EP2162766A2 - Apparatus and method for mapping sources that locally modify the geomagnetic field - Google Patents
Apparatus and method for mapping sources that locally modify the geomagnetic fieldInfo
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- 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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Abstract
The invention relates to an apparatus and a method for mapping sources that locally modify the geomagnetic field. The aim of the invention is to design an apparatus and devise a method for mapping sources locally modifying the geomagnetic field which overcome the disadvantages of the prior art and which, unlike 2D magnetic field mapping devices with SQUID systems, especially make it possible to determine the actual depth and size of the objects to be detected. Said aim is achieved by equipping the apparatus with highly sensitive sensors for measuring the gradient of the geomagnetic field, a position measuring unit for determining the location of the sensors above the measured field that is to be mapped, a data processing and storing unit, and a non-magnetic moving and supporting unit on which the sensors, the position measuring unit, and the data processing and storing unit are mounted. At least two sensors are provided which face in the same direction and are disposed vertically on top of each other at a distance from one another in order to measure the local magnetic field gradient. Furthermore, the signals of all sensors and of the position measuring unit can be simultaneously recorded.
Description
Vorrichtung und Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes Apparatus and method for mapping sources of local change in geomagnetic field
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes .The invention relates to an apparatus and a method for mapping sources for the local change of the geomagnetic field.
Als Magnetfeldsensoren, die bspw. zur Messung lokaler Veränderungen des Erdmagnetfeldes eingesetzt werden können, sind bisher Magnetometer bzw. Gradiometer bekannt.As magnetic 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 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 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. In addition, 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 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.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-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.2D magnetic field mapping with LTS-SQUID system (gradiometer) include i.a. from the publication 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 known. In this method, 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. These SQUIDs enable extremely accurate 2D magnetic field mapping in a relatively shorter time than conventional systems and are at the same time robust enough to be used outdoors, for example. to be used for the assessment of excavation areas.
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.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.
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.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.
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:The essence of the invention is that there is provided an apparatus for mapping sources for the local variation of the Earth's magnetic field, comprising the following components:
1. hochempfindliche Sensoren (Gradiometer) zur Magnetfeldgradientenmessung, besonders vorteilhaft SQUID, zur Messung eines Gradienten des Erdmagnetfeldes, die es gestatten, bei kleiner1. Highly sensitive sensors (gradiometer) for magnetic field gradient measurement, particularly advantageous SQUID, for measuring a gradient of the earth's magnetic field, which allow it to be smaller
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.)The term "gradient" refers to the difference of the magnetic field at two different locations, and "base length" refers to the distance between the centers of the two locations, between which the difference in the magnetic field is measured.)
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(2) in the case of the use of SQUID 's a cryostat for maintaining the low temperature (realized, for example, by liquefied helium or nitrogen) for the operation of the SQUID' s, 3. an electronics for generating a linear dependence of the
Ausgangssignals der Sensoren vom zu messenden Magnetfeldgradienten,Output signal of the sensors from the magnetic field gradient to be measured,
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 -4. 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. [Position: expressed over the three angles nodding, rolling, yawing] and thus allowing, at any one - A -
Lage des Messwagens aus der über das differentielle GPS bestimmten Position der GPS-Antenne die benötigte Position der Gradiometer zu berechnen,Position of the measuring car from the position of the GPS antenna determined by the differential GPS to calculate the required position of the gradiometer,
5. eine Aufzeichnungseinheit für die während der Messung aufgenommen Daten (lokale magnetische Gradienten, mit dGPS aufgenommener Ort, Winkel der Inertialeinheit) und5. a recording unit for the data recorded during the measurement (local magnetic gradients, dGPS recorded location, inertial unit angle) and
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.).6. 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 ).
