NL1015651C2 - Borehole radar tool for locating transitions or fractures in geological formation, includes transmitting and receiving antennas and reflector section extending near wall of housing - Google Patents
Borehole radar tool for locating transitions or fractures in geological formation, includes transmitting and receiving antennas and reflector section extending near wall of housing Download PDFInfo
- Publication number
- NL1015651C2 NL1015651C2 NL1015651A NL1015651A NL1015651C2 NL 1015651 C2 NL1015651 C2 NL 1015651C2 NL 1015651 A NL1015651 A NL 1015651A NL 1015651 A NL1015651 A NL 1015651A NL 1015651 C2 NL1015651 C2 NL 1015651C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- housing
- radar device
- borehole radar
- wall
- reflector
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/30—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electromagnetic waves
Abstract
Description
Korte aanduiding: 3D-boorgatradarantenneBrief indication: 3D borehole radar antenna
Boorgatradarinrichting voor het richtinggevoelig bepalen van overgangen in de bij gebruik van de boorgatradarinrichting deze omringende bodem, omvattende een opwekkingssamenstel voor het opwekken van de elektromagnetische straling met een frequentie tussen 5 10 MHz en 2 GHz, signaalverwerkingsmiddelen voor het verwerken van de ontvangen elektromagnetische straling, en eeh behuizing met een in hoofdzaak cilindrische wand en een centrale as, waarin ten minste zijn opgenomen: een zendantennesamenstel voor het uitzenden van de door het 10 opwekkingssamenstel opgewekte elektromagnetische straling, omvattende een zendantenne en een elektrisch geleidende reflector; en een ontvangstantennesamenstel voor het ontvangen van door de omringende bodem gereflecteerde elektromagnetische straling, omvattende een ontvangstantenne en een elektrisch geleidende 15 reflector, waarbij zowel de zendantenne als de ontvangstantenne zich evenwijdig aan de as van de behuizing uitstrekken en beide een dipoolantenne omvatten, waarbij elke reflector een reflectieoppervlak omvat dat zich ter hoogte van en evenwijdig aan de bijbehorende 20 dipoolantenne op een afstand daarvan uitstrekt en waarbij de ruimte tussen elk reflectieoppervlak 'en het telkens daartegenover gelegen deel van de behuizing is gevuld met een medium met een diëlektrische constante van ten minste 10.Borehole radar device for directionally determining transitions in the surrounding soil when using the borehole radar device, comprising a generating assembly for generating the electromagnetic radiation with a frequency between 5 MHz and 2 GHz, signal processing means for processing the received electromagnetic radiation, and a housing with a substantially cylindrical wall and a central axis, which at least includes: a transmitting antenna assembly for emitting the electromagnetic radiation generated by the generating assembly, comprising a transmitting antenna and an electrically conductive reflector; and a receiving antenna assembly for receiving electromagnetic radiation reflected from the surrounding bottom, comprising a receiving antenna and an electrically conductive reflector, wherein both the transmitting antenna and the receiving antenna extend parallel to the axis of the housing and both comprise a dipole antenna, each reflector comprises a reflection surface extending at a distance from and parallel to the associated dipole antenna and wherein the space between each reflection surface and the respective opposite part of the housing is filled with a medium having a dielectric constant of at least 10 .
Een dergelijke boorgatradarinrichting is beschreven in WO-A-25 89/03053. In deze publicatie wordt een radarinstrument beschreven voor gebruik in een boorgat voor plaatsbepaling van breuken in een geologische formatie, met richtinggevoelige zend- en ontvangstantennes. Uitzendmiddelen wekken een gepulst radarsignaal op met vermogen in het frequentiegebied tussen 30 en 300 MHz. Dit 30 signaal wordt uitgestraald via een reflector, in het bijzonder een reflector bestaande uit twee V-vormig opgestelde elektrisch geleidende platen. Met behulp van een ontvangstantenne, voorzien van een zelfde reflector, wordt het door de formatie gereflecteerde radarsignaal opgevangen. De ruimte waardoorheen de straling zich 35 binnen de behuizing voortplant, is opgevuld met een 1015651 - 2 - bariumtitanaatpoeder-lucht mengsel, waarvan de diëlektrische constante overeenkomt met die van de omgeving, en in het bijzonder een waarde van ongeveer 80 heeft.Such a borehole radar device is described in WO-A-25 89/03053. This publication describes a radar instrument for use in a borehole for locating fractures in a geological formation, with directional transmitting and receiving antennas. Broadcasting means generate a pulsed radar signal with power in the frequency range between 30 and 300 MHz. This signal is emitted via a reflector, in particular a reflector consisting of two V-shaped electrically conductive plates. With the aid of a receiving antenna, provided with the same reflector, the radar signal reflected by the formation is received. The space through which the radiation propagates within the housing is filled with a barium titanate powder-air mixture, the dielectric constant of which corresponds to that of the environment, and in particular has a value of approximately 80.
