NL1016363C2

NL1016363C2 - Werkwijze voor bodemonderzoek, en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

Info

Publication number: NL1016363C2
Application number: NL1016363A
Authority: NL
Inventors: Robert Van Ingen
Original assignee: T & A Radar B V
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-04-10

Description

5

Titel: Werkwijze voor bodemonderzoek, en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het onderzoeken van een bodem, omvattende: opwekken van een of meer elektromagnetische pulssignalen; uitzenden van de een of meer pulssignalen in de bodem; ontvangen van een of meer bij elk 10 pulssignaal behorende responssignalen; bemonsteren van de een of meer responssignalen; omzetten van elke responssignaalbemonstering in digitale vorm voor het verkrijgen van een responssignaalwoord; en verwerken van de responssignaalwoorden voor het verkrijgen van een beeld van de structuur van de bodem. Tevens heeft de uitvinding 15 betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de stand van de techniek, bijvoorbeeld uit de internationale octrooiaanvrage PCT/US88/03196. In de bekende werkwijze wordt als gevolg van grenzen aan de snelheid van apparatuur (A/D-omzetter) voor de omzetting van 20 een analoge responssignaalwaarde in een digitale responssignaalwaar-de, en tevens als gevolg van grenzen aan de snelheid van apparatuur voor de verwerking van de digitale responssignaalwoorden, een subbemonstering uitgevoerd. Deze subbemonstering houdt in, dat van elk responssignaal van een reeks opeenvolgende responssignalen 25 telkens één bemonstering wordt genomen, waarbij de bemonsteringspe-riode enigszins groter is dan de responssignaalperiode. De aldus verkregen reeks responssignaalbemonsteringen vormt een complete bemonstering van een van de responssignalen met een getrouwe weergave van het oorspronkelijke analoge responssignaal. De 30 subbemonstering maakt het mogelijk, een hoogfrequent signaal te bemonsteren op een lage frequentie, waardoor de verwerking van de responssignaalwoorden binnen de technische mogelijkheden van de beschikbare apparatuur kan worden uitgevoerd.

In principe kunnen de elektromagnetische pulssignalen zowel 35 vanaf de bodemoppervlakte (boven water of onder water) als vanuit een in de bodem aangebracht gat in de bodem worden uitgezonden. De responssignalen kunnen eveneens zowel aan de bodemoppervlakte (boven 101 6363 -1 2 water of onder water) als in het in de bodem aangebrachte gat worden ontvangen.

De bekende werkwijze heeft een aantal nadelen.

Een eerste nadeel is dat een complete reeks responssignaalbe-5 monsteringen uitsluitend aan de hand van een groot aantal respons-signalen kan worden verkregen, wat relatief veel tijd en energie kost, aangezien voor elke responssignaalbemonstering een tot een responssignaal leidend pulssignaal moet worden uitgezonden in de bodem.

10 Een volgend nadeel is dat de opeenvolgende responssignalen, van elk waarvan steeds één bemonstering wordt genomen, in hoge mate gelijk moeten zijn, wat op zijn beurt hoge eisen stelt aan de eenvormigheid van de aan de responssignalen ten grondslag liggende pulssignalen, indien wordt verondersteld dat de eigenschappen van de 15 bodem gedurende de voor de reeks responssignaalbemonsteringen benodigde tijd niet veranderen. Tevens dient de herhalingsfrequentie van de pulssignalen zeer constant te zijn, of althans gesynchroniseerd te zijn met de bemonsteringsfrequentie.

Een ander nadeel is dat de A/D-omzetter van de bekende 20 inrichting een bemonstering uitvoert die onafhankelijk is van de amplitude van het responssignaal, zodat voor kleine amplitudes een relatief slechte amplitudenauwkeurigheid wordt verkregen, wat de kwaliteit van het uiteindelijk beoogde beeld van de structuur van de bodem negatief beïnvloed.

