ist, sorgt für ein zusätzliches Ausfiltern hoher Frequenzspitzen. Der Ausgang des Rechenverstärkers 23 kann an dem Testpunkt 27 gemessen werden, der an den Ausgang über den Widerstand 30 geschlossen ist.The feedback resistor 25 between the output terminal 6a and the negative input terminal 2a of the processing amplifier 23 sets the gain level of the circuit. The condenser 26, which is placed parallel to resistor 25, provides additional filtering out of high frequency peaks. The outcome of the Computing amplifier 23 can be measured at test point 27, which is connected to the output via resistor 30.

Der Ausgang des Rechensverstärkers 23 ist an die negative Eiglnangsklemme 2b des Rechensverstärkers 31 über den Widerstand 32 angeschlossen. Die positive Eingangsklemme 3b des Rechenverstärkers 31 ist an ein Potentiometer 35 angeschlossen. Das Potentiometer 35 steht in Verbindung mit der 9-Volt-SpannungS" klemme über die Widerstände 36 und 37. Das Potentiometer ist vorgesehen, um eine Einstellung des Rechenverstärkers 31 auf minimales Geräusch und maximalen Signalausgangsbetrieb einzustellen. Die Widerstände 36 und 37 wirken zur Verminderung des Spannungsbereiches, der über das Potentiometer 35 verfügbar ist, auf einen Bereich, der für.die Einstellung des Rechenverstärkers 31 erforderlich ist. Die positive Eingangsklemme 3b des Rechenverstärkers 31 steht über dem Widerstand 40 mit der Erde in Verbindung. Der Kondensator 41 ist über die Klemmen Ib und 8b des Rechensverstärkers 31 gelegt, um HochfrequenzspitzenThe output of the computing amplifier 23 is connected to the negative input terminal 2b of the computing amplifier 31 via the resistor 32 connected. The positive input terminal 3b of the computing amplifier 31 is connected to a potentiometer 35. The potentiometer 35 is connected to the 9 volt voltage S " clamp across the resistors 36 and 37. The potentiometer is provided to allow a setting of the computer amplifier 31 set for minimum noise and maximum signal output operation. The resistors 36 and 37 act to reduce the Voltage range, which is available via the potentiometer 35, to a range which is suitable for the setting of the processing amplifier 31 is required. The positive input terminal 3b of the computational amplifier 31 is connected to the ground via the resistor 40 Link. The capacitor 41 is across the terminals Ib and 8b of the computational amplifier 31 is applied to high-frequency peaks

auszufiltern. Spannung ist an die Klemmen 4b und 7b des Rechenverstärkers 31 von der 9-Volt-Spannungsquelle gelegt.to filter out. Voltage is at terminals 4b and 7b of the computer amplifier 31 from the 9 volt voltage source.

Die Ausgangsklemme 6b des Rechenverstärkers 31 ist an die Diode 42 angeschlossen. Die Diode 42 befindet sich im Rückkopplungskreis des Rechenverstärkers 31, so daß die Diode 42 als Aktivdiode wirkt und das Wechselstromsignal an ihrem Eingang in eine Reihe von Gleichstromimpulsen umwandelt, unabhängig von der Stärke des Wechselstromeinganges. Der Rückkopplungswiderstan< 45 und der Stellwiderstand 48 sind zwischen der Ausgangsklemme der Diode 42 und der negativen Eingangsklemme 2b des Rechenverstärkers 31 angeschlossen und steuern das Verstärkungsniveau über diesen Teil der Schaltung. Der Stellwiderstand 48 ist vorgesehen, so daß die Verstärkung eine Einrichtung und damit deren Ausgang für ein vorgegebenes Eingangssignal so geeicht werden kai daß sie die gleiche ist wie der Ausgang für eine andere Einrichtung, entsprechend dem gleichen Eingangssignal. Der Kondensator 46 ist parallel zum Widerstand 45 und zum Stellwiderstand 4ί ] angeschlossen, um ein zusätzliches Ausfiltern von Hoehfrequenz- * spitzen zu ermöglichen. Die Diode 42 setzt das verstärkte zeitvariable Signal von der Spule 11 a in eine Reihe von Gleichstromimpulsen um. Der Ausgang der Diode 42 kann an dem Testpunkt 43 g<The output terminal 6b of the computing amplifier 31 is connected to the diode 42. The diode 42 is located in the feedback circuit of the computing amplifier 31, so that the diode 42 acts as an active diode and converts the AC signal at its input into a series of DC pulses, regardless of the strength of the AC input. The feedback resistor <45 and the variable resistor 48 are connected between the output terminal of the diode 42 and the negative input terminal 2b of the computing amplifier 31 and control the gain level via this part of the circuit. The variable resistor 48 is provided so that the gain of a device and thus its output for a given input signal can be calibrated so that it is the same as the output for another device, corresponding to the same input signal. The capacitor 46 is connected in parallel to the resistor 45 and to the variable resistor 4ί ] in order to enable additional filtering out of high frequency * peaks. The diode 42 converts the amplified time-varying signal from the coil 11 a into a series of direct current pulses. The output of the diode 42 can g <at the test point 43

