DE3922303A1 - Magnetometer zum orten von im erdreich befindlichen magnetischen gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetometer gemäß der Gat­ tung des Hauptanspruchs.

Magnetometer werden insbesondere zum Auffinden von Bom­ ben verwendet, wobei mit dem Magnetometer Inhomogenitä­ ten des magnetischen Erdfeldes festgestellt werden. Bei Überschreiten des Störfeldes einer Bombe nimmt die Stärke der magnetischen Inhomogenität außerhalb des durch die Position der Bombe bestimmten Zentralpunktes sehr schnell ab. Die Entfernung zwischen Zentralpunkt (maximale Inhomogenität) und Beginn der Inhomogenität sowie die Intensität der magnetischen Inhomogenität ist für den Sondenführer ein Maß für die Tiefe, in der sich die Bombe befindet, und für die Größe der Bombe.

Zum Absuchen eines Gebietes auf darin befindliche mag­ netische Gegenstände werden Magnetometer verwendet, die eine an einem Tragrohr befindliche Detektorsonde aufweisen. Eine mit der Detektorsonde verbundene elek­ tronische Meßeinrichtung gibt bei Auftreten größerer Magnetfeldinhomogenitäten ein Signal ab, welches dem Sondenführer das Vorhandensein eines magnetischen Ge­ genstandes anzeigt.

Bei den bekannten Magnetometern kann auch mittels einer elektronischen Meßeinrichtung ein Verlauf der Magnet­ feldinhomogenität schrittweise ermittelt werden, so daß anhand der in ein Diagramm eingetragenen Meßwerte eine Berechnung der Position eines festgestellten magneti­ schen Gegenstandes durchgeführt werden kann. Diese Be­ rechnung ist jedoch zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magneto­ meter zu schaffen, das die Anzeige einzelner oder meh­ rerer Meßstrecken ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Magnetometer der eingangs genannten Gattung durch die im Hauptan­ spruch angegebenen Merkmale erhalten. Direkt bei der Meßwertaufnahme wird der Meßwert in digitaler und in graphischer Form auf der Anzeige ausgegeben. Um ein "laufendes" Bild an der Anzeige zu erhalten, können die ortsabhängigen Meßwerte mit einem vorgegebenen Takt nacheinander selbsttätig abgefragt und zur Anzeige ge­ bracht werden. Abhängig von der Sondenzahl werden somit einzelne oder mehrere nebeneinanderliegende Meßspuren aufgenommen. Die im Speicher abgelegten Meßwerte von einzelnen oder nebeneinander abgeschrittenen Meß­ strecken können von einem Prozessor beliebig oft und selbsttätig nacheinander abgerufen werden. An einer graphikfähigen Anzeigeeinrichtung werden auf diese Wei­ se die Feldstärkeverläufe von beispielsweise drei ne­ beneinander befindlichen Meßstrecken gleichzeitig angezeigt. Die Bedienungsperson kann auf diese Weise sehr leicht die Meßstrecke mit der maximalen Inhomoge­ nität erkennen und auf diese Weise sehr einfach die Po­ sition eines im Erdreich befindlichen magnetischen Ge­ genstandes bestimmen.

Vorzugsweise werden nebeneinander befindliche Meß­ strecken in einem einheitlichen Koordinatensystem ab­ schnittsweise angezeigt, wobei Entfernung zum Start­ punkt (Nullpunkt), Nummer der Meßstrecke und Amplitude der Feldstärke angezeigt werden können. Die Meßwerte können dabei in Nano-Tesla digital oder graphisch mit­ tels einer Flüssigkristallanzeige oder dergleichen sichtbar gemacht werden.

Um ein "laufendes" Bild an der Anzeige zu erhalten, können die im Speicher abgelegten ortsabhängigen Meß­ werte mit einem vorgegebenen Takt nacheinander selb­ sttätig abgefragt und zur Anzeige gebracht werden. Im Speicher können mehrere Meßstrecken, die auch als Spu­ ren numeriert sein können, abschnittsweise dargestellt werden. Der jeweils im Sichtfenster der Anzeige sicht­ bare Abschnitt zeigt eine oder mehrere nebeneinander­ liegende Meßstrecken. Mittels eines externen Druckers können diese Meßstrecken nebeneinander aufgezeichnet werden, wodurch eine gute Dokumentation der Messungen möglich ist. Es können auch alle gespeicherten Meßwerte oder alle Spuren ausgedruckt werden.