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),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),
• dass die lokale Ausdehnung des gemessenen Feldes mit dem Abstand zwischen der Quelle und dem Sensor zunimmt,That the local extent of the measured field increases with the distance between the source and the sensor,
* 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.)* that in particular the difference between the size of the signals of a magnetic field source measured by two superimposed gradiometers with increasing distance between the source and the ensemble of sensors arranged one above the other, the totality of the dependencies on the size and local extent of the signals taken by the different, but in particular the superimposed gradiometers, being used by the depth of the sources for the local differences of the measured geomagnetic field to determine this depth (for illustrative purposes, see FIG. 2, which shows the signal magnitude and the signal curve of two gradiometers arranged one above the other at a distance of 10 cm when passing over a magnetic dipole underneath with the travel path (in cm) in the three graphs - top, middle and bottom - the gradiometer is 50, 150 and 250 cm away from the dipole.)
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.In the general case, 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.
Im Rahmen der Erfindung liegen folgende Erweiterungsvarianten für die Anordnung mehrerer Gradiometer:Within the scope of the invention, the following extension variants are available for the arrangement of several gradiometers:
• 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).• In order to realize the basic principle of depth determination of local sources for differences in the Earth's magnetic field gradient, it is necessary to arrange two identically oriented gradiometers one above the other (also referred to below as sensor levels).
• 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.• To quickly obtain a complete characterization of the area to be measured, 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.
• Zur weiteren Verbesserung der Qualität der Erkundung der lateralen und vertikalen Verteilung von Quellen für lokale Unterschiede im Magnetfeldgradienten kann auch die obere• To further improve the quality of exploring the lateral and vertical distribution of sources of local differences in the magnetic field gradient, the upper one can also be used
Sensorebene mit zwei senkrecht auseinander stehendenSensor plane with two vertically spaced apart
Gradiometern ausgerüstet werden.Gradiometers are equipped.
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.Instead of two superimposed sensor levels, three or more can be used. It is also possible to vary the vertical distance between the sensor planes. Both can be used to adjust the accuracy of the resolution of different depths of local sources of magnetic field gradient differences of the mean depth of interest most of those sources.
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.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.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen und des Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings and the embodiment. Show it:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und1 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention and
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).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).
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.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.
Die Signale aller SQUID-Gradiometer 1 (Sensoren), insbesondere der beiden vertikal übereinander angeordneten SQUID-Gradiometer 11, sind gleichzeitig aufzeichenbar.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.
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.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.
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.The entirety of the dependencies of the size and local extent of the signals recorded by the various, but in particular the superposed SQUID gradiometers 1 of the Depth of the sources for the local differences of the measured geomagnetic field is used to determine their depth.
Dabei macht man von den verschiedenen Merkmalen der 2D- Magnetfeldkartierung Gebrauch, die von den übereinander angeordnetenIn doing so, one makes use of the various features of the 2D magnetic field mapping, which are arranged one above the other
Gradiometera aufgenommen werden. So ist der Unterschied in derGradiometera be recorded. So the difference is in the
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.Signal strength of individual structures, the lower, the deeper the associated signal source. Likewise, the lower the associated signal source, the less the lateral extent of these structures measured at different heights.
Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
All features described in the description and the following claims may be essential to the invention both individually and in any combination with one another.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 - SQUID-Gradiometer (Sensoren zur Magnetfeld- gradientenmessung)1 - SQUID gradiometer (magnetic field gradient measurement sensors)
11 - SQUID-Gradiometer mit gleicher Orientierung, im Abstand übereinander angeordnet11 - SQUID gradiometer with the same orientation, spaced one above the other
2 - Kryostat2 - Cryostat
3 - Positionsmesseinheit 31 - mitbewegtes GPS-Einheit3 - position measuring unit 31 - moving GPS unit
32 - mitbewegte Radioantenne zur Aufnahme der Daten von der ortsfesten GPS-Einheit32 - Moving radio antenna for recording the data from the fixed GPS unit
33 - ortsfeste GPS-Einheit33 - fixed GPS unit
34 - ortsfeste Radioantenne zum Senden der Daten von der ortsfesten GPS-Einheit34 - Stationary radio antenna for transmitting the data from the fixed GPS unit
35 - Inertialeinheit35 - inertial unit
4 - Datenleitungen4 - Data lines
5 - Datenverarbeitungs- und Speichereinheit5 - Data processing and storage unit
6 - Träger- und Fortbewegungseinheit
6 - Carrier and locomotion unit
Claims
1. Vorrichtung zur 3D-Magnetfeldkartierung von Quellen für die Veränderung des Erdmagnetfeldes umfassend Sensoren (1) zur Messung des Gradienten des Erdmagnetfeldes, eine1. A device for 3D magnetic field mapping of sources for the change of the earth's magnetic field comprising sensors (1) for measuring the gradient of the earth's magnetic field, a
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 diePosition measuring unit (3) for determining the location of the sensors (1) above the measuring field to be mapped, a data processing and storage unit (5) and a non-magnetic locomotion and carrier unit (6) comprising the sensors (1), the position measuring unit (3) and the
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 derData processing and storage unit (5), characterized in that the sensors (1) are gradiometers, at least two of these gradiometers are oriented in the same direction and are arranged vertically one above the other and the signals of all sensors (1) and
Positionsmesseinheit (3) gleichzeitig vermittelsPosition measuring unit (3) simultaneously by means of
Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (5) aufzeichenbar sind.Data processing and memory unit (5) are recordable.
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.2. A device for mapping sources for the local variation of the earth's magnetic field according to claim 1, characterized in that the distance between the gradiometers is less than one tenth of the distance of the gradiometer to the source to be detected.
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.3. A device for mapping sources for the local change of the geomagnetic field according to claim 1, characterized in that the distance between the gradiometers is 10 cm.
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.4. A device for mapping sources for the local change of the earth's magnetic field according to claim 1, characterized in that the position measuring unit (3) for simultaneously determining the location of the gradiometer above the measuring field to be mapped a co-moving GP S unit (31) with a moving Radio antenna (32), a fixed GPS unit (33) comprising a fixed radio antenna (34) and an inertial unit (35).
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.5. A device for mapping sources for the local change of the earth's magnetic field according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sensors (1) are SQUID gradiometer (II) with the same orientation, which are surrounded by a cryostat (2) , wherein by means of the data processing and memory unit (5), a linear dependence of the output signal of the SQUID gradiometer (11) from the magnetic field gradient to be measured can be generated.
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.6. A device for mapping sources for the local variation of the earth's magnetic field according to claim 5, characterized in that two SQUID gradiometer (11) are perpendicular to each other.
7. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortbewegungs- und7. A device for mapping sources for the local change of the geomagnetic field according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the locomotion and
Trägereinheit (6) fahrbar ist.Carrier unit (6) is mobile.
8. Vorrichtung zur Kartierung von Quellen für die lokale Veränderung des Erdmagnetfeldes gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortbewegungs- und8. A device for mapping sources for the local change of the geomagnetic field according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the locomotion and
Trägereinheit (6) tragbar ist.Carrier unit (6) is portable.
9. Verfahren zur Kartierung von Quellen für die Veränderung des Erdmagnetfeldes unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche bei dem9. A method of mapping sources for altering the earth's magnetic field using a device according to one or more of the preceding claims in the
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 desMeasurements of these at least two superimposed sensors (1) are used to determine the depth of a magnetic field source for the measured changes in the Earth's magnetic field, wherein the device is moved, the magnitude of the measured magnetic field gradient with the fourth power of
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 derDistance between the sensor (1) and the magnetic field source decreases, the expansion of the measured field with the distance between the magnetic field source and the sensor (1) increases, the difference between the size of the two superimposed sensors (1) measured signals of the magnetic field source with increasing distance between the
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 derMagnetic field source and the device with the stacked sensors (1) is smaller, the totality of the dependencies of the size and local extent of the signals recorded by the different, but in particular the stacked sensors (1) of the depth of the
Magnetfeldquelle für die lokalen Unterschiede des gemessenen Erdmagnetfeldes verwendet wird, um deren Tiefe zu bestimmen. Magnetic field source is used for the local differences of the measured geomagnetic field to determine their depth.
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