DE403213C

DE403213C - Circuit arrangement for earth exploration

Info

Publication number: DE403213C
Application number: DEE27876D
Authority: DE
Original assignee: ERDA AKT GES; RICHARD AMBRONN DR
Current assignee: ERDA AKT GES; RICHARD AMBRONN DR
Publication date: 1924-10-02

Description

Schaltungsanordnung für Erderforschung. Zu Erderforschungszwecken ist es oftmals erforderlich, ein räumliche-, elektrisches Spannungsfeld quantitativ zu vermessen. Man kann diesen Zweck durch Aufsuchung der Äquipotentialflächen erreichen. Oft aber ist das Gelände sehr unübersichtlich, schwer oder gar nicht zugänglich, man muß in wenigen vorhandenen Bohrungen oder Strecken die Schnittpunkte oder -linien der Äquipotentialflächen suchen u. dgl. In diesem Falle muß man nach Art der Geodäten (welche die Höhenschichten zeichnen sollen) vorgehen und an einer großen Zahl von räumlich verteilten Punkten das absolute Potential bestimmen und in dieses Punktnetz dann durch Interpolation die Äquipotentialflächen einschalten. Bereiten diese :Methoden schon bei Gleichstrom wegen der unvermeidbaren zeitlichen Veränderungen der das Feld erzeugenden Spannung und der Vorgänge in unmitteibarer :Nähe der Elektroden, wo die Stromdichte unverhältnismäßig groß ist, Schwierigkeiten, so wachsen diese noch sehr, wenn man, wie es aus verschiedenen Gründen praktisch zweckmäßig ist, das Strömungsfeld durch eine Wechselspannung erzeugt. Man muß dann das Potentiometer, gegen das man die Spannungsverteilung im zu vermessenden Felde abgleicht, mit einer der das Feld erzeugenden Spannung genau äquiformen Spannung betreiben, was wegen der Polarisationskapazitäten usw. an den den Feldstrom zuführenden Elektroden nur dadurch möglich ist, daß man die Potentiometerschaltung zwischen zwei im Felde der Feldelektroden an zweckmäßig ausgewählten Punkten angebrachte Hilfselektroden legt.Circuit arrangement for earth exploration. For earth exploration purposes it is often necessary to quantify a spatial, electrical field of tension to measure. This purpose can be achieved by searching for the equipotential surfaces. Often, however, the terrain is very confusing, difficult or not accessible at all, you have to cut the intersection points or lines in a few existing bores or routes of the equipotential surfaces and the like. In this case one must look for the type of geodesic (which should draw the layers of elevation) and on a large number of spatially distributed points determine the absolute potential and in this point network then switch on the equipotential surfaces by interpolation. Prepare these: methods even with direct current because of the unavoidable temporal changes of the Field-generating voltage and the processes in the immediate vicinity of the electrodes, Where the current density is disproportionately great, difficulties increase even more so if, as is practical for various reasons, the flow field generated by an alternating voltage. Then you have to use the potentiometer, against which one compares the stress distribution in the field to be measured with a the voltage generating the field operate exactly equiform voltage, what because of the polarization capacitances etc. at the electrodes supplying the field current only it is possible that the potentiometer circuit between two in the field of Field electrodes placed at appropriately selected points auxiliary electrodes.

Die Abb. z gibt zu diesem Messungsverfahren ein Beispiel, um den Unterschied der in Abb. a dargestellten, von uns neu vorgeschlagenen Schaltungsweise schematisch besonders deutlich erkennen zu lassen. F, und F2 sind die beiden Elektroden, welche flächenhaft an der Erdoberfläche angebracht sind. E bezeichnet die in die äußere Verbindungsleitung der beiden Elektroden eingezeichnete Wechselstromquelle. Hl und H2 sind Hilfselektroden, welche auswärts der Hauptelektroden F1 und FZ am Erdboden angebracht sind, und welche über den sehr großen kalibrierten Widerstand W miteinander verbunden sind. In W fließt dann ein dem Hauptstrom synchroner Wechselstrom. Um nun die relative Spannung der in dem beliebigen Feldpunkte A gegenüber der durch E zwischen F1 und F, erzeugten Wechselstromspannung festzustellen, führt man von der an Punkt A angebrachten Sonde einen Draht an den Schleifkontakt des Widerstandes W und verschiebt den Schleifkontakt so lange längs dieses Widerstandes W, bis in dem in den Draht eingeschalteten Telephon kein Ton mehr gehört wird. Indem man nun den Punkt A in dem ganzen zu vermessenden Felde herumführt, erhält man die relative Spannung an allen diesen Punkten und kann nachträglich auf der Karte in dieses Punktsystem ohne weiteres die Linien gleicher Spannung durch Interpolation in bekannter Weise einführen.Fig. Z gives an example of this measurement method to show the difference of the circuit shown in Fig. a, which we have recently proposed to be shown particularly clearly. F, and F2 are the two electrodes which are attached extensively to the surface of the earth. E denotes the in the outer Connection line of the two electrodes drawn alternating current source. St. and H2 are auxiliary electrodes, which are outside the main electrodes F1 and FZ on the ground are attached, and which via the very large calibrated resistor W with each other are connected. An alternating current synchronous with the main current then flows in W. Around now the relative tension in the arbitrary field point A compared to the through E between F1 and F to determine the generated alternating current voltage, one leads from With the probe attached to point A, attach a wire to the sliding contact of the resistor W and moves the sliding contact along this resistance W until in no sound is heard on the telephone connected to the wire. By now leads the point A around in the whole field to be measured, one obtains the relative Tension at all of these points and can subsequently be added to this point system on the map easily the lines of equal tension by interpolation in a known manner introduce.

