FI60450C - Saett att detektera ledande material - Google Patents

Description

EÄSr^l [B1 (11)KUULUTUSjULKAISU ^n/rn

Jfä&A l J < ' UTLAGGNiNGSSKRIFT O U 4 0 0 C Patentti ojronnetty 11 01 1932

Patent seddelat ^ (51) Kv.ik.3/Int.ci.3 G 01 V 3/12, 3/38 SUOM I —Fl N LAN D (21) Putunttlhtkumu* — Pituntanrfknlni 3011/71 (22) Hakumlspllv· — An*eknlng*d«g 15.10.7l ' (23) Alkupilvi—Glltighetsdag 15.10.7^ (41) Tullut |ulklMksl — Bllvlt offantllg 16.0U J6

Patentti- ia rekisterihallitus .... ...... ,__, ......

' (44) Nihtivlktlpuion |i kuuL|ulkaltun pvm. —

Patent- och regUterstyrelsen AnsOkan utlagd och utl.skrifMn publkerad 30.09.81 (32)(33)(31) Pyydetty Muoikeu*—Bvjlrd prloritet (71) Barringer Research Limited, 30U Carlingview Drive, Rexdale, Ontario,

Kanada(CA) (72) Anthony Rene Barringer, Willowdale, Ontario, Kanada(CA) (7*0 Leitzinger Oy (5*0 Menetelmä johtavien aineiden havaitsemiseksi - Sätt att detektera ledande material Tämä keksintö kohdistuu menetelmään johtavien ainesten havaitsemiseksi jollakin alueella erityisesti geofyysisen malminetsinnän suorittamiseksi ja metallien, miinojen ja aseiden havaitsemiseksi, jossa kehitetään primäärinen sähkömagneettikenttä ja ohjataan mainittu pri-määrikenttä kohti kyseistä aluetta, jolloin primäärikentän määrää tunnetun taajuinen ja tunnetulla vaiheyhdistelmällä varustettu ajallisesti muuttuva aaltomuoto, jolloin kenttä sisältää useita tajuus-komponentteja, jotka mahdollistavat alueella olevan johtavan kappaleen tunnistamisen ja jolloin primäärikenttä aiheuttaa pvörrevirto-jen indusoitumisen mainitulla alueella läsnäolevaan johtavaan kappaleeseen, jonka primäärikenttä leikkaa ja jolloin pyörrevirrat aiheuttavat sekundääristen sähkömagneettikenttien muodostumisen, ja jossa menetelmässä sähkömagneettiset signaalit vastaanotetaan primäärisen sähkömagneettikentän läheisyydessä, joiden vastaanotettujen signaalien ensimmäinen osa käsittää mainituilta alueilta lähtevät signaalit, jotka vaiheeltaan ja amplitudiltaan vastaavat mainittujen sekundääristen sähkömagneettikenttien kutakin taajuuskomponenttia ja toinen osa johtuu suorasta kytkennästä mainittuun primääriseen sähkömag-neettikenttään.

2 60450

Arvokkaiden mineraaliesiintymien monet luokat sisältävät riittävän sulfidimalmien pitoisuuden niiden tulemiseksi voimakkaasti johtaviksi verrattuna ne sisäänsä sulkevaan kivilajiin. Monia vuosia geofysikaalisissa järjestelmissä on käytetty näiden esiintymien havaitsemiseksi sähkömagneettisia kenttiä, jotka on kehitetty vaihtovirtoja johtavilla lähetyskäämeillä, jotka vaihtovirrat indusoivat pyörre-virtoja maanalaisissa johtavissa aineissa. Nämä pyörrevirrat kehittävät sähkömagneettisia toisiokenttiä, jotka yhdistyvät indusoivan ensiökentän kanssa sähkömagneettisten resultanttikenttien aikaansaamiseksi. Nämä sähkömagneettiset resultanttikentät voidaan ilmaista sopivilla vastaanottokäämeillä ja niiden vaihetta ja magnitudia, mitä tulee ensiökenttään, voidaan tarkkailla jatkuvan ylikulun aikana tai ryhmästä ennalta määrättyjä asemia.

Maanalaisten esiintymien havaitsemisongelma kasvaa oleellisesti, kun ne ovat yli noin 60 m:n syvyydellä ja kun niitä peittää johtava pääl-lyskerros. Tällainen päällyskerros voi olla glasiaalisen saviaineen muodossa, joka on tavallisesti varsin johtavaa johtuen saviosasten kyvystä kuljettaa varauksia. Lisäksi kuivilla alueilla päällyskerros voi tulla hyvin johtavaksi johtuen suolojen läsnäolosta, jotka ovat uuttuneet pintaan vaihtelevan sateen ja suurten haihtumismäärien yhdistettyjen vaikutusten johdosta. Kun sähkömagneettisia tutkimusjärjestelmiä käytetään johtavan päällyskerroksen läsnäollessa, voimakkaita pyörrevirtoja indusoidaan päällyskerrokseen, millä kehitetään toisiokenttiä, jotka pyrkivät peittämäään alla olevista mineraali-esiintymistä alkunsa saavat toisiokentät. Lisäksi johtava päällys-kerros pyrkii vaimentamaan sähkömagneettisten kenttien lähetystä ja vähentämään sähkömagneettisten geofysikaalisten tutkimusjärjestelmien tehokasta tunkeutumissyvyttä.