Die elektronische Meßeinrichtung kann von einem Taktge­ ber zur Meßwertabspeicherung in gleichen Intervallen veranlaßt werden. Schreitet der Sondenführer mit gleichförmiger Geschwindigkeit oder mit einem Entfer­ nungsmesser mit externem Taktgeber die verschiedenen Meßstrecken ab, so erhält man dadurch eine sehr genaue örtliche Zuordnung der ermittelten Meßwerte, so daß da­ mit auch mit entsprechender Genauigkeit die Position einer detektierten Bombe bestimmbar ist.

Der Prozessor kann ein Rechenprogramm enthalten, mit dem eine Lageberechnung für eine detektierte Bombe oder dergleichen durchführbar ist. Anhand der örtlich zu­ geordneten Meßwerte kann der Prozessor die ermittelten Daten - Position und Tiefe bzw. Radius bei Bohrungen - an der Anzeige anzeigen.

Die elektronische Meßeinrichtung mit ihrer Anzeige ist vorzugsweise in einem nicht magnetischen Metallgehäuse untergebracht, welches am Tragerohr des Magnetometers befestigt ist. Der Sondenführer kann während des Ab­ schreitens eines Gebietes ständig den Verlauf der er­ mittelten Meßwerte sehen. Damit das Ablesen der Meßkur­ ve erleichtert wird, ist es besonders günstig, die Meß­ kurve nicht als Linie darzustellen, sondern die von der Meßkurve eingeschlossene Fläche sichtbar zu machen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine im Erdreich befindliche Bombe und das da­ zugehörige Diagramm des Feldstärkeverlaufs,

Fig. 2 Detektion mittels einer in ein Bohrloch ein­ führbaren Spülsonde mit zugehörigen Meßkurven,

Fig. 3 und Fig. 4 Feldstärkekurven, anhand derer die Bestimmung der Lage einer Bombe erfolgt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Magnetometers mit Flüssigkristallanzeige,

Fig. 6 das Sichtfenster der Flüssigkristallanzeige des erfindungsgemäßen Magnetometers und

Fig. 7 die Darstellung der von einer Meßkurve einge­ schlossenen Fläche.

Die Tiefe einer im Erdreich befindlichen Bombe kann mit einem Magnetometer ermittelt werden. Ein solches Magne­ tometer kann unterschiedlich aufgebaut sein, beispiels­ weise als Differenzmagnetometer mit Differenzspulen­ anordnung.

In Fig. 1 ist eine im Erdreich befindliche Bombe 1 angegeben, die mittels eines tragbaren Magnetometers 2 detektiert werden soll. Das Magnetometer 2 besitzt eine elektronische Meßeinrichtung 3 mit Flüssigkristall­ anzeige, die den Kurvenverlauf 4 der Feldstärke dem hier nicht eingezeichneten Sondenführer (Bedienungs­ person) anzeigt. Die elektronische Meßeinrichtung 3 ist entsprechend dem in Fig. 5 angegebenen Blockschaltbild aufgebaut.

Bei Überschreiten des Störfeldes der Bombe 1 nimmt die Stärke der magnetischen Inhomogenität außerhalb des Zentralpunktes Z sehr schnell ab. Die Entfernung zwi­ schen Zentralpunkt Z, der die maximale Inhomogenität aufweist, und Beginn der Inhomogenität ist für den Son­ denführer ein Maß für die Tiefe T und die Größe der Bombe 1.

