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Verfahren zum Auffinden leitender Massen im Erdboden durch elektrischen
Wechselstrom, der an zwei Stellen dem Boden zugeführt wird. Es sind Verfahren, zur
Untersuchung des Erdbodens bekannt, welche auf der Abgabe eines elektrischen Stromes
durch eine isoliert; Leitung, von der beide Enden mit dem Erdreich verbunden sind,
beruhen. Dieser Strom kann Gleichstrom oder Wechselstrom sein, und man beobachtet
die Linien gleichen Potentials der durch den Erdboden fließenden Ströme.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß man Erdströme,
die mittels einer Leitung, deren Enden an die Erde angeschlossen sind, erzeugt werden,
durch ihre Induktionswirkung auf eine Spule ermittelt. Dabei werden die Besonderheiten
des Erdreichs durch den Verlauf der magnetischen Kraftlinien angezeigt.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführun;gs beispiele der Erfindung
veranschaulicht. Abb. t stellt eine Sendestation dar.
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Abb. 2 zeigt den Verlauf des magnetischen Feldes in der Umgebung eines
auf den Meeres-Mrund gelegten Kabels. Abb. 3 veranschaulicht den Verlauf des Kraftlinienfeldes
in der Umgebung einer oberirdischen Leitung.
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Abb. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine kardanisch aufgehängte
Empfängerspule. Abb. 5 ist eine Ausführungsform des Empfatlgssystems mit goniometrischem
Rahmensystem.
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Abb. 6 zeigt eine Störung .des Verlaufs der Kraftlinien des magnetischen
Feldes, die dadurch hervorgerufen sein kann, daß sich an der betreffenden Stelle
eine unterirdische Wasserader befindet.
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Die Sendung des elektrischen Stromes läßt sich gemäß der Erfindung
durch eine Leitung bewerkstelligen, die, wenn sie aufden Erdboden gelegt wird, entweder
durch ein. Dielektrikum isoliert sein, oder an Isolatoren befestigt werden kann.
Daseine der Leitungsenden wird unmittelbar mit dem Erdboden verbunden; das andere
Leitungsende ist auch mit dem Erdboden verbunden, aber unter Zwischenschaltung des
Generators für Wechsel-
Strom. Als solcher ist einphasiger Wechselstrom
oder Mehrphasenstrorn. oder auch vibrierender Strom von 6oo bis i 5oo Perioden beispielsweise
verwendbar. Man wird die Frequenz je nach der zu erreichenden Tiefe des Eindringens
der Rücklauflinien des elektromagnetischen Feldes in den Erdboden sich ändern lassen.
Man kann ferner Strom von Frequenz über der Hörgrenze verwenden. Die Aufnahme geschieht
alsdann mit Schwebungsempfang. Oder es wird Strom von Frequenz unter der Hör` renne
benutzt, und die Aufnahme geschieht dann mit einem Ticker. Gleichstrom ist nur für
ganz besondere Fälle verwendbar und braucht einen Empfänger mit Rotationsapparat.
Eine Rückleitung durch Metalldraht an der Erdoberfläche, und zwar unterhalb der
Hinleitung, läßt sich nur in ganz besonderen Fällen verwenden. In der Praxis wird
zum Senden Wechselstrom von musikalischer Frequenz benutzt.
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Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sendestation. Die Leitung
i ruht auf Pfosten a und isst an den Erdboden durch die Platten 3 und q. angeschlossen.
Die Leitung erhält Strom von der Wechselstrommaschine 5 durch die regelbare Induktionsspule
6 und den Transformator 7, B.
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Das Prinzip, auf welchem die Beobachtung beruht, ist folgendes: Man
kann das magnetische Feld für- die Umgebung des durch den Erdboden verlaufenden.°
Stromes berechnen und daher für den Fall eines homogenen Erdreiches von gegebenem
Leitungsvermögen für eine gegebene Stromfrequenz die Form des resultierenden magnetischen
Feldes als bekannt ansehen. Die Abb. 3 stellt das Feld von der, Frequenz 6oo dar.