Met een dergelijke boorgatradarinrichting kan een zekere 5 richtinggevoeligheid bereikt worden. Bij veel toepassingen bestaat er een vraag naar zowel een zo hoog mogelijke richtinggevoeligheid als een zo groot mogelijke hoeveelheid in de bodem doordringende straling. Vanwege de randvoorwaarden die gesteld worden aan boorgatradarinrichtingen, waaronder de voorkeursdiameter van ten 10 hoogste 20 cm en de elektromagnetische eigenschappen van de te onderzoeken bodem, is het tot nu toe niet mogelijk gebleken om de richtinggevoeligheid te verhogen.A certain directional sensitivity can be achieved with such a borehole radar device. In many applications there is a demand for both the highest possible directional sensitivity and the greatest possible amount of radiation penetrating into the soil. Due to the preconditions imposed on borehole radar devices, including the preferred diameter of at most 20 cm and the electromagnetic properties of the soil to be investigated, it has hitherto not been possible to increase the directional sensitivity.
De onderhavige uitvinding heeft als doel een oplossing te verschaffen voor bovengenoemd probleem, en wordt daartoe gekenmerkt 15 doordat de zendantenne en de ontvangstantenne zich uitstrekken nabij de wand van de behuizing en dat althans het diametraal tegenover de zendantenne resp. de ontvangstantenne liggende gedeelte van de reflector zich eveneens uitstrekt nabij de wand van de behuizing.The present invention has for its object to provide a solution for the above-mentioned problem, and for this purpose is characterized in that the transmitting antenna and the receiving antenna extend near the wall of the housing and that at least it is diametrically opposite the transmitting antenna or the like. the receiving antenna portion of the reflector also extends near the wall of the housing.
Met een dergelijke boorgatradarinrichting kan een hogere 20 richtinggevoeligheid bereikt worden in combinatie met een hoog vermogen van in de bodem doordringende straling. In dit verband moeten twee grootheden beschouwd worden. De eerste grootheid is de verhouding tussen het uitgestraalde vermogen in de beoogde richting en het uitgestraalde vermogen in de andere richting(en). Deze 25 verhouding dient zo groot mogelijk te zijn. De tweede grootheid is het totale in de beoogde richting uitgestraalde vermogen. Dit dient uiteraard zo groot mogelijk te zijn.With such a borehole radar device a higher directionality can be achieved in combination with a high power of radiation penetrating into the soil. Two quantities must be considered in this context. The first quantity is the ratio between the radiated power in the intended direction and the radiated power in the other direction (s). This ratio must be as large as possible. The second quantity is the total power emitted in the intended direction. This should of course be as large as possible.
Het is gebleken dat een configuratie volgens de uitvinding goed functioneert. Hierbij dient de reflector een zeker oppervlak te 30 hebben. In de praktijk zijn er voor de reflector optimale afmetingen, die voornamelijk afhangen van de beperkte afmetingen van de behuizing.It has been found that a configuration according to the invention functions well. The reflector must have a certain surface area. In practice, there are optimum dimensions for the reflector, which mainly depend on the limited dimensions of the housing.
De uitvinding voorziet erin dat daarnaast ook de afstand van de zend- en/of de ontvangstantenne tot het reflectieoppervlak zo groot 35 mogelijk is. Dit wordt bereikt met een boorgatradarinrichting volgens de uitvinding. Met "afstand" wordt in dit verband de gemiddelde Λ Jt ** _ - 3- afstand bedoeld tussen het reflectieoppervlak en de zend- of ontvangstantenne.The invention provides that in addition the distance of the transmitting and / or receiving antenna to the reflection surface is also as large as possible. This is achieved with a borehole radar device according to the invention. In this context, "distance" means the mean Λ Jt ** _ - 3 distance between the reflection surface and the transmitting or receiving antenna.
Met "nabij de wand van de behuizing" wordt in dit verband bedoeld dat het betreffende gedeelte van de reflector, resp. het 5 middelpunt van de zend- en/of de ontvangstantenne zich bevindt op een afstand van de binnenwand van de behuizing, die ten hoogste een vierde deel van de binnendiameter van de behuizing bedraagt. In het bijzonder is de afstand tussen de binnenwand van de behuizing en het betreffende gedeelte van de reflector, resp. de zend- en/of de 10 ontvangstantenne ten hoogste 2 cm, met voordeel minder dan 1 cm. Op deze wijze kan eenvoudig een zo groot mogelijke afstand tussen antenne en reflectieoppervlak worden verkregen. In bijzondere omstandigheden, bijvoorbeeld bij zeer hoge frequenties en opvulling van de inrichting met een diëlektricum met een zeer hoge 15 diëlektrische constante, mag de afstand ook groter zijn dan 2 cm.By "near the wall of the housing" is meant in this context that the relevant part of the reflector, resp. the center point of the transmitting and / or receiving antenna is located at a distance from the inner wall of the housing, which is at most a quarter of the inner diameter of the housing. In particular, the distance between the inner wall of the housing and the relevant part of the reflector, resp. the transmitting and / or receiving antenna is at most 2 cm, advantageously less than 1 cm. In this way, the greatest possible distance between antenna and reflection surface can be obtained. In special circumstances, for example at very high frequencies and filling of the device with a dielectric with a very high dielectric constant, the distance may also be greater than 2 cm.