Nykyään on käytössä kaksi päätyyppiä ilmassa tapahtuvia sähkömagneettisia tutkimusjärjestelmiä. Toisessa tyypissä käytetään lähetys-ja vastaanottokäämien jäykkää asennusta ja toisessa tyypissä ei-jäykkää sovitusta. "Jäykissä" järjestelmissä lähetys- ja vastaanotto-käämit on asennettu lentokoneen siipien kärkiin, keulaan tai perään tai pitkän jäykän puomin vastakkaisiin päihin, jota puomia hinataan helikopterin alapuolella. Kummassakin järjestelmässä käämit ovat harvoin enemmän kuin 25 m toisistaan erillään ja usein paljon vähemmän. Tällaisissa järjestelmissä on välttämätöntä parhaita tuloksia varten 60450 kannattaa käämejä hyvin suurella jäykkyvsasteella niin, ettei käämien väli- ja kulmamuutokset ylitä enempää kuin muutaman miljoonasosan. Tämä on käytännössä vaikea saavuttaa. Seurauksena yleensä on haluttua käyttää jäykkiä järjestelmiä tyynissä ilmaolosuhteissa.

Toisena pulmana useissa tavallisissa jäykissä järjestelmissä on se, että kun vastaanottokäämi on asennettu lentokoneen siivenkärkiin tai perään, lentokoneen metallikuoren pienet liikkeet aiheuttavat lisä-häiriöitä, koska tällaiset liikkeet pyrkivät muuttamaan lentokoneessa olevan lähettimen indusoimien pyörrevirtojen luonnetta. Lisäksi lentokoneen generaattoreista ja muista sähkövarusteista peräisin olevat hajamaavirrat aiheuttavat lentokoneessa lisähäiriöitä, joita joskus on vaikea poistaa.

Ei-jäykissä ilmassa tapahtuvissa sähkömagneettisissa järjestelmissä vastaanottokäämiä hinataan yleensä lentokoneen takana ei-metalli-sessa virtaviivaisessa aerodynaamisessa säiliössä tai "linnussa", joka tyypillisesti on yhdistetty lentokoneeseen ainakin noin 50 m pitkällä hinauskaapelilla. Tämän sovitelman etuna on se, että se poistaa linnun lentokoneen välittömästä läheisyydestä ja siten eliminoi eräät edellä mainitut häiriölähteet. Kuitenkin kun hinattu vastaanttokäämi tai -käämit jatkuvasti muuttavat kytkentäänsä ensiökentän kanssa, on välttämätöntä eliminoida ensiökenttä esimerkiksi ilmaisemalla ainoastaan ne toisiokentät, jotka ovat tarkalleen vaiheen neljäsosan vaihe-erossa, ts. 90° pois vaiheesta ensiökentän suhteen. Kuitenkin tällaisten neljäsosajärjestelmien eräänä epäkohtana on se, että paljon toisiokenttää jää käytöstä pois, koska se on vaiheessa ensiökentän kanssa. Lisäksi neljäsosajärjestelmäs-tä saatujen tiedotusten verraten rajoitettu määrä ei salli alla olevan maaston kompleksista johtavuusanalyysiä.

Toisena tekniikkaana ensiökentän suhteen muuttuvan kytkennän vaikutusten poistamiseksi on käyttää sarjaa suurtehoisia sysäyksiä ja ilmaista lyhytaikainen toisiokenttä, joka seuraa jokaista sykäystä. Näin saavutetaan aikaerotus ensiö- ja toisiokenttien välille. Tämä sovitelma on tunnettu lyhytaikaisen indusoituneen sykäyksen tekniikkana. Tämän tekniikan pääepäkohtana on se, että toisiokentän 60450 hyvin suuri osa jää käytöstä pois, koska se on kehitetty ensiösy-käyksen jakson aikana. Seurauksena on välttämätöntä käyttää hyvin paljon suuritehoisempaa lähetintä kuin mitä tyypillisesti käytetään muissa järjestelmissä sen tosiasian kompensoimiseksi, että suurin osa toisiokentästä jää käytöstä pois. Tämän tyyppinen järjestelmä on esitetty USA-patenttijulkaisussa 3.105.934.

Tämän keksinnön mukaan on yhdistetty sekä jäykkien että ei-jäykkien ilmassa toteutettavien sähkömagneettisten järjestelmien edut, jotta saavutettaisiin korkeat signaali/häiriösuhteet ja huomattava eroavuus johtavaan päällyskerrokseen nähden kompleksisissa johta-vuusolosuhteissa. Keksintö on sovellettavissa sekä jäykkiin että ei-jäykkiin ilmassa toteutettaviin sähkömagneettisiin muotoihin.

