EP2162766A2 - Vorrichtung und verfahren zur kartierung von quellen für die lokale veränderung des erdmagnetfeldes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kartierung von quellen für die lokale veränderung des erdmagnetfeldes

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Publication number
EP2162766A2
EP2162766A2 EP08773268A EP08773268A EP2162766A2 EP 2162766 A2 EP2162766 A2 EP 2162766A2 EP 08773268 A EP08773268 A EP 08773268A EP 08773268 A EP08773268 A EP 08773268A EP 2162766 A2 EP2162766 A2 EP 2162766A2
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EP
European Patent Office
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magnetic field
sensors
unit
earth
mapping
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08773268A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volkmar Schultze
Sven Linzen
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Institut fur Photonische Technologien EV
Original Assignee
Institut fur Photonische Technologien EV
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Filing date
Publication date
Application filed by Institut fur Photonische Technologien EV filed Critical Institut fur Photonische Technologien EV
Publication of EP2162766A2 publication Critical patent/EP2162766A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/40—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for measuring magnetic field characteristics of the earth

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for mapping sources for the local change of the geomagnetic field.
  • magnétique field sensors that can be used, for example, to measure local changes in the earth's magnetic field, so far magnetometer or gradiometer are known.
  • DE 195 18 973 A1 discloses a method for locating ferromagnetic and / or other metallic objects, in particular underground objects, in which measurement signals are recorded along a measuring track by means of metal detector, wherein at least two arranged in different heights metal detection probes the measurement signals for direct depth determination of the object take up.
  • an apparatus for carrying out the method is described, in which the holder of the metal detection probes is executed double gimbal and the height difference between the metal detection probes is adjustable.
  • DE 195 04 841 A1 discloses a display device for a magnetometer, with which a metallic disruptive body located in the ground can be located by measuring the interference field strength. Analogously, the respectively measured field strength is displayed on the display instrument of the magnetometer, and further information, such as the respective sensitivity range or the computationally determined object depth, can be displayed in a digital display field.
  • a simple keyboard makes it possible to select a large number of different sensitivity levels and to enter the measured values to carry out the determination of the object depth of a structure in the earth.
  • the disadvantage of these two technical solutions is that they do not allow any gradient measurements and no precise determination of the size and depth of objects to be detected.
  • 2D magnetic field mapping with LTS-SQUID system include i.a. from the publication V. Schultze, A. Chwala, R. Stolz, M. Schulz, S. Linzen, H.-G. Meyer, and T. editor; A SQUID System for Geomagnetic Archaeometry, 6th Int. Conf. on Archaeological Prospection (Archeo2005), 14-17 Sept. 2005, Proc. pp. 245-248 known.
  • a SQUID measuring system is used in such a way that two LTS-SQUID magnetometers are carried or driven through the terrain to be examined.
  • the disadvantage of this 2D magnetic field mapping is that the depth of the structures found in the subsurface can not be clearly determined. Apart from their position, the only features obtained are their extent and magnetic field strength. In this case, however, a different strength measurement signal in different structures can be caused not only by different strength of the magnetic field source, but also by different depth. Likewise, a different lateral extent of the measured structures can be caused not only by actually different lateral extent of the magnetic field source, but also by different depths.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for mapping sources for the local change of the earth's magnetic field, which avoids the above-mentioned disadvantages of the prior art, in particular with respect to the 2D magnetic field mapping with S QUID systems the determination the concrete depth and size of the objects to be detected allows.
  • the object is solved by the characterizing features of the first and ninth patent claim. Advantageous embodiments are covered by the subordinate claims.
  • an apparatus for mapping sources for the local variation of the Earth's magnetic field comprising the following components:
  • gradient refers to the difference of the magnetic field at two different locations
  • base length refers to the distance between the centers of the two locations, between which the difference in the magnetic field is measured.
