FR3071622A1 - Appareil et procede d'acquisition de donnees - Google Patents
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Abstract
Certains aspects de la divulgation peuvent réduire le bruit de mouvement par installation de capteurs à composantes vectorielles sur une plate-forme d'instruments lestée qui est supportée par un palier sphérique. Un appareil d'acquisition (100) de données est prévu. L'appareil comprent un ensemble de base (106), un palier sphérique (110) monté sur la base et une plate-forme d'intsruments (108) comporant au moins un capteur (146) de composante vectorielle fixé à celle-ci. La plate-forme d'instruments est montée sur le palier sphérique et supportée par celui-ci. Le palier sphérique relie la plate-forme d'instruments à l'ensemble de base et permet une rotation angulaire libre de la plate-forme d'instruments, dans une plage d'angles d'inclinaison; La plate-forme d'instruments est lestée en ce sense qu'elle a un centre de gravité placé au-dessous de son centre de rotation. L'appareil peut comprendre un dispositif de commande qui reçoit et/ou mémorise des données provenant de l'au moins un capteur.
Description
APPAREIL ET PROCÉDÉ D'ACQUISITION DE DONNÉES
DOMAINE DE L' INVENTION
La présente invention concerne 1’accroisitien de données de composants vectoriels. Plus particulièrement, 1’invention concerne l'acquisition de données à partir d'un porteur en mouvement
CONTEXTE
Les systèmes de prospectioïï électromagnétiques (EM) détectent des champs électromagnétiques diffusés depuis la Terre et sont largement utilisés pour cartographiez- ses propriétés électriques, principalement ses variations de conductivité, mais aussi avec sensibilité â la polarisabilité, la permittivité électrique et la perméabilité magnétique. Certaines propriétés électriques peuvent être associées â différentes caractéristiques géologiques. Paz conséquent, les données de prospection électromagnétiques peuvent être utilisées pour déduire la présence ou la probabilité de présence de diverses matières telles que du pétrole, des minéraux et des eaux souterraines..
Un système de prospection électromagnétique est généralement sensible à la présence dans le sol d'un courant électrique quasi statique variant dans le temps. Las propriétés électriques de la Terre peuvent être déduites par mesure de la variation temporelle du chai® magnétique créé par ce courant, au moyen d'un capteur de champ magnétique. Les champs variant dans le temps peuvent être établis par une antenne d'émetteur locale dans le cas d'une source commandée ou par les champs géomagnétiques ambiants dans le cas de systèmes à source naturelle.
Un système de prospection électromagnétique en mouvement peut utiliser un porteur en mouvement pour transporter et supporter le capteur de champ magnétique lors de 1'acquisition de données. Dans un système de prospection électromagnétique en mouvement, le porteur peut comprendre un oiseau remorqué (ou une sonde) qui peut être suspendu au10 dessous d'un aéronef à un câble de remorquage. Les types courants de systèmes de prospection électromagnétiques aérienne (AEM) tractent un oiseau sous un hélicoptère, généralement avec un câble de remorquage d’une longueur allant de 30 à 90 mètres. Les prospections AEM sont généralement conçues pour couvrir une zone avec des lignes de vol parallèles séparées par une séparation latérale fixe.
Pour détecter la présence de particularités géologiques en profondeur, il est avantageux d'acquérir des données EM à basse fréquence. Actuellement, les systèmes AEM sont généralement limités â l’acquisition de données à des fréquences de 20-25 Hz et plus. L'acquisition de données dans la gamme inférieure a 25 Hz permettrait de détecter des
AEM actuels. Dans particularités géologiques indétectables avec les systèmes la bande inférieure â 25 Hz, l'intensité du champ magnétique résultant des variations de conductivité détectées avec les systèmes EM est généralement proportionnelle la fréquence. Lorsque la fréquence d'acquisition d'un système électromagnétique est abaissée, les champs magnétiques diffusés a partir de ces variations de conductivité deviennent plus faibles.
Pour détecter les variations de conductivité de structures en profondeur de la
Terre, des sensibilités au champ magnétique de 1'ordre du pico-Tesla peuvent être nécessaires..·
Les systèmes de prospection électromagnétiques détectent généralement les champs électromagnétiques avec des capteurs à composantes vectorielles. De nombreux types de capteurs magnétiques (EM) à composantes vectorielles peuvent être utilisés pour effectuer une mesure de champ électromagnétique, notamment des bobines de recherche, des bobines à contre-z’éaction, des interf éromètres quantiques, des magnétomètres à fibre optique et â induction. Dans les cas où le champ magnétique est détecté avec une bobine, conformément à la loi de Faraday, la sortie des champs électromagnétiques de la bobine devient proportionnellement plus faible à mesure que la fréquence diminue, de sorte que des bobines de détection plus grandes peuvent être nécessaires pour compenser la sensibilité décroissante aux basses fréquences. Les capteurs électromagnétiques peuvent être « à couplage continu », sensibles à un champ stable ou « à couplage alternatif », insensibles â un champ stable.
Les systèmes de prospection EM sont distincts des systèmes de prospections magnétiques, qui mesurent le champ magnétique statique de la Terre, Ce dernier concerne généralement la mesure des variations du champ magnétique statique de la Terre qui sont généralement attribuées à des variations de la perméabilité magnétique. Le champ variant dans le temps peut être inférieur de plusieurs ordres de grandeur au champ statique, souvent d'un facteur de l'ordre de plusieurs millions. Une mesure électromagnétique de haute qualité nécessite donc de limiter le mouvement de rotation d'un capteur EM de composantes vectorielles dans le champ magnétique statique pendant la durée d'une mesure. Lorsque que des données électromagnétiques à basse fréquence sont acquises, la durée pendant laquelle ce mouvement de rotation devrait être limité augmente. Aux basses fréquences, la stabilité en rotation d'un capteur EM de composantes 5 vectorielles devient souvent une considération primordiale.
Le bruit dans une mesure électromagnétique, généré par la rotation d'un capteur magnétique à composantes vectorielles dans le champ magnétique statique de la Terre peut être appelé bruit de mouvement.
π
Le champ magnétique statique de la Terre a une magnitude de l'ordre de 50 000 000 pT. Pour limiter le bruit de mouvement à 1 pT, il peut être nécessaire de limiter la variation de rotation à une valeur de l'ordre de 1/50 000 000 15 radians sur la durée d'une mesure. Pour limiter le bruit de mouvement à 10 pT, il peut être nécessaire de limiter la variation de rotation à une valeur de l'ordre de 1/5 000 000 radians. Un champ peut être considéré comme sensiblement statique s'il change â une fréquence inférieure â la bande 20 d'acquisition utilisée pour mesurer les données de champ vectoriel détectées.
Le bruit de mouvement de rotation peut être calculé à partir des équations de bruit de mouvement suivantes. Pour un 2S capteur à bobine à composantes vectorielles pointant dans la direction décrite par le vecteur unitaire m, le bruit de rotation, Sc, peut s'écrire de la manière suivante :
Ne ~ m - (ω x B) f ω représentant la vitesse angulaire du capteur à bobine par 30 rapport au champ statique de la Terre, B. Cette relation a été décrite par Dodds dans le brevet W02013/170340A1. Pour un magnétomêtre vectoriel, de moment dipolaire m, le bruit de rotation, Nm est m · (ΔΘ x B)...
Nm ΔΘ représentant la variation angulaire d'orientation du magnétomêtre par rapport au champ magnétique statique de la Terre pendant un. intervalle de mesure.
Pour des raisons de commodité, la variation angulaire d'orientation ou la vitesse angulaire peuvent être qualifiées de « mouvement angulaire » et le signal résultant du fait du mouvement angulaire d'un capteur de composante vectorielle en 10 présence du champ de fond de la Terre est considéré comme un « bruit de mouvement ».. Le bruit de mouvement peut être défini de manière similaire pour d'autres entités de champ en plus du champ magnétique, et des équations de bruit de mouvement similaires peuvent s'appliquer aux capteurs à 15 composantes vectorielles qui détectent de petits champs variant dans le temps en présence d'un fond relativement important dans lequel le capteur se déplace. Un bruit de mouvement peut être présent lorsqu'un champ vectoriel de fond est superposé à un champ vectoriel plus petit qui varie dans 20 le temps et qui est l'objet de la mesure, les deux champs de vecteurs étant détectés par un capteur de composante vectorielle commun monté sur une plate-forme mobile soumise à un mouvement angulaire, et l'axe de détection du capteur étant défini par 1'orientation de la plate-forme sur laquelle 25 il est monté. En général, le bruit de mouvement N généré par le mouvement angulaire A d'un capteur de composante vectorielle dans le champ de fond F peut s'écrire ;
N ~ m (A x F) .
Le bruit de mouvement diffère des effets d'erreur de pointage. Les effets d'erreur de pointage se produisent généralement lors de la détection de champs radiatifs provenant d'une source dans une direction, donnée à travers une ouverture pointée vers elle. Une ouverture sélectionne généralement le signal provenant d'un emplacement spécifique et améliore l’intensité du signal provenant de la source par rapport à un champ de fond dans la même bande de fréquences.
S Dans le cas d'un bruit de mouvement, le capteur est généralement insensible à la direction de la source et les ouvertures ne sont généralement pas utiles.
Un bruit de mouvement peut se produire, par exemple, 10 lorsque des champs quasi-statiques ou potentiels ou leurs gradients de champ sont mesurés avec un capteur de composante vectorielle. Dans ces cas, le bruit de mouvement est insensible à la direction de la source. Dans les mesures électromagnétiques et gravimétriques quasi-statiques, par 15 exemple, un capteur vectoriel peut être utilisé pour détecter un signal provenant d'une source en présence d'un champ de fond statique ou sensiblement statique plus grand. C'est le mouvement angulaire du capteur de composante vectorielle dans le champ de fond qui cause la sensibilité de la mesure 2.0 vectorielle au champ de fond, et c'est la source du bruit de mouvement. Ainsi, le bruit de mouvement est distinct de l'erreur de pointage qui est sensible à la direction de la source.
Les solutions traitant des effets d'erreur de pointage différent généralement des solutions traitant des effets de bruit de mouvement. L'erreur de pointage concerne généralement l'acquisition de champs radiatifs focalisés dans des bandes de fréquences distinctes et bien séparées du 30 mouvement de la plate-forme dfinstruments, un champ de fond important pouvant être présent ou non. Les solutions traitant du bruit de mouvement concernent l’acquisition de champs a composantes vectorielles qui chevauchent la. bande de fréquences dans laquelle l'instrument se déplace, et un champ de fond étant nécessairement présent. L'erreur de pointage concerne donc le maintien d'une direction sur la durée de 1'acquisition et peut être présente dans les mesures S scalaires (amplitude). Le bruit de mouvement concerne la limitation du mouvement angulaire dans la largeur de bande d'acquisition de la mesure vectorielle souhaitée et, par définition, ne peut pas être présent lors de mesures scalaires (amplitude).
Le problème de la maîtrise du bruit de mouvement n'est pas propre aux systèmes électromagnétiques aéroportés et se pose dans le domaine des mesures de gravité aériennes. Comme dans le cas de mesures électromagnétiques aériennes, de très 15 petites variations temporelles dans un champ vectoriel détecté peuvent être mesurées en présence d'un champ de fond sensiblement statique beaucoup plus grand. Dans le champ de gravité, les petites variations temporelles de 1'accélération gravitationnelle sont causées par des variations de densité 20 dans la croûte terrestre qui sont mesurées lorsque le système de gravité est déplacé d'un endroit à l’autre. De même, un bruit de mouvement peut être présent dans une mesure de gradient lorsqu'un champ de gradient de fond est présent.
D'autres conceptions de plates-formes d'instruments isolées en rotation, telles que celles généralement utilisées pour les applications avec caméra., des applications inertielles ou des applications de mesure de gradients de gravité ne répondent pas aux exigences opérationnelles d'un 30 système de détection électromagnétique et ne conviennent pas à l’acquisition de données électromagnétiques à haute résolution. Les exigences relatives aux mesures électromagnétiques peuvent inclure un environnement à faible bruit électromagnétique, Des ccmipusa-'its a haute résistance ayant uiæ faible perméabilité magnétique et un bruit du vibration exceptionnellement bas peuvent être préférés dans las systèmes dfacquisition EM,
La demande de brevet ü'S n^lêll/ellSSOa (Polser et al.), qui est incorporée loi par référence enseigne use approche pour acquérir des données S-M a basse fréquence à partir d’un porteur en mouvement. Puiser enseigne des capteurs EM placés sur une plate-forme d;instruments à équilibrage central ssppertée par un palier à air sphérique.
demande de brevet internati ona1e
DCT
015/103S0E .AI (Meyer et par rêfarancu, enseigne une d;instruments équilibrage sur un palier à air, « Gravity
Gradiomater dysturn eût h
Spherical nir
Bearing sasad
Platform >.
Mayer enseigne uns plate-forme d 'instruments central avec des actionneurs y <x des ressorts peur contrôler l’amplitude du mouvement do la plats-forme.
do du aussi être des vecteurs par lesquels la hruat de mouvement pont être montés sur la plats-forme
De tais dispositifs de stabilisation d’orientâtion conventionnels peuvent introduire une source de bruit de vibrât ion ou du couple, ce qui peut réduire la qualité des données. La bruit de mouvement qui peut aura introduit par de tais systèmes du stabilisation d'orientation peut polluer uns mesure électromagnétique de haute précision ut peut être difficile à prévoir et à éliminer. Ainsi, la stabilisation de 1’orientation peut même contrecarrer les avantages cinématiques que l'on peut obtenir en effectuant un équilibrage central de la plate-forme d·'instruments.
Ainsi, des df acquisition vectorielles de procédés données faible bruit particulier vectorielles de données de de mouvement f porteur en fréquences inférieures à ss et des systèmes améliorés géophysiques à composantes et à large bande passante, et en champ magnétique prospection EM particulier dans à composantes à partir d'un
1a bande de
RÉSUMÉ
La présente invention concerne des procédés et des appareils d'acquisition de données de prospection électromagnétique à partir d'un porteur en mouvement. Certains modes de réalisation divulgués ici peuvent permettre 20 d'acquérir des données de prospection électromagnétiques avec un faible bruit de mouvement. L'appareil décrit ici peut être déployé dans des porteurs mobiles ou fixes pour acquérir des données EM dans les airs, au sol et sur ou sous la mer. Les porteurs fixes peuvent être en mouvement en raison de 25 vibrations. Les modes de réalisation ne sont pas limités â la seule acquisition de données de prospection électromagnétique. Les procédés et appareils décrits ici peuvent également convenir à la mise en œuvre dans d'autres applications oû la réduction du mouvement angulaire ou du 30 bruit de mouvement dans les capteurs de champ à composantes vectorielles est souhaitable.