Keksintö käyttää hyväksi induktiivista sähkömagneettista ensiökent-tää, jolla on kompleksinen aallon muoto, ts. aallon muoto käsittää useita taajuuksia, pyörrevirtojen indusoimiseksi johtavissa aineissa, jotka ovat kentän läheisyydessä, jotka taas vuorostaan tulevat toistosäteilemään sähkömagneettisia toisiokenttiä. Näillä sähkömagneettisilla toisiokentillä tulee olemaan aallon muoto, joka on vääristynyt vastaavaan ensiökentän aallon muotoon nähden määrässä, joka riippuu malmion tai johtavan aineen koosta, muodosta, johtavuudesta, polarisoitavuudesta ja permeabiliteetista. Tällainen vääristymä johtuu siitä tosiasiasta, että kompleksinen aallon muoto sisältää useita taajuuskomponentteja, joista kaikkia toistosäteillään (seurauksena pyörrevirroista) erilaisilla suhteellisilla amplitudeilla ja vaihesiirroilla primääriseen aallon muotoon nähden. Toisiokentän amplitudin ja vaihesiirron jokaiselle taajuuskomponentille määrää johtavan aineen ominaispiirteet. Lisäksi päällyskerroksella ja mi-neraaliesiintymillä on yleensä tietyt erikseen identifioitavat vastausten ryhmät, jotka voidaan laajalti luokitella ja erottaa toisistaan.

Tämän keksinnön mukaiselle, alueella olevan johtavan aineen havait-semistavalle on tunnusomaista se, että varastoidaan joukko referenssi- tai vertailusignaaleja, joille ovat ominaisia (i) mainitun pri-määrikentän ennalta määrätyt komponentit ja (ii) sekundäärikenttien ennalta määrätyt komponentit, jotka lähtevät useista ennalta määrättyä tyyppiä olevista johtavista kappaleista, kun primäärikenttä 60450 leikkaa näitä kappaleita, jolloin vastaanotettujen sähkömagneetti-signaalien ensimmäisiä ja toisia osia verrataan varastoituihin re-ferenssiaaltomuotoihin ja ilmaistaan ne referenssiaaltomuodot, jotka vastaavasti antavat optimikorrelaation mainittujen vastaanotettujen signaalien yhteen tai useampaan valittuun komponenttiin.

Tietokoneella varustettujen signaalien käsittelytekniikoita käytetään parhaiten vertailun saamiseksi vastaanotettujen signaalien aallon muotojen ja varastoitujen niiden vertailu-aallon muotojen välillä, jotka vastaavat tunnettuja geologisia rakenteita tai olosuhteita. Tämän keksinnön eräänä etuna järjestelmiin, esimerkiksi USA-pa-tenttijulkaisussa 3.105.934 esitettyyn lyhytaikaisen indusoituneen sykäyksen tekniikkaan nähden on se, että koko toisiokenttä voidaan haluttaessa analysoida, ts. kenttä, joka on vastaanotettu aikana, kun ensiökenttä toimii. Tämä keksintö aikaansaa itse asiassa myöskin haluttujen aallon muotojen kapeakaistaisen suodatuksen ja häi-riösignaaleiden, kuten vastaanottokäämissä esiintyvän temisen häiriön, vastaanottimessa olevat mikroäänet, läheisen ja etäisen ukonilman aiheuttaman sfeerisen interferenssin jne. poistamisen.

Piirustuksissa:

Kuvio 1 esittää kaavioll.isesti tutkimuslentokonetta, joka kuljettaa lähetys- ja vastaanottolaitetta.

Kuviot 2-10 ja 12-15 esittävät graafisia kuvia, havainnollistaen seuraavas-sa viitattuja aallon muotoja.

Kuvio 11 esittää keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon pääosien lohkokaaviota.

Keksintöä selitetään viitaten ensiökentän käyttöön, jonka ensiöken-tän määrää nopeasti pyyhkäisevä jaksottainen taajuusmoduloitu signaali, esimerkiksi signaali, jonka taajuus vaihtelee jatkuvasti välillä 165 Hz - 5280 Hz, jolloin toistonopeus on noin 80 Hz. Tällainen signaali voidaan kehittää sarjalla kondensaattoreita, jotka peräkkäin kytketään värähtelypiiriin nopeasti pyyhkäisevän taajuusmodu-loidun signaalin aikaansaamiseksi. Piityristorit ovat erittäin sopi- 6 60450 via kondensaattoreiden kytkemiseen virran nollaanmenokohdissa ja pystyvät käsittelemään erittäin suuria tehoja.