  • a measuring unit for the simultaneous determination of the location of the gradiometer above the measuring field to be mapped ⁇ gradiometer is a sensor for measuring the local gradient), consisting of a differential GPS unit (dGPS) with a GPS antenna for recording the position the moving carriage with the sensors used, a second fixed reference GPS antenna and a radio transmission of the reference station data to the moving measuring car, to increase the accuracy of the local location allocation of several meters (simple GPS) to a few centimeters (dGPS) and from an inertial unit , which determines the position of the measuring car.
  • dGPS differential GPS unit
  • a non-magnetic, largely metal-free carrier unit for the ensemble of sensors and data processing and storage units preferably in the form of a movement unit, eg. A cart on wheels, which can be pulled by a towing vehicle, such as a SUV, possibly also a slide above ).
  • Essential to the invention is that at least two sensors for magnetic field gradient measurement (particularly advantageous SQUID gradiometer) are provided for measuring a local magnetic field gradient having identical detection directions and are arranged at a distance one above the other, the signals of all sensors, (but especially the two vertically stacked Gradiometers) are recorded simultaneously and the different characteristics of these at least two superimposed gradiometers are used to determine the depth of the sources for the measured local changes in the Earth's magnetic field by taking advantage of the following features: • the magnitude of the measured magnetic field gradient with the fourth power of the distance between the sensor and the source falls off (whereas the magnetic field itself is only weaker with the cube, whereby the use of gradiometers clearly shows the depth discrimination sharper than possible with magnetometers),
  • the distance between the gradiometers and the base length of these gradiometers should be of the same order of magnitude. Then a good depth discrimination of the sources to be detected is possible to a depth that is about ten to a hundred times this Gradiometerabstandes.
  • two gradiometers are used in at least one sensor plane, preferably in the lower one, where the signals are larger and the lateral resolution is sharper due to the smaller distance between the sensors and the source look lateral directions. This always results in a sufficient sensitivity to arbitrary laterally oriented patterns of local sources of magnetic field gradients.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are distinguished from previous technical solutions by the fact that 3D magnetic field mapping is possible by determining the specific depth and size of the objects to be detected.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 2 a graphic representation of the signal magnitude and the waveform of two Gradiometern, which are arranged at a distance of 10 cm above each other, when driving over an underlying magnetic dipole (travel in cm).
  • the apparatus shown in Fig.l comprises a plurality of SQUID gradiometer 1, which are located in a cryostat 2, a measuring unit 3 for accurately determining the location of the SQUID gradiometer during the measurement, consisting of a differential GPS unit, from a with the SQUID gradiometers mitbewegten GPS antenna 31 and a stationary mounted second GPS antenna 33 and the radio antennas 32 and 34, which transmits the signal of the fixed GPS antenna 33 to the GPS antenna 31 moved with the SQUID gradiometers 1, and an inertial unit for measuring the position of the SQUID gradiometer, consists of the data lines 4, all of which are recorded Data are transferred to the data acquisition and storage unit 5, and a non-magnetic, largely metal-free movement unit 6, on which the co-moving parts of the measuring unit are permanently mounted, wherein at least two gradiometer 11 are oriented in the same direction and arranged at a distance one above the other.
  • the signals of all SQUID gradiometers 1 (sensors), in particular of the two vertically superimposed SQUID gradiometers 11, can be recorded at the same time.
  • the different characteristics of these at least two superimposed SQUID gradiometers 11 are used to determine the depth of the sources for the measured local changes in the earth's magnetic field, it being noted that the magnitude of the measured magnetic field gradient is the fourth power of the distance between the SQUID gradiometer 1 (sensor) and the source drops (whereas the magnetic field itself is only weaker with the cube, whereby the use of SQUID gradiometers 1 makes the deep discrimination much sharper than with magnetometers) and that the local extension of the measured field with the Distance between the source and the SQUID gradiometer 1 (sensor) increases, in particular, the difference between the size of the measured from two superimposed SQUID gradiometers 1 signals of a magnetic field source with increasing distance between the source and the ensemble from one another arrange SQUID gradiometer 1 (sensors) becomes smaller.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes. Die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere gegenüber den 2D-Magnetfeldkartierungen mit SQUID-Systemen die Bestimmung der konkreten Tiefe und Größe der zu detektierenden Objekte ermöglicht, wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung hochempfindliche Sensoren zur Messung des Gradienten des Erdmagnetfeldes, eine Positionsmesseinheit zur Bestimmung des Ortes der Sensoren über dem zu kartierenden Messfeld, eine Datenverarbeitungs- und Speichereinheit und eine nichtmagnetische Fortbewegungs- und Trägereinheit, welches die Sensoren, die Positionsmesseinheit und die Datenverarbeitungs- und Speichereinheit haltert, umfasst, wobei mindestens zwei, in die gleiche Richtung orientierte und in einem Abstand vertikal übereinander angeordnete Sensoren zur Messung des lokalen Magnetfeldgradienten vorgesehen und die Signale aller Sensoren und der Positionsmesseinheit gleichzeitig aufzeichenbar sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes .
Als Magnetfeldsensoren, die bspw. zur Messung lokaler Veränderungen des Erdmagnetfeldes eingesetzt werden können, sind bisher Magnetometer bzw. Gradiometer bekannt.
DE 195 18 973 Al offenbart ein Verfahren zum Auffinden ferro- magnetischer und/oder anderer metallischer Objekte, insbesondere unterirdischer Objekte, bei welchem Messsignale entlang einer Messspur mittels Metallsuchgerät aufgenommen werden, wobei mindestens zwei in unterschiedlicher Höhe angeordnete Metallsuchsonden die Messsignale zur direkten Tiefenbestimmung des Objektes aufnehmen. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, bei welcher die Halterung der Metallsuchsonden doppelt kardanisch ausgeführt ist und die Höhendifferenz zwischen den Metallsuchsonden einstellbar ist.
DE 195 04 841 Al offenbart eine Anzeigeneinrichtung für ein Magnetometer, mit dem ein im Erdreich befindlicher metallischer Störkörper durch Messung der Störfeldstärke geortet werden kann. An dem Anzeigeninstrument des Magnetometers wird analog die jeweils gemessene Feldstärke dargestellt und in einem digitalen Anzeigenfeld kann weitere Information, wie der jeweilige Empfindlichkeitsbereich oder die rechnerisch ermittelte Objekttiefe dargestellt werden. Eine einfache Tastatur ermöglicht das Anwählen einer Vielzahl unterschiedlicher Empfindlichkeitsstufen und die Eingabe der Messwerte zur Durchführung der Bestimmung der Objekttiefe eines im Erdreich befindlichen Störkörpers. Der Nachteil dieser beiden technischen Lösungen ist, dass sie keine Gradientenmessungen und keine genaue Bestimmung der Größe sowie der Tiefe zu detektierender Objekte ermöglichen.
2D-Magnetfeldkartierung mit LTS-SQUID-System (Gradiometer) sind u.a. aus der Publikation V. Schultze, A. Chwala, R. Stolz, M. Schulz, S. Linzen, H.-G. Meyer, and T. Schüler; A SQUID System for geomagnetic archaeometry, 6th Int. Conf. on Archaeological Prospection (Archeo2005), 14-17 Sept. 2005, Proc. pp. 245-248 bekannt. Bei dieser Methode wird ein SQUID-Mess-System in der Art und Weise eingesetzt, dass zwei LTS-SQUID-Magnetometer durch das zu untersuchende Gelände getragen bzw. gefahren werden. Diese SQUID 's ermöglichen dabei eine äußerst präzise 2D-Magnetfeld- kartierung in verhältnismäßig kürzerer Zeit als herkömmliche Systeme und sind gleichzeitig robust genug, um im Freiland z.B. für die Beurteilung von Ausgrabungsflächen eingesetzt werden zu können.