Certains aspects cia la divulgation peuvent permettre 1’acquisition. de données électromagnétiques avec an bruit de mouvement faible par montage u’au æoins un capteur SM cia composantes vectorielles sur nue plats-forme d’instruments lestes, La. plate-forme d’instruments peut s’équilibrer sur un palier sphérique qui supporte son peins, Ainsi, la plateforme d’ instruments peut être sensiblement découplée des mouvements du porteur dans une largeur de bande.
Salon un aspect. il est proposa un appareil d’acquisition de données de composantes vectorielles comprenant, ; un ensemble de base ; un palier sphérique monté sur l’ensemble de base j une plate-forme rinstruments comportant au moins un capteur ds composante vectorielle fixé a celle-ci, la place-forme d’instruments étant montée sur le palier ephërique et supportée par celui-ci, la palier sphérique accouplant ainsi la plate-forme d’instruments a l’ensemble de basa et permettant une rotation angulaire libre ds la plate-forme d’instruments dans une. plage d’angles d’inclinaison autour du palier sphérique de sorte que la plate-forme d’instruments ait un centre de rotation ; dans lequel la plate-forme d’instruments a un neutre ds gravita situé au-dessous du neutre de rotation.
bans certains modes ds réalisation, la plate-forme ü’instruments est conçus pour osciller autour du centre du rotation de mondera à supprimer le bruit de mouvement dans
une bande | d’acquisition | de | 1’au moins | un. capteur de |
composants | vectorielle. | |||
Dans | certains modes | de | réalisation, | la plate-forma |
d’instruments a une fréquence d’oscillation naturelle qui est inférieure a uns
la plus basse d’une bandes d'acquisition de l'au moins un capteur de vectorielle,
Dans certains modes de réalisation, la plate-forme d'instrument est rigide.
Dans certains modes de réalisation, l’appareil comprend en outre un porteur, l'ensemble de base étant couplé au porteur.
Dans certains modes de réalisation, le porteur comprend un cadre de remorquage et une liaison accouplant l'ensemble de base au cadre de remorquage.
Dans certains modes de réalisation, le porteur est un porteur aerien conçu pour être remorqué par un aeronef.
Dans certains modes de réalisation, le palier sphérique est un palier à air.
Dans certaine modes de réalisation, le palier sphérique comprend le seul accouplement mécanique entre 1’ensemble de base et la plate-forme d'instruments.
Dans certains modes de réalisation, l'au moins un capteur de composante vectorielle comprend trois capteurs à composantes vectorielles orientés indépendamment.
Dans certains modes de réalisation, l'appareil comjjrend en outre un dispositif de commande, le dispositif de commande comprenant un processeur et une mémoire, le dispositif de commande recevant des données de l'au moins un capteur.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de commande mémorise les données reçues.
Dans certains modes de réalisation, l'appareil comprend en outre des moyens de communication sans fil, le dispositif de commande ordonnant aux moyens de communication sans fil de transmettre les données reçues pour les mémoriser dans une base de données.
Dans certains modes de réalisation, 1;ensemble de base comprend un socle, le palier sphérique étant monté sur la socle.
Dans certains modes de réalisation, le socle comprend un 15 montant disposé vers le haut depuis l'ensemble de base.
Dans certains modes de réalisation, l'au moins un capteur de composante vectorielle comprend au moins un parmi : au moins un capteur électromagnétique ; au moins un 20 capteur de gravité.
Dans certains modes de réalisation, l'au moins un capteur de composante vectorielle comprend au. moins un capteur de mesure de gradients.
Dans certains modes de réalisation, la plate-forme d'instruments comprend une jupe tournée vers le bas, la jupe tournée vers le bas fournissant un dégagement autour du palier sphérique et l'ensemble de base pour permettre à la 30 plate-forme d'instruments une plage de rotation d'inclinaison dans la plage d'angles d'inclinaison.
Dans certains modes de réalisation, l’appareil comprend en outre : un système de redressement ; et un système de mesure de mouvement angulaire, le système de redressement appliquant, en fonction du mouvement angulaire mesuré par le 5 système de mesure de mouvement angulaire, des couples de redressement à la plate-forme d'instruments pour la faire tourner' autour du palier sphérique.
Dans certains modes de réalisation, le système de 10 redressement comprend l'un parmi une pluralité de propulseurs disposés sur la plate-forme d'instruments, les propulseurs appliquant le couple de redressement ; et une pluralité d'ensembles de masse mobile disposés sur la plate-forme d'instruments, les ensembles de masse mobile appliquant les 1S couples de redressement.
Dans certains modes de réalisation, les couples de redressement sont appliquées à l'une au moins des opérations suivantes : orienter la plate-forme d'instruments lestée vers 20 son axe principal sensiblement verticalement ; et réduire la vitesse angulaire.
Dans certains modes de réalisation, l'appareil comprend en outre un accéléromètre disposé sur la plate-forme 25 d'instruments, 1'accéléromètre mesurant des données d'accélération, et le dispositif de commande étant conçu pour : recevoir les données d'accélération ; estimer le bruit d'oscillation en fonction des données d’accélération ; et
soustraire | le | bruit | d'oscillation | des | données | acquises par |
30 1 ' au me ins | un | capteur | de composante | vectorielle. | ||
Selon | un | autre | aspect, il | est | proposé | un procédé |
d'acquisition de données de composantes vectorielles d'une plate-forme d'instruments mobile à laquelle est fixé au moins un capteur de composante vectorielle, le procède comprenant les étapes suivantes ; déplacer un appareil comprenant ; un ensemble de base ; un palier sphérique monté sur l'ensemble S de base ? et la plateforme d'instruments, la plate-forme d'instruments étant mentes sur le palier sphérique et supportée par celle-ci, le palier sphérique accouplant ainsi la plate-forme d'instruments a l'ensemble de base et permettant une rotation angulaire libre de la plate-forme .0 d'instrumentsdans une plage d'angles d'inclinaison, autour du palier sphérique de telle sorte que la plate-forme d'instruments ait un cexrtre de rotation, la plate- forme d'instruments ayant un centre de gravité situa au-dessous du centre eu rotation ; et pendant le mouvement de l'appareil, .5 acquérir des données de composantes vectorielles à l'aide d'au moins un capteur de composante vectorielle.
ua.ns certains modes du réalisation, l'appareil comprend et outre un porteur, l'ensemble de base étant accouplé au porteur.
et le déplacement de l'appareil comprenant le remorquage du porteur,.
Sans certains modes de réalisation, la plate-forme d'instruments est conçue pour osciller autour du centre de rotation de manière à supprimer le bruit de mouvement dans une bande d'acquisition de l'an moins un capteur de composante vectorielle.
D'autres aspects et particularités de la présente lavant ion seront apparents à l'homme du métier lors de la lecture de la description, suivante des modes de réalisation spécifiques,
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Des aspects et des modes de réalisation de la description vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux dessins joints dans lesquels :
la figure IA est une vue en perspective d'un appareil d'acquisition de données, selon certains modes de réalisation, dans lequel une coque de porteur est représentée partiellement coupée ;
la figure IR est une vue en coupe frontale de l'appareil de la figure 1Ά ?
la figure IC est une vue en coupe partiellement éclatée d'une plate-forme d'instruments, d'un palier sphérique et d'un ensemble de base de l'appareil des figures 1A et 1B ;
la figure 1D est une vue en perspective de l'appareil des figures IA et IB ;
la figure 2 est un schéma de principe des composants d'un appareil selon certains modes de réalisation ;
la figure 3 est une illustration schématique d'une
plate-forme d'instruments | lestée | selon certains | modes | de | |
réalisation ; | |||||
la figure 4A est un | graphique | illustrant | la | générâtion | |
de bruit d'oscillation ; | |||||
la figure 4B est un | graphique | illustrant | les | effets | du |
bruit d'oscillation sur la | mesure ; |
les figures 5A à 5D représentent divers exemples de configurations d'un palier sphérique selon certains modes de réalisation ;
la figure SA est une vue en perspective d'un exemple de système de redressement selon certains modes de réalisation ;
la figure SB est une vue en perspective d'un autre exemple de système de redressement selon certains modes de réalisation ;
la figure 7 est un schéma en coupe latérale d'un appareil d'acquisition de données selon certains modes de réalisation ;
la figure 8 est une vue latérale en coupe partielle d'un S exemple de plate-forras d'instruments montée sur un montant par le biais d'un palier sphérique selon un autre mode de réalisation ;
la figure 9 est une vue latérale de la plate-forme d'instruments et du montant de la figure 8 ;
la figure 10 est une vue éclatée en perspective du palier sphérique et du montant de la figure 8 ;
la figure 11 est un graphique représentant le bruit de mouvement et le spectre géomagnétique en fonction de la fréquence pour un exemple de réalisation ;
la figure 12 est un schéma de principe d'un système à capteur et dispositif de commande selon certains modes de réalisation ;
la figure 13 est un organigramme d'un procédé d'acquisition de données à partir d'une plate-forme 20 dfinstruments mobile comportant au moins un capteur de composante vectorielle fixé à celle-ci, selon certains modes de réalisation ; et la figure 1.4 est un organigramme d'un exemple de procédé de correction du bruit d'oscillation selon certains modes de 25 réalisation.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Pour contrôler le bruit de mouvement, il est souhaitable d'isoler le mouvement angulaire du capteur des mouvements angulaires et des vibrations du porteur. Les systèmes électromagnétiques aéroportés classiques ont utilisé des suspensions élastiques à cette fin. Ils n'ont généralement pas pu atteindre le degré de stabilité requis pour réduire le bruit de mouvement à des niveaux acceptables à des fréquences inférieures à 20-25 Hz. Les procédés et systèmes décrits ici peuvent être particulièrement adaptés à la prospection 5 électromagnétique aérienne dans la gamme 1-25 Hz;
Selon divers modes de réalisation description, il est décrit é1ec tromagnétique électromagnétiques L'appareil décrit autre manière par de prospections destiné un appareil à acquérir réduire le bruit de la présente de prospection des données de mouvement, pouvant ici peut un véhicule pour l'acquisition de données géophysiques. Les modes de réalisation être remorqué eu déplacé d'une spécifiques décrits ici concernent des appareils embarqués pouvant être remorqués par un aéronef. Cependant, il faut avoir à l'esprit que les modes de réalisation de la description rie se limitent pas aux porteurs mobiles destinés à être utilisés dans des environnements aériens. Les concepts discutés ici peuvent être appliqués à d'autres environnements 20 dans lesquels la réduction du bruit de mouvement est souhaitable. Par exemple, le véhicule déplaçant l’appareil peut être une voiture, un camion, un train, un bateau, etc. Dans d'autres applications, l'appareil peut ne pas être déplace activement par un véhicule et peut être sensiblement 25 immobile.
Selon, certains aspects, il est propose un appareil qui comprend un ensemble de base supportant un palier sphérique, lequel supporte à son tour une plate-forme d’instruments. La 30 plate-forme d'instruments est lestée et supporte un capteur de composante vectorielle. En d'autres termes, le centre de gravité de la plate-forme d'instruments destinée à au moins un capteur de composante vectorielle est situe au-dessous du centre de rotation fourni par le palier sphérique. Grâce à cette disposition, la plate-forme dfinstruments peut osciller autour du palier sphérique. Ce mouvement d’oscillation peut avoir une fréquence inférieure à la fréquence la plus basse S de la bande d'acquisition de l’an moins un capteur EM, ou au moins inférieure à une partie de la bande d'acquisition. Si le mouvement pendulaire a une fréquence inférieure à au moins une partie de la bande d'acquisition, le bruit de mouvement peut être au moins partiellement supprimé ou atténué dans 10 cette bande. En choisissant de manière appropriée les paramètres d’inertie de la plate-forme d’instruments, on peut, sensiblement réduire le bruit de mouvement dans la bande d'acquisition des capteurs.
Dans certains modes de réalisation, la fréquence d'oscillation naturelle de la plate-forme d’instruments peut avoir une période supérieure à 1 seconde et inférieure a 1000 secondes. Une prospection électromagnétique aérienne peut inclure cet appareil, comportant la plate-forme d’instrument 20 lestée et l’ensemble de base, supporté par un cadre de remorquage situé à l’intérieur d’un boîtier. Cependant, comme cela a été indiqué ci-dessus, l'appareil peut également être conçu pour être utilisé dans des systèmes d'acquisition de données non aéroportés.
La figure IA est une vue en perspective en coupe partielle d'un appareil d’acquisition de données AEM 100 selon certains modes de réalisation. L'appareil 100, donné à titre d’exemple, est conçu pour l’acquisition de données 30 aérienne, bien que les modes de réalisation ne soient pas limités aux systèmes aéroportés. L’appareil 100, donné à titre d’exemple, comprend ; un porteur 101 comprenant une coque de porteur 102 et un cadre de remorquage 104 monté à l'intérieur de la coque de porteur 102 ; un ensemble de base 106 accouplé au cadre de remorquage 104 par une liaison 105 (comprenant le système d'isolation par câble 123 représenté plus en détail sur la figure IB dans cet exemple) ; un palier 5 sphérique 110 (représenté sur la figure IB) sur 1'ensemble de base ; et une plate-forme d'instruments 108 montée sur un palier sphérique 110. La plate-forme d'instruments 108 de cet exemple possède des capteurs EM de composantes vectorielles 146 qui sont fixés à celle-ci.
-î
Dans certains modes de réalisation, le porteur 101, y compris la. coque de porteur 102 et le cadre de remorquage 104, ainsi que la liaison 105 sont omis. Dans d'autres modes de réalisation, l'appareil peut simplement comprendre un 15 ensemble de base et une plate-forme d'instruments accouplée à l'ensemble de base par le biais d'un palier sphérique. L'appareil peut être utilise avec un porteur différent ou peut être utilisé isolément. Par exemple, l'appareil peut être remorqué sur une remorque. Dans d'autres modes de 20 réalisation, l'appareil peut être monté ou suspendu à l'intérieur même du véhicule. Dans encore d'autres modes de réalisation, l'appareil peut être monté a une position sensiblement stationnaire (par exemple sur une plate-forme ou un bâtiment), un faible mouvement et/ou un mouvement lent 25 dans le temps pouvant toujours être présents.
Le porteur 1Q1 de la figure l.à est un porteur mobile en ce sens qu'il est conçu pour être remorqué par un avion ou un autre aéronef. Le terme « porteur mobile » ne signifie pas 30 ici que le porteur est toujours en mouvement, mais qu'il peut être conçu pour l'acquisition de données en mouvement. Par exemple, d'autres porteurs mobiles tels que des remorques, des plates-formes remorquées ou d'autres moyens pour accoupler le porteur à un véhicule peuvent être utilisés dans d'autres modes de réalisation.