messen werden, der an den Ausgang über den Widerstand 44 angeschlossen ist. Der Ausgang wird dem Ausgangskondensator 47 über den Widerstand 50 zugeführt.which is connected to the output via resistor 44 is. The output is passed to the output capacitor 47 the resistor 50 is supplied.

Die Komponenten der Verstärker/Aktivdiodenschaltung, wie sie obei beschrieben ist, sind so ausgewählt, daß die Schaltung eine bestimmte Transferfunktion erfüllt, bei welcher eine volle Verstärkung unterhalb einer Frequenz von 10 Hz gegeben ist, mit ein* Abdämpfung von etwa 50 db bei 30 Hz. Somit werden alle Signale, die von den Spulen aufgenommen werden, die höher sind als 30 Hz, unterdrückt, während die Signale unter 10 Hz voll verstärkt werd<The components of the amplifier / active diode circuit as described above are selected so that the circuit fulfills a certain transfer function at which a full gain is given below a frequency of 10 Hz, with a * Attenuation of about 50 db at 30 Hz. Thus, all signals that are picked up by the coils that are higher than 30 Hz, suppressed, while the signals below 10 Hz are fully amplified <

Wie bereits oben dargelegt,-sind die Spulen 11a und 11b abgestimmt auf eine Spitzenempfindlichkeit bei 5 Hz. Wenn die Spulen auf diese Frequenz abgestimmt sind und in Kombination mit der Schaltung die oben beschriebene Transferfunktion aufweisen, besitzt die Vorrichtung die angestrebte Empfindlichkeit bei der natürlich auftretenden elektromagnetischen Energiespitze von 8 Hz , während eine hinreichende Unempfindlichkeit gegenüber Frequenzen oberhalb 30 Hz vorliegt, um einen Betrieb in der Nähe von 50 Hz oder 60 Hz Netzquellen ohne Störung durchführen 10. zu können.As already stated above, the coils 11a and 11b are matched to a peak sensitivity at 5 Hz. If the coils are tuned to this frequency and in combination with the Circuit have the transfer function described above, has the device achieves the desired sensitivity to the naturally occurring electromagnetic energy spike of 8 Hz, while there is sufficient insensitivity to frequencies above 30 Hz to allow operation in the Near 50 Hz or 60 Hz power sources without interference.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 soll die erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich ihre Betriebes nachfolgend erläutert werden. Vor der Messung wird der Rückstellknopf 51 betätigt. Dies bewirkt eine Entladung der Ausgangskondensatoren 47a und 47b der beiden Verstärker/Aktivdiodenschaltungen zur Erde. Der Netzschalter wird betätigt, umd ei 9-Volt-Spannungsquelle 28 an die Rechenverstärker der beiden Schaltungen anzulegen. Die Signale, die von den Spulen 11a und 11b erzeugt werden, entsprechend den elektromagnetischen Feldern der Erde, werden verstärkt und durch die oben beschriebene Schaltung in eine Reihe von Gleichstomimpulsen umgesetzt, entsprechend den Erläuterungen in Fig. 2, sowie in den Ausgangskondensatoren 47a und 47b gespeichert. Nach einer kurzen Zeitdauer von etwa 20 oder 30 Sekunden wird die Messung abgebrochen durch die Betätigung des Netzschalters 52, um die Netzquelle von den elektronischen Schaltungen zu trennen. Dies "unterbricht" die Rechenverstärker, so daß keine Gleichstomimpulse mehr auf die Ausgangskondensatoren 47a und 47b übertragen werden. Die Spannung über die Kondensatoren 47a und 47b, deren Spannung aufgebaut wurde durch die Gleichstromimpulse, wird dann auf dem Voltmeter 53, das über die Spannungsquelle 28 durch den Netzschalter 55 betrieben wird, abgelesen. Die Spannung über jeden Ausgangskondensator kann abgelesen werden, indem der gewünschte Kondensator über den Wählschalter 54 ausgewählt wird.With reference to Fig. 3, the device according to the invention are explained below with regard to their operation. The reset button 51 is actuated before the measurement. this causes a discharge of the output capacitors 47a and 47b of the two amplifier / active diode circuits to ground. The power switch is actuated to supply 9 volt voltage source 28 to the computation amplifier of the two circuits. The signals generated by the coils 11a and 11b correspond to the electromagnetic ones Fields of the earth are amplified and converted into a series of direct current pulses by the circuit described above implemented, according to the explanations in Fig. 2, and stored in the output capacitors 47a and 47b. After a For a short period of about 20 or 30 seconds, the measurement is terminated by actuating the power switch 52 in order to activate the Disconnect the power source from the electronic circuits. This "interrupts" the computation amplifier, so that no direct current pulses more can be transferred to the output capacitors 47a and 47b. The voltage across the capacitors 47a and 47b, whose Voltage was built up by the direct current pulses, then becomes on the voltmeter 53, which is operated via the voltage source 28 by the mains switch 55, read. The tension over everyone Output capacitor can be read by selecting the desired capacitor via selector switch 54.