In manchen praktisch wichtigen Fällen ist das aber unmöglich, so z. B. wenn die Feldelektroden F1 oder F2 in Bohrungen angebracht sind und man die Potentialverteilung längs der Bohrung selbst auch in der Nähe der Feldelektrode untersuchen will. Man mühte dann, um auf dem Potentiometer die zu messende Spannung noch zu erhalten, die Hilfselektrode Hl oder HZ im Bohrloch zwischen Feldelektrode und Potentialsonde änordnen. Man erhielte also drei Leitungen im Bohrloch; was äußerst unbequem ist und wegen der gegenseitigen kapazitiven und induktiven Beeinflussung auch meßtechnisch nicht unbedenklich wäre. In anderen Fällen stören die Hilfselektroden und die Tatsache, daß durch sie dem Feld Strom entnommen und dadurch eine Verzerrung der Stromlinien hervorgebracht wird, die Messungen im Felde.In some practically important cases this is impossible. B. when the field electrodes F1 or F2 are mounted in bores and the potential distribution wants to investigate along the bore itself in the vicinity of the field electrode. Man then struggled to get the voltage to be measured on the potentiometer, the auxiliary electrode Hl or HZ in the borehole between the field electrode and the potential probe rearrange. So you would get three lines in the borehole; what extremely uncomfortable is and because of the mutual capacitive and inductive influence also in terms of measurement technology would not be harmless. In other cases, the auxiliary electrodes and the fact that through them current is drawn from the field and thereby a distortion of the streamlines is produced, the measurements in the field.

In allen derartigen Fällen kann man sich dadurch von Störungen befreien, daß man die Hilfselektroden Hl und H2 für den Potentiometerstrom nicht in das auszumessende Feld selbst einlegt, sondern von dem Stromerzeuger ein in genügender Entfernung oder sonst an unschädlicher Stelle angeordnetes, dem Hauptfeld analoges Hilfsfeld erzeugt und die Hilfselektroden, zwischen denen das Potentiometer liegt, in diesem Hilfsfeld anbringt. Dann ist der zeitliche Stromverlauf im Potentiometer genau äquiform demjenigen in dem zu vermessenden Felde, und die Stromentnahme für das Potentiometer stört die Stromverteilung im Hauptfeld in keiner Weise.In all such cases one can free oneself from disturbances that the auxiliary electrodes Hl and H2 for the potentiometer current not in the to be measured Field itself, but a sufficient distance from the power generator or an auxiliary field analogous to the main field arranged in another harmless place generated and the auxiliary electrodes, between which the potentiometer is located, in this Attaching auxiliary field. Then the temporal course of the current in the potentiometer is exactly equiform the one in the field to be measured, and the current draw for the potentiometer does not disturb the power distribution in the main field in any way.

Abb. z zeigt die in diesem Falle vorzunehmende Schaltungsweise an einem wesentlich schematischen Beispiel. Die Buchstaben- haben wieder dieselbe Bedeutung wie in Abb. i. Die Hilfselektroden Hl und H2 sind jetzt aber nicht mehr neben den Feldelektroden F, und F2 ohne Verbindung mit der Stromquelle E angebracht, sondern Hl und H2 sind in einem 'N achbargelände, welches genügend weit von F, und F2 entfernt ist, unmittelbar an die StromquelleE angeschlossen. Dadurch entsteht ein dem Felde zwischen F1 und F2 synchrones Feld. Falls die Selbstinduktionen der Leitungen von E über F, und F2 bzw. über H, und H2 nicht gleich sind, und infolge dieses Umstandes die Ströme zwischen F1 und F2 und zwischen Hl und H2 nicht ganz synchron werden, kann man dieses noch erreichen durch eine in die Leitung von E nach Hl oder H2 eingeschaltete veränderliche Selbstinduktionsspule I, welche die Induktivität der beiden Stromkreise über F1 und F2 einerseits und HI und H2 anderseits genau gleich macht.Fig. Z shows the switching method to be carried out in this case an essentially schematic example. The letters - have the same meaning again as in Fig. i. The auxiliary electrodes Hl and H2 are now no longer next to the Field electrodes F, and F2 attached without connection to the power source E, but Hl and H2 are in a neighboring area, which is far enough away from F and F2 is connected directly to the power source E. This creates a field between F1 and F2 synchronous field. If the self-induction of the lines from E over F, and F2 or over H, and H2 are not the same, and as a result of this fact the currents between F1 and F2 and between Hl and H2 are not quite synchronous, this can still be achieved by switching on a line from E to Hl or H2 variable self-induction coil I, which the inductance of the two circuits makes exactly the same via F1 and F2 on the one hand and HI and H2 on the other hand.