Die eiförmigen Linien stellen die Kraftlinien und ihre Neigung gegen die Erdoberfläche
in Abhängigkeit von der, Entfernung vom Sendedraht dar.
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Praktische Erfahrungen haben die Richtigkeit dieser Annahmen bestätigt.
Wenn aber ,das Erdreich nicht homogen. ist, sondern Bestandteile von verschiedenem
Leitungsvermögen und von verschiedener Durchlässigkeit für die magnetischen Kraftlinien
-enthält, so wird das normale magnetische Feld Störungsstellen erkennen lassen,
und der Verlauf der SEtörungslinien wird gestatten, den Störungspunkt zu ermitteln,
ebenso wie auch den Charakter der Störungsursaclie und deren Umfang.
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Man wird dieses Feld analysieren und die Störungsursachen entdecken
können, wenn m.an das Feld in einer Horizontalebene untersucht. Sollte die Erdoberfläche
nicht horizontal sein, so kann diesem Umstande Rechnun;; getragen werden. Diese
Untersuchung läßt sich nicht nur auf ebener Erde anstellen, sondern auch in der
Luft, indem man den Empfängerapparat zum Analysieren des Feldes entsprechend anhebt.
Ferner kann man auch den Empfängerupparat in Bodenvertiefungen hineinsetzen, z.
B. in Schächte oder in besonders ausgegrabene Hohlräume. Der Empfängerapparat l:äßt
sich auch ins Meer oder in einen Fluß versenken und sogar auf dem Meeresboden aufstellen,
um den letzteren zu untersuchen. Ein Kopierapparat an Bord eines Schifes gibt dann
die auf die Meeresoberfläche bezogenen Verhältnisse für die Horizontalebene des
Untersuchungsapparates wieder-.
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Die Empfanigseinirichtung besteht aus einem beweglichen Rahmen, der
sich in kardanischer Aufhängung befindet (Abb. q.). Seine Abmessungen. betragen
beispielsweise einen Meter mal einen halben Meter. Um diesen Rahmen herum hat man
mehrere Draht«i!ckelungen gelegt, beispielsweise 50 Windungen von isoliertem
Draht von. i Millimeter Dicke. Man kann aber auch in an sich bekannter Weise ein
System von drei festen Rahmen wählen, deren Flächen rechtwinklig gegeneinander liegen,
so daß sie drei Raurnkoordinatenebenen bilden. Der bewegliche Rahmen. oder das System
von drei festen Rahmen steht nun unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines
Verstärkerapparates, der abgestimmt sein kann, mit einem Stromaufnehmer in Verbindung
(Galvanometer oder Telephon, weiches abgestimmt und mit Mikraphon oder Lautsprechvorrichtu!n-
ausgestattet sein kann).
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Bei Benutzung dies Systems von drei rechtwinklig zueinander eingestellten
Rahmen kann man i. nacheinander an jedem einzelnen horchen, oder man kann sie z.
paarweise in Reihe schalten, oder 3. man kann sie einzeln mit einem kleinen System
von drei. rechtwinklig zueinander eingestellten Rahmen verbinden, die ein G.oniometer
bilden (Abb. 5).
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Man kann ;dieses System von drei Rahmen mit einem. S.chrägstellungsmesser
auf den Erdboden stellen oder man stellt die Vorrichtung dadurch senkrecht ein,
daß man einen der Rahmen pendelnd aufhängt. Ferner kannman das System unter Wasser
setzen, eingraben oder es in ,eine Bodenvertiefung stellen, welche gestattet, Neigungswinkels
nderungen an den Kraftlinien festzustellen. Wenn man nacheinander an jedem Rahmen
horcht, kann man sich bereits eine Vorstellung von der Neigung der Kraftlinien machen.