Les modes de réalisation ne se limitent pas au fait que 5 l'appareil soit déplacé activement par un véhicule. Un mouvement naturel dans le sol, une structure ou un bâtiment peut, par exemple, causer un bruit de mouvement dans une bande d'acquisition dans certaines applications même lorsque l'appareil est sensiblement immobile. Dans de tels cas, la 10 plate-forme d'instruments lestée placée sur un palier sphérique peut réduire ce bruit de mouvement.
Lorsqu'elle est conçue pour une utilisation en vol, la coque de porteur (ou coque d'oiseau) 102 peut être 15 généralement en forme de goutte comportant une extrémité avant arrondie bulbeuse 114 et une queue effilée 116, comme illustré. La coque de porteur 102 peut être résistante aux intempéries. La forme de goutte peut être une forme aérodynamique appropriée à la détection aérienne, bien que 20 d'autres formes puissent être utilisées. La coque de porteur 102 est partiellement découpée pour montrer le cadre de remorquage 104, l'ensemble de base 106 et la plate-forme d'instruments 108. Les ailettes 151 près de l'extrémité arrière 116 peuvent fournir une certaine stabilité en vol. La 25 coque de porteur 102 est fournie à titre d'exemple, et il faut avoir à l'esprit que d'autres formes et dispositions de coque peuvent être utilisées pour des porteurs aériens. Les modes de réalisation ne sent pas limités à la forme particulière de la coque de porteur 102 lorsqu'un porteur est 30 utilisé.
Le cadre de remorquage 104 de la figure IA comprend un anneau de support inférieur 118 et un anneau de support supérieur' 120. Les essieux de remorquage divisés 122a (figure 1B) et 122b s'étendent à l'opposé de l'anneau de support inférieur dans des directions opposées et s'étendent vers l'extérieur à travers la coque de porteur 102. Le câble 103 (représenté sur la figure IB) peut être fixé aux essieux 122a et 122b de l'appareil 100 sur un aéronef (non représenté) . L'anneau de support supérieur 120 peut, par exemple, avoir un diamètre égal approximativement à la moitié de celui de l'anneau de support inférieur lis. Dans cet exemple, l'anneau de support supérieur 120 est déplacé vers le haut de l'anneau de support inférieur 118 d'une distance approximativement égale a son diamètre. Les anneaux de support supérieur et inférieur 120 et 118 sont reliés entre eux par une coque intégrale généralement hémisphérique 119. Les essieux 122a et 122b sont reliés de manière pivotante à la coque de porteur 102 et le cadre de remorquage 104 a une dimension et une forme permettant la rotation relative du cadre de remorquage 104 dans le porteur autour de l'axe horizontal 121 qui s'étend à travers les essieux de remorquage divisés. Le cadre de remorquage 104 est fourni à titre d'exemple, et il faut avoir à l'esprit que d'autres structures peuvent être utilisées pour accoupler un ensemble de base (tel que l'ensemble de base 106) à un porteur (tel qu'un porteur 101). Par exemple, l'ensemble de base peut être suspendu par au moins un câble à une ancre ou à une attache située au sommet ou près du sommet de la coque de porteur dans un autre mode de réalisation. Dans d'autres modes de réalisation, 1 ' ensemble de base 106 peut être accouplé directement aux essieux 122a et 122b. Les modes de réalisation ne se limitent pas à l'exemple de structure du cadre de remorquage 104.
Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure IA, le système d'isolation par câble 123 (représenté sur la figure IB) forme la liaison 105 entre l'ensemble de base 106 et le cadre de remorquage 104 dans cet exemple de mode de réalisation. La structure du cadre de remorquage 104 est montrée à titre d'exemple, et d'autres structures de cadre ou 5 d'ensemble de remorquage peuvent être utilisées dans d'autres modes de réalisation. Par exemple, d'autres structures de cadre de remorquage appropriées sont décrites dans la demande de brevet US n° 2015/0034795 et 2011/0175604 au nom de Polser et al, qui sont incorporés ici en référence.
Λ U
L'ensemble de base 106 de cet exemple comprend une couronne supérieure 120 et une base inférieure 128 entre lesquels s’étendent comportant des nervures espacées 130. Les nervures 130 relient la base 128 à la couronne supérieure 15 126. Les nervures 130 sont chacune attachées à la couronne supérieure 126. Les nervures 130 s'étendent vers le bas, initialement vers l’extérieur, puis se courbent vers l'intérieur pour se rejoindre au niveau de la base 128. Dans cet exemple, six nervures 130 sont régulièrement espacées le 20 long du bord supérieur 126. Ainsi, les nervures adjacentes 130 sont inclinées d'environ 60 degrés les unes par rapport aux autres. D’autres modes de réalisation peuvent utiliser une structure d’ensemble de base différente et peuvent inclure plus ou moins de nervures.
La figure 1B est une vue en. coupe frontale de l’appareil 100 de la figure IA. La liaison 105 entre le cadre de remorquage 104 et l'ensemble de base 106 de cet exemple est un système d'isolation par câble 123 et n'est qu’une 30 possibilité. Cependant, il faut avoir â l’esprit que d’autres structures de liaison peuvent également être utilisées. Voir, par exemple, le système d'amortisseur de vibrations décrit par Polzer et al. dans la demande de brevet US 0*2611/0175504, gui est incorporée ici en référence.
Le système d'isolation par câble 12.3 comprend une pluralité d'isolateurs à câble pneumatiques 132a et 132b, un pour chaque nervure 130. Chaque isolateur à câble 132a et 132b est fixe à l'intérieur du cadre de remorquage 104 et est aligné avec une nervure correspondante 130 de l'ensemble de base. 106. Dans cet exemple, il existe six isolateurs à câble 132a et 132b au total (un pour chaque nervure 13 0} . Chaque isolateur à câble 132a et 132b se présente sous la forme d'un palier cylindrique à air pneumatique tel que décrit par Polzer et al. dans la demande de brevet US n°2015/0034795. Chaque isolateur à câble 132a et 132b comprend une paire de pistons à air (non représentés) supportés dans une cassette 134a ou 134b. Les pistons à air ont des extrémités qui se terminent sur une traverse commune (non représentée) dans cet exemple. Chaque isolateur à câble 132a et 132b comprend en outre uns poulie respective 13»a ou 136b et un câble 138a ou 138b. Chaque câble 138a et 138b est fixé à la cassette respective 134a ou 134b et vissé sur la poulie respective 136a ou 136b pour supporter le poids de l'ensemble de base 106. Les câbles 138a et 138b se terminent chacun au niveau d'un élément de fixation 140 respectif au niveau d'une extrémité 142 de la nervure correspondante 130.
Dans cet exemple, trois isolateurs à câble 132a sont disposés avec le câble 138a s'étendant depuis une extrémité inférieure 143 de la cassette 134a, de telle sorts que le câble 138a s'étend dans une direction partiellement latérale par rapport à la nervure correspondante 130. Les trois autres isolateurs a câble 132b sont disposés avec le câble 13 8b s'étendant depuis une extrémité supérieure 145 de la cassette 134b, de sorte que le câble 138b s’étende vers le bas dans une direction sensiblement verticale jusqu'à sa nervure correspondante 13o, comme c'est illustré.
La couronne 126 représentée sur la figure IA est représentée comme étant transparente à l'aide de lignes en pointillés sur la figure IB de telle sorte que le palier sphérique 110 est visible. Lorsque l'on se déplace autour de la couronne 126, les isolateurs à câble 132a et 132b sont disposés de manière alternée, de sorte que chaque nervure 130 qui est reliée à un câble aligné verticalement 138b est adjacente à deux nervures 130 ayant un câble partiellement latéral 138a et inversement. Des lignes en pointillés illustrant les positions des câbles 138a et 138b sont également représentées sur la figure IA. Les pistons à air des cassettes 134a et 134b peuvent amortir les vibrations du porteur 101 sur l’ensemble de base 106. Chaque isolateur à câble 132b à support vertical est espacé, dans le sens horizontal, à égale distance des isolateurs à câbla 132a, à support latéral, voisins dans ce mode de réalisation. Les vibrations verticales et horizontales de la coque de porteur
102 et du cadre de remorquage 104 peuvent ainsi être amorties par les isolateurs à câble 132a et 132b.
En référence a la figure IB. l'ensemble de base 106 comporte un socle 144 qui s'étend vers le haut depuis la base
128 pour supporter la plate-forme d'instruments 108 par l'intermédiaire du palier sphérique 110. Les nervures 130 entourent au-dessous le socle 144 qui monte verticalement depuis le point de rencontre des nervures 130 pour supporter 30 le palier sphérique 110 sur lequel repose la plate-forme d'instruments 108. Le socle se présente sous la forme d'un montant dans ce mode de réalisation, mais d'autres structures de socle peuvent être utilisées dans d'autres modes de réalisation. Le terme « socle » utilisé ici ne nécessite pas que le socle s’étende vers le haut depuis une structure de base. Par exemple, le socle peut comprendre au moins un bras qui s'étend au moins partiellement horizontalement ou angulairement. Le socle peut être n'importe quelle structure appropriée pour supporter le palier sphérique et la plateforme d’instruments.
Collectivement, la pluralité de nervures 130 forment une cavité destinée à recevoir à l'intérieur partiellement la plate-forme d'instruments 108 et à permettre à la plate-forme d'instruments 108 de tourner autour de palier sphérique 110 sans entrer en collision avec les côtés de la cavité, comme c'est mieux représenté sur la figure IB. Dans cet exemple, les nervures 130 sont structurellement supportées par des panneaux optionnels 131,
La plate-forme d'instruments 108 de cet exemple est rigide et contient une pluralité de capteurs de composantes vectorielles 146. La plate-forme d'instruments 108 peut être « rigide » en ce que le bruit de mouvement associé à des déformations de la plate-forme d'instruments 108 est faible par rapport à d'autres bruits de mouvement. Les capteurs 146 peuvent être des capteurs de composantes vectorielles électromagnétiques (EM). Dans certains modes de réalisation, les capteurs 146 peuvent comprendre trois capteurs ou plus. Par exemple, les capteurs de composantes vectorielles 146 peuvent inclure trois capteurs de composantes vectorielles orientés indépendamment. Certains modes de réalisation peuvent inclure quatre capteurs ou plus. Les modes de réalisation ne sont pas limités â un nombre ou à un agencement particulier de capteurs de composantes vectorielles, La plate-forme d'instruments 108 est lestée de manière à ce que son centre de gravité se situe au-dessous de son centre de rotation autour du palier sphérique.
Dans un autre mode de réalisation, le palier sphérique 5 peut être fixé directement au porteur 101 ou supporté directement par celui-ci. Dans certains modes de réalisation, l'ensemble de base peut faire partie du porteur ou être incorporé dans celui-ci. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le palier sphérique peut être monté sur le 10 porteur, une partie du porteur servant ainsi d’ensemble de base.
Dans certains modes de réalisation, le support du palier sphérique 110 à l'intérieur du porteur peut comprendre des 15 caractéristiques décrites dans la demande de brevet US η»2011/0175δ04 (Polzer et al.).
Dans certains modes de réalisation, la liaison entre le porteur 101 et l'ensemble de base 106 n'est pas un système 20 d’isolation à câble. Dans certains modes de réalisation, la liaison peut comprendre l’amortissement pneumatique de vibrations et des systèmes associés décrits par Polrer et al, dans la demande de brevet US n.°2013/0200248 (Al) dont le contenu est incorporé ici en référence. L’air comprime peut 25 être fourni par une pompe d'alimentation en air montée sur un câble de remorquage et introduit dans le porteur par un tube d’alimentation en air monté sur le câble de remorquage.
Le porteur 101 peut être stabilisé pour le remorquage 30 aérien par la configuration de la distribution de poids de telle sorte que le poids du porteur et de son contenu audessous de l'axe 121 est supérieur au poids situé au-dessus.
Lorsque le porteur 101 est. soulevé par un aéronef, le poids est supporté par ses essieux 122a et 122b, La coque de porteur 102 peut pivoter su l'axe 121 et ne peut pas appliquer de couple aux systèmes internes, ce qui peut maintenir leur orientation â peu verticale. Lorsque l'aéronef commence à avancer, le flux d'air auteur de la coque de porteur 102 peut entraîner la rotation de la coque de porteur autour de l’essieu horizontal 121. Du fait que la coque de porteur est reliée de manière pivotante aux essieux 122a et 122b, une telle rotation peut être sensiblement découplée du cadre de remorquage 104 et donc de la plate-forme d'instruments 108 qu'il supporte.
La figure IC est une vue éclatée en coupe transversale de l'ensemble de base 106, du palier à air sphérique 110 et de la plate-forme d'instruments 108 isolément selon certains modes de réalisation. La couronne 126 représenté sur la figure 1A est représenté corne transparent à l'aide de lignes en pointillés sur la figure IC, de sorte que le palier sphérique 110 soit visible. La plate-forme d'instruments 108 de cet exemple comporte une partie inférieure 152 qui comprend un cône creux (qui peut être tronqué) 157 pourvu d'un sommet intérieur supérieur 153 qui est engagé avec le palier à air sphérique 110 et supporté par celui-ci. La plate-forme d'instruments 108 comporte également une partie supérieure 154 qui comprend une partie ou tige cylindrique 159 qui s'étend vers le haut depuis le cône 157. au-dessus du sommet 153 et jusque dans la cavité hémisphérique tournée vers le bas et formée par le cadre de remorquage 104 (représenté sur les figures 1A et IB). L'axe principal 156 de la plate-forme d'instruments s'étend a travers le cône 157 et la tige 159. Le palier sphérique 110 fournit un faible frottement, ou une rotation pratiquement sans frottement, de l'axs principal 156 de la plate-forme d'instruments, désignée par « rotation de pivotement » ou « roulis et tangage » ainsi que la rotation de la plate-forme sur son axe principal 156 qui est désigné par « rotation » ou « lacet » . Le pallier sphérique 110 constitue l'unique accouplement mécanique entre l’ensemble de base 106 et la plate-forme d’instruments 108 dans certains modes de réalisation.
L’ensemble de base 106 comprend une partie de base principale 1.55 (comprenant las nervures 130, la base 128 et la couronne 126) et le socle 144 sous la forme d'un montant solidement fixé à la partie de base principale 155 et s'étendant vers le haut depuis celle-ci. Les nervures 130 de l'ensemble de base 106 sont dimensionnées et inclinées pour permettre une plage de roulis et de tangage de 10 à 30 degrés de la plate-forme d'instruments 108 sur le palier à air sphérique 110.
Les modes de réalisation ne sont pas limités à l’exemple de structure spécifique de 1*ensemble de base 106 représenté sur les figures IA et IB. Par exemple, dans un autre mode de réalisation, l’ensemble de base peut simplement comprendre un bloc portant un socle destiné à supporter un palier sphérique et une plate-forme d’instruments. Toute structure appropriée pour supporter le palier sphérique et la plate-forme d'instruments peut être utilisée.