Viitaten piirustuksiin sähkömagneettinen ensiökenttä, jonka aallon muoto on esitetty kuviossa 2, kehitetään johtamalla lähettimen 14 kehittämä virta monikerroksisen kehäantennin 10 läpi, joka on asennettu lentokoneeseen 11 tai muuhun kulkuneuvoon. Lähettimen 14 syöttämän tehon pitäisi olla ainakin noin yksi kilowatti. Ensiökenttä ja alla olevassa maastossa olevista johtavista aineista heijastuneet toisiokentät vastaanotetaan yhteen tai useampaan vastaanottokäämiin 15, joita hinataan rivoista tehdyssä torpedon muotoisessa lentävässä välineessä, jota jäljempänä nimitetään linnuksi ja joka on merkitty kuviossa 1 viitenumerolla 12. Haluttaessa lintu voi olla varustettu pienillä siivillä aikaansaamaan sen jonkin verran kohoamisen tavalliseen hinausasemaan lentokoneen takana, jossa asemassa se ei tartu puihin, kun lennetään matalilla korkeuksilla. On tavallista sijoittaa vastaanottokäämit suorakulmaisesti toisiinsa nähden, yhden käämin ollessa maksimikytkennässä kehäantennin 10 kehittämän ensiö-kentän kanssa. Vastaanottokäämit on kytketty esivahvistimiin, joiden lähtöteho siirretään lentokoneessa 11 olevaan singaalin käsittelylaitteeseen hinauskaapelissa 13 olevia sähköjohtoja pitkin.

Ensiökenttä ilmaistaan vastaanottokäämillä 15 derivaattansa muodossa, koska käämi 15 on herkkä magneettisen vuon muutoksen asteelle. En-siökentän vastaanotettu aallon muoto on esitetty kuviossa 3. Johtavan aineen, esimerkiksi maanalaisen malmion, läsnäollessa toisioken-tän, jonka kehittää tällainen johtava aine, vastaanotettu aallon muoto on vääristynyt kuviossa 4 esitetyllä tavalla. Aallon muodon nollakohtien asemat ovat siirtyneet ja aallon muodon alhaisten ja korkeiden taajuuskomponenttien suhteelliset amplitudit ovat muuttuneet vastaanotetussa signaalissa verrattuna ensiökenttään.

Eräs sopiva tapa kuvata tyypillisen johtavan aineen vastausta on ilmaista sen johtavuuspaksuustulo. Näin vastaus on aineen, jossa pyörrevirta virtaa, absoluuttisen johtavuuden funktio kerrottuna pyörrevirran sisältävän johtavan kerroksen paksuudella. Tämä tarkoittaa sitä tosiasiaa, että maassa olevien luonnontilassa esiintyvien johtavien aineiden tai muodostumien suurella määrällä on levymäinen muoto.

7 60450

Toisiokenttävasteet, jotka on herätetty pyyhkäisevällä taajuusaallon muodolla johtavien kerrosten sarjassa, joiden johta-vuus-paksuustulot 1.6,3.2,6.4, 12.8,25.6 ja 51.2 siemensiä on esitetty vastaavasti kuvioissa 4-9. On huomattava kuviossa 4, jossa johta-vuus-paksuustulo on alhaisin, että esiintyy pientaajuisen komponentin huomattava vaimeneminen verrattuna suurtaajuuskomponenttiin. Myöskin esiintyy nollakohtien vaihesiirtymät kaikilla taajuuksilla. Kuvioiden 8 ja 9 mukaan alueen suuren johtavuus-paksuustulon päässä on toisiokentän amplitudin vääristyminen hyvin pieni korkeiden ja matalien taajuuskomponenttien välisiin eroihin nähden ja nollakohtienvaihesiirtymät rajoittuvat alimpiin taajuuskomponent-teihin.

Suhteellisen suuren johtavuus-paksuustulon omaavan aineen, sellaisen kuin malmion, jonka johtavuus-paksuustulo on esimerkiksi 12.8 siemensiä ja joka on johtavan päällyskerroksen alla, jonka johta-vuus-paksuustulo on pienempi (esim. 1,6 sianensiä) yhdistetty toisiokentän vastaus ilmenee kuviosta 10.

On huomattava, että jokaisen johtavuus-paksuustulon aallon muodoilla on selvästi erilaiset ominaispiirteet ja yhdistetyn aallon muodon kuva, joka esittää malmiota päällyskerroksen alapuolella, on myös erilainen kuin pelkän johtavan päällyskerroksen vastaus. Keksinnön mukaisessa signaalien kehitysjärjestelmässä on useita lähtökanavia, jotka vastaavasti osoittavat vastaanotetun signaalin ja useiden varastoitujen signaaleiden välisen vastaavuussuhteen olemassaolon, jotka signaalit ovat tyypillisiä useille erilaisille päällyskerroksen ja malmion johtavuus-paksuustuloille. Kun malmio on johtavan päällyskerroksen alapuolella, ulostulo saadaan kahdesta kanavasta, joista toinen vastaa päällyskerroksen johtavuusominaispiirteitä ja toinen malmion johtavuusominaispiirteitä.

Keksinnön mukaisen signaalien kehitysjärjestelmän erään edullisen sovellutusmuodon lohkokaavio on esitetty kuviossa 11. Linnussa 12 olevalla vastaanottokäämillä 15 on suunniteltu olevan riittävä kaistanleveys uskollisesti seuraamaan ensiökentän aallon muotoa ja se on kytketty esivahvistimeen 16. Esivahvistimen 16 lähtöteho syötetään lentokoneessa olevaan analogia-digitaali-muuttajaan. 17 kaapelissa 13 olevia sähköjohtoja pitkin.