Bij een bijzondere uitvoeringsvorm maakt ten minste een van de reflectoren deel uit van de wand van de behuizing. Zo kunnen de afmetingen van de behuizing, d.w.z. van het boorgat, optimaal benut worden ten behoeve van de reflector. Bijvoorbeeld wordt de behuizing 20 uitgevoerd als een cilinder uit een niet-geleidend materiaal, bijvoorbeeld kunststof, waarbij een deel van de cilinder wordt gevormd door het reflectorgedeelte dat uit bijvoorbeeld metaal is vervaardigd.In a special embodiment, at least one of the reflectors forms part of the wall of the housing. Thus, the dimensions of the housing, i.e. of the borehole, can be optimally utilized for the reflector. For example, the housing 20 is designed as a cylinder of a non-conductive material, for example plastic, wherein a part of the cylinder is formed by the reflector part which is made of, for example, metal.
Bij een andere uitvoeringsvorm omvat ten minste een van de 25 reflectoren een dunne plaat. Bij deze uitvoeringsvorm bevindt zich tussen de reflector en de behuizing een smalle ruimte, waarin zich bijvoorbeeld de bekabeling naar de zend- en/of ontvangstantenne bevindt. Het is van belang deze bekabeling af te schermen van elektromagnetische straling die zich bevindt in de ruimte tussen het 30 reflectieoppervlak en het daartegenover gelegen deel van de wand van de behuizing. De reflector kan als een dergelijke afscherming dienstdoen.In another embodiment, at least one of the reflectors comprises a thin plate. In this embodiment, there is a narrow space between the reflector and the housing, in which, for example, the cabling to the transmitting and / or receiving antenna is located. It is important to shield this cabling from electromagnetic radiation that is located in the space between the reflection surface and the opposite part of the wall of the housing. The reflector can serve as such a shield.
De vorm van de reflector, en in het bijzonder van het reflectieoppervlak is niet bijzonder beperkt. Bijvoorbeeld kan 35 hiervoor een tweetal rechte platen worden genomen die elkaar raken aan een uiteinde, waarbij elk uiteinde van beide platen nabij de wand van de behuizing ligt. Aldus wordt een V-vormige reflector verkregen.The shape of the reflector, and in particular of the reflection surface, is not particularly limited. For this purpose, for example, two straight plates can be taken which touch each other at one end, wherein each end of both plates lies close to the wall of the housing. A V-shaped reflector is thus obtained.
1 0 1 R Λ c < - 4 -1 0 1 R Λ c <- 4 -
Met voordeel is ten minste een reflectieoppervlak een in hoofdzaak vloeiend gebogen oppervlak, dat gezien in de asrichting van de behuizing althans in hoofdzaak een deel van een kegelsnede is. Door het reflectieoppervlak een dergelijke vorm te geven, kan worden 5 gewaarborgd dat het reflectieoppervlak althans grotendeels de vorm van de wand van de behuizing volgt, waardoor de gemiddelde afstand van reflector tot de zend- en/of ontvangstantenne zo groot mogelijk is.Advantageously, at least one reflection surface is a substantially smoothly curved surface which, viewed in the axis direction of the housing, is at least substantially a part of a conic section. By giving the reflection surface such a shape, it can be ensured that the reflection surface at least largely follows the shape of the wall of the housing, whereby the average distance from reflector to the transmitting and / or receiving antenna is as large as possible.
Met "in hoofdzaak vloeiend gebogen" wordt in dit verband 10 bedoeld dat het reflectieoppervlak vormafwijkingen mag vertonen waarvan de afmetingen veel kleiner zijn dan de gebruikte golflengte, in het bijzonder hoogstens 1/10 van de golflengte van de elektromagnetische straling. Door de golfeigenschappen van de elektromagnetische straling lijkt het reflectieoppervlak dan nog 15 steeds vloeiend gebogen. Dergelijke vormafwijkingen zijn bijvoorbeeld gaten voor bedrading, of buigranden bij een facetreflector.By "substantially smoothly curved" in this context it is meant that the reflection surface may exhibit shape deviations whose dimensions are much smaller than the wavelength used, in particular at most 1/10 of the wavelength of the electromagnetic radiation. Due to the wave properties of the electromagnetic radiation, the reflection surface still appears to be smoothly curved. Such shape deviations are, for example, holes for wiring, or bending edges at a facet reflector.
De kegelsnede wordt bij voorkeur zo voordelig mogelijk gekozen. Met voordeel is de kegelsnede een cirkel met een straal die in hoofdzaak gelijk is aan de helft van de binnendiameter van de 20 behuizing. Op deze wijze is gewaarborgd dat de gemiddelde afstand tussen het reflectieoppervlak en de zend- en/of ontvangstantenne maximaal is. Ingeval het reflectieoppervlak wordt gevormd door de binnenwand van de behuizing, is de straal van de cirkel gelijk aan de helft van de binnendiameter van de behuizing. Indien de reflector een 25 dunne plaat nabij de binnenwand van de behuizing is, is de straal van de cirkel gelijk aan de helft van de binnendiameter van de behuizing minus de dikte van de plaat, eventueel verminderd met de afstand tussen plaat en binnenwand van de behuizing. In het bijzonder is laatstgenoemde afstand kleiner dan 2 cm, met voordeel kleiner dan 1 30 cm.The conic section is preferably chosen as advantageously as possible. Advantageously, the conic section is a circle with a radius that is substantially equal to half the inner diameter of the housing. In this way it is guaranteed that the average distance between the reflection surface and the transmitting and / or receiving antenna is maximum. In case the reflection surface is formed by the inner wall of the housing, the radius of the circle is equal to half the inner diameter of the housing. If the reflector is a thin plate near the inner wall of the housing, the radius of the circle is equal to half the inner diameter of the housing minus the thickness of the plate, possibly reduced by the distance between plate and inner wall of the housing. . In particular, the latter distance is less than 2 cm, advantageously less than 1 cm.