Le palier sphérique 110 de ce mode de réalisation comprend une partie arrondie saillant 158 fixée à la plateforme d’instruments 108 et un siège 160 fixé au socle 144. La partie saillante 158 s'accouple avec le siège 160 pour permettre un faible frottement ou uns rotation pratiquement sans frottement.
Le système de redressement facultatif 650 (discuté plus en détail ci-dessous en référence à la figure 50 est également représente sur la plate-forme O instruments 108 sur 5 la figure IB.·
La baie électronique blindée 170, qui peut loger un accéléromètre 164 à trois composants de haute précision ou des composants électriquement bruyants dans certains modes de 10 réalisation, est également représentée sur la figure IC,
La | figure 1D | est | une vue | en | perspective | du | porteur | 101 |
et du | câble 103. | Le | porteur | 101 | est | suspendu | de part | et |
d’autre | au câble | de | remorquage | 103 | qui | est | attaché | à |
l'aéronef (non représenté). Le câble de remorquage 103 peut être divisé pour former une paire de câbles de remorquage ayant la forme d'un « Y inversé dont les branches jumelles du « Y » inversé sont fixées aux côtés opposés du porteur 101. Dans ce mode de réalisation, les extrémités du câble de 20 remorquage 103 sont fixées à des bras de remorquage rigides
125, qui transfèrent de manière fixe des forces de support au cadre de remorquage 104 (représenté sur les figures 1A et 1B) et à la coque de porteur 102 par l'intermédiaire des essieux 122a et 122b. Dans d’autres modes de réalisation, le câble de 25 remorquage 103 peut être fixé directement au cadre de remorquage et à la coque de porteur ou supporter ceux-ci d’une autre manière. Tout procédé approprié pour relier le porteur 101 à un véhicule peut être utilisé.
Les pieds de support au sol ISO supportent le poids du porteur lorsque celui-ci est posé sur le sol. Lorsque le porteur est au sol, le câble de remorquage 103 est lâche et peut reposer au sol. La figure IB illustre la configuration du câble de remorquage dans un cas où le porteur peut être suspendu dans l'air et soutenu par les câbles de remorquage;
Dans l'appareil 100 représenté sur les figures LA à 1D,
S le centre de rotation fourni par le palier sphérique 110 est situé au-dessus du centre de gravité de la plate-forme d'instruments 108, de sorte que la plate-forme d'instruments est lestée.
La figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant un agencement de support structurel de l'appareil 100 des figures IA à 1D. Les flèches 202a â 202f sur la figure 2 indiquent la direction des forces de support. Le porteur 101f qui comprend la coque de porteur 102 et le cadre de remorquage 104 représenté sur la figure IA, peut être remorqué depuis un véhicule (non représenté) par le biais d'un câble de remorquage 103. Le porteur 101 supporte a l’intérieur l'ensemble de base 106 par le biais d’uns liaison 105. Plus précisément, dans l’exemple des figures IA à 1D, le cadre de remorquage 104 du porteur 101 supporte l'ensemble de base par le biais de la liaison 105. Dans l'appareil 100 représenté sur les figures IA à 1D, la liaison 105 comprend le système d'isolation a câble 123 représenté sur la figure IB. Cependant, d’autres systèmes de liaison peuvent être utilisés. L'ensemble de base 106 supporte le palier sphérique 110, qui supporte à son tour la plate-forme d'instruments 108 lestée.
Dans certains modes de réalisation (tels que les 30 systèmes de mesure de gravité), l'ensemble de base peut comprendre une plate-forme â mouvement compensée sur trois axes. Par exemple, de tels systèmes peuvent être montés dans un aéronef.
La plate-forme d’instruments 108 peut comprendre des surfaces de type grille ou treillis, feuille ou plaque, ou des combinaisons de celles-ci.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, au moins un capteur de composante vectorielle 146 est fixé à la plateforme d'instruments 108. L'au moins un capteur 146 de ce mode de réalisation comporte au moins un capteur EM de composantes vectorielles. Les capteurs EM peuvent être ou non des capteurs EM de type â. mesure de gradients. Bien que les exemples décrits ici se rapportent à des capteurs EM, il faut avoir à l'esprit que les modes de réalisation ne sont pas limités à une utilisation avec des capteurs EM, et d'autres types de capteurs de composantes vectorielles peuvent être montés sur une plate-forme d'instruments dans d’autres modes de réalisation. Dans d’autres modes de réalisation, les capteurs 146 peuvent inclure au moins un capteur de gravité, qui peuvent également ou non être des capteurs de gravité de type à mesure de gradients. D'autres types de capteurs de composantes vectorielles a mesure de gradients peuvent également être utilisés. Les modes de réalisation ne se limitent pas à l'acquisition d’un type de données particulier.
Les modes de réalisation ne sent pas limités à l’exemple de structure particulière représentée sur les figures IA à IC. Par- exemple, la plate-forme d'instruments peut prendre différentes formes. Dans certains modes de réalisation, la plate·- forme d'instruments est sensiblement oblique. Par exemple, la plate-forme d'instruments peut être approximativement en forme de disque. Si elles sont obliques, les parties distales de la plate-forme d'instruments peuvent s’étendre latéralement depuis le palier sphérique. Dans d'autres modes de réalisation, la plate-forme d'instruments est sensiblement allongée. Dans ce cas, les parties distales de la plate-forme d’instruments peuvent se situer sensiblement au-dessus et au-dessous du palier sphérique.
La plate-forme d'instruments peut comprendre une structure destinée au montage d'au moins un capteur EM utilisé pour acquérir des données de prospection EM, et peuvent supporter les composants électroniques et les 10 capteurs auxiliaires nécessaires à l'acquisition et au traitement ultérieur des données, Dans certains modes de réalisation, la plate-forme d'instruments est rigide. La plate-forme d’instruments peut avoir un moment d'inertie élevé. Le palier sphérique peut être le seul point de contact 15 entre l'ensemble de base et la plate-forme d'instruments. La plate-forme d'instruments tourne sur le palier sphérique autour d'un seul point, à savoir un « centre de rotation ».
Des données de capteur EM peuvent être acquises en 20 continu à condition que les limites du« mouvement angulaire de la plate-forme d'instruments autour du palier sphérique ne soient pas atteintes. De cette manière, l'au moins un capteur EM monté sur la plate-forme d'instruments peut être sensiblement découplé du mouvement vibratoire du porteur, 25 lequel peut tanguer et rouler autour de lui.
La figure 3 est un schéma de principe d'une vue de côté d'un exemple de plate-forme d’instruments 300 selon certains modes de réalisation. Le profil rectangulaire représenté sur 30 la figure 3 n'est pas censé être nécessairement représentatif de la forme réelle de la plate-forme d'instruments 300. La figure 3 est simplement destinée à illustrer la nature lestée de la plate-forme d'instruments 300. Par exemple, la plateforme d'instruments 300 de structure et la forme de la la figure 3 peut avoir la plate-forme d’instruments 108 représentée sur les figures IA â IC.
La plate-forme d'instruments 300 possède un centre de gravité 304 et un centre de rotation 306. Le centre de rotation 306 est le point sur lequel la plate-forme d'instrument 300 tourne autour d’un palier sphérique (tel que le palier sphérique 110 sur la. figure IC) lorsqu'il est monté» La figure 3 montre la relation entre le centre de la gravité 304 et le centre de rotation 305 de la plate-forme d'instruments
300. Plus précisément, la plate-forme di instruments
300 est lestée. Dans la plate-forme d'instruments
300 lestée, le centre de gravité
304 est disposé au-dessous du centre de rotation
306, le support étant fourni par le palier sphérique (non représente;
. Un axe principal 308 de la plate-forme d'instruments 300 peut être défini comme étant l'axe qui passe par le centre de rotation 306 et le centre de gravite 304. Selon certains modes de réalisation, la plate-forme d'instruments 300 comprend une partie supérieure 310, située au-dessus du centre de rotation 306 et une partie inférieure 312 située au-dessous du centre de rotation 306.
La vue schématique de la figure 3 n'est, pas censée représenter· la forme réelle de la plate-forme d'instruments 300, mais plutôt illustrer la relation entre le centre de gravité 304 et le centre de rotation 306. La forme réelle de la plate-forme d'instruments 300 peut varier. La partie supérieure 310 peut, par exemple, se présenter sous la forme d'une tige et la partie inférieure peut être généralement conique. D'autres formes (aplaties, allongées, etc.) sont également possibles. Le lestage de la plate-forme d'instruments peut être réalisé de différentes manières. Par exemple, les dimensions, les matériaux et la forme des parties inférieure et supérieure 312 et 310 peuvent être conçus pour réaliser le lestage. Par exemple, par rapport à 5 une plate-forme d'instruments à masse centrée (le centre de gravité et le centre de rotation sont confondus), la partie inferieure 312 de la plate-forme d'instruments 300 peut être plus grande, constituée d'un matériau plus lourd, plus épaisse ou sinon lestée de manière à ce que la plate-forme 10 d’instruments 300 ait un centre de gravité abaissé. Les modes de réalisation ne se limitent pas à un procédé particulier de lestage de la plate-forme d'instruments.
La plate-forme d’instruments 300 peut être équilibrée 15 avec son axe principal 3 OS vertical quand il est en mouvement.
Les forces agissant sur la plate-forme d'instruments 300 lestée peuvent générer un couple de déséquilibre puisque le 20 centre de gravité 304 est décalé par rapport au centre de rotation 30S. Le couple de déséquilibre peut comprendre un couple de redressement gravitationnel ainsi que des « couples de mouvement » résultant des vibrations du palier sphérique causées par les mouvements du porteur. Le bruit de mouvement 25 oscillant peut résulter du mouvement périodique de la plateforme d’instruments cause par le couple de redressement gravitationnel. Un bruit de mouvement oscillant peut résulter d'accélérations du palier sphérique causées par les vibrations du porteur. Lorsque ces accélérations sont 30 perpendiculaires à l’axe principal 308. un couple peut agir sur la plate-forme d'instruments 300, entraînant sa rotation et induisant un mouvement angulaire. Collectivement, le bruit de mouvement oscillant et le bruit de mouvement d'oscillation sont appelés bruit de déséquilibre. Bien que la le lestage puisse provoquer un bruit de déséquilibre, une quantité importante de bruit de déséquilibre peut être supprimée des données EM ou peut avoir une amplitude si faible qu’elle est sans conséquence,
Lorsque la plate-forme d'instruments 300 est dans une position verticale avec son centre de gravité 304 directement au-dessous du centre de rotation 306, les forces gravitationnelles agiront par le biais du centre de rotation et le couple de redressement gravitationnel sera, absent.
Lorsque la plate-forme d'instrument bascule, le couple de redressement gravitationnelle peut s'opposer â son mouvement de rotation lorsqu'elle bascule ou pivote pour s'écarter de la position verticale. Le couple de redressement gravitationnel peut empêcher ou retarder la plate-forme d'instruments d'atteindre les limites de sa plage de rotation autour du centre de rotation.
Le lestage peut prolonger les temps d’acquisition audelà de ce qui peut être obtenu à partir d'une plateforme d'instruments à équilibrage central, éventuellement sans attaches, actionneurs ou autres systèmes de commande d'orientation active, et le bruit, que ces systèmes peuvent causer
Les caractéristiques du bruit de mouvement oscillant et du bruit de mouvement d'oscillation peuvent être prédites à partir des propriétés d'inertie de la plate-forme d'instruments 300. La plate-forme d'instruments 300 peut être caractérisée par des moments d'inertie, Ih et Iz autour de l'axe horizontal et de l'axe principal (ou vertical) 308, une masse m et une distance, L, entre le centre de gravité 304 et le centre de rotation 306 autour duquel elle tourne. Le centre de gravité étant situé au-dessous du centre de rotation, la plate-forme d'instruments peut pendre librement sur le palier sphérique avec une fréquence propre F ~ 1/(2xPi}xV((raxgxL)/lh). Si le degré de déséquilibre (mxL) est suffisamment bas et si le moment d'inertie Ih est élevé, la fréquence naturelle de son bruit de mouvement oscillant peut être bien inférieure à la bande d'acquisition des capteurs EM. Ainsi, la plate-forme d'instruments peut être conçue pour avoir une fréquence d'oscillation qui supprime le bruit de mouvement dans une bande d'acquisition de l'au moins un capteur de composante vectorielle sur la plate-forme d'instruments. Dans ce contexte, le verbe « supprimer » ne signifie pas que le bruit de mouvement est nécessairement éliminé ou négligeable, mais plutôt que le bruit de mouvement de la plate-forme lestée est réduit ou abaissé par la plateforme lestée.
Les figures 4A et 4B sont respectivement des graphiques 400 et 410 qui montrent comment un bruit d'oscillation peut être créé et comment il peut se manifester. Pour les accélérations harmoniques d’amplitude aO perpendiculaires à l'axe principal (par exemple, l'axe principal 3 OS sur la figure 3) et la fréquence f, la dépendance temporelle peut être spécifiée par aOxsin(2xPixfxt). Le bruit d'oscillation harmonique peut être donné par la multiplication de l'accélération a0 et la fonction de transfert de bruit d'oscillation W peut être écrite sous la forme W-aOxWt où Wt=mxL/ (4xlhxPiA2xf A2) . Le graphique 400 de la figure 4A montre que le bruit d'oscillation est le produit de l'accélération et de la fonction de transfert de bruit d'oscillation. La forme d'un spectre d'accélération typique d'un porteur aérien est montrée. Le bruit d'oscillation représenté sur la figure 4Ά a une décroissance nettement plus rapide avec une fréquence croissante par rapport â l'accélération elle-même.
Le graphique 410 de la figure 4B montre comment le bruit d'oscillation et le bruit de mouvement oscillant peuvent affecter les données EM mesurées. Les données EM sont souhaitées dans une bande de mesure particulière qui est représentée en gris clair. Même dans un environnement stationnaire et sans vibrations, le système EM a un bruit de fond causé par l'électronique et d’autres sources. Ce bruit de fond est généralement modérément à droite sur un tracé log-log, comme c'est indiqué par la ligne en pointillés. La fréquence du mouvement oscillant peut être sélectionnée pour que le bruit de mouvement oscillant (ligne en pointillés) soit bien inférieur au bruit de fond dans la bande de mesure. Le bruit de d'oscillation (ligne en pointillés) a une pente beaucoup plus raide que le bruit de fond du système, avec un croisement au niveau de la « fréquence de coupure de bruit, d'oscillation » (ligne verticale continue). Pour les fréquences supérieures à cette fréquence de coupure, le bruit de mesure peut être dominé par le bruit du système et le bruit d'oscillation peut ne pas contribuer de manière significative. Si la fréquence de coupure est supérieure à la limite inférieure de la bande de mesure, il existera entre les deux une bande de signal dans laquelle le signal est pollué par du bruit d'oscillation. Lorsqu'un tel bruit d'oscillation est présent dans la bande, on peut prédire en mesurant les accélérations du palier sphérique. Le bruit dfoscillation prédit peut ensuite être soustrait ou sinon éliminé des données mesurées pour obtenir une estimation améliorée des données EM sans bruit d'oscillation.