In Fig. 2 ist die Detektionsmethode mit einer Spülson­ de 5 dargestellt, wobei in der Zeichnung unterschiedli­ che Positionen von Bomben B1, B2, B3 und zugehörige Meßkurven angegeben sind. Der Einsatz von Spülsonden wird beispielsweise im Stadtbereich oder im aufgefüll­ ten Gelände zur Ortung tief liegender Objekte verwendet, insbesondere dann, wenn von der Oberfläche nicht detektiert werden kann, da die Oberflächenräumung entweder zu teuer oder gar unmöglich ist. Zu diesem Zweck wird nun die verdächtige Fläche im Abstand von 1 bis 2 m und auf eine Tiefe von ca. 8 m angebohrt. Zum Schutz vor Einsturz kann das Bohrloch 6 mit Aluminium oder Kunststoffrohren versehen werden, in die während des Meßvorgangs die Spülsonde 5 hinabgesenkt wird. So­ bald das Bohrgerät von dem Meßfeld entfernt wurde, kann mit der Messung begonnen werden.

Die Spülsonde 5 wird mit einem Entlastungsseil 7 verbunden, das alle 50 cm mit einer Markierung versehen ist. Die Sonde kann nun in das Bohrloch hinabgelassen werden, wobei in der Tiefe die Sonde auf Null kompen­ siert werden kann. Anschließend wird die Sonde wieder langsam aber gleichmäßig zur Erdoberfläche heraufgezogen. Die dabei im Abstand von beispielsweise 25 cm auftretenden Meßwerte können in einer mit der Sonde 5 verbundenen elektronischen Meßeinrichtung abge­ speichert werden. Die aufgenommenen Meßwerte können während des Meßvorgangs und/oder nachträglich als Meß­ kurve an einer graphikfähigen Anzeige dargestellt werden. In Abhängigkeit von der Ausrichtung der Bombe B1, B2, B3, ergeben sich entsprechend unterschiedliche Kurvenverläufe K1, K2, K3. Die Meßwerte können in Nano- Tesla (nT) angezeigt werden. Die Verwendung einer der­ artigen Sonde 5 ist aus der DE-A 37 07 100 bekannt. Die ermittelten Meßwerte werden nach herkömmlicher Methode in ein Diagramm punktweise eingetragen.

Anhand von Fig. 3 und Fig. 4 wird nachfolgend die Be­ stimmung der Tiefe einer Bombe erläutert. Zeigen alle Bohrlöcher, wobei es mindestens drei Bohrlöcher sein müssen, in derselben Tiefe ähnliche Kurve der genormten Feldstärkewerte, werden die Maximalwerte pro Bohrloch durch eine Gerade miteinander verbunden. Der Schnitt­ punkt der Geraden mit der senkrechten Achse zeigt in welcher Tiefe T die Bombe liegt. Liegen die Maximalwer­ te der Bohrlöcher in verschiedenen Tiefen, muß ein Mit­ telwert gebildet werden. Zu diesem Zweck wird eine Ge­ rade von jedem Maximalwert senkrecht zur Tiefenachse gezeichnet. Es entstehen dabei Schnittpunkte mit ver­ schiedenen Tiefen. Diese Zwischenwerte werden addiert und durch die Anzahl der Bohrlöcher geteilt. Das Ergeb­ nis ist die tatsächliche Tiefe T der Bombe.

Bei dem erfindungsgemäßem Magnetometer, dessen elektro­ nische Meßeinrichtung eine Flüssigkristallanzeige hat, lassen sich nebeneinander wenigstens drei Meßkurven gleichzeitig darstellen, so daß die Tiefe der Bombe problemlos an der Anzeige abgelesen werden kann. Mit­ tels einer Cursorsteuerung können auch bestimmte Werte der Kurven abgerufen und zu Berechnungszwecken, bei­ spielsweise zur Mittelwertbildung, verwendet werden. Das Blockschaltbild der elektronischen Meßeinrichtung wird jedoch erst anhand von Fig. 5 näher erläutert. Weiterhin besteht durch ein Unterprogramm die Möglichkeit, die Radien automatisch zu berechnen.

Die abgespeicherten Diagrammwerte können zur Ermittlung der Position der Bombe herangezogen werden. Bei drei Bohrlöchern können die in Fig. 4 dargestellten Radien r1, r2, r3 aus folgender Formel berechnet werden:

Nach Ermittlung der Radien r1, r2, r3, die zu den Bohr­ löchern L1, L2, L3 gehören, erhält man die Position der Bombe mit dem Schnittpunkt S der Kreise.