Met voordeel ligt de door ten minste een van de reflectoren beschreven hoek tussen 45° en 180°. Bij een beschreven hoek tussen deze twee grenzen wordt een bevredigende afstraalkarakteristiek verkregen, doordat het reflectieoppervlak groot genoeg is zonder dat 35 teveel straling verloren gaat door reflectie van de uitgezonden of opgevangen straling in een niet-gewenste richting.The angle described by at least one of the reflectors is advantageously between 45 ° and 180 °. At a described angle between these two limits, a satisfactory radiation characteristic is obtained in that the reflection surface is large enough without too much radiation being lost due to reflection of the emitted or collected radiation in an undesired direction.
1 Λ 1 c ί r „ - 5-1 Λ 1 c ί r „- 5-
Met meer voordeel ligt de door ten minste een van de reflectoren beschreven hoek tussen 145° en 155°. Bij deze hoeken wordt een nog betere afstraal-karakteristiek, en dus een betere richtinggevoeligheid verkregen.The angle described by at least one of the reflectors is more advantageously between 145 ° and 155 °. At these angles an even better beam characteristic, and thus a better directional sensitivity, is obtained.
5 In een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de kegelsnede een parabool. In het bijzonder ligt de focusafstand van de parabool tussen 0,5 en 0,75 keer de binnendiameter van de behuizing. Vaak bevindt het midden van de zend- en/of ontvangstantenne zich in het focuspunt van de parabool doch het is gebleken dat het belangrijker 10 is dat de afstand tussen reflectieoppervlak en zend- en/of ontvangstantennes zo groot mogelijk is.In another preferred embodiment, the conic section is a parabola. In particular, the focus distance of the parabola is between 0.5 and 0.75 times the inside diameter of the housing. The center of the transmitting and / or receiving antenna is often located in the focal point of the parabola, but it has been found that it is more important that the distance between the reflection surface and transmitting and / or receiving antennas is as large as possible.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de boorgatradarinrichting volgens de uitvinding is de ruimte tussen de reflectieoppervlakken en het telkens daartegenover gelegen deel van de wand van de behuizing 15 gevuld met een diëlektricum. De functie van het diëlektricum is enerzijds het verkorten van de golflengte van de elektromagnetische straling in het gebied tussen de antennes en het reflectieoppervlak. Hierdoor verbeteren de bundelende eigenschappen van het reflectieoppervlak. In principe wordt daartoe de diëlektrische 20 constante van het diëlektricum zo groot mogelijk gekozen.In a special embodiment of the borehole radar device according to the invention, the space between the reflection surfaces and the respective opposite part of the wall of the housing 15 is filled with a dielectric. The function of the dielectric is on the one hand to shorten the wavelength of the electromagnetic radiation in the area between the antennas and the reflection surface. This improves the bundling properties of the reflection surface. In principle, the dielectric constant of the dielectric is chosen as large as possible for this purpose.
Anderzijds moet de waarde van de diëlektrische constante van het diëlektricum bij de overgang naar de omringende bodem aangepast zijn aan de waarde van de diëlektrische constante van die bodem. De diëlektrische constante van bijvoorbeeld de Nederlandse bodem 25 varieert tussen ±5 (droog zand) en ±40 (nat zand, klei). Hoe geringer het verschil in diëlektrische constante tussen bodem en diëlektricum, des te groter is het aandeel van de opgewekte elektromagnetische straling dat daadwerkelijk in de bodem doordringt. Hierbij kan het gedeelte van de genoemde ruimte dat grenst aan de wand van de 30 behuizing zijn gevuld met een geschikt diëlektricum. In de praktijk zal vaak de ruimte tussen de reflectieoppervlakken en het telkens daartegenover gelegen deel van de wand van de behuizing volledig opgevuld zijn met één diëlektricum.On the other hand, the value of the dielectric constant of the dielectric at the transition to the surrounding bottom must be adjusted to the value of the dielectric constant of that bottom. The dielectric constant of, for example, the Dutch soil 25 varies between ± 5 (dry sand) and ± 40 (wet sand, clay). The smaller the difference in dielectric constant between soil and dielectric, the greater is the proportion of the generated electromagnetic radiation that actually penetrates into the soil. The part of the said space adjacent to the wall of the housing can herein be filled with a suitable dielectric. In practice, the space between the reflection surfaces and the respective opposite part of the wall of the housing will often be completely filled with one dielectric.