8 60450

Analogia-digitaali-muuttaja 17 on kytketty ositusmuistivarastoon 19, joka synkronisesti osoittaa toistavasti aallon muodon ja varastoi sen digitaaliseen puskumuistiyksikköön 20. Puskumuistiyksik-kö 20 puretaan jaksottaisin välein, esimerkiksi kaksi kertaa scKunnissa ja on digitaalisesti liitetty yhteen pienen tietokoneen 21 kanssa, varastoitujen aallon muotojen, jotka ovat ominaisia tyypillisille päällyksen ja malmion vastauksille, ryhmää varten.

Tietokoneessa 21 käytetty menetelmä aikaansaa vertailu-aallon muotojen optimisovituksen yhdessä aallon ensiömuodon kanssa puskumuis-tiin 20 varastoituja, vastaanotettuja aallon muotoja varten. Johdonmukaisesti lasketaan vastaanotettujen aallon-muotojen keskiarvo jokaista vastaanottokäämiä varten noin 32 jaksosta niiden sanoma/ häiriösuhteen parantamiseksi. Sitten jokainen saatu aikakeskiarvoi-tettu aallon muoto esitetään matemaattisesti ensiöaallon muodon ja useiden vertailuaallon muotojen summana, jolloin ensiö- ja vertailu-aallon muotojen amplitudeja pidetään optimoitavina parametreinä. Sopiva optimointitapa on pienimmän neliösumman tapa, jossa vastaanotetun aallon muodon ja sen matemaattisen esityksen välisten erojen neliöiden summa tehdään mahdollisimman pieneksi aallon muodon kaikilla ordinaatoilla.

Lennon aikana linnun jatkuva värähtely keskiasemansa ympäri aikaansaa ensiökenttäamplitudin ajasta riippuvan vaihtelun jokaisessa vastaan-ottokäämissä. Linnun likkeen vaikutuksen kompensoiminen aikaansaadaan pitämällä ensiökentän amplitudia ajan lineaarisena funktiona samalla lisäten yksi pienimmän neliösumman optimoinnin aikana määrättävä lisäparametri.

Eräissä lähetys- ja vastaanottokäämien tietyissä muodoissa maasta tuleva vastaus on aina positiivisesti kytketty yhteen vastaanottokäämeis-tä, jossa tapauksessa vertailu-aallon muotojen amplitudit on pakotettu positiivisiksi. Pakotusten epätasaisuuksien esiintyessä neliöiden summalla on useita paikallisia minimejä, joita arvostellaan so-pivuuskriteerion hyvyyden mukaan antamaan optimaalisen ratkaisun.

Muut tekijät, jotka on sisällytetty haluttuun optimointiskaalaan, ovat lentokoneen siivissä olevista pyörrevirroista vastaanottokää-meihin indusoituneen magneettisen kentän korjaus ja taajuudesta riippuva vaiheen siirto vertailuaaltomuodoissa syvällä olevia johtavia ai- 9 60450 neita varten, mikä johtuu johtavan päällyskerroksen vaikutuksesta.

Keksintö on selitetty sovellettuna pyyhkäisevän taajuustyyppiseen aallon muotoon mutta yleensä on suuri valikoima ensiö-aallon muotojen tyyppejä, joita voidaan käyttää. Vaaditaan, että ensiökentän aallon muoto on tunnettu ja ajan mukaan vaihteleva ja sen on sisällettävä taajuuskomponenttien riittävä määrä ja alue malmion identifioimisen mahdollistamista varten.

Kun yleensä on toivottavinta käyttää ensiökenttää, jolla on jaksollinen ja toistuva aallon muoto, niin on myöskin mahdollista käyttää ensiökenttää, jolla on aallon muoto, joka on muodostunut "pseudo-satunnaisesta" kohinasta, jolla on taajuuskomponenttien sopiva alue. Tässä tapauksessa kehäantennin 10 lähettämän pseudosatunnai-sen kohinan kentän jaksottaisia aikanäytteitä muutetaan tietokoneessa 21 vertailu-aallon muotojen sarjojen saamiseksi, jotka edustavat johtavan aineen alueen vastausta. Näitä verrataan tietokoneessa 21 vastaanottimen ilmaisemaan pseudosatunnaissignaar;

Iin aallon muotoon tämän signaalin analysoimiseksi ensiö- ja toisio-kentän komponenteiksi, kuten pyyhkäisevän taajuus-aallon muodon yht^dessä on esitetty.

Ilmassa tapahtuvassa johtavien malmiesiintymien tutkimista varten suunnitellussa järjestelmässä ensiökentän taajuuksien käytännöllisinä rajoina ovat 100 - 10000 Hz. Kuitenkin järjestelmä voidaan soveltaa muihinkin erikoisiin geologisiin käyttöihin, kuten pinta-geologian johtavuuden kartoittamiseen, jossa voi olla toivottavaa nostaa ylätaajuus niinkin korkeaksi kuin 100 kilohertsiä. Maajär-jestelmässä malmin tutkimista varten taajuusrajat voivat olla edullisesti pienennetyt alapäässä ja joissakin tapauksissa niinkin pieniin taajuuksiin kuin 10 Hz.