En pratique, les capteurs EM peuvent avoir une sensibilité à des signaux ayant des fréquences inférieures à leur bande de mesure. Dans de tels cas, un bruit de déséquilibre de basse fréquence peut être superposé au signal auquel un capteur EM est sensible. Par exemple, les données acquises pendant des périodes plus longues que la période 10 naturelle du mouvement oscillant de la plate-forme d'instruments peuvent contenir un signal sinusoïdal variant lentement, généré par le changement d'orientation des capteurs EM dans le champ magnétique terrestre. Le bruit à basse fréquence peut être séparé du signal dans la bande par 15 un certain nombre de techniques. Par exemple, un tel bruit à basse fréquence peut être éliminé par des techniques de compensation telles que décrites par West et al dans le document WO2014/14S184 (Al). Des procédés de filtrage connus dans l'état de la technique peuvent également être utilisés 20 pour séparer le bruit à basse fréquence hors-bande du signal EM dans la bande.
Les caractéristiques suivantes peuvent garantir 1'acquisition de données électromagnétiques de bonne qualité 25 ayant un faible bruit de déséquilibre :
i. l'amplitude du bruit de mouvement oscillant est suffisamment faible pour être adaptée à la dynamique du capteur EM, il. la fréquence du bruit de mouvement oscillant est 30 suffisamment basse pour être située en dehors de la bande d'acquisition souhaitée, ce gui permet d’éliminer par filtrage le bruit de déséquilibre causé par le mouvement oscillant, iii. les signaux de bruits d'oscillation causés par les couples sur la plate-forme d'instruments lestée pouvant être induits par les accélérations latérales du palier sphérique sont faibles et acceptables, et iv. les signaux de bruit d'oscillation peuvent être calculés et soustraits du signal du capteur EM.
En référence à nouveau â la figure 2, le bruit d'oscillation peut être davantage diminué si la liaison 105 qui relie l'ensemble de base 106 au porteur 101 comprend des composants amortisseurs de vibrations tels que des élingues, des câbles, des amortisseurs, des ressorts ou des éléments pneumatiques. Une telle liaison à amortissement de vibrations 105 peut réduire les vibrations transmises par le porteur 101 et atténuer les vibrations du palier sphérique 110. De cette manière, les couples de mouvement agissant sur la plate-forme d'instruments 108 peuvent être réduits, le bruit de déséquilibre étant ainsi réduit en conséquence. La liaison d'amortissement de vibrations 206 peut avoir pour fonction d'atténuer le spectre d'accélération représenté sur la figure 4A, réduisant ainsi le bruit d'oscillation. En plus de réduire le bruit dans une mesure EM, une réduction du bruit d'oscillation abaisserait alors avantageusement la fréquence de coupure du bruit d'oscillation illustrée à la figure 4B.
Le bruit de déséquilibre résulte du décalage entre le centre de gravité et le centre de rotation fourni par le palier sphérique. Une fonction du palier sphérique 110 selon certains modes de réalisation est de transférer le poids de la plate-forme d'instruments 108 à l'ensemble de base 106, tout en permettant une rotation â faible frottement ou sensiblement sans frottement de la plate-forme d'instruments dans n'importe quelle direction angulaire. Le terme sphérique ne vise pas a décrire ni à limiter la forme du palier, mais décrit la plage de mouvements angulaires pouvant être atteinte par le palier. Des paliers de forme sphérique, tels que des paliers à air sphériques, ou des pointes vives ou petites et arrondies, peuvent atteindre la plage de mouvement de rotation souhaitée. Le palier sphérique fournit à la plate-forme d’instruments un seul centre de rotation. Le palier sphérique peut découpler en rotation le mouvement de l’ensemble de base de la plate-forme d’instruments autour de trois axes indépendants. Un palier sphérique peut permettre une rotation illimitée autour de l’axe principal de la plateforme d’instruments 108, tout en permettant également une rotation avec un angle d’inclinaison limité autour d’axes orthogonaux aux axes principaux, en fonction de la disposition angulaire et des contraintes de la plate-forme d’instruments du palier sphérique lui-même.
Les figures SA à 5Ώ illustrent quatre exemples de configurations possibles pour les paliers sphériques qui peuvent être utilisés comme paliers sphériques 110 dans l’appareil 100 des figures IA à 1D.
La figure 5A est une vue en coupe latérale d’un palier à air sphérique 500a selon un mode de réalisation. Le palier sphérique 500a comprend une première partie 502a et une deuxième partie 504a. La première partie 502a peut être fixée à l’ensemble de base (tel que le socle 144 de l’ensemble de base 106 sur la figure IC). La deuxième partie 504a peut être fixée à la plate-forme d’instruments (telle que la plateforme d’instruments 108 ou 300 sur les figures IA à 1C et 3). La première partie 502a comprend un siège 506a dans ce mode de réalisation. La deuxième partie 504a comprend une partie saillante 508a qui s’accouple au siège 506a. Le siège 506a dans ce mode de réalisation est un siège sphérique concave et la partie saillante 508a est sphérique et s’adapte dans le siège sphérique concave 506a. Les flèches 510a indique le sens ascendant du flux d'air de l'ensemble de base jusque dans le palier à air sphérique 500a. La partie saillante sphérique 508a peut tourner à l'intérieur du. siège sphérique conforme 506a, séparé de celui-ci par un coussin d'air. Ce type de palier à air sphérique peut être préféré pour supporter la masse d'une plate-forme d'instruments. Cependant, les modes de réalisation ne sont pas limités à un type de palier particulier.
La figure SB est une vue en coupe latérale d'un palier à air sphérique 500b selon un autre mode de réalisation. Le palier sphérique 500b comprend une première partie 502b et une deuxième partie 504b. La première partie 502b peut être fixée à la plateforme d'instruments (telle que la plateforme d'instruments 108 ou 300 sur les figures IA â IC et 3). Ce palier à air sphérique 500b est structurellement similaire au palier sphérique 500a de la. figure SA, mais inversé verticalement. Les flèches 510b indiquant le sens ascendant du flux d'air de l'ensemble de base jusque dans le palier à air sphérique 500b.
La figure 5C est une vue en coupe latérale d'un palier sphérique 500c selon un autre mode de réalisation. Le palier sphérique 500C comprend une première partie 502c pouvant être fixée à un ensemble de base et une deuxième partie 5 04c pouvant être fixée a une plate-forme dfinstruments. Dans ce mode de réalisation, la première partie 502c comprend un siège d'enclume 506c. La deuxième partie S04c comprend une partie saillante rigide en forme de points 508c qui s'accouple au siège d’enclume 506c. La partie saillante en forme de pointe 508c peut rouler dans le siège d'enclume 506e..
La figure 5D est une vue en coupe latérale d'un palier sphérique 50Od selon un autre mode de réalisation. Le palier 5 sphérique 500d comprend une première partie 502d pouvant être fixée à. une plate-forme d’instruments et une deuxième partie 504d pouvant être fixée à un ensemble de base. Ce palier sphérique 500d est structurellement similaire au palier sphérique 500c de la figure SC, mais inversé verticalement.
Les exemples des figures SC et 51) peuvent être utilisés, par exemple, avec des plates-formes d’instruments plus petites et plus légères, telles qu'une plate-forme d'instruments comportant au moins un capteur MEMS. Cependant, les exemples des figures 5C et 5D ne sont pas limités à de telles utilisations.
L'homme du métier aura à l'esprit que les cas illustrés sur les figures SA à 5D sont donnés à titre d'exemple et ne sont pas limitatifs et que de nombreuses configurations de 20 paliers sphériques qui produisent un effet similaire tout en permettant la plage requise de mouvements de rotation à frottement réduit ou presque sans frottement sont possibles.
Certains aspects de la divulgation peuvent être utilisés pour acquérir des données électromagnétiques ou d’autres données de prospection auprès d'un porteur en mouvement, la plate-forme d'instruments peut être verrouillée ou fixée au porteur ou à l'ensemble de hase peur le transport ou. le convoyage vers un lieu de prospection. En conséquence, certains modes de réalisation peuvent comprendre un système de verrouillage destiné â maintenir la plate-forme d'instruments dans une position fixe par rapport à l'ensemble de base lors de son transport. Lorsque les données de prospection doivent être acquises, la plate-forme d'instruments peut être libérée ou déverrouillée pour tourner indépendamment du porteur. Lorsque la plate-forme est libérée, elle peut conserver la vitesse angulaire qu'elle a 5 acquise au cours de son état verrouillé ou attaché. Dans de tels cas, la plate-forme d'instruments doit être redressée de sorte que son axe principal soit sensiblement vertical et disposée avec une vitesse, angulaire faible ou nulle.
Certains modes de réalisation peuvent également comprendre un système de redressement destiné à ajuster
1'orientation et la vitesse angulaire de la plate-forme d'instruments.
Lorsque l'acquisition des peut être avantageux de disposer la plate-forme d'instruments données commence, il (par exemple, la plate-forme d'instruments 108 et 300 des figures IA à IC et 3) avec une orientation telle que son axe principal (par exemple, l'axe 308 sur la figure 3} soit sensiblement vertical, cela peut permettre de placer la plate-forme d'instruments dans une orientation aussi éloignée 20 que possible de ses limites de mouvement angulaire, sans énergie potentielle gravitationnelle. Cela peut maximiser la duree pendant laquelle une mesure peut être acquise avant que les limites du mouvement angulaire ne soient atteintes. Il peut, également être avantageux de s'assurer que la plate25 forme d'instruments a une vitesse angulaire faible ou nulle, car cela peut également maximiser la durée pendant laquelle une mesure peut être acquise avant que les limites du mouvement angulaire ne soient atteintes. Lorsque le système de redressement ajuste la plate-forme d'instruments avec une vitesse angulaire faible ou nulle et un axe principal sensiblement vertical, les données EM ou d'autres données de prospection en composantes vectorielles peuvent être acquises avec un bruit de mouvement minimal pendant une durée maximale.
Le système de redressement peut être disposé sur la 5 plate-forme d'instruments, et peut comporter des propulseurs ou une masse mobile qui peut régler le couple de gravitation agissant sur la plate-forme. Le système de redressement peut disposer la plate-forme d'instruments dans une position sensiblement verticale avec une vitesse angulaire sensiblement nulle. Un système de redressement peut également être utilisé de façon intermittente pour redresser la plateforme d'instruments si un mouvement angulaire d'inclinaison limité est atteint. Un système de redressement peut également freiner la rotation de la plate-forme d’instruments afin de 15 réduire sa vitesse angulaire.
Comme indiqué précédemment, étant donné que la plateforme d'instruments peut être montée sur un palier sphérique avec son centre de gravité décalé par rapport au centre de 20 rotation, des vibrations du palier sphérique peuvent générer un couple sur la plate··forme df instruments. Ce couple peut entraîner la rotation de la plate-forme d'instruments et ces rotations peuvent générer un bruit d'oscillation. Connaissant les accélérations du palier sphérique et les propriétés 25 d'inertie de la plate-forme d'instruments, on peut calculer les rotations et donc le bruit d'oscillation. Le bruit d'oscillation peut ensuite être soustrait des données EM mesurées pour produire des données EM corrigées des effets de bruit d'oscillation.
La figure 6A est une vue en perspective d'un exemple de système de redressement 600 selon certains modes de réalisation. Le système de redressement 600 est représenté sur un chapeau 602 en forme de disque qui. comprend le côté supérieur de la partie supérieure cylindrique de la plateforme d'instruments (par exemple, la tige 159 de la partie supérieure 154 de la plate-forme d'instruments 108 sur la figure 1C) . Le système de redressement 600 dans cet exemple comprend des premier, deuxième et troisième ensembles de masse mobile 604a, 604b et 604c. Plus ou moins d'ensembles de masse mobile peuvent être utilisé dans d’autres modes de réalisation. Chaque ensemble de masse mobile 604a, 604b et 604c comprend un moteur linéaire respectif 611, une piste 612 et une masse 613. Dans cet exemple de réalisation, le chapeau supérieur 602 comprend une baie électronique optionnelle 616 et un capot d'accès 614 qui s'adapte par-dessus la baie d'électronique 616. Les premier et deuxième ensembles de masses mobiles 604a et 604b sont conçus pour déplacer leurs masses 613 dans les directions généralement horizontales x et y, de manière a. ajuster les couples de redressement dans les directions y et x. Le troisième ensemble de masse mobile 604c permet d'ajuster le degré de lestage et donc la fréquence propre de la plate-forme d'instruments.
La figure 6B est une vue en perspective d'un autre exemple de système de redressement 650 selon certains modes de réalisation. Le système de redressement 650 de cet exemple comprend les premier, deuxième, troisième et quatrième propulseurs 654a. 654bf 654c et 654d. Plus ou moins du propulseurs mobiles peuvent être utilisés dans d'autres modes de réalisation. Les propulseurs 654a, 654b, 654c et 654d de cet exemple sont des ventilateurs réversibles. Les propulseurs 654a, 654b, 654c et 654d de ce mode de réalisation sont montés sur un chapeau 652 en forme de disque qui comprend la face supérieure de la. partie supérieure cylindrique de la plate-forme d'instruments (par exemple la tige 159 de la partie supérieure 154 de la plate-forme df instruments 108 de la figure IC) . Dans ce mode de réalisation, des premier et deuxième ventilateurs réversibles 654a et 654b sont disposés de manière à appliquer un couple 5 sur un axe de rotation horizontal respectif par le biais du palier sphérique. Des troisième et quatrième ventilateurs réversibles 654c et 654d sont disposés de manière à appliquer un couple par le biais du palier sphérique sur l’axe principal de la plate-forme d'instruments (par exemple l'axe .0 308, illustré sur la figure 3). Dans cet exemple de réalisation, le chapeau supérieur 602 comprend une baie électronique facultative 665 et un capot d'accès 664 qui s'adapte sur la baie électronique 665..
.5 Dans certains modes de réalisation, les accélérations du palier sphérique sont mesurées par au moins un accéléromêtre.