Bij voorkeur heeft het diëlektricum in de ruimte tussen de 35 reflectieoppervlakken en het telkens daartegenover gelegen deel van de wand van de behuizing een diëlektrische constante tussen 20 en 100, en met meer voorkeur tussen 60 en 100, en met de meeste voorkeur i 0 t 5 fi H 1 - 6- van ongeveer 80. Bij deze waarden voor de diëlektrische constante wordt een bevredigend compromis bereikt tussen een geschikte golflengteverkorting voor goede bundelingseigenschappen en een groot aandeel in de bodem doordringende straling.Preferably the dielectric in the space between the reflection surfaces and the respective opposite part of the wall of the housing has a dielectric constant between 20 and 100, and more preferably between 60 and 100, and most preferably between 0 and 5 fi H 1-6 of about 80. With these values for the dielectric constant, a satisfactory compromise is achieved between a suitable wavelength reduction for good bundling properties and a large proportion of radiation penetrating into the soil.
5 In een bijzondere uitvoeringsvorm van de boorgatradarinrichting volgens de uitvinding omvat het diëlektricum in hoofdzaak water. Van alle diëlektrische materialen met een diëlektrische constante van ongeveer 80, is water bij uitstek geschikt, maar ook bijvoorbeeld bariumtitanaat-luchtmengsels, zoals geopenbaard in WO-A-89/03053 10 zullen goed kunnen voldoen.In a special embodiment of the borehole radar device according to the invention, the dielectric essentially comprises water. Of all dielectric materials with a dielectric constant of about 80, water is eminently suitable, but barium titanate-air mixtures, for example, as disclosed in WO-A-89/03053, will also be satisfactory.
In het navolgende zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van de navolgende figuurbeschrijving onder verwijzing naar de tekening. Daarin toont: - fig. 1 een schematische doorsnede van een boorgatradarinrichting 15 volgens de uitvinding; fig. 2 een schematische dwarsdoorsnede van een boorgatradarinrichting volgens de uitvinding; - fig. 3 een doorsnede in asrichting van een zendgedeelte van een boorgatradarinrichting volgens de uitvinding.In the following, the invention will be further elucidated on the basis of the following figure description with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a schematic cross-section of a borehole radar device 15 according to the invention; Fig. 2 is a schematic cross-section of a borehole radar device according to the invention; Fig. 3 shows a cross-section in the axial direction of a transmitting part of a borehole radar device according to the invention.
20 In figuur 1 is met 1 een boorgatradarinrichting volgens de uitvinding aangeduid. Deze omvat een behuizing 2 die boven en onder is afgesloten met behulp van afsluitonderdelen 3. De afsluitonderdelen 3 zijn voorzien van bijvoorbeeld wielen 13 voor het geleiden van de boorgatradarinstallatie in een boorgat. Het bovenste 25 afsluitonderdeel 3 is voorzien van een hijsoog 14, waarmee de boorgatradarinstallatie 1 naar boven of naar beneden kan worden bewogen.In figure 1, 1 denotes a borehole radar device according to the invention. This comprises a housing 2 which is closed above and below by means of closing parts 3. The closing parts 3 are provided with, for example, wheels 13 for guiding the borehole radar installation in a borehole. The upper closing part 3 is provided with a lifting eye 14, with which the borehole radar installation 1 can be moved up or down.
Met 4 is een niet nader uitgewerkt deel aangeduid, waarin zich bijvoorbeeld besturingselektronica kan bevinden, alsmede middelen 30 voor het in de behuizing ronddraaien van antenne-onderdelen, en gyroscopen voor het bepalen van de oriëntatie van de antenne-onderdelen.4 denotes a part that is not further elaborated, in which, for example, control electronics can be located, as well as means for rotating antenna parts in the housing, and gyroscopes for determining the orientation of the antenna parts.
Met 5 is een as aangeduid, waaromheen een zendantennesamenstel 6 respectievelijk een ontvangstantennesamenstel 7 kunnen draaien. Met 35 behulp van deze draaiing kan de boorgatradarinrichting in de gewenste richting een meting doen.Reference numeral 5 denotes an axis about which a transmitting antenna assembly 6 or a receiving antenna assembly 7 can rotate. With the aid of this rotation the borehole radar device can take a measurement in the desired direction.
1 0 1 5 fi ς 1 - 7 -1 0 1 5 fi ς 1 - 7 -
Bij gebruik van de boorgatradarinrichting 1 volgens de uitvinding kunnen bijvoorbeeld als volgt metingen worden verricht. De boorgatradarinrichting 1 wordt in een boorgat gebracht, waarbij deze is verbonden met besturingsmiddelen die een besturing vanaf het 5 maaiveld mogelijk maken. Op een bepaalde diepte wordt de oriëntatie van de boorgatradarinrichting 1 ten opzichte van de aarde bepaald. Daarna start een meetcyclus door elektromagnetische straling uit te zenden en de gereflecteerde straling op te vangen en vast te leggen in de vorm van een signaal. Daarna worden het zendantennesamenstel 6 10 en het ontvangstantennesamenstel 7 over een kleine hoek, bijvoorbeeld 2° of 3° gedraaid, waarna een volgende meting wordt verricht. Deze stappen worden herhaald tot in alle gewenste richtingen een meting is verricht. Daarna wordt de boorgatradarinstallatie 1 op een andere diepte gebracht, waarna alle bovengenoemde stappen worden herhaald.For example, when using the borehole radar device 1 according to the invention, measurements can be made as follows. The borehole radar device 1 is introduced into a borehole, wherein it is connected to control means that enable control from the ground level. The orientation of the borehole radar device 1 relative to the ground is determined at a certain depth. A measurement cycle then starts by emitting electromagnetic radiation and collecting and recording the reflected radiation in the form of a signal. Thereafter, the transmitting antenna assembly 6 and the receiving antenna assembly 7 are rotated through a small angle, for example 2 ° or 3 °, after which a subsequent measurement is made. These steps are repeated until a measurement has been made in all desired directions. The borehole radar installation 1 is then brought to a different depth, after which all the above steps are repeated.