Keksintö on esitetty sovellettuna vastaanotettuun koko aallon muotoon. Kuitenkin on mahdollista käytettäessä sykkivää ensiökenttää käyttää ainoastaan ensiösykäystä välittömästi seuraavan vastaanotetun signaalin transienttiosaa. Tämä poistaa hyvin laajan ensiö-aallon muodon ja tekee tehtävän vastaanotetun aallon muodon ja vertailu-aallon muodon vertaamisen saavuttamiseksi jonkin verran vähemmän kriittiseksi. Kuitenkin tämä keino pienentää signaali-häiriösuhdetta, sillä toisiokentän se osa, joka on ensiö-aallon muodon peittämä ei enää ole käytössä. Sykäys-aallon muotoihin, 10 60450 joita voidaan käyttää, käytettäessä vastaanotetun aallon muodon lyhytaikaista osaa, kuuluu puolisinisykäykset, sahahampaiset ja suorakulmaiset sykäykset sekä kaikki muun muotoiset sykäykset, joissa pääsignaalia seuraa äkkiä jakso, jona virranlähetyskehä-antennissa on joko nolla, pysyvä virta tai sillä on vakio muutosnopeus. Näissä kummassakin tapauksessa vastaanottokäämissä ilmaistulla differentioidulla aallon muodolla on nollamuuttumisnopeus jakson aikana, jota käytetään toisiokentän transienttiosien ilmaisemiseen.

Vaikka keksinnössä käytetyt vastaanottovälineet on esitetty kääminä, niin on selvää, että riittävän suurella herkkyydellä varustettua magnetometriä voidaan käyttää vaihtoehtona. Useimmat magnetometrit eivät ole tarpeeksi herkkiä tätä tarkoitusta varten, mutta kun alan taso kehittyy, niin kehitetään uusia magnetometrejä, joiden

- Q

herkkyys on 10 gaussin läheisyydessä 3a parempi.

Yhden ainoan vaakasuora-akselisen vastaanottokäämin käyttö on esitetty edellä. Kuitenkin on joitakin etuja käytettäessä kahta tai kolmea suorakulmaista vastaanottokäämiä, kuten USA-patenttijulkaisussa 3.105.934 on esitetty lisätiedon saamiseksi ilmaistun johtavan aineen geometriasta. Niinpä pysty johtava kerros voidaan helpommin erottaa kaltevasta kerroksesta käyttämällä vastaanotto-käämejä, joilla on pystyt ja vaakasuorat akselit ja vertaamalla tietokoneessa kahta ulostuloa varastoitujen merkkien signaalien pareihin .

Mitä kehäantenniin 10 tulee, on myöskin mahdollista käyttää pystyakselista lähetyskäämiä vaaka-akselisen käämin sijasta, joka on esitetty kuviossa 1. Tällainen käämi voi ympäröidä lentokonetta ja olla kiinnitetty keulaan, siivenkärkiin ja perään.

Keksintö on esitetty digitaalisen tietokoneen sisältävänä vastaanotti-messa tapahtuvaa aallon muodon vertailua varten, ja on selvää, että tämä tietokone voidaan sijoittaa joko lentokoneeseen signaalien laskemisen suorittamiseksi välittömästi sen jälkeen, kun ne on vastaanotettu tai se voidaan sijoittaa maahan. Viimeksi mainitussa tapaukseessa vastaanotetut signaalit voidaan joko kaukomitata radiolinkillä maa-asemalle, jossa käsittely voidaan suorittaa tai ne voidaan ottaa nauhalle lentokoneessa myöhempää analyysiä varten. Sopiva nauhalle ottotapa on käyttää osittavaa ja synkronisesti integroitua 11 60450 puskuvarastoa, joka kokoaa ja keskiarvottaa paluusignaalit noin 1/4 sekunnin jaksojen aikana ja sitten purkaa varastoidut signaalit digitaaliseen magneettiseen nauhuriin. Tämä pienentää tarvittavaa nauha-määrää ja antaa dynaamisen laaja-alueisen ulostulon, joka on valmis käsiteltäväksi maan pinnalla käyttämällä esitettyä järjestelmää. Kuitenkin on mahdollista ottaa talteen raakasignaali käyttämällä nauhan taajuusmodulointitekniikkaa vastakohtana edellä mainitulle digitaaliselle integrointitävälle. Edellä olevassa selityksessä on viitattu lentokoneen käyttöön, mutta on selvää, että keksintö on samoin sovellettavissa maan pinnalla toteutettaviin järjestelmiin, joissa lähetyskehäantennia kannattaa maa-ajoneuvo tai se on asennettu maahan. Vastaanotettu! signaalin analyysi voidaan jälleen suorittaa heti tai signaali \ri.daan kaukomitata tai taltioida nauhalle keskusasemalla tapahtuvaa käsittelyä varten.