Wenn man die Rahmen paarweise in Reihe schaltet, und zwar die aufein.anderfolgenden
oder die nicht so ist die Neigung der Kraftlinien viel genauer wahrzunehmen, und
man kann leichter feststellen, durch welchen Quadranten
die Kraftlinien
hinduirrlifließen. Verbindet man einen jeden der drei Rahmen des Systems mit den
drei kleinen entsprechenden Rahmen des Goniometers (in Abb. 5 i o mit
13, i i mit 14, i a mit 15, entweder gleichzeitig oder nacheinander paarweise),
so gewinnt man nicht nur den Quadranten des Kraftliniendurchrlu;sses, sondern ,auch
die Neigung der Kraftlinien des magnetischen Feldes, wenn man den kleinen beweglichen
Rahmen 15', der in dem Goniometer kardanisch aufgehängt ist, auf Maximalstärke
oder hlsnunalstärk.e einstellt. Man kann auch zwei kleine Goniometer verwenden (zwei
vertikale Rahmen, die rechtwinklig zueinander stehen, und einen horizontalen Rahmen,
der rechtwinklig zu einem der vertikalen Rahmen angeordnet ist).
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Bei der praktischen Ausgestaltung der Erfindung wird man zweckmäßig
einen Senderapparat und einen Empfängerapparat gemeinschaftlich auf einem Wagen
anordnen. Der Sender wird beispielsweise ein Vibrationsapparat sein oder eine kleine
Wechselstrommaschine, die von Hand oder mechanisch zu betreiben ist.
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Man wickelt das kleine isolierte Kabel ab, welches auf eine Winde
aufgerollt ist. Eines der Kabelenden wird entweder unmittelbar oder auf dem Umwege
über einen TranSformator mit der @NTechselstrommaschine verbunden. Das andere Ende
des Kabels wird an den Erdboden angeschlossen. Der andere Pol der Wechselstrommaschvne
oder des Transformators wird an Erde angelegt. Man versetzt alsdann, den Empifängerapparat,
sei es mittels des Wagens oder sei es indem man ihn fortträgt, und untersucht das
Gelände Strecke für Strecke um .den Sendeapparat herum. Die Neigung der Kraftlinien
erhält man .durch das Minimum der Empfangsstärke selbst, indem man die Ebene des
beweglichen Rahmens im Untersuchungspunkte tangential zu den Kraftlinien einstellt.
Mit dem "Goniometer erhält man die Tangente der Kraftlinien .durch die Minimumeinstellung
mittels des Telephons oder des Galvanometers. Man kann, auch einen thermischen oder
einen elektrodynamischen Empfängerapparat verwenden.
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In dem Maße, wie minn sich von .dem Sendeapparat entfernt, muß man
nun auf einer horizontalen Ebene eine abnehmende Neigung der Kraftlinien Segen die
Horizontale feststellen (Abb. 3). Wenn man in einem Punkte eine Besonderheit der
Neigung der Kraftlinien findet, so läßt sich aus der Form des Kraftlinienverlaufs
ein Rückschluß auf dessen Ursache ziehen. Das magnetische Feld wird jedesmal gestöir't
erscheinen, wenn der Untergrund bezüglich der elektrischen Leitungsfähigkeit und
der magnetischen Durchlässigkeit nicht homogen ist. Es geht hieraus hervor, daß
man nach dem beschriebenen Verfahren unterirdische Wasseransammlungen und Gesteinsmassen
auffinden kann, die zum Teil Metalle enthalten. Ferner lassen sich unterirdische
Wasserläufe und Petroleumquellen nachweisen, welche letzteren sich meist bei Salzwasser
vorfinden.
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Abb. 6 zeigt im Vertikalschnitt die Störung, die in das normale magnetische
Feld (Abb. 3) durch einen Wasserlauf ;gebracht wird. Die Zuführungsleitung des elektrischen
Stromes liegt bei 16, während der Wasserlauf bei i; .i eg t.