15 Het is echter ook mogelijk om de boorgatradarinrichting zodanig uit te rusten dat deze zelfstandig kan meten en bewegen. Daartoe dienen dan bijvoorbeeld een energiebron, zoals een accu, voortbewegingsmidddelen, zoals een elektrisch bedienbare kabelhaspel, en ingebouwde besturingsmiddelen zoals een besturings- en 20 meetprogramma te worden aangebracht.However, it is also possible to equip the borehole radar device such that it can measure and move independently. To that end, for example, an energy source, such as a battery, propulsion means such as an electrically operated cable reel, and built-in control means such as a control and measurement program must be provided.
Op deze wijze kan van een bepaald gebied rondom een boorgat een elektromagnetisch profiel worden bepaald. Het profiel bestaat uit een aantal overgangen in de bodem alwaar de elektromagnetische eigenschappen veranderen. Dit kan duiden op een breuk in de bodem, 25 een verandering in samenstelling (bv. steenkool, olie) maar ook op de aanwezigheid van een object zoals een blindganger. Uitwerking en interpretatie van de gegevens kan naderhand geschieden.In this way, an electromagnetic profile of a certain area around a borehole can be determined. The profile consists of a number of transitions in the soil where the electromagnetic properties change. This may indicate a break in the soil, a change in composition (eg coal, oil) but also the presence of an object such as a blind person. Elaboration and interpretation of the data can take place afterwards.
De boorgatradarinrichting 1 van de uitvinding kan op velerlei gebied worden toegepast: verkenning van de omgeving van boorgaten ten 30 behoeve van bijvoorbeeld graafwerkzaamheden of winning van delfstoffen, opsporing van in de bodem aanwezige objecten zoals blindgangers, enzovoort. Afhankelijk van de gewenste toepassing en de bodem waarin de metingen moeten worden verricht, kan de boorgatradarinstallatie worden aangepast.The borehole radar device 1 of the invention can be used in many fields: exploration of the environment of boreholes for, for example, excavation work or extraction of minerals, tracing of objects present in the soil such as blind people, and so on. Depending on the desired application and the soil in which the measurements are to be made, the borehole radar installation can be adjusted.
35 Bijvoorbeeld kan een ander frequentiebereik worden gekozen voor de uitgestraalde elektromagnetische straling. Zo geeft een lagere frequentie over het algemeen een groter doordringend vermogen, maar Π 1 R fi R 1 - 8 - een lager oplossend vermogen. Ook is het doordringend vermogen afhankelijk van de bodemeigenschappen. Indien de bodem een hoog doordringend vermogen heeft, bijvoorbeeld zand boven de grondwaterspiegel, dan kan ervoor gekozen worden om de frequentie te 5 verhogen, om daardoor het oplossend vermogen te verhogen.For example, a different frequency range can be chosen for the radiated electromagnetic radiation. For example, a lower frequency generally gives a greater penetrating power, but Π 1 R fi R 1 - 8 - a lower resolving power. The penetrating capacity also depends on the soil properties. If the soil has a high penetrating capacity, for example sand above the groundwater level, it can be decided to increase the frequency, thereby increasing the resolution.
Daarnaast kan eventueel een ander diëlektricum worden gekozen dat verschilt van water. Zo is de diëlektrische constante van een zandbodem boven de grondwaterspiegel (droog zand) beduidend lager dan die van met water verzadigd zand. Daarom moet de diëlektrische 10 constante van het opvuldiëlektricum lager gekozen worden om voldoende uitgestraald vermogen te behouden. Een gevolg is wel dat de golflengte van de elektromagnetische straling binnen in de behuizing toeneemt, hetgeen nadelige effecten heeft op de bundelende eigenschappen van de reflector. Dit kan bijvoorbeeld worden opgelost 15 door een hogere frequentie te nemen. Hoewel het doordringend vermogen van elektromagnetische straling over het algemeen afneemt met toenemende frequentie, wordt dit effect gecompenseerd door de betere doordringingseigenschappen in zandbodems. Een andere mogelijkheid bestaat in het aanpassen van de vorm en/of de afmetingen van de 20 reflector.In addition, a different dielectric may be chosen that is different from water. For example, the dielectric constant of a sandy bottom above groundwater level (dry sand) is significantly lower than that of sand saturated with water. Therefore, the dielectric constant of the pad dielectric bearing must be selected to maintain sufficient radiated power. One consequence is that the wavelength of the electromagnetic radiation inside the housing increases, which has adverse effects on the beaming properties of the reflector. This can be solved, for example, by taking a higher frequency. Although the penetrating power of electromagnetic radiation generally decreases with increasing frequency, this effect is compensated by the better penetrating properties in sandy soils. Another possibility consists in adjusting the shape and / or dimensions of the reflector.