Par exemple, une accélération peut être mesurée par un accéléromêtre 164 à trois composants de haute précision représenté sur la figure IC. L'au moins un accéléromêtre peut :0 être disposé sur la plate-forme d’instruments (par exemple,
la plate-forme d'instruments | 108 | des | figures IA à | IC) à | ||||
proximité | du | palier | sphérique | (par | exemple, | le | palier | |
sphérique | 110 | sur les | figures | IA | à IC) | de sorte | que | toutes |
les force | de | rotation | centripètes | ou de | Coriolis | qu'il peut | ||
mesurer | en | raison | de la | rotation | de la | plate | -forme | |
d'instruments | autour du palier | sphérique, sont mineures. Une |
relation mathématique directe, telle qu'une fonction de transfert ht peut être trouvée entre les données d'accélération d'entrée, mesurées par 1’accéléromêtre à trois 30 composants, et le mouvement angulaire de la plate-forme d'instruments entraîné par les couples résultants. La fonction de transfert Nt peut avoir la forme
Wt^mxL/(4X1hXPiA2xfA2).
D’autres relations mathématiques entre l'accélération angulaire et le mouvement, telles qu'un réseau de neurones, une logique floue, des tables de consultation, un filtrage prédictif, la méthode des moindres carrés ou d'autres procédés d'ajustement de modèle sont connus et peuvent également être mises en œuvre dans certains modes de réalisation.
Un magnétomètre d’induction à composante vectorielle, des gyroscopes, un GPS et d'autres dispositifs connexes peuvent être déployés sur la plate-forme d'instruments. Ces .Instruments peuvent mesurer le champ magnétique statique de la Terre dans le cadre de la plateforme d'instruments et peuvent détecter 1'orientation, le mouvement et l’emplacement de la plateforme d'instruments dans le cadre de la Terre. Les données de capteur peuvent être enregistrées sur un dispositif de commande situé sur la plate-forme d'instruments ou transférées sans fil vers un dispositif de commande ou un enregistreur de données situé à proximité de la plate-forme d'instruments, par exemple dans le porteur. Les entrées de ces instruments et capteurs peuvent également être utilisées pour commander le fonctionnement des systèmes de verrouillage et/ou de redressement.
Certains modes de réalisation comprennent ou se connectent à un système d’air comprimé pour fournir l’air comprimé à au moins un composant pneumatique. Comme cela a été mentionné ci-dessus, le palier sphérique peut être un palier à air et le système à air comprimé peut fournir de l'air au palier. La liaison entre le porteur et 1'ensemble de base peut également comprendre des éléments pneumatiques de sunoression de vibrations qui reçoivent de l’air comprimé provenant du système à. air comprimé. D'autres éléments pneumatiques peuvent également être inclus. Le système à air comprimé peut comprendre une pompe à air ou des réservoirs cl' alimentation en air, des conduites d'alimentation en air, des vannes, des régulateurs et des accumulateurs ou des réservoirs tampons. Les modes de réalisation ne sont pas limités à un agencement particulier de système à air comprimé, et certains modes de réalisation peuvent fonctionner sans système â. air comprimé.
Dans certains modes de réalisation, l'appareil (comprenant au moins l'ensemble de base, le palier sphérique, la plate--forme d'instruments supporté aériennes.
« sonde » dans
Le un porteur porteur peut remorquée hélicoptère, au moyen pouvant aller de 30 conçu pour être un « des prospections oiseau » ou une par un aéronef, d'un câble de remorquage d’une longueur à 30 mètres. Le porteur peut être pour minimiser la résistance à la traînée à des généralement un conforme vitesses de remorquage de 25 à 30 mètres/seconde. L’oiseau remorqué peut contenir une cavité dans laquelle l'ensemble de base, le palier sphérique et la plate-forme d'instruments décrits ici peuvent être installés.
La figure 7 est une vue schématique en coupe d'un appareil 700 destiné â l'acquisition de données selon certains modes de réalisation. L'appareil 700 comprend un ensemble de base 702, un palier sphérique 704 et une plateforme d'instruments 705. Le palier sphérique 704 est monté sur l'ensemble de base 702 et la plate-forme d'instruments
706 est montée sur le palier sphérique 704 et supportée par celui-ci. Le palier sphérique 704 permet une rotation angulaire libre de la plate-forme d'instruments 706 dans une plage d’angles d'inclinaison autour du palier sphérique 704.
La plate-forme d’instruments 706 est lestée de manière similaire à la plate-forme d'instruments 300 représentée sur la figure 3 (à savoir un centre de gravité 723 de la plate5 forme d’instruments 706 est disposé au-dessous de son centre de notâtion 720} .
L'ensemble de base 702 de ce mode de réalisation comprend une partie de base principale 708 et un socle se présentant sous 10 la forme d'un montant 710 qui est solidement fixé à la partie principale de base 708 et s’étende vers le haut depuis celleci. Le montant 710 s’étend vers le haut le long de l’axe de montant 712. Le palier sphérique 704 comprend une partie siège 714 fixée au sommet du montant 710. Le palier sphérique 15 704 est un palier à air pourvu d’une partie saillante 716 fixée â la plate-forme d’instruments 706 (similaire au palier à air 500a de la figure 5A).
La plate-forme d'instruments 706 de la figure 7 est un 20 corps comprenant une partie inférieure 717 disposée généralement au-dessous de son centre de rotation 720. La partie inférieure 717 a la forme d'une jupe conique 710. tournée vers le bas, qui définit une ouverture ouverte vers le bas et comportant le palier sphérique 704 disposé à son 25 sommet 721. Le centre de gravite de la plate-forme d’instruments 706 est situé à une certaine distance audessous du sommet 721. Cette disposition de la jupe conique 718 et du montant 710 peut permettre à l’axe principal 722 de la. plate-forme d'instruments 706 de tourner sur le palier 30 sphérique 704 de manière à s'écarter de l'axe de montant 712 dans la plage d’angles d'inclinaison limite a représentée sur la figure 7. Plus précisément, l'ouverture formée par la jupe conique 718 fournit un. dégagement autour du palier sphérique et de l'ensemble de base pour conférer à la. plate-forme d'instruments une plage de rotation d'inclinaison dans la plage des angles d'inclinaison. La. rotation autorisée dans les directions orthogonales par rapport à l'axe principal 722 peut être inférieure ou égale à l'angle limite <x de la figure en fonction de l'angle d'ouverture de la jupe conique 718 et/ou de la plage de mouvement angulaire autorisée par le palier sphérique 704. Les modes de réalisation ne sont pas limités â une plage de rotation particulière.·
Dans certains modes de réalisation, un capteur gM de composantes vectorielles (tel que le capteur 146 représenté sur les figures IA à IC) est solidement fixée à la plateforme d'instruments 706 lestée. Dans un autre mode de 15 réalisation, trois capteurs EM, disposés dans des orientations de détection indépendantes, sont solidement fixés à la plate-forme d'instruments 706 lestée.
Dans certains modes de réalisation, la plate-forme 20 d'instruments décrite ici est construite à partir d'une matière composite rigide et/ou résistive.
Les figures 8 et 9 illustrent un exemple de plate-forme d'instruments 800 destiné à l'acquisition de données aérienne 25 selon un autre mode de réalisation. Sur la figure 8, la plate-forme d'instruments 800 est partiellement découpée de sorte que le socle en forme de montant 810 et le palier sphérique 804 soient visibles. La plate-forme d'instruments 800 est montée sur le montant 810 par le biais du palier 30 sphérique 804 similaire à d’autres modes de réalisation décrits ci-après. La plate-forme d1instruments 800 comprend un corps de plate-forme 806 comprenant une partie Inférieure 817 qui comprend une jupe conique 818 formant une ouverture conique ouverte vers le bas et une partie supérieure 819 gui comprend une tige cylindrique 820. Dans ce mode de réalisation, le palier sphérique 804 est un palier à sphérique comportant une partie siège 814 et une partie saillante 816. Le montant 810 peut s'étendre vers le haut depuis une partie principale d'un ensemble de base (tel que l'ensemble de base 106 sur les figures IA à IC ou la partie de base 702 sur la figure 7) . La partie saillante 816 du palier à air 814 est fixée au. sommet 821 de la jupe conique 818 et disposée vers le bas depuis celui-ci, la partie siège 814 étant fermement fixée au sommet du montant 81.0. La jupe conique 818 tournée vers le bas est disposée de manière à conférer à la plate-forme d'instruments 800 une plage de rotation d'inclinaison dans la plage d'angles d'inclinaison limite de la plate-forme d'instruments 800 et du palier sphérique 804,
Dans ce mode de réalisation, la plate-forme d'instruments 800 ressemble a un entonnoir inversé supporté par le palier à air depuis le sommet 821 de la jupe conique 818 de l’entonnoir, la tige cylindrique 820 s'étendant vers le haut depuis le sommet. Le centre de gravité de la plateforme d1instruments 800 est disposé a une certaine distance au-dessous du sommet 821 et au-dessous du centre de rotation autour du palier cylindrique (non représenté sur la figure 8} . Trois paires d'éléments de support longitudinaux 830 et 832 en forme d'ailette sont disposées autour de la circonférence de la plate-forme d'instruments lorsqu’elle est vue de dessus et rigidifient la plate-forme d’instruments le long des sections longitudinales ; dans ce mode de réalisation, les capteurs EM de composantes vectorielle (84û sont montés. Les éléments apparies 830 et 832 peuvent être fixés longitudinalement le long des côtes extérieurs de la plate-forme d'instruments 800. Des éléments de support longitudinaux supplémentaires 834 sont espacés à mi-distance entre les éléments longitudinaux appariés 830 et 832 afin de réduire les déformâtions de la plate-forme entre les capteurs EM 840. Les éléments 834 contribuent à la rigidité de la plate-forme d'instruments en maintenant des cosinus de direction relatifs stables entre les directions de détection de mesure des capteurs EM, et limitent ainsi le bruit de mouvement pouvant être associé à. des déformations de la plate-forme. Ces éléments de support 830, 832 et 834 s'étendent de l’extrémité distale 83S de la jupe conique 818 à 1'extrémité distale 836 de la tige 820. Conjointement, les éléments de support longitudinaux 830, 832 et 834 peuvent réduire la contrainte de flexion associée à la flexion de la plate-forme d'instruments autour du sommet 821. La plateforme d'instruments 800 de cet exemple comprend également des éléments de support latéraux 838 qui s'étendent horizontalement entre les éléments de support longitudinaux 830, 832 et 834. Les éléments latéraux 838 sont espacés verticalement vers le haut des côtés de la plate-forme d'instruments 800 et peuvent fournir un support latéral aux éléments longitudinaux 830. 832 et 834, Les modes de réalisation ne sont pas limités à cette forme et structure particulières de cet exemple de plate-forme d’instruments
Dans ce mode de réalisation,. la plate-forme d'instruments est rigide.
En raison de la rigidité, les bruits de mouvement dus aux mouvements angulaires des capteurs de composantes vectorielles, induits par les déformations de la plate-forme d’instruments car réagissent aux accélérations du palier à air. peuvent ils être faibles et acceptables.
Dans un mode de réalisation, la plate-forme d'instruments 800 a une masse de 75 kg et un lestage mL de 0,035 kg-m. La plate-forme d'instruments 800 peut avoir une période naturelle d'environ 1 minute et peut supporter trois capteurs EM orientés indépendamment avec une limite d'acquisition inférieure à 1 Hz. Le bruit de mouvement associé à un mouvement oscillant de 1 minute de la plateforme d’ instruments 800 peut est fonction de l'inverse du carré de la fréquence au-dessus de la limite d'acquisition de 1 Hs des capteurs EM et peut être facilement éliminé par des procédés classiques connus dans la technique, qui peuvent comprendre un filtrage passe-haut. Dans ce mode de réalisation, le bruit de mouvement du porteur peut être efficacement supprimé par les qualités d'inertie de la plateforme d'instruments 800, avec bruit de mouvement résiduel présentant une dépendance favorable de la fréquence.
La figure 10 est une vue en perspective partielle du montant 810 et du palier sphérique 804 de la figure 8. Dans cet exemple, le palier sphérique 804 est un palier à air, bien que. d'autres paliers sphériques puissent être utilisés dans d'autres modes de réalisation. La partie siège 814 est de forme sphérique concave et est fixée au sommet du montant 810, comme c'est illustré sur la figure 10. L’air comprimé peut être ventilé vers le haut par de petites perforations (non représentées), ménagées dans la partie siège 814, jusque dans un petit espace situé entre elle et la partie saillante sphérique convexe 810 (représentée sur la figure 9j . Le coussin d'air résultant qui se forme entre la partie siège 814 et la partie saillante 816 du palier à air sphérique 804 peut fournir un support à frottement qui est dans large mesure faible ou presque nul et un accouplement lors duquel la plate-forme d'instruments 800 (représentée sur la figure
9) peut tourner librement par rapport au montant 810.
Dans certains modes de réalisation, en particulier lorsque les capteurs de composantes vectorielles sont des capteurs EM, le palier à air sphérique 804 est réalisé à partir d'un métal à faible perméabilité magnétique et à conduction médiocre tel que le titane. Dans d’autres modes de réalisation, le palier à air sphérique est réalisé en 10 céramique ou en une autre matière résistive et mécaniquement acceptable. Dans d’autres modes de réalisation, tels que lorsque le capteur de composante vectorielle n'est pas un capteur EM (par exemple, un capteur de gravité), la perméabilité magnétique et la conductivité du coussinet d'air 15 peuvent avoir peu d'effet sur les données de champ mesurées.
Les modes de réalisation ne sont pas limités à une matière particulière. Si le palier sphérique 804 et la liaison {non représentée) au porteur comprennent des éléments pneumatiques, un système pneumatique commun peut être utilise 20 pour fournir de l'air au palier sphérique 800 et aux éléments pneumatiques qui comprennent la liaison.
La figure 11 est un graphique 1100 qui illustre le bruit de mouvement et le spectre géomagnétique en fonction de la 25 fréquence f pour un mode de réalisation avec une masse de 75 kg et un poids de. lest de 0,035 kg-m. Lorsque les données EM sont acquises, le spectre géomagnétique est un repère important car il représente un bruit de fond dans le cas de mesures EM â source commandée et il représente le signal 30 source dans le cas de mesures EM a source naturelle. Le spectre géomagnétique réagit généralement de manière inverse à la fréquence comprise entre 1Hz et 500Hz, tandis que le bruit d'oscillation peut réagir de manière inverse au carré de la fréquence située dans la même plage.
Le bruit de mouvement de déséquilibre d'oscillation représenté sur la figure 11 est présenté pour un signal d'accélération latérale qui est spectralement plat, à l'aide des accélérations observées dans la plage 6-15Hz, dans un mode de réalisation conçu pour la prospection électromagnétique aérienne. Le bruit de mouvement de déséquilibre d'oscillation peut être encore réduit par réglage de la réponse en fréquence de la liaison entre le porteur et l'ensemble de base pour réduire les accélérations de l'ensemble de base, ou encore par réglage de la fréquence naturelle du mouvement oscillant de la plate-forme vers le bas..