25 Indien een hogere nauwkeurigheid (bijvoorbeeld 16 of 32 bits) wordt gewenst, hetgeen in het algemeen het geval is, neemt de conversiesnelheid van de daarvoor beschikbare A/D-omzetter af, hetgeen leidt tot de noodzaak van de eerder genoemde subbemonste-ring. Omgekeerd leidt een relatief hoge conversiesnelheid tot een 30 relatief lage nauwkeurigheid (bijvoorbeeld 8 bits).

De uitvinding beoogt de voornoemde nadelen weg te nemen, of althans aanzienlijk te verminderen, en verschaft daartoe een werkwijze van de hiervoor aangegeven soort, welke is gekenmerkt volgens conclusie 1. Een inrichting volgens de uitvinding is 35 gekenmerkt volgens conclusie 5.

1016363Ί 1 r 3

In de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding worden per responssignaal meerdere bemonsteringen uitgevoerd, zodat minder responssignalen benodigd zijn om een complete reeks bemonsteringen te verkrijgen die een responssignaal op voldoende wijze beschrijven.

5 Bij voorkeur worden van elk responssignaal alle responseignaalbemon-steringen genomen die noodzakelijk zijn om het responssignaal in hoofdzaak volledig te karakteriseren. Op deze wijze kan zeer veel tijd en energie bespaard worden. Bovendien is het niet noodzakelijk dat de pulssignalen onderling eenvormig zijn, of dat de herhalings-10 frequentie van de pulssignalen constant is, of is gesynchroniseerd met de bemonsteringsfrequentie.

Teneinde de responssignaalwoorden ondanks de gekozen hoge bemonsteringsfrequentie met een lagere snelheid te kunnen verwerken, wordt bij voorkeur een aantal opeenvolgende responssignaalwoorden 15 gebufferd voor het vormen van een datawoord, waarbij vervolgens het datawoord wordt verwerkt voor het verkrijgen van een beeld van de structuur van de bodem.

In een voorkeursuitvoering van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding wordt de amplitude van elk responssignaal bij 20 het ontvangen daarvan aangepast aan de voor de bemonstering geldende maximale amplitude, waardoor ook bij hoge conversiesnelheden en/of A/D-omzetters met een beperkte nauwkeurigheid voor relatief kleine amplitudes een goede amplitudenauwkeurigheid wordt behaald.

Andere conclusies, kenmerken en voordelen van de uitvinding 25 zullen duidelijk worden aan de hand van de bijgaande tekening, waarin een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld is getoond, waarbij: fig. la, lb en lc diagrammen van respectievelijk uitgezonden pulssignalen, ontvangen responssignalen, en de bemonstering van de responssignalen in de tijd t illustreren; 30 fig. 2 een blokschema toont van een elektronische schakeling voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; en fig. 3 in blokschema nadere details van een gedeelte van de schakeling van fig. 2 toont.

In de verschillende figuren hebben gelijke verwijzingscijfers 35 betrekking op gelijke onderdelen of onderdelen met een gelijke functie.

1018363 f 4

Fig. la toont pulssignalen welke met een periodetijd T van bijvoorbeeld 1 ms worden uitgezonden. De tijdsduur van elke puls is bijvoorbeeld 1-50 ns met een stijgtijd van 1-3 ns. De pulssignalen hebben bijvoorbeeld een centrumfrequentie van 50-600 MHz. Fig. lb 5 toont, op dezelfde tijdschaal als fig. la, responssignalen welke in reactie op de pulssignalen volgens fig. la worden ontvangen. Fig. lc toont, op dezelfde tijdschaal als fig. la en lb, een bemonstering van de responssignalen volgens fig. lb.