In fig. 2 is een schematische dwarsdoorsnede van een antenne-onderdeel weergegeven. Tegen de behuizing 2 ligt een dipoolantenne 8 aan. Diametraal daar tegenover bevindt zich een reflector 10 in de vorm van een bijna halfcirkelvormige elektrisch geleidende plaat. De 25 ruimte tussen de reflector 10 en de antenne 8 is opgevuld met water.Fig. 2 shows a schematic cross-section of an antenna component. A dipole antenna 8 rests against the housing 2. Diametrically opposite is a reflector 10 in the form of an almost semicircular electrically conductive plate. The space between the reflector 10 and the antenna 8 is filled with water.
De antenne 8 bevindt zich hier niet in het brandpunt van de reflector 10. Dit betekent dat geen in hoofdzaak parallelle uitstraling kan worden verkregen. Hierbij dient te worden opgemerkt dat bij cilindrische reflectoren het middelpunt als brandpunt wordt 30 beschouwd, hoewel dit strikt genomen slechts voor een klein gedeelte van de reflector fungeert, en dan nog slechts bij benadering. Bij de meeste boorgatradarinstallaties is echter de gebruikte golflengte van dezelfde orde van grootte als de diameter van de boorgatradarinstallatie of als de afmeting van de reflector. Doordat 35 de afstand tussen antenne 8 en reflector 10 groter is dan de afstand in het geval dat de zender in het brandpunt van reflector 10 zou zijnThe antenna 8 is not located here at the focal point of the reflector 10. This means that a substantially parallel radiation cannot be obtained. It should be noted here that with cylindrical reflectors the center point is considered to be the focal point, although strictly speaking this only functions for a small part of the reflector, and then only approximately. In most borehole radar installations, however, the wavelength used is of the same order of magnitude as the diameter of the borehole radar installation or the size of the reflector. Because the distance between antenna 8 and reflector 10 is greater than the distance in the case that the transmitter would be in the focal point of reflector 10
fl UfiUfl UfiU
- 9- geplaatst, worden de nadelige effecten van het uit focus plaatsen meer dan gecompenseerd door de toegenomen afstand.When placed out of focus, the adverse effects of moving out of focus are more than offset by the increased distance.
In figuur 3 tenslotte is een schematische dwarsdoorsnede weergegeven van het zendantenne-onderdeel van een 5 boorgatradarinrichting 1. Hierin ligt de dipoolantenne 8 (bijna) tegen de wand van de behuizing 2. De antenne 8 wordt op de juiste plaats gehouden door twee ophangbeugels 15. De antenne 8 kan worden aangestuurd via een bekabeling 9. Deze bekabeling 9 bevindt zich in de ruimte tussen de diametraal tegenover de zendantenne 8 gelegen 10 reflector 10 en de wand van de behuizing 2. Met 11 is isolatiemateriaal weergegeven, dat dient om elektromagnetische straling te absorberen die direct vanuit de zendantenne in de richting van de ontvangstantenne wordt gestraald. Tevens dient het materiaal 11 voor bevestiging van de ophangbeugels 15. De ruimte 12 15 tussen de reflector 10 en de zendantenne 8 is opgevuld met een diëlektrisch materiaal, in dit geval water.Finally, figure 3 shows a schematic cross-section of the transmitting antenna part of a borehole radar device 1. Herein, the dipole antenna 8 lies (almost) against the wall of the housing 2. The antenna 8 is held in place by two suspension brackets 15. The antenna 8 can be controlled via a cabling 9. This cabling 9 is located in the space between the reflector 10 diametrically opposite the transmitting antenna 8 and the wall of the housing 2. Reference numeral 11 indicates insulating material which serves to prevent electromagnetic radiation. absorbing directly from the transmitting antenna in the direction of the receiving antenna. The material 11 also serves for fixing the suspension brackets 15. The space 12 between the reflector 10 and the transmitting antenna 8 is filled with a dielectric material, in this case water.
Bij deze uitvoering is de reflector 10 niet helemaal tegen de wand van de behuizing 2 geplaatst. Dit biedt echter het voordeel dat ruimte ontstaat voor de . bekabeling 9 en andere onderdelen die 20 gevoelig zijn voor beïnvloeding door de uitgezonden elektromagnetische straling. Niettemin blijft het van belang dat de afstand tussen de zendantenne 8 en de reflector 10 zo groot mogelijk blijft. Deze zelfde eis geldt in gelijke mate voor de ontvangstantenne.In this embodiment, the reflector 10 is not placed completely against the wall of the housing 2. However, this offers the advantage that space is created for the. cabling 9 and other components that are sensitive to influence by the emitted electromagnetic radiation. Nevertheless, it remains important that the distance between the transmitting antenna 8 and the reflector 10 remains as large as possible. This same requirement applies equally to the receiving antenna.