Bei dem normalen praktischen Betrieb wird zunächst eine Anzahl von Messungen mit der Vorrichtung durchgeführt, wobei diese so ausgerichtet ist, daß die Spule lib (Fig. 1) parallel zur Tangentenebene der Erdoberfläche liegt und im wesentlichen in Nord-Süd-Richtung zeigt. Eine zweite Anzahl von Messungen wird durchgeführt, bei welchen die Vorrichtung so ausgerichtet ist, daß die Spule 11b parallel zur Tangentenebene zur Erdoberfläche verläuft, und 90 verdreht zu der Ausrichtung bei der ersten Anzahl von Messungen angeordnet ist, oder im wesentlichen in eienr Ost-West-Richtung ausgerichtet ist. Der Wert dieser Messung wird kombiniert zu einer einzelnen Zahl unter Zuhilfenahme der Vektoralgebra. Der Vertikalwinkel oder Tipperwinkel, bezogen auf diese Zahl kann dann interpretiert werden, um die unterirdische Resistivität des zu vermessenden Bereichs vorauszusagen, unter Zuhilfenahme von Verfahren, die hinlänglich bekannt sind aus den komplexeren elektromagnetischen Verfahren, wie etwa dem Magneterdstromverfahren. Die Information, die man erhält, unter Einsatz der Vorrichtung, kann im besonderen nützlich sein für die Aufzeichnung der Stellen von Kaminen oder Veränderungen des unterirdischen Gesteins durch Kohlenwasserstoffstreuung, wobei di Kamine und Veränderungen die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen im unterirdischen Bereich anzeigen können.In normal practical operation, a number of measurements are first carried out with the device, these being is oriented so that the coil lib (Fig. 1) is parallel to the tangent plane of the earth's surface and essentially in Shows north-south direction. A second number of measurements are made with the device oriented so that that the coil 11b runs parallel to the tangent plane to the earth's surface, and rotated 90 to the orientation in the first Number of measurements is arranged, or is oriented essentially in an east-west direction. The value of this measurement is combined into a single number with the help of vector algebra. The vertical angle or tipper angle, based on this number can then be interpreted to predict the subsurface resistivity of the area being surveyed, below Using methods that are well known from the more complex electromagnetic methods, such as the Magnet earth current method. The information you get under Use of the device can be particularly useful for recording the locations of chimneys or changes in the subterranean rock due to hydrocarbon scattering, whereby di chimneys and changes the presence of hydrocarbons in the underground area.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich betont werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt, und es leuchtet ein, daß verschiedene Veränderungen hinsichtlich des Aufbaues, wie er in den Zeichnungen dargestellt und beschrieben ist, durchgeführt werden können, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise die Transferfunktion der Verstärkerschaltu so ausgewählt werden, daß sie eine engere Bandbreite besitzt. Außerdem könnte die Verstärker/Aktivdiodenschaltung aufgebaut wer< unter Einsatz von Digitalkomponenten. Die Signale von den abgestimmten Spulen würden durch Analog-Digital-Konverter geschickt, bevor sie den digitalen Verstärker/Aktivdiodenschaltungen zuge-It should be emphasized again at this point that the preceding description is only a acts of such exemplary character, and it is evident that various changes were made to the structure as shown and described in the drawings can be without departing from the scope of the invention. For example, the transfer function of the amplifier circuit can be selected to have a narrower bandwidth. In addition, the amplifier / active diode circuit could be set up using digital components. The signals from the matched coils would be sent through analog-to-digital converters, before they are added to the digital amplifier / active diode circuits