Fig. 2 toont een klokgenerator 2 welke is ingericht voor het 10 opwekken van een kloksignaal met een frequentie fs van bijvoorbeeld 1 kHz. Zoals de pijl 4 symboliseert, wordt het door de klokgenerator 2 opgewekte kloksignaal toegevoerd aan een A/D-omzetter 6 welke is ingericht voor het met de kloksignaalfrequentie (ook wel bemonste-ringsfrequentie genoemd) f3 bemonsteren van analoge responssignalen 15 die afkomstig zijn van een ontvanger 8. De A/D-omzetter 6 zet een analoge ingangsspanning om in een digitale representatie, bijvoorbeeld een responssignaalwoord met een breedte van 8 bits. In een praktische toepassing kan de A/D-omzetter 6 intern over een demultiplexer (niet nader weergegeven) beschikken, waardoor een 20 aantal responssignaalwoorden kunnen worden gebufferd, en aan een uitgang van de A/D-omzetter 6 steeds n responssignaalwoorden verschijnen, waarbij n een geheel getal is, dat gelijk is aan, of groter is dan één. De frequentie fQ waarmee de A/D-omzetter 6 digitale informatie levert, is derhalve het quotiënt van de 25 frequentie fa en n. In het uitvoeringsvoorbeeld van fig. 2 is n = 2.

De uitgang 10 van de A/D-omzetter 6 is gekoppeld met een demul-tiplexerschakeling 12, omvattende een aantal (in het uitvoeringsvoorbeeld van fig. 2 vijf) demultiplexers, waarvan er vier elk successievelijk een aantal responssignaalwoorden (in het uitvoe-30 ringsvoorbeeld van fig. 2 vier responssignaalwoorden oftewel tweeëndertig bits) kunnen bufferen. Aan de uitgang 14 van de demultiplexers 12 verschijnt derhalve een datawoord dat een aantal responssignaalwoorden omvat (in het uitvoeringsvoorbeeld van fig. 2 zestien), welk datawoord beschikbaar komt met een frequentie fd die 35 overeenkomt met het quotiënt van de frequentie fs en het aantal responssignaalwoorden per datawoord. Indien wordt aangenomen dat in 5 de schakeling van fig. 2 de bemonsteringsfrequentie fs 150 MHz is, bedraagt de datawoordfrequentie fd 9,4 MHz. Deze frequentie fd kan door een met de demultiplexers 12 gekoppelde verwerkingsschakeling 16 worden verwerkt.

5 Het zal duidelijk zijn, dat de lengte van het datawoord door de toepassing van een of meer demultiplexers in of achter de A/D-omzetter 6 gevarieerd kan worden voor het kiezen van een geschikte frequentie fd- Dit opent de mogelijkheid om een zeer snelle A/D-omzetter 6 toe te passen waarmee een responssignaal binnen een 10 periode daarvan volledig bemonsterd kan worden.

Een trekkerschakeling 18 wekt een trekkersignaal op dat wordt toegevoerd aan een zender 20, zoals is gesymboliseerd door een lijn 22, voor het opwekken van een pulssignaal dat in de bodem wordt uitgezonden. De zender 20 omvat een niet nader getoonde pulsgenera-15 tor voor het opwekken van de pulssignalen. Tussen de trekkerschakeling 18 en de zender 20 kan een programmeerbare vertragingslijn (niet weergegeven) zijn opgenomen om te kunnen compenseren voor vertragingen in de zender 20. Het trekkersignaal wordt tevens toegevoerd aan de A/D-omzetter 6, zoals is gesymboliseerd door een 20 lijn 24, bij voorkeur via een programmeerbare vertragingslijn (niet weergegeven) om te kunnen compenseren voor vertragingen in de ontvanger 8 en de A/D-omzetter 6. De A/D-omzetter 6 ontvangt op deze wijze een opdracht tot het omzetten van de analoge pulssignalen in digitale responssignaalbemonsteringen. Tenslotte wordt het trekker-25 signaal toegevoerd aan een demultiplexer 26, zoals is gesymboliseerd door een lijn 28 voor het synchroniseren van de afgifte van het datawoord aan de verwerkingsschakeling 16.