Der Nachteil dieser 2D-Magnetfeldkartierung besteht darin, dass die Tiefe der im Untergrund ermittelten Strukturen nicht klar bestimmt werden kann. Man erhält als Merkmale neben ihrer Position lediglich ihre Ausdehnung und Magnetfeldstärke. Dabei kann aber ein unterschiedlich starkes Messsignal bei verschiedenen Strukturen nicht nur von verschiedener Stärke der Magnetfeldquelle hervorgerufen werden, sondern auch durch verschiedene Tiefe. Ebenso kann eine unterschiedliche laterale Ausdehnung der gemessenen Strukturen nicht nur von tatsächlich verschiedener lateraler Ausdehnung der Magnetfeldquelle hervorgerufen werden, sondern ebenfalls auch durch verschiedene Tiefe.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes anzugeben, welche die zuvor stehend genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere gegenüber den 2D-Magnetfeldkartierungen mit S QUID- Systemen die Bestimmung der konkreten Tiefe und Größe der zu detektierenden Objekte ermöglicht. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten und neunten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachgeordneten Ansprüche erfasst.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes vorgesehen ist, die folgende Komponenten umfassen:
1. hochempfindliche Sensoren (Gradiometer) zur Magnetfeldgradientenmessung, besonders vorteilhaft SQUID, zur Messung eines Gradienten des Erdmagnetfeldes, die es gestatten, bei kleiner
Basislänge einen lokalen Gradienten hoch aufgelöst zu messen, {Unter Gradient versteht man dabei den Unterschied des Magnetfeldes an zwei verschiedenen Orten und unter Basislänge versteht man den Abstand der Zentren der beiden Orte, zwischen denen der Unterschied des Magnetfeldes gemessen wird.)
2. im Falle der Verwendung von SQUID 's einen Kryostat zur Aufrechterhaltung der tiefen Temperatur (realisiert bspw. durch verflüssigtes Helium oder Stickstoff) für den Betrieb der SQUID's, 3. eine Elektronik zur Erzeugung einer linearen Abhängigkeit des
Ausgangssignals der Sensoren vom zu messenden Magnetfeldgradienten,
4. eine Messeinheit zur simultanen Bestimmung des Ortes der Gradiometer über dem zu kartierenden Messfeld {Unter Gradiometer versteht man dabei einen Sensor zur Messung des lokalen Gradienten), bestehend aus einer differentiellen GPS- Einheit (dGPS) mit einer GPS-Antenne zur Aufnahme der Position des beweglichen Messwagens mit den verwendeten Sensoren, einer zweiten fest stehenden Referenz-GPS-Antenne und einer Radioübermittlung der Referenzstationsdaten zum bewegten Messwagen, zur Erhöhung der Genauigkeit der lokalen Ortszuweisung von mehreren Metern (einfaches GPS) zu wenigen Zentimetern (dGPS) sowie aus einer Inertialeinheit, das die Lage der Messwagens bestimmt. [Lage: ausgedrückt über die drei Winkel Nicken, Rollen, Gieren] und es so gestattet, bei beliebiger - A -
Lage des Messwagens aus der über das differentielle GPS bestimmten Position der GPS-Antenne die benötigte Position der Gradiometer zu berechnen,
5. eine Aufzeichnungseinheit für die während der Messung aufgenommen Daten (lokale magnetische Gradienten, mit dGPS aufgenommener Ort, Winkel der Inertialeinheit) und
6. eine nichtmagnetische, weitestgehend metallfreie Trägereinheit für das Ensemble der Sensoren und Datenverarbeitungs- und Speicherungseinheiten (vorzugsweise in Form einer Fortbewegungseinheit, bspw. einem Karren auf Rädern, der von einem Zugfahrzeug, z.B. einem Geländewagen, gezogen werden kann, möglicherweise auch einem Schlitten o.a.).