führt werden. Die Ausgänge derartiger Schaltungen würden gespeichert unter Einsatz von Digital-Speichereinrichtungen anstatt von Kondensatoren. Bereits hieraus wird deutlich, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen und erläuterten Details beschränkt sein kann.leads to be. The outputs of such circuits would stored using digital storage devices instead of capacitors. From this it is already clear that the invention can not be limited to the details described and explained above.

Claims

Device for measuring the angle which the total electromagnetic field vector encloses with the horizontal plane tangent to the earth's surface at the measuring point. Patent claims:

1. Device for measuring the angle which the total electromagnetic field vector with the horizontal plane tangent to the earth's surface at the measuring point, which is referred to as the tip angle, characterized by

a first and a second coil (Ha, Hb) for generating Signals, corresponding to the earth's magnetic field, each of the coils

(lla / b) rait one conductive wire is entangled and two Has ends, while the two coils are arranged at right angles to each other such that one end of the first Coil (Ha) is located adjacent to the central area of the second coil (lib), as well

means for tuning the first and second coil (Ila / b) to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz,

the device being orientable so that one of the coils is substantially parallel to the horizontal plane tangent to the earth surface and the other is perpendicular to this plane, and in this orientation the device is components of the natural electromagnetic field of the earth is measured over a certain frequency range, while these measurements are used to determine of the tip angle can be used.

2. Device according to claim 1, characterized in that that two electronic amplifiers (23,31) are provided, each for amplifying the signal of one of the Bobbins (lla / b).

3. Device according to claim 2, characterized in that that the components of the amplifier (23, 31) are selected such that each amplifier has a transfer function so that the part of the signal below 10 Hz is fully amplified, while the part of the signal above 30 Hz is suppressed.

4. Apparatus according to claim 1, marked by

a device for converting the signals into a series of direct current pulses and ^

a device for storing the direct current pulses.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the means for implementing the Signals in a series of DC pulses comprises diodes.

6. Apparatus according to claim 5, characterized that the device for storing the direct current pulses comprises capacitors.

7. Apparatus according to claim 6, characterized that a voltmeter (53) is provided to display the voltage across the capacitors.

8. The device according to claim 1, characterized in that each of the coils (lla / b) 3200 turns of a No. 22 copper wire on a core.

9. Apparatus according to claim 8, characterized that the core consists of a non-metallic mold 6.35 cm in diameter, the mold being filled with 24 rods 1.27 cm in diameter of a material having a magnetic susceptibility of 800 or more, each of the coils (lla / b) being sensitive to changes in the earth's magnetic field of 0.01 gammas at a frequency of 8 Hz.