In Fig. 4 ist mit der Maximalwert der Feldstärke gekennzeichnet.

Das in Fig. 5 dargestellte Blockschaltbild zeigt den elektronischen Aufbau des erfindungsgemäßen Magnetometers. Die von einer Meßsonde M einem Analog­ eingang E zugeführten Meßsignale werden über einen Analog-Digitalwandler 10 digitalisiert und über einen bidirektionalen Datenbus 11 zu einem Prozessor 12 übertragen, der die zentrale Recheneinheit des Magneto­ meters bildet. Der Prozessor 12 veranlaßt neben der Ausgabe der Meßwerte an die LCD-Anzeige ebenfalls über den Datenbus 17 mit Hilfe eines Taktgebers 16 ein Ab­ speichern der Meßwerte in einen Datenspeicher 13. Die dabei erforderlichen Routinen oder Rechenschritte oder dergleichen werden durch ein im Programmspeicher 14 ab­ gelegtes Programm gesteuert. An einer Flüssigkristal­ lanzeige 15 lassen sich die aktuellen Meßwerte oder die im Datenspeicher 13 abgelegten Meßwerte in einem Dia­ gramm graphisch darstellen. Ein von einer Takt- und Zeitbasis 16 erzeugter Takt kann eine Folge von im Da­ tenspeicher 13 abgelegten Meßwerten selbsttätig abrufen und mit dem Prozessor 12 zur Anzeige 15 übertragen. Auf diese Weise kann eine durchgeführte Messung nachträg­ lich nochmals aus dem Datenspeicher 13 abgefragt und als "laufende" Kurve graphisch dargestellt werden.

Die Anordnung besitzt eine Schnittstelle 17, die den Anschluß an einen externen Rechner oder Drucker erlaubt. Weitere Ausgänge A1 bis A4 sowie ein akusti­ scher Signalgeber 18 werden von einer Endstufe 19 betrieben. Die Ausgänge A1 bis A4 können optische und/oder akustische Signale oder sonstige Kennungen auslösen.

Die Bedienung erfolgt mittels einer Tastatur 20, die es erlaubt, abgespeicherte Meßwerte abzufragen, unter­ schiedliche Meß- oder auch Berechnungsprogramme abzuru­ fen und dergleichen.

Als Meßsonde M kann eine herkömmliche Sonde dienen, wie sie bei Magnetometern oder Differenzmagnetometern je nach Anwendungszweck verwendet wird.

Wird eine Sonde verwendet, die ein eigenes Magnetfeld erzeugt, so kann diese in herkömmlicher Weise eine Feldspule besitzen, die von einem Magnetfeldgenerator gespeist wird. Da diese Sonden allgemein bekannten Stand der Technik darstellten, wird deren Aufbau hier nicht näher erläutert.

In Fig. 6 ist das Sichtfenster der Flüssigkristallan­ zeige 15 dargestellt, auf dem drei nebeneinander be­ findliche Meßstrecken 00, 01, 02 mit zugehörigem Kur­ venverlauf der Feldstärke sichtbar sind. Hier wird der Verlauf der Feldstärke in Nano-Tesla (nT) in Abhängig­ keit von der zurückgelegten Wegstrecke in Meter (m) dargestellt. Von den drei nebeneinanderliegenden Meß­ strecken tritt der maximale Ausschlag bei der Meß­ strecke 02 auf, so daß in diesem Bereich ein metalli­ scher Gegenstand liegt. Die Ermittlung der exakten Po­ sition erfolgt entsprechend Fig. 1 mit Hilfe des Pro­ zessors 12 und des dazugehörigen Programms, da es sich im dargestellten Anzeigenbeispiel (Fig. 6) um eine Oberflächenmessung entsprechend Fig. 1 handelt. Es lassen sich jedoch auch mit dem erfindungsgemäßen Mag­ netometer Messungen in Bohrlöchern durchführen und die zugehörigen Meßkurven darstellen, wie dies anhand von Fig. 2 bis Fig. 4 erläutert ist. Die Auswertung der Meßkurven kann vom Prozessor 12 vorgenommen werden, so daß dieser die Position einer detektierten Bombe an der Flüssigkristallanzeige 15 anzeigen kann.