Erfindungswesentlich dabei ist, dass mindestens zwei Sensoren zur Magnetfeldgradientenmessung (besonders vorteilhaft SQUID- Gradiometer) zur Messung eines lokalen Magnetfeldgradienten vorgesehen sind, die identische Detektionsrichtungen aufweisen und in einem Abstand übereinander angeordnet sind, die Signale aller Sensoren, (insbesondere aber der beiden vertikal übereinander angeordneten Gradiometer) gleichzeitig aufgezeichnet werden und die unterschiedlichen Charakteristika dieser wenigstens zwei übereinander angeordneten Gradiometer zur Bestimmung der Tiefe der Quellen für die gemessenen lokalen Veränderungen des Erdmagnetfeldes verwendet werden, indem folgende Merkmale ausgenutzt werden: • dass die Größe des gemessenen Magnetfeldgradienten mit der vierten Potenz des Abstandes zwischen dem Sensor und der Quelle abfallt (wohingegen das Magnetfeld selbst nur mit der dritten Potenz schwächer wird, wodurch über die Verwendung von Gradiometern die Tiefendiskriminierung deutlich schärfer als mit Magnetometern möglich ist),
• dass die lokale Ausdehnung des gemessenen Feldes mit dem Abstand zwischen der Quelle und dem Sensor zunimmt,
* dass insbesondere der Unterschied zwischen der Größe der von zwei übereinander angeordneten Gradiometern gemessenen Signale einer Magnetfeldquelle mit zunehmendem Abstand zwischen der Quelle und dem Ensemble aus übereinander angeordneten Sensoren kleiner wird, wobei die Gesamtheit der Abhängigkeiten der Größe und lokalen Ausdehnung der von den verschiedenen, insbesondere aber den übereinander angeordneten Gradiometern aufgenommenen Signale von der Tiefe der Quellen für die lokalen Unterschiede des gemessenen Erdmagnetfeldes verwendet wird, um diese Tiefe zu bestimmen (zur Veranschaulichung siehe Fig. 2, welche die Signalgröße und den Signalverlauf von zwei Gradiometern, die im Abstand von 10 cm übereinander angeordnet sind, beim Überfahren eines darunter befindlichen magnetischen Dipols mit dem Verfahrweg (in cm-Angabe) darstellt, wobei in den drei Grafiken - obere, mittlere und untere - das Gradiometer einen Abstand zum Dipol von 50, 150 und 250 cm aufweist.)
Im allgemeinen Fall sollte der Abstand zwischen den Gradiometern und die Basislänge dieser Gradiometerin der gleichen Größenordnung sein. Dann ist eine gute Tiefendiskriminierung der zu detektierenden Quellen bis zu einer Tiefe möglich, die etwa das zehn- bis hundertfache dieses Gradiometerabstandes beträgt.
Im Rahmen der Erfindung liegen folgende Erweiterungsvarianten für die Anordnung mehrerer Gradiometer:
• Zur Realisierung des Grundprinzips der Tiefenbestimmung von lokalen Quellen für Unterschiede im Erdmagnetfeldgradienten ist die Anordnung zweier gleich orientierter Gradiometer übereinander notwendig (im Folgenden auch als Sensorebenen bezeichnet).
• Zur schnellen Erzielung einer kompletten Charakterisierung des auszumessenden Areals werden zumindest in einer Sensorebene, vorzugsweise in der unteren, wo aufgrund des geringeren Abstandes der Sensoren zur Quelle die Signale größer und die lateral Auflösung schärfer ist, zwei Gradiometer verwendet, die in zwei senkrecht aufeinander stehende laterale Richtungen schauen. So ergibt sich stets eine ausreichende Sensitivität gegenüber beliebig lateral orientierten Mustern von lokalen Quellen von Magnetfeldgradienten.
• Zur weiteren Verbesserung der Qualität der Erkundung der lateralen und vertikalen Verteilung von Quellen für lokale Unterschiede im Magnetfeldgradienten kann auch die obere
Sensorebene mit zwei senkrecht auseinander stehenden
Gradiometern ausgerüstet werden.
Anstelle von zwei übereinander angeordneten Sensorebenen können auch drei oder mehr verwendet werden. Ebenso ist es möglich, den vertikalen Abstand zwischen den Sensorebenen zu variieren. Beides kann dazu verwendet werden, die Genauigkeit der Auflösung verschiedener Tiefen von lokalen Quellen von Magnetfeldgradientenunterschieden der am meisten interessierenden mittleren Tiefe dieser Quellen anzupassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich gegenüber bisherigen technischen Lösungen durch aus, dass eine 3D-Magnetfeldkartierungen möglich ist, indem die konkrete Tiefe und Größe der zu detektierenden Objekte bestimmbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen und des Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2: eine graphische Darstellung der Signalgröße und des Signalverlaufs von zwei Gradiometern, die in einem Abstand von 10 cm übereinander angeordnet sind, beim Überfahren eines darunter befindlichen magnetischen Dipols (Verfahrweg in cm).