10. Device for measuring magnetic fields according to one of the preceding claims, characterized by

first and second substantially cylindrical coils for generating signals corresponding to the electromagnetic one Field of the earth, each coil having two ends, and the coils so arranged at right angles to one another

Copy

are that one end of the first coil is near the longitudinal center of the second coil,

means for tuning the coils to a tip sensitivity line at a frequency of about 5 Hz,

two electronic amplifiers, by means of which the signal from one of the coils can be amplified,

means for converting the signal into a series of direct current pulses and

a device for storing the direct current pulses, wherein

the device can be oriented so that one of the coils is substantially parallel to the horizontal plane tangent to the Earth's surface, while the other coil is oriented perpendicular to this plane and with such an orientation the device components of the natural electromagnetic field of the earth over a certain frequency range measures, the measurements can be used to determine the angle, which of the total electromagnetic Field vector formed with the horizontal plane at the measuring point

will.
25th

11. The device according to claim 10, characterized in that each of the coils 3200 turns of one No. 22 copper wire on a core.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the core consists of a non-metallic Form with a diameter of 6.35 cm, whereby the form is filled with 24 rods 1.27 cm in diameter of a material that has a magnetic susceptibility of 800 or more, each of the coils (lla / b) being sensitive to changes

Copy

in the earth's magnetic field of 0.01 gammas at a frequency of ' 8 Hz.

13. The device according to claim 11, characterized in that that the core consists of a solid element with a diameter of 6.35 cm, made of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more, each of the coils being sensitive to changes in the electromagnetic field of the earth of 0.01 gamma at a frequency of 8 Hz.

14. The device according to claim 12, characterized in that that the material with a magnetic susceptibility of 800 or more is ferrite.

15. The device according to claim 10, characterized that the means for tuning the coils comprises at least one capacitor in parallel with each of the Coils is connected.

16. The device according to claim 10, characterized in that a voltage source (28) for supply the amplifier (23, 31) is provided.

17. The device according to claim 10, characterized that non-magnetic housing (10a, 10b, 15) for the coils, the tuning devices, the amplifiers, the Conversion devices and storage devices are provided.

18. The device according to claim 10, characterized in that that the means for converting the signals into a series of direct current pulses comprise diodes.

19. The device according to claim 10, characterized in that that the storage devices for the direct current pulses comprise capacitors.

20. The device according to claim 19, characterized in that a voltmeter for displaying the voltage
is provided across the capacitors.

21. The device according to claim 10, characterized in that the components of the amplifier such
are selected so that each amplifier has a transfer function such that the part of the signal below 10 Hz is fully amplified and the part of the signal above 30 Hz is suppressed.

22. Device for measuring the values of the electromagnetic
Field of the earth according to any one of the preceding claims, wherein
the measured values can be used to determine the angle that the total electromagnetic field vector encloses with the horizontal plane tangent to the earth's surface at the measuring point, characterized by

first and second substantially cylindrical coils for generating signals corresponding to the electromagnetic field of the earth, each of the coils having two ends and the
Coils are arranged at right angles to each other such that one end of the first coil is near the longitudinal center of the

second coil is located,
25th

at least one capacitor, which is connected in parallel to each coil, for tuning the coils to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz,

two electronic amplifiers, by means of which the signal of each of the coils can be amplified, the amplifiers
Have components selected such that each amplifier has a transmission function that the part of the
Signal below 10 Hz is fully amplified and the part of the

Signal above 30 Hz is suppressed,

Diodes to convert the signals into a series of direct current pulses,

Capacitors for storing the direct current pulses and 5

a voltmeter to display the voltage across the capacitors.

23. The device according to claim 22, characterized that each of the coils has 3200 turns of No. 22 copper wire on a non-metallic form with a Diameter of 6.35 cm, the mold is filled with 24 rods 1.27 cm in diameter made of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more, the coils being resistant to changes in the earth's electromagnetic field of 0.01 gamma at a frequency of 8 Hz.