Die dargestellten Meßkurven 4 werden vorzugsweise in Linien angezeigt. Bei direkter Meßwertanzeige kann die eingeschlossene Fläche F, wie in Fig. 7 dargestellt, sichtbar gemacht werden. Bei schlechten Lichtverhält­ nissen ist dadurch ein besseres Ablesen möglich. Außer­ dem kann mittels eines an der Tastatur 20 steuerbaren Cursors C eine gezielte Abfrage von Meßwerten vorgenom­ men werden. Diese abgefragten Meßwerte können dann für Berechnungen im Prozessor 12 weiterverarbeitet werden. Die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Meßkurven und Da­ ten können gleichermaßen mittels eines Druckers ausge­ druckt werden.

Claims (14)

1. Magnetometer zum Orten von im Erdreich befindlichen magnetischen Gegenständen, Bomben oder dergleichen mit einer Magnetometer-Sonde, die entlang von Meßstrecken bewegt wird, wobei deren Meßsignale mittels einer elek­ tronischen Meßeinrichtung in anzeigefähige Meßwerte um­ geformt und direkt am Meßort einer Anzeigeeinrichtung zugeführt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in wenigstens annähernd gleichen Wegabständen ortsabhängige Meßwerte einzelner Meß­ strecken (00, 01, 02) in einem Speicher (13) abgelegt werden, und daß die Meßwerte der aktuellen Meßstrecke direkt an der Anzeigeneinrichtung (15) in digitaler und/oder graphischer Form sichtbar sind.

2. Magnetometer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in wenigstens annähernd gleichen Wegabständen ortsabhängige Meßwerte mehrerer Meßstrecken (00, 01, ...) in einem Speicher abgelegt werden, und daß die Meßwerte dieser Meßstrecken direkt an der Anzeigeneinrichtung (15) in digitaler und/oder graphischer Form sichtbar sind.

3. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die An­ zeigeeinrichtung (15) den ortsabhängigen Meßwertverlauf von Meßstrecken (00, 01, 02) als Meßkurven (4) in einem Koordinatensystem mit einheitlichem Maßstab wenigstens abschnittsweise anzeigt.

4. Magnetsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeneinrichtung (15) eine graphikfähige Anzeige hat.

5. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Speicher (13) abgelegten ortsabhängigen Meß­ werte mit einem vorgegebenen Takt (16) nacheinander selbsttätig abgefragt und zur Anzeige (15) gebracht werden.

6. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenausgang (17) zum Anschluß eines Druckers, Computers oder dergleichen vorgesehen ist.

7. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einheitlichen Meßabständen eine Abspeicherung des jeweils aktuellen Meßwertes erfolgt.

8. Magnetometer nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zeitlich gesteuerter Taktgeber oder ein pulsgesteuerter Entfernungsmesser oder eine markierte Leine die Abspeicherung in einheit­ lichen Meßabständen veranlaßt.

9. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anzeigeeinrichtung (15) Angaben betreffend Datum, Meßstrecke, Sondenführer und anderer Parameter mittels einer Cursorsteuerung darstellbar sind.

10. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozessor (12) aus den im Speicher (13) abge­ legten Meßwerten eine Lageberechnung für eine detek­ tierte Bombe (1) oder dergleichen errechnet.

11. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Meßeinrichtung (3) in einem nicht magnetischen Metallgehäuse untergebracht ist, welches an einem tragbaren Magnetometer (2) an dessen Trage­ stange befestigt ist.

12. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkurve (4) von der Anzeigeneinrichtung (15) wahlweise als Flächenanzeige oder als Linienanzeige an­ gezeigt wird.

13. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Meßwertaufnahme die Spurrichtung automa­ tisch wechselt und bei späterer Darstellung mehrerer Meßstrecken auf dem Display die Meßwerte folgerichtig ausgelesen werden.

14. Magnetometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit der Meßwertanzeige zur Daten­ aufnahme oder Datenwiederholung unabhängig von der ein­ gestellten Geräteempfindlichkeit einstellbar ist.