Keksinnön mukaisessa tavallisessa ilmassa tapahtuvassa sovellutuksessa suoritetaan yhdensuuntaisia ylilentoja tavallisesti 60 m:n läheisyydessä olevassa korkeudessa lentojen välin ollessa 300 m:n läheisyydessä. Profiilikarttoja valmistetaan eri lähtötehojen amplitudeista piirrettynä graafiseen muotoon lentoratoja pitkin. Tietojen piirtomenefelmät ilmassa tapahtuvan geofysikaalisen tutkimisen alalla ovat hyvin tunnetut.

Vaikka keksintö on selitetty viitaten digitaaliseen tietokoneeseen, on ymmärrettävää, että analogisia käsittelymenetelmiä voidaan käyttää sen sijasta. Kuitenkin digitaalinen käsittely on joustavampi taltioitavien vertailu-aallon muototyyppeihin nähden ja käytettävässä matemaattisessa analyysitekniikassa.

Mitä tulee vertailu-aallon muotojen kehitykseen vertailutarkoituksia varten, on mahdollista saattaa vastaavuussuhteeseen vastaanotettu signaali aallon muotojen sarjoihin nähden, jotka edustavat johtavien kerrosten vastauksia. Pienet johtavuus-paksuustulot, jotka edustavat päällyskerrosta, voidaan verrata vaakasuorien johtavien kerrosten kanssa, kun taas suuremmat johta-vuus-paksuustulot, jotka edustavat johtavia sulfideja, voidaan muotoilla pystysuorien tai jyrkkäkaarteisten johtavien kerrosten vastauksiksi.

Suurempi kehittyneisyys voidaan saada järjestelmään ilmaisemalla 12 60450 johtavampien aineiden vastaukset pallomaisten tai litistyneiden soik-kopallojen vastauksella. Mallien valintaa voidaan vaihdella annetulla tutkimusalueella oletetun kohteen tyypin mukaan. Mitä täsmällisemmät aallon muodot, joita käytetään esittämään erilaisia olosuhteita, jotka on odotettu kohdattavaksi, sitä täydellisempää on erottaminen ja diskriminoiminen tietokonevertailussa ja optimaalisessa suodatuksessa.

Siinä tapauksessa, kun johtavat malmiesiintymät ovat johtavan pääl-lyskerroksen alla, johtavan esiintymän vastauksen ominaispiirteiden modifikaatioita aiheuttaa vuorovaikutus johtavan päällyskerroksen kanssa.

Taajuudesta riippuvan päällyskerroksen läpi kumpaankin suuntaan kulkevan signaalin etenemisen viivästymistä voidaan sallia tietokoneen ohjelmissa niin, että parempi ja tarkempi sopivuus saadaan maanalaisen malmiesiintymän vastaukseen nähden. Tämän tyyppinen käsittely on keksinnön eräs piirre, joka tekee mahdolliseksi johtavalla päällyskerroksellapaksulti peitetyn vaikeasti ilmaistavan mineraaliesiintymän erottamisen.

Sopivien vertailu-aallon muotojen, jotka edustavat erillisiä johtavia olosuhteita tietokonevertailussa käytettäväksi, kehittäminen voidaan suorittaa matemaattisella muotoilulla tai kentän mittauksilla. Useissa tapauksissa matemaattisten mallien erät voidaan varastoida ja soveltaa erikoistilanteisiin vastausten kanssa, jotka on varastoitu kentässä tunnettujen kohteiden yläpuolella. Näin odotettaessa määrättyä luokkaa olevan malmiesiintymän uudelleen esiintymistä alueella tunnetun malmiesiintymän vastaus voidaan ensin taltioida ja käyttää vertailuarvona, johon verrataan saatuja signaaleja tutkimisohjelman aikana.

Vaikka keksintö on selitetty toteuttamiseksi ensi sijassa mineraali-esiintymien ja sen tapaisten geofysikaalisen tutkimuksen yhteydessä, sillä on myös käyttöä metallinilmaisimena, miinanilmaisimena ja aseiden ilmaisimena. Lähetys- ja vastaanottokäämit voidaan asentaa jäykkään rinnakkaisasemaan ja käytetty taajuuspyyhkäisevä signaali peittää alueen 1.000 Hz - 20 kilohertsiä. Vastauksen luonteenomaiset piirteet voidaan analysoida samalla tavalla, mutta taajuusvaatimukset ovat paljon korkeammat johtuen ilmaistavien esineiden pienestä koosta. Pääeroavaisuus on rautaa ja ei-rautametallia olevien esinei- 13 604 50 den vastausten välillä ja vastausmerkit ovat myös hyvin paljon koon funktio. Sopivalla tietokoneella, joka vertaa merkkien muutosta, voidaan aikaansaada parempi erottaminen kuin aikaisemmilla yksitaa-juus- ja kaksoistaajuusmetallinilmaisinjärjestelmillä. Aallon muotojen esimerkkejä on esitetty kuvioissa 12-15.

Kuvio 12 esittää virta-aallon muotoa lähettimessä ja kuvio 13 esittää ensiökentästä tulevan jänniteaallon muotoa vastaanottimessa. Kuvio 14 esittää pienestä ei-rautametalliesineestä tulevaa toisiokentän aallon muotoa ja kuvio 15 esittää pienestä teräsesineestä tulevan aallon muotoa.