Les aspects du bruit de mouvement de déséquilibre peuvent être ajustés par modification du lestage afin de répandre à 1'objectif d'une prospection. Dans les prospections EM à champ naturel, les données EM peuvent être acquises à des fréquences supérieures à la plus faible résonance de Schumann à environ 8 Hz. Pour ces prospections, le bruit de mouvement représenté sur la figure 11 est suffisamment faible pour fournir des estimations utiles de la structure de conductivité de la Terre. Dans les prospections à source commandée, dans lesquelles l'appareil de prospection EM comprend un émetteur qui induit un courant variable dans le temps dans le sol, le bruit géomagnétique constitue le bruit de fond utilisable d'une mesure et le bruit de mouvement illustré sur la figure 11 est suffisamment faible pour acquérir des données utiles jusqu'à 2 ou 3 Hz.
En référence à nouveau aux figures 8 et 9, dans un mode de réalisation, trois capteurs EM 840 sont montés chacun sur le corps de plate-forme 806 entre une paire respective d'éléments de support longitudinaux 830 et 832 sur la jupe conique 818 de la plate-forme dfinstruments. Les capteurs EM 840 sont des capteurs électromagnétiques de composantes vectorielles dans cet exemple, bien que d'autres types de capteurs puissent être utilisés. La masse des capteurs EM 840 peut être compensée par la masse de l'équipement auxiliaire et des batteries situées dans la tige de cylindre 820 pour donner une plate-forme d'instruments 800 (comprenant ses capteurs et son équipement auxiliaire) légèrement lestée lorsqu'elle est équilibrée sur le palier sphérique 804.
Les capteurs EM 840 peuvent chacun être un magnétoraètre de rétroaction ayant une bande d'acquisition allant de 1 Hz à 25 kHz et une densité spectrale de puissance de bruit de 1 pT/Hz à 1 Hz. Les capteurs EM 840 sont fixés de manière rigide a la plate-forme d'instruments dans ce mode de réalisation. Les capteurs EM 840 dans cet exemple sont espacés de manière égale sur la circonférence de la jupe conique 818 de la plate-forme d'instruments 800. Cependant, il faut avoir à l'esprit que le nombre, le type et le positionnement des capteurs peuvent varier. Certains modes de réalisation peuvent inclure quatre capteurs ou plus. Certains capteurs peuvent être orientés indépendamment. En outre, au moins un capteur peut être permuté ou échangés dans certains modes de réalisation. Dans des modes de réalisation adaptés aux prospections électromagnétiques en champ naturel, un capteur EM peut par exemple fonctionner dans une bande d’acquisition comprise entre 8 et 700 Hz. Dans un mode de réalisation adapté aux prospections électromagnétiques à sources commandées, le capteur EM peut par exemple fonctionner dans une bande d'acquisition comprise entre 1 et 25 000 Hz et peut avoir un bruit de fond inférieur au picoTesla a 1 Hz, Dans certains modes de réalisation, le capteur EM peut être un magnétomètre à composantes vectorielles.
La figure 12 est un schéma de principe d'un exemple de système de capteurs 1200 pouvant être mis en œuvre avec une plate-forme d'instruments 1201. La plate-forme d'instruments 1201 peut être similaire aux plates-formes d'instruments 108, 300, 700 eu 800 des figures IA à IC, 3, 8 et 9. Le système 1200 de cet exemple comprend au moins un capteur EM 1202, au moins un capteur et système auxiliaires optionnels 1204, un système de redressement 1206, un système de verrouillage 1208, des premier et deuxième dispositifs de commande 1210 et 1214, une liaison sans fil 1212 et un enregistreur de données 1216, Dans cet exemple, l'au moins un capteur EM 1202, 1 ’ au moins capteur et système auxiliaires 1204, le système de redressement 1206, le premier dispositif de commande 1210 et la liaison sans fil 1212 sont montés sur la plate-forme d'instrument 1201. Au moins un composant peut également être situé en dehors de la plate-forme d’instruments. Par exemple, le deuxième dispositif de commande 1214, le système de verrouillage 1208 et l'enregistreur de données 1216 ne sont pas montés sur la plate-forme d’instruments dans ce mode de réalisation. La liaison sans fil 1212 peut inclure des moyens de communication sans fil tels qu’un émetteur, un récepteur, un émetteur-récepteur sans fil ou toute combinaison appropriée de ceux-ci pour mettre en œuvre une communication sans fil entre les premier et deuxième dispositifs de commande 1210 et 1214, Dans certains modes de réalisation, une liaison sans fil peut être établie directement entre le et l'enregistreur de premier dispositif de commande 1210 données 1216.
L'au moins un capteur EM 1202 et l'au moins capteur et système auxiliaires 1204 peuvent être montés sur la plateforme d'instruments 1201 en diverses positions. L'au moins un capteur auxiliaire et les systèmes 1204 peuvent être destinés à acquérir des données de prospections électromagnétiques. Les capteurs et systèmes auxiliaires 1204 peuvent également comprendre des moyens de mesure d'orientation, tels qu’un magnétomètre vectoriel en champ statique à trois composantes, un accéléromètre, des gyroscopes, des capteurs d'inclinaison et de rotation. Les capteurs auxiliaires 1204 peuvent en outre comprendre un capteur GPS, Glonass ou équivalent.
La connaissance de l'orientation de la plate-forme d'instruments permet d'injecter les données vectorielles électromagnétiques acquises, ou d'autres données de capteurs vectoriels, à partir du système de coordonnées locales de la plate-forme d'instruments dans un système de coordonnées globales.
Comme le montre la figure 12, l’au moins un capteur EM 1202, l'au moins capteur et système auxiliaires et le système de redressement 1206 sont tous connectés au premier dispositif de commande 1210 et commandés par celui-ci. Les premier* et deuxième dispositifs de commande 1210 et 1214 peuvent comprendre chacun au moins un processeur et une mémoire. Par exemple, le premier dispositif de commande est représenté avec le processeur 1211 et la mémoire 1213 sur la figure 12. La mémoire 1213 peut stocker des instructions sur celle-ci pour amener le processeur 1211 à exécuter la fonctionnalité décrite ici. D'autres combinaisons de matériel et de logiciel pour mettre en œuvre les dispositifs de commande 1210 et 1214 peuvent être utilisés. Le système de verrouillage 1208 et. 1 ’ enregistreur de données sont reliés au deuxième dispositif de commande 1214 et commandés par celuici. Les premier et deuxième dispositifs de commande 1210 et 1214 sont chacun en communication sans fil via la liaison sans fil 1212, La plate-forme d’instruments peut en outre prendre en charge les alimentations et batteries nécessaires pour exécuter les composants du système 1200.
Les données acquises par les capteurs 1202 et/ou 1204 peuvent être stockées dans une base de données. La base de données peut comprendre une mémoire destinée au stockage et à la récupération des données. Par exemple, les premier et/ou deuxième dispositifs de commande 1210 et 1214 peuvent faire en sorte que les données reçues soient transmises (par exemple par la liaison sans fil 1212} pour être stockées dans la base de données. Dans l'exemple spécifique de la figure 12, l'enregistreur- de données 1216 comprend la base de données. Ainsi, les données acquises par les capteurs 1202 et/ou 1204 peuvent être téléchargées vers le deuxième dispositif de commande 1214 et/ou l'enregistreur de données 1216 via la liaison sans fil 1212. Des données peuvent être extraites de l’enregistreur de données 1216 en vue d'un traitement ultérieur. Dans d'autres modes de réalisation, le premier dispositif de commande 1210 peut inclure une base de données mise en œuvre dans la mémoire 1213 destinée à stocker les données..
Avec la liaison sans fil 1212 entre le premier dispositif de commande 1210 et le deuxième dispositif de commande 1214, la plate-forme d’instrument peut être dépourvue de toutes liaisons mécaniques ou de tous cordons ombilicaux la reliant à l’ensemble de base ou au porteur lorsque les données EM sont en cours d'acquisition, à l’exception du contact au niveau du palier sphérique. Dans un mode de réalisation, on n’utilise pas de cordons ombilicaux 5 ni' de dispositifs de retenue susceptibles d’empêcher le mouvement libre de la plate-forme d’instruments par rapport à l'ensemble de base. La liaison sans fil 1212 peut comprendre un émetteur sans fil. En variante, la partie émettrice de la liaison sans fil 1212 peut faire partie du dispositif de 10 commande 1210 et le dispositif de commande peut fournir la fonctionnalité de liaison sans fil. Les modes de réalisation ne sont pas limités à un agencement matériel particulier.
L’alimentation des composants sur la plate-forme 15 d'instruments 1201 peut être fournie par une batterie ou une source d’alimentation équivalente, telle qu'une pile à combustible ou un super-condensateur. Les câbles d'alimentation des capteurs 1202 et/ou 1204 peuvent être torsadés pour minimiser les champs magnétiques parasites des 20 courants d'alimentation. Tous les éléments supportés par la plate-forme d’instruments 1201 peuvent être montés de manière sécurisée pour minimiser ou éliminer les vibrations parasites générées par le mouvement relatif d’un élément par rapport a
la. plate-forme | d'instruments 1201, | ||||
Certains | composants portés | par | la | plate - | forme |
d’instruments | 1201 peuvent être | logés | dans | une | baie |
électronique blindé électromagnétiquement (telle que la baie 170 de la figure 10) , La baie électronique blindée et les 30 composants qu'elle contient peuvent former un poids d'équilibrage des capteurs de composantes vectorielles, de sorte que la plate-forme d'instruments, y compris ses capteurs et son équipement auxiliaire, puisse n'être que légèrement lestée. Dans un mode de réalisation, la baie électronique blindée peut être montée dans une partie supérieure de forme cylindrique de la plate-forme d'instruments et les capteurs de composantes vectorielles (tels que les capteurs 146 ou 840 sur les figures IB et 9) peuvent être montés sur la partie inférieure de la plateforme d’instruments.
Le capteur auxiliaire (sj et les systèmes 1204 sur la figure 12 peuvent également comprendre un magnétomètre vectoriel en champ statique a trois composantes. Le magnétomètre vectoriel en champ statique à trois composantes peut détecter le champ magnétique statique de la Terre. Le vecteur de champ statique à trois composantes peut être un magnétomètre vectoriel couplé en continu et peut être un magnétomètre différent d’un capteur EM, qui peut être un capteur couplé en alternatif. Par exemple, un capteur EM peut comprendre un magnétomètre a bobine de recherche ayant une fréquence de coupure passe-bas à 1 Hz et un bruit de fond de 1 pT/racine-Hz à 1 Hz. Le magnétomètre vectoriel en champ statique à trois composantes peut être un magnétomètre à induction capable de détecter un champ magnétique statique avec un bruit de fond de 10 pT/Hz a 1 Hz.
L'au moins un capteur auxiliaire et système 1204 peut comprendre un accéléromètre à trois composantes de haute précision disposé près du palier à air, tels que 1’accéléromètre 164 illustré sur la figure IC.
Le système de verrouillage 1208 est facultatif et peut être utilisé pour verrouiller la plate-forme d'instruments dans une position fixe par rapport à l'ensemble de base (et/ou le socle sur lequel est monté le palier sphérique), tandis que les données électromagnétiques ne sont pas en cours d'acquisition. Le système de verrouillage 1208 peut être activé avec de l'air comprimé et peut recevoir des instructions pour sécuriser et libérer la plat.e-fo.rme d’instruments du premier dispositif de commande 1210. Le système de verrouillage 1208 peut être monté sur le dessus d'un socle (tel que le montant 144, 710 ou 810 sur les figures IB, 7, 8 et 9) . Le système de verrouillage 1208 peut comprendre des griffes activées pneumatiquement qui montent 10 du poteau vers le haut pour s'engager avec la plate-forme d'instruments 1201. et la verrouiller en position.
Les modes de réalisation ne sont pas limités à la configuration particulière du système 1200 représenté sur la 15 figure 12. Par exemple, dans certains modes de réalisation, un seul dispositif de commande peut être utilisé pour commander tous les éléments du système. Au. moins un capteur et système auxiliaires 1204, le système de redressement 1206 et le système de verrouillage 1208 peuvent être omis. De 20 manière similaire, l'enregistreur de données 1216 peut être omis du système 1200 et les données peuvent être transmises à une base de données externe en vue d'un stockage. D'autres variantes sont également possibles.
Le système de redressement 1206 sur la figure 12 peut être utilisé pour appliquer un couple à la plate-forme de l'appareil pour le faire tourner sur son centre de rotation. Le système de redressement peut inclure son propre dispositif de commande (non représenté) qui peut comprendre un processeur et/ou une mémoire, Dans d’autres modes de réalisation, la commande du système de redressement peut être mise en œuvre par le premier dispositif de commande 1210.
la
Le couple appliqué peut modifier l'orientation de plate-forme d'instruments ou sa vitesse angulaire. Dans ce mode de réalisation, le système de redressement 1206 est disposé sur la plate-forme d'instruments 1201 et reçoit des instructions du premier dispositif de commande 1210. Cependant, d'autres agencements sont également possibles.
Le système de redressement 1206 peut comprendre des ventilateurs ou d'autres moyens de propulsion de l'air pour créer la poussée. La propulsion d'air peut appliquer un couple autour du centre de rotation, entraînant la rotation de la plate-forme d'instruments 1201. Le système de redressement 1206 peut comprendre des moyens pour propulser de l'air dans trois directions angulaires indépendantes, et peut comprendre des moyens pour fournir une poussée vers l’avant ou vers l'arrière dans chacune de ces directions. Le système de redressement 1206 peut comprendre trois ventilateurs réversibles a orientation indépendante (par exemple, 654a, 654b et 654c représentés sur la figure 6B), ou peut comprendre un ventilateur qui peut être pivoté pour diriger la poussée dans une direction particulière. Le système de redressement 1206 peut comprendre un ventilateur fixé à la plate-forme d'instruments qui peut diriger l'air à travers des conduits, des grilles ou des aubes mobiles de sorte que la direction de sa poussée puisse être modifiée.
En outre, ou en variante, le système de redressement 1206 peut comprendre un poids mobile. La position du poids mobile peut être ajustée pour faire varier le couple gravitationnel agissant sur la plate-forme d'instruments. Le couple gravitationnel peut être modifié pour s'opposer au mouvement oscillant de la plate-forme d'instruments. Dans un mode de réalisation, des couples gravitationnels peuvent être ajustés en continu au fur et à mesure de l'acquisition de données pour amortir le mouvement oscillant de la plate-forme d'instruments.