Die Messung verläuft nun so, daß man zwischen Hl und H2 sich eine Basis absteckt und diese etwa durch Pflöcke einteilt. U m nun die relative Spannung an einem beliebigen Punkte .4 des auszumessenden Feldes zu bestimmen, führt man von einer Sonde, welche in Punkt A eingeschlagen ist, über einen Wechselstromanzeiger 7' eine Leitung in das Gebiet zwischen Hl und HZ und sucht auf der Basis B zwischen den Punkten Hl und H2 diejenige Stelle auf, welche mit A verbunden im Wechselstromanzeiger T keinen Strom mehr ergibt. Indem man nun an einer großen Anzahl von Punkten A in dem zu untersuchenden Gebiete zwischen den Hauptelektroden F1 und F2 diese Messung wiederholt und für jeden Punkt diejenige Stelle auf der Basis B aufsucht, für welche das Wechselstrominstrument stromlos wird, kann man dann nachträglich auf einer Karte diejenigen Linien im Felde zwischen F1 und F2 durch Interpolation finden, deren Verbindung mit denselben Punkten auf der Basis B den Wechselstromanzeiger T stromlos machen würden. Diese Linien sind die Äquipotentiallinien in dem zu untersuchenden Felde zwischen den Elektroden F1 und F2.The measurement now proceeds in such a way that there is one between Hl and H2 The base and divides it up with pegs. U m is now the relative voltage to determine at any point .4 of the field to be measured, one leads from a probe, which is struck in point A, via an alternating current indicator 7 'a line in the area between Hl and HZ and searches on the base B between the points Hl and H2 on the point that is connected to A in the AC indicator T no longer results in current. By now looking at a large number of points A in the area to be examined between the main electrodes F1 and F2, this measurement repeatedly and for each point seeks the point on base B for which the AC instrument is de-energized, can then be retrospectively on a card find those lines in the field between F1 and F2 by interpolation whose Connection with the same points on the base B the alternating current indicator T de-energized would do. These lines are the equipotential lines in the one under investigation Field between electrodes F1 and F2.

Die Anordnung Hl und H2 kann anstatt in einem neben dem zu untersuchenden Gelände gelegenen Gebiet auch in einem Trog hervorgebracht werden, in welchem ein Elektrolvt sich befindet, dessen elektrochemische Eigenschaften denjenigen der wässerigen Lösungen im Erdboden nahekommen, während das Ende des mit der in dem Felde zwischen F1 und F2 angebrachten Elektrode A über das Wechselstrominstrument 7' verbundenen Drahtes längs der Verbindungslinie der Elektroden Hl und H2 in diesem Trog verschoben wird. Auch hier ist gegebenenfalls durch eine Induktionsspule I dafür zu sorgen, daß die Induktivität des Kreises E, Hl und H2 gleich derjenigen des Kreises E, F1 und F2 wird.The arrangement Hl and H2 can instead of in one next to the one to be examined Terrain-located area can also be produced in a trough in which a Electrolvt is located, whose electrochemical properties are those of the aqueous Solutions in the ground come close, while the end of the with that in the field between F1 and F2 attached electrode A via the AC instrument 7 ' The wire is moved along the line connecting the electrodes Hl and H2 in this trough will. Here, too, if necessary, an induction coil I must be used to ensure that that the inductance of the circuit E, Hl and H2 is equal to that of the circuit E, F1 and F2 becomes.

Das Verfahren eignet sich in gleicher Weise für Wechsel- wie für Gleichstromfelder.The method is equally suitable for alternating and direct current fields.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit arrangement for earth exploration by means of electrical currents, characterized in that on one side of the to be examined Area located areas generates a voltage field equiform to the field voltage against which directly or via an ohmic, capacitive or inductive potentiometer arrangement, the spatial or areal voltage distribution is measured in the flow field to be measured. a. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that the equiform stress field to be examined not in the natural earth, but in one with a suitable electrolyte filled vessels is made as artificial earth and the two auxiliary electrodes for the potentiometer are arranged displaceably in this.