Claims (8)

14 60450

1. Menetelmä johtavien ainesten havaitsemiseksi jollakin alueella erityisesti geofyysisen malminetsinnän suorittamiseksi ja metallien, miinojen ja aseiden havaitsemiseksi, jossa kehitetään primäärinen sähkömagneettikenttä ja ohjataan mainittu primäärikenttä kohti kyseistä aluetta, jolloin primäärikentän määrää tunnetun taajuinen ja tunnetulla vaiheyhdistelmällä varustettu ajallisesti muuttuva aaltomuoto, jolloin kenttä sisältää useita taajuuskomponentteja, jotka mahdollistavat alueella olevan johtavan kappaleen tunnistamisen ja jolloin primäärikenttä aiheuttaa pyörrevirtojen indusoitumi-sen mainitulla alueella läsnä olevaan johtavaan kappaleeseen, jonka primäärikenttä leikkaa ja jolloin pyörrevirrat aiheuttavat sekundääristen sähkömagneettikenttien muodostumisen, ja jossa menetelmässä sähkömagneettiset signaalit vastaanotetaan primäärisen sähkömagneetti-kentän läheisyydessä, joiden vastaanotettujen signaalien ensimmäinen osa käsittää mainituilta alueilta lähtevät signaalit, jotka vaiheeltaan ja amplitudiltaan vastaavat mainittujen sekundääristen sähkömagneettikenttien kutakin taajuuskomponenttia ja toinen osa johtuu suorasta kytkennästä mainittuun primääriseen sähkömagneettikenttään, tunnettu siitä, että varastoidaan joukko referenssi- tai vertailusignaaleja, joille ovat ominaisia (i) mainitun primäärikentän ennalta määrätyt komponentit ja (ii) sekundäärikenttien ennalta määrätyt komponentit, jotka lähtevät useista ennalta määrättyä tyyppiä olevista johtavista kappaleista, kun primäärikenttä leikkaa näitä kappaleita, jolloin vastaanotettujen sähkömagneettisignaalien ensimmäisiä ja toisia osia verrataan varastoituihin referenssiaaltomuotoihin ja ilmaistaan ne referenssiaaltomuodot, jotka vastaavasti antavat optimikorrelaation mainittujen vastaanotettujen signaalien yhteen tai useampaan valittuun komponenttiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen geosyfIkaalinen tutkimustapa, tunnettu siitä, että mainittuun vertailuvaiheeseen kuuluu peräkkäiset vaiheet jokaisen mainitun varastoidun vertailuaallon muodon vähentämiseksi mainituista vastaanotetuista signaaleista optimivertailun aikaansaamiseksi pienimmän neliösumman menetelmällä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen geofysikaalinen tutkimustapa, tunnettu siitä, että mainittu ensiökenttä aikaansaadaan nopeasti pyyhkäisevällä, jaksottaisesti taajuusmoduloidulla aallon muodolla. 15 60450

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen geofysikaalinen tutkimustapa, tunnettu siitä, että ensiökenttä sisältää alueella noin 165 - 5.300 Hz olevia taajuuksien komponentteja.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen geofysikaalinen tutkimustapa, tunnettu siitä, että ensiökenttä aikaansaadaan jaksottaisella aallon muodolla, jolla on noin 80 Hz:n toistotaajuus.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen geofysikaalinen tutkimustapa, tunnettu siitä, että kuljetetaan tutkittavan maa-alueen yli ja määrätään mainitulla maa-alueella paikat, joissa mainitut sähkömagneettiset signaalit vastaanotettiin.

1. Sätt att detektera ledande ämnen inom nägot omräde, särskilt för utförande av geofysisk malmletning och detektering av metaller, minor och vapen, i vilket ett primärt elektromagnetiskt fält alstras och nämnda primärfält riktas mot nämnda omräde, varvid primärfältet definieras av en i tiden varierande vägform med känd frekvens och känd fassammansättning, varvid fältet innehäller flere frekvenskom-ponenter, vilka möjliggör identifiering av en ledande kropp i omrä-det och varvid primärfältet förorsakar virvelströmmarnas indusering i en närvarande ledande kropp inom det omrädet, vilket skäres av primärfältet och varvid virvelströmmarna förorsakar uppkomsten av sekundärä elektromagnetiska fält vid vilket förfarande de elektro-magnetiska signalerna emottages i närheten av det primärä elektromagnetiska fältet, vilka mottagna signalers första del omfattar frän nämnda omräde utgäende signaler, vilkas fas och amplitud motsvarar varje frekvenskomponent hos de sekundärä elektromagnetiska fälten och en andra del, som härrör frän direkt koppling med det nämnda primära elektromagnetiska fältet, kännetecknat därav, att ett flertal referens- eller jämförelsesignaler lagras, för vilka specifikt är (i) förutbestämda komponenter av nämnda primärfält och (ii) förutbestämda komponenter av sekundärfältet, vilka utgär