Dans un mode de réalisation, le système de redressement
1206 comprend des ventilateurs disposés sur la partie supérieure de la plate-forme d'instruments pour fournir une poussée dans trois orientations angulaires indépendantes. Le système de redressement peut être utilisé périodiquement .0 lorsque la plate-forme d'instruments bascule suffisamment près de son angle d'inclinaison limite (par exemple, l'angle a de la figure 7) et/ou avant le début de l'acquisition de données EM ou d'une autre composante vectorielle pour déplacer la plate-forme d'instruments vers le haut et avec .5 une vitesse angulaire faible.
Dans certains modes de réalisation, le système décrit ici est utilisé pour des prospections électromagnétiques aériennes. La plate-forme d'instruments 1201 peut osciller librement du montant sur lequel le palier sphérique est monté, et ce suffisamment longtemps pour achever à une seule ligne de vol d'une prospection électromagnétique. Pendant les transitions de ligne à ligne dans une prospection, ou lorsque la. plate-forme d'instruments s'incline de manière inacceptable vers le montant,
1201 peut être ramenée la plate-forme d'instruments en position verticale par le système de redressement 1206.
1201 est redressée,
Lorsque la plate-forme d'instruments principal de la plate-forme d'instruments 1201 approximativement peut parallèle passer à une orientation à l'axe du montant avec une vitesse angulaire é1ec tromagnétique s zéro. L'acquisition de données d ' ins t rumen.t s 1201 proche de peut être est entraînée en rotation par le système suspendue lorsque la plate-forme de redressement 1206 car son fonctionnement peut introduire un bruit de mouvement électromagnétique ou un bruit, induit par des vibrations, qui est trop élevé.
Le système de redressement 1206 peut comprendre un système de mesure de mouvement angulaire. Le système de mesure de mouvement angulaire peut comprendre un dispositif de commande et un moyen de mesure angulaire destiné à détecter le mouvement angulaire de la plate-forme d.·' instruments 1201. Un système de mesure de mouvement, angulaire peut suivre la disposition angulaire de la plateforme d'instruments par rapport à son angle d'inclinaison et/ou suivre sa vitesse angulaire. Les moyens de mesure angulaires pour détecter le mouvement angulaire de la plateforme d'instruments peuvent comprendre un magnétomètre vectoriel couplé en courant continu, des capteurs d'inclinaison, des accéléromètres, des gyromètres et/ou des capteurs de vitesse de rotation fixés à la plate-forme d'ins tr ument s 1201. Dans un. mode de réalisation, le dispositif de commande du système de redressement 1206 peut accepter des signaux provenant du moyen de mesure angulaire. Le dispositif de commande peut calculer l’inclinaison de la plate-forme d'instruments 1201 et commander le système de redressement 1206. Le dispositif de commande peut délivrer des commandes au système de redressement 12 05 afin de réorienter la plate-forme d'instruments 1201 ou de réduire sensiblement son mouvement angulaire. Dans une variante de réalisation, un système de mesure de mouvement angulaire peut être composé de capteurs et systèmes auxiliaires 1204 plutôt que du système de redressement 1206.
Dans certains modes de réalisation, au moins un composant de l'appareil décrit ici peut être construit â partir de matières hautement résistantes et non perméables magnétiquement pour réduire le bruit électromagnétique qui peut résulter de l'induction de courants de Foucault et de magnétisation. Les composants électroniques peuvent être 5 protégés par du mu--métal ou d'autres matières hautement perméables ou conductrices poux supprimer les bruits électromagnétiques, les empêchant ainsi d'interférer avec les mesures de données de prospections EM. Les matières hautement résistantes et non perméables magnétiquement qui peuvent être 10 utilisées comprennent, sans toutefois s'y limiter, les composites en fibres de carbone, en fibres de verre ou en fibres naturelles, les aramides, les matières plastiques, le bois, le caoutchouc, la céramique et le verre.
La figure 13 est un organigramme d'un procédé dfacquisition de données à partir d'une plate-forme d'instruments mobile comportant au moins un capteur de composante vectorielle fixé à celle-ci, selon certains modes de réalisation.
Dans le bloc 1302, un appareil comprenant la plate-forme d'instruments (y compris un capteur de composante vectorielle) est déplacé. L'appareil peut être similaire à n'importe lequel des exemples de modes de réalisation décrits 25 ci-dessus, comprenant ; un ensemble de base ; un palier sphérique monté sur l'ensemble de base ; et la plate-forme df instruments montée sur le palier sphérique. La plate-forme d'instruments est lestée en ce sens qu'elle a un centre de gravité situé au-dessous de son centre de rotation. L'appareil peut également comprendre un porteur (tel que le porteur 101 représenté sur les figures LA, IB et 1D.
Le mouvement de l’appareil peut comprendre le remorquage de l'appareil avec un véhicule, le montage de l’appareil sur un véhicule en mouvement ou un autre corps en mouvement, ou le transport de l'appareil, pour ne nommer que quelques exemples.
Dans le bloc 1304, au cours du mouvement de l'appareil, les données de composantes vectorielles sont acquises à l'aide de Vau moins un capteur de composante vectorielle.
Dans certains modes de réalisation, un accélêromètre à trois composantes de haute précision (tels que 1'accélêromètre 164 sur la figure IC) est monté sur la plateforme d'instruments et disposée de façon adjacente au palier sphérique, üne fonction de transfert peut être utilisée comme moyen de relation mathématique pour calculer le mouvement angulaire d'oscillation à partir de 1'accélération mesurée. Le bruit de mouvement d*oscillation peut ensuite être calculé à partir des équations de bruit de mouvement.
La figure 14 est un organigramme d'un exemple de procédé, dans l'appareil décrit ci-dessus, permettant de corriger le bruit d'oscillation selon certains modes de réalisation. Le procédé peut, par exemple, être exécuté par un dispositif de commande, tel que le premier dispositif de commande 1210 sur la figure 12, ou tout autre moyen de traitement de données approprié.
Dans le bloc 1402, les données d'accélération sont reçues de l'accélêromètre.
Dans le bloc 1404, le bruit d'oscillation est estimé en fonction des données d'accélération. Cette estimation peut comprendre le calcul du mouvement de rotation à partir de l'entrée de 1'accéléromètre à trois composantes de haute précision. Ensuite, le bruit d'oscillation peut être estimé à partir d'équations de bruit de mouvement a l'aide de la variation angulaire calculée et du champ magnétique statique 5 mesuré de la Terre. Le champ magnétique statique de la Terre peut, par exemple, être obtenu à partir d'un magnétomètre vectoriel à trois composantes couplé en courant continu fixé à la plate-forme d'instruments.
.0 Dans le bloc 1406, le bruit d'oscillation estimé est soustrait des données de détection de composantes vectorielles qui peuvent donner une mesure améliorée avec un bruit de mouvement réduit.
Dans certains modes de réalisation, le bruit de mouvement peut encore être réduit par la mesure des mouvements angulaires de la plate-forme d'instruments et la correction des données de capteur EM en conséquence. L'appareil peut comprendre un magnétomètre en champ statique à composantes vectorielles et un capteur de mesure de mouvement angulaire monté sur la plate-forme d’instruments. Un procédé qui peut être utilisé consiste tout d'abord à calculer le bruit de mouvement avec les équations de bruit de mouvement de rotation,
25 | Ne - m · | ( ω x B) . |
Nm = m · î | ί ΔΘ X B)f ou | |
N - m | (A X F) . | |
puis à soustraire le bruit calculé des données..·. Le dispositif |
de commande de l’appareil peut, par exemple, estimer le bruit de mouvement sur la base des données reçues des moyens de mesure d'orientation et du capteur de mesure de mouvement angulaire. Toutefois, dans la pratique, dans le cas de données EM, les mesures angulaires directes peuvent ne pas être suffisamment précises pour fournir une estimation précise du bruit, du moins à la résolution picoTesla dans la bande inférieure à 20 Hertz avec 1 ' inst.rume.ntation actuellement disponible et une approche par fonction de transfert, ou d'autres moyens mathématiques, pour déduire le mouvement angulaire à partir de mesures d'accélération, peuvent être nécessaires au lieu d'utiliser des mesures angulaires directes.
faut avoir â l’esprit qu’une combinaison de plusieurs des approches ci-dessus peut être mise en œuvre dans certains modes de réalisation. Les modes de réalisation ne sont pas limités à un ou plusieurs des approches, procédés ou 15 appareils décrits ici. L'homme du métier aura à l'esprit que des variations, des modifications des modes de réalisation décrits ici peuvent être effectuées dans différentes réalisation sans sortir leur champ d'application. Tl est donc bien entendu que dans le cadre des revendications jointes, 20 l'invention peut être mise en pratique d'une manière autre que celle spécifiquement décrite ici.
Ce qui a été décrit est simplement donné à titre d’illustration de l’application des principes de la 25 divulgation. D'autres dispositions et procédés peuvent être mis en œuvre par l’homme du métier sans sortir du cadre de la présente description.
Claims (21)
- Revendic at ions1. Appareil d'acquisition (100) de données de composantes vectorielles comprenant :5 un ensemble de base (106) ;un palier sphérique (110) monté sur l'ensemble de base ; une plate-forme d'instruments (108) comportant au moins un. capteur de composante vectorielle fixé à celle-ci, la plate-forme d'instruments étant montée sur le palier 10 esphérique et supportée par celui-ci, le palier sphérique accouplant ainsi la plate-forme d’instruments à l'ensemble de base et permettant une rotation angulaire libre de la plateforme d’instruments, dans une plage d'angles d'inclinaison autour du palier sphérique de sorte que la plate-forme 15 d'instruments ait un centre de rotation ;dans lequel la plate-forme d'instruments a un centre de gravité situé au-dessous du centre de rotation.
- 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la plate20 forme d’instruments est conçue pour osciller autour du. centre de rotation de manière à supprimer le bruit de mouvement dans une bande d'acquisition de l'au moins un capteur de composante vectorielle.25 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la plateforme d'instruments a une fréquence d'oscillation naturelle qui est inférieure à une fréquence la plus basse d'une bande d'acquisition de l’au moins un capteur de composante vectorielle.4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à
- 3. la plate-forme d'instrument est rigide.5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à
- 4, comprenant en outre un porteur, l'ensemble de base étant couplé au porteur,
- 5
- 6, Appareil selon la revendication 5, dans lequel le porteur comprend un cadre de remorquage et une liaison accouplant l'ensemble de base au cadre de remorquage.
- 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le10 porteur est un porteur aérien conçu peur être remorqué par un aéronef.
- 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 a7, dans lequel le palier sphérique est un palier à air..ί '“ï
- 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à8, dans lequel le palier sphérique comprend le seul accouplement mécanique entre l'ensemble de base et la plateforme d'instruments.·>»·>
- 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à9, dans lequel l'au moins un capteur de composante vectorielle comprend trois capteurs â. composantes vectorielles orientés indépendamment,
- 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à10, comprenant en outre un dispositif de commande, le dispositif de commande comprenant un processeur et une mémoire, le dispositif de commande recevant des données de30 l’au moins un capteur,
- 12. Appareil selon la revendication 11, dans lequel le dispositif de commande mémorise les données reçues.A.
- 13,. Appareil selon la revendication 11 ou 12, comprenant outre des moyens de commun ica tien sans fil, le dispositif commande ordonnant aux moyens de communication sans fil les mémoriser dans transmettre les données reçues pour de données haseAppareil selon l'une quelconque des revendications dans lequel l'ensemble de base palier sphérique étant monté sur le socle.13, comprend un socle, en de de une le
- 15. Appareil selon comprend un montant.base ,
- 16. Appareil selon la revendication 14, dans lequel le socle disposé vers le haut depuis l’ensemble de l'une quelconque des revendications 1 à1 ' au moins un capteur de composante15, dans lequel vectorielle comprend au moine un parmi : un capteur électromagnétique ? un capteur de gravité.au moins au moins
- 17, jupeAppareil selon l'une quelconque moins un moins unAppareil selon dans lequel la tournée vers1 ·' une capteur de composante capteur de mesure des revendications de quelconque plate-forme d'instruments la jupe tournée autour du palier permettre a la comprend une le bas, vers le bas fournissant un dégagement l'ensemble de base pourd.'instruments une plage de plage d'angles d'inclinaison.sphérique et plate-forme rotation d’inclinaison dans la19, Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à
- 18, comprenant en outre :un système de redressement ; et un système de mesure de mouvement angulaire,5 le système de redressement appliquant, en. fonction du mouvement angulaire mesuré par le système de mesure de mouvement angulaire, des couples de redressement à la plateforme d'instruments pour la faire tourner autour du palier sphérique.
- 20, Appareil selon la revendication 19, dans lequel le système de redressement comprend l'un parmi :une pluralité de propulseurs disposés sur la plate-forme d'instruments, les propulseurs appliquant, le couple de 15 redressement ; et une pluralité d'ensembles de masse mobile disposés sur la plate-forme d'instruments, les ensembles de masse mobile appliquant les couples de redressement.20 21 Appareil selon la revendication 19 ou 20, dans lequel les couples de redressement sont appliqués à l'une au moins des opérations suivantes :orienter la plate-forme d'instruments lestée vers son axe principal sensiblement verticalement et25 réduire la vitesse angulaire.22, Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 â
- 21, comprenant en outre un accéléromètre disposé sur la plate-forme d'instruments, 1’accéléromètre mesurant des30 données d!accélération, et le dispositif de commande étant conçu pour ;recevoir les données d'accélération ;estimer le bruit d'oscillation en fonction des données d'accélération ; et soustraire le bruit d'oscillation des données acquises par l'au moins un capteur de composante vectorielle.‘J
- 23. Procédé d'acquisition de données de conç>osantss vectorielles d'une plate-forme d'instruments mobile à laquelle est fixé au moins un capteur de composante vectorielle, le procédé comprenant les étapes suivantes :10 déplacer un appareil comprenant : un ensemble de base ;un palier sphérique monté sur l’ensemble de base ; et la plateforme d'instruments, la plate-forme d'instruments étant montée sur le palier sphérique et supportée par celle-ci, le palier sphérique accouplant ainsi la plate-forme15 d'instruments à 1'ensemble de base et permettant une rotation angulaire libre de la plate-forme d'instruments, dans une plage d'angles d’inclinaison autour du palier sphérique de telle sorte que la plate-forme d'instruments ait un centre de rotation, la plate-forme d'instruments ayant un centre de20 gravite situé au-dessous du centre de rotation ; et pendant le mouvement de l'appareil, acquérir des données de composantes vectorielles à l'aide d’au moins un capteur de composante vectorielle.
- 25 24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel l'appareil comprend en outre un porteur, l’ensemble de base étant accouplé au porteur, et le déplacement de l'appareil comprenant le remorquage du porteur.25. Procédé selon la revendication 23 ou 24, dans lequel la plate-forme d'instruments est conçue pour osciller autour du centre de rotation de manière à supprimer le bruit de
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