Zoals fig. 3 toont, zijn in de ontvanger 8 een ingangsschake-ling 30, een voorversterker 32, een banddoorlaatfilter 34, een via 30 een ingang "set" instelbare versterkingsaanpassingsschakeling 36 en een uitgangsversterker 38 opgenomen. Bij voorkeur wordt tussen de ontvanger 8 en de A/D-omzetter 6 een via een ingang "set" instelbare verzwakker 40 geschakeld, die voor het van de ontvanger 8 afkomstige signaal één van een aantal spanningsintervallen (bijvoorbeeld 0-10 35 mV, 0-20 mV, 0-30 mV, 0-40 mV en 0-50 mV) instelt, zodanig dat met name voor responssignalen met een kleine amplitude een zo groot i, J ü , - '· o 6 mogelijke amplitudenauwkeurigheid wordt verkregen, ondanks een beperkte nauwkeurigheid van de A/D-omzetter.

101 6363··

Claims

1. Werkwijze voor het onderzoeken van een bodem, omvattende: - opwekken van een of meer elektromagnetische pulssignalen; 5. uitzenden van de een of meer pulssignalen in de bodem; - ontvangen van een of meer bij elk pulssignaal behorende responseignalen; - bemonsteren van de een of meer responssignalen; - omzetten van elke responssignaalbemonstering in digitale vorm 10 voor het verkrijgen van een responssignaalwoord; en - verwerken van de responssignaalwoorden voor het verkrijgen van een beeld van de structuur van de bodem, met het kenmerk, dat van elk responssignaal ten minste twee responssignaalbemonsteringen worden genomen. 15

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat van elk responssignaal alle responssignaalbemonsteringen worden genomen die noodzakelijk zijn om het responssignaal in hoofdzaak volledig te karakteriseren. 20

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een aantal opeenvolgende responssignaalwoorden wordt gebufferd voor het vormen van een datawoord, en dat vervolgens het datawoord wordt verwerkt voor het verkrijgen van een beeld van de structuur van de 25 bodem.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de amplitude van elk responssignaal bij het ontvangen daarvan wordt aangepast aan de voor de bemonstering geldende 30 maximale amplitude.

5. Inrichting voor het onderzoeken van een bodem, omvattende: - een pulsgenerator voor het opwekken van een of meer elektromagnetische pulssignalen; 35. een zender (20) voor het uitzenden van de een of meer pulssignalen in de bodem;

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de A/D-omzetter (6) is ingericht om van elk responssignaal alle responssig- 15 naalbemonsteringen te nemen die noodzakelijk zijn om het responssignaal in hoofdzaak volledig te karakteriseren.

7. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, gekenmerkt door een tussen de A/D-omzetter (6) en de verwerkingsschakeling (16) geschakelde 20 hemultiplexerschakeling (12) voor het bufferen van een aantal opeenvolgende door de A/D-omzetter toegevoerde responssignaalwoorden voor het vormen van een datawoord, en het afgeven van het datawoord aan de verwerkingsschakeling (16).

7 A 1 C: . i A - L ·. j r ;· A ’ - een ontvanger (8) voor het ontvangen van een of meer bij elk pulssignaal behorende responssignalen; - een A/D-omzetter (6) voor het bemonsteren van de een of meer responssignalen en het omzetten van elke responssignaalbemonstering 5 in digitale vorm voor het verkrijgen van een responssignaalwoord; en - een verwerkingsschakeling (16) voor het verwerken van de responssignaalwoorden voor het verkrijgen van een beeld van de structuur van de bodem, met het kenmerk, dat de A/D-omzetter (6) is ingericht om van 10 elk responssignaal ten minste twee responssignaalbemonsteringen te nemen.

8. Inrichting volgens een van de conclusies 5-7, gekenmerkt door een tussen de ontvanger (8) en de A/D-omzetter (6) geschakelde instelbare verzwakker (40) voor het aanpassen van de amplitude van elk responssignaal aan de voor de bemonstering geldende maximale amplitude. 30 101 6363 -1