Die in Fig.l gezeigt Vorrichtung umfasst mehrere SQUID-Gradiometer 1, die sich in einem Kryostaten 2 befinden, eine Messeinheit 3 zur genauen Bestimmung des Ortes der SQUID-Gradiometer während der Messung, bestehend aus einer differentiellen GPS-Einheit, die von einer mit den SQUID-Gradiometern mitbewegten GPS-Antenne 31 und einer ortsfest aufgestellten zweiten GPS-Antenne 33 sowie den Radioantennen 32 und 34, welche das Signal der ortsfesten GPS-Antenne 33 zu der mit den SQUID-Gradiometern 1 mitbewegten GPS-Antenne 31 überträgt, sowie eine Inertialeinheit zur Messung der Lage der SQUID- Gradiometer, besteht, die Datenleitungen 4, über die alle aufgenommenen Daten zur Datenerfassungs- und Speichereinheit 5 übertragen werden, sowie eine nichtmagnetische, weitestgehend metallfreie Fortbewegungseinheit 6, auf dem die mitbewegten Teile der Messeinheit fest montiert sind, wobei mindestens zwei Gradiometer 11 in gleiche Richtung orientiert und in einem Abstand übereinander angeordnet sind.
Die Signale aller SQUID-Gradiometer 1 (Sensoren), insbesondere der beiden vertikal übereinander angeordneten SQUID-Gradiometer 11, sind gleichzeitig aufzeichenbar.
Die unterschiedlichen Charakteristika dieser wenigstens zwei übereinander angeordneten SQUID-Gradiometer 11 werden zur Bestimmung der Tiefe der Quellen für die gemessenen lokalen Veränderungen des Erdmagnetfeldes verwendet, wobei zu beachten ist, dass die Größe des gemessenen Magnetfeldgradienten mit der vierten Potenz des Abstandes zwischen dem SQUID-Gradiometer 1 (Sensor) und der Quelle abfällt (wohingegen das Magnetfeld selbst nur mit der dritten Potenz schwächer wird, wodurch über die Verwendung von SQUID-Gradiometern 1 die Tiefendiskriminierung deutlich schärfer als mit Magnetometern möglich ist) und dass die lokale Ausdehnung des gemessenen Feldes mit dem Abstand zwischen der Quelle und dem SQUID-Gradiometer 1 (Sensor) zunimmt, wobei insbesondere der Unterschied zwischen der Größe der von zwei übereinander angeordneten SQUID-Gradiometern 1 gemessenen Signale einer Magnetfeldquelle mit zunehmendem Abstand zwischen der Quelle und dem Ensemble aus übereinander angeordneten SQUID-Gradiometer 1 (Sensoren) kleiner wird.
Die Gesamtheit der Abhängigkeiten der Größe und lokalen Ausdehnung der von den verschiedenen, insbesondere aber den übereinander angeordneten SQUID-Gradiometern 1 aufgenommenen Signalen von der Tiefe der Quellen für die lokalen Unterschiede des gemessenen Erdmagnetfeldes wird dazu verwendet, um deren Tiefe zu bestimmen.
Dabei macht man von den verschiedenen Merkmalen der 2D- Magnetfeldkartierung Gebrauch, die von den übereinander angeordneten
Gradiometera aufgenommen werden. So ist der Unterschied in der
Signalstärke einzelner Strukturen umso geringer, je tiefer sich die dazugehörige Signalquelle befindet. Ebenso hat die laterale Ausdehnung dieser in verschiedener Höhe gemessenen Strukturen umso weniger Unterschiede, je tiefer sich die dazugehörige Signalquelle befindet.
Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 - SQUID-Gradiometer (Sensoren zur Magnetfeld- gradientenmessung)
11 - SQUID-Gradiometer mit gleicher Orientierung, im Abstand übereinander angeordnet
2 - Kryostat
3 - Positionsmesseinheit 31 - mitbewegtes GPS-Einheit
32 - mitbewegte Radioantenne zur Aufnahme der Daten von der ortsfesten GPS-Einheit
33 - ortsfeste GPS-Einheit
34 - ortsfeste Radioantenne zum Senden der Daten von der ortsfesten GPS-Einheit
35 - Inertialeinheit
4 - Datenleitungen
5 - Datenverarbeitungs- und Speichereinheit
6 - Träger- und Fortbewegungseinheit

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur 3D-Magnetfeldkartierung von Quellen für die Veränderung des Erdmagnetfeldes umfassend Sensoren (1) zur Messung des Gradienten des Erdmagnetfeldes, eine
Positionsmesseinheit (3) zur Bestimmung des Ortes der Sensoren (1) über dem zu kartierenden Messfeld, eine Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (5) und eine nichtmagnetische Fortbewegungs- und Trägereinheit (6), welche die Sensoren (1), die Positionsmesseinheit (3) und die
Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (5) haltert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) Gradiometer sind, mindestens zwei dieser Gradiometer in die gleiche Richtung orientiert sowie in einem Abstand vertikal übereinander angeordnet sind und die Signale aller Sensoren (1) und der
Positionsmesseinheit (3) gleichzeitig vermittels
Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (5) aufzeichenbar sind.
2. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Gradiometern weniger als ein Zehntel des Abstandes der Gradiometer zur zu detektierenden Quelle beträgt.
3. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Gradiometern 10 cm beträgt.
4. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinheit (3) zur simultanen Bestimmung des Ortes der Gradiometer über dem zu kartierenden Messfeld eine mitbewegte GP S -Einheit (31) mit einer mitbewegten Radioantenne (32), eine ortsfeste GPS-Einheit (33) mit einer ortsfesten Radioantenne (34) und ein Inertialeinheit (35) umfasst.
5. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) SQUID- Gradiometer (l l) mit gleicher Orientierung sind, die von einem Kryostat (2) umgeben sind, wobei vermittels der Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (5) eine linearen Abhängigkeit des Ausgangssignals der SQUID-Gradiometer (11) vom zu messenden Magnetfeldgradienten erzeugbar ist.
6. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei SQUID-Gradiometer (11) senkrecht übereinander stehen.
7. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortbewegungs- und
Trägereinheit (6) fahrbar ist.
8. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortbewegungs- und
Trägereinheit (6) tragbar ist.
9. Verfahren zur Kartierung von Quellen für die Veränderung des Erdmagnetfeldes unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche bei dem
Messwerte dieser wenigstens zwei übereinander angeordneten Sensoren (1) zur Bestimmung der Tiefe einer Magnetfeldquelle für die gemessenen Veränderungen des Erdmagnetfeldes verwendet werden, wobei die Vorrichtung bewegt wird, die Größe des gemessenen Magnetfeldgradienten mit der vierten Potenz des
Abstandes zwischen dem Sensor (1) und der Magnetfeldquelle abfällt, die Ausdehnung des gemessenen Feldes mit dem Abstand zwischen der Magnetfeldquelle und dem Sensor (1) zunimmt, die Differenz zwischen der Größe der von zwei übereinander angeordneten Sensoren (1) gemessenen Signale der Magnetfeldquelle mit zunehmendem Abstand zwischen der
Magnetfeldquelle und der Vorrichtung mit den übereinander angeordneten Sensoren (1) kleiner wird, die Gesamtheit der Abhängigkeiten der Größe und lokalen Ausdehnung der von den verschiedenen, insbesondere aber den übereinander angeordneten Sensoren (1) aufgenommenen Signale von der Tiefe der
Magnetfeldquelle für die lokalen Unterschiede des gemessenen Erdmagnetfeldes verwendet wird, um deren Tiefe zu bestimmen.
EP08773268A 2007-06-28 2008-06-19 Vorrichtung und verfahren zur kartierung von quellen für die lokale veränderung des erdmagnetfeldes Withdrawn EP2162766A2 (de)

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