25 1 0 1 ,K fi 5 125 1 0 1, K fi 5 1
Claims (11)
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1015651A NL1015651C2 (en) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | Borehole radar tool for locating transitions or fractures in geological formation, includes transmitting and receiving antennas and reflector section extending near wall of housing |
| AU7113801A AU7113801A (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3d borehole radar antenna and algorithm, method and apparatus for subsurface surveys |
| PCT/NL2001/000509 WO2002004987A2 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3d borehole radar antenna and algorithm, method and apparatus for subsurface surveys |
| DE60124919T DE60124919T2 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3D BOREHOLE RADAR ANTENNA |
| AT01950107T ATE347114T1 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3D BOREHOLE RADAR ANTENNA |
| US10/312,774 US6712140B2 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3rd borehole radar antenna and algorithm, method and apparatus for subsurface surveys |
| AU2001271138A AU2001271138B2 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3d borehole radar antenna and algorithm, method and apparatus for subsurface surveys |
| CA2415651A CA2415651C (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3d borehole radar antenna and algorithm, method and apparatus for subsurface surveys |
| EP01950107A EP1301809B1 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | 3d-borehole radar antenna |
| JP2002509802A JP4768203B2 (en) | 2000-07-07 | 2001-07-05 | Borehole radar equipment |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1015651A NL1015651C2 (en) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | Borehole radar tool for locating transitions or fractures in geological formation, includes transmitting and receiving antennas and reflector section extending near wall of housing |
| NL1015651 | 2000-07-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1015651C2 true NL1015651C2 (en) | 2002-01-24 |
Family
ID=19771693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1015651A NL1015651C2 (en) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | Borehole radar tool for locating transitions or fractures in geological formation, includes transmitting and receiving antennas and reflector section extending near wall of housing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1015651C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115042917A (en) * | 2022-05-16 | 2022-09-13 | 中国舰船研究设计中心 | Marine invisible ventilating laminated door |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4045724A (en) * | 1976-04-06 | 1977-08-30 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Electromagnetic wave method for mapping subterranean earth formations |
| GB2100544A (en) * | 1981-06-16 | 1982-12-22 | Ensco Inc | Radar drill guidance system |
| WO1989003053A1 (en) * | 1987-09-28 | 1989-04-06 | United States Department Of Energy | Downhole pulse radar |
| US5530359A (en) * | 1995-02-03 | 1996-06-25 | Schlumberger Technology Corporation | Borehole logging tools and methods using reflected electromagnetic signals |
-
2000
- 2000-07-07 NL NL1015651A patent/NL1015651C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4045724A (en) * | 1976-04-06 | 1977-08-30 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Electromagnetic wave method for mapping subterranean earth formations |
| GB2100544A (en) * | 1981-06-16 | 1982-12-22 | Ensco Inc | Radar drill guidance system |
| WO1989003053A1 (en) * | 1987-09-28 | 1989-04-06 | United States Department Of Energy | Downhole pulse radar |
| US5530359A (en) * | 1995-02-03 | 1996-06-25 | Schlumberger Technology Corporation | Borehole logging tools and methods using reflected electromagnetic signals |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115042917A (en) * | 2022-05-16 | 2022-09-13 | 中国舰船研究设计中心 | Marine invisible ventilating laminated door |
| CN115042917B (en) * | 2022-05-16 | 2024-01-26 | 中国舰船研究设计中心 | Stealth ventilation laminated door for ship |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baker et al. | An introduction to ground penetrating radar (GPR) | |
| EP0179601B1 (en) | Microwave reflection survey method | |
| US4746867A (en) | Antenna assembly for microwave reflection survey equipment | |
| US5530359A (en) | Borehole logging tools and methods using reflected electromagnetic signals | |
| EP1301809B1 (en) | 3d-borehole radar antenna | |
| US20110227577A1 (en) | Single well reservoir imaging apparatus and methods | |
| EP0386108A1 (en) | Downhole pulse radar | |
| NO326721B1 (en) | Procedure and apparatus for directional well logging | |
| CN106796304B (en) | Subsurface sensing using guided surface wave modes with lossy media | |
| WO2002086545A1 (en) | Measurement of subterranean lithology using electromagnetic energy | |
| JP2017534847A (en) | Remote surface sensing using guided surface wave mode on lossy media | |
| WO2004029562A2 (en) | Apparatus and method using continuous -wave radiation for detecting and locating targets hidden behind a surface | |
| Daniels et al. | Antenna design considerations for ground penetrating radar landmine detection | |
| NL1015651C2 (en) | Borehole radar tool for locating transitions or fractures in geological formation, includes transmitting and receiving antennas and reflector section extending near wall of housing | |
| Rappaport et al. | Focused array radar for real-time imaging and detection | |
| Pajewski et al. | Antennas for GPR systems | |
| Sato et al. | Cross-polarization borehole radar measurements with a slot antenna | |
| Kang et al. | The effect of directivity of antenna for the evaluation of abnormal area using ground penetrating radar | |
| Nobes et al. | " Broadside" versus" end-fire" radar response: some simple illustrative examples | |
| Kang et al. | The effect of the antenna height on quality of bistatic GPR data | |
| Kota et al. | Design and analysis of TEM horn antenna for GPR applications | |
| Gill et al. | Design of Forward Looking Economical Monopole Antenna for Borehole RADAR Applications | |
| Abdelgwad et al. | Investigation of Utilizing L-band Horn Antenna in Landmine Detection | |
| RADAR | CHARACTERISTIC RESONANCE IDENTIFICATION TECHNIQUES FOR | |
| Vogt et al. | Design of a slimline directional borehole radar antenna using FDTD |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| TD | Modifications of names of proprietors of patents |
Owner name: T & A SURVEY B.V. |
|
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20090201 |