NL8403802A

NL8403802A - TILT ANGLE METER.

Info

Publication number: NL8403802A
Application number: NL8403802A
Authority: NL
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1985-07-16
Also published as: GB2151794A; GB2151794B; ES8606670A1; NO845094L; FR2556846A1; AU3689784A; DE3445863A1; GB8431794D0; ES538719A0

Description

*" * * - ‘T> • ... " VO 6663* "* * -" T> • ... "VO 6663

Titel: Kantelhoekmeter.Title: Tilt angle meter.

De uitvinding heeft betrekking op een meetinrichting, welke kan worden toegepast bij het bepalen van de hoek, welke de totale elektromagnetische veldvector van de aarde maakt met het horizontale vlak, dat in een bepaald punt aan het oppervlak van de aarde raakt.The invention relates to a measuring device which can be used in determining the angle that the total electromagnetic field vector of the earth makes with the horizontal plane, which touches the surface of the earth at a certain point.

5 Er is op het terrein van het geofysisch.. onderzoek een aantal elektromagnetische methoden békend. Een van deze methoden voor geofysisch. onderzoek is de magnetotellurische methode. Het is bekend, dat de in de atmosfeer van de aarde aanwezige natuurlijke elektromagnetische velden op hun beurt elektrische stromen in het gebied onder het aard-10 oppervlak opwekken. Deze stromen, bekend als tellurische stromen, wekken op hun beurt een bijbehorend magnetisch veld op, waarvan de invloed aan het oppervlak kan worden gemeten.5 A number of electromagnetic methods are known in the field of geophysical research. One of these geophysical methods. research is the magnetotelluric method. It is known that the natural electromagnetic fields present in the Earth's atmosphere in turn generate electric currents in the region below the Earth's surface. These currents, known as telluric currents, in turn generate an associated magnetic field, the influence of which can be measured on the surface.

Bij de magnetotellurische methode wordt de impedantie van de aarde voor elektromagnetische velden van uitwendige oorsprong bepaald door het 15 uitvoeren van metingen aan het aardoppervlak. Drie gerichte magnetometers worden langs twee loodrechte horizontale assen en één vertikale as opgesteld voor het meten van variaties in het magnetische veld, welk veld in het algemeen wordt aangeduid met het symbool H. Twee horizontale dipool— antennes worden opgesteld voor het meten van variaties in het elektrische 20 veld, welk veld in het algemeen wordt aangegeven met het symbool E. Het gebruikte type magnetometer en de vereiste lengte van de antenne zijn afhankelijk van het van belang zijnde frequentiegebied.In the magnetotelluric method, the earth's impedance to electromagnetic fields of external origin is determined by taking measurements on the earth's surface. Three directional magnetometers are arranged along two perpendicular horizontal axes and one vertical axis for measuring variations in the magnetic field, which field is generally designated by the symbol H. Two horizontal dipole antennas are positioned for measuring variations in the magnetic field. electric field, which field is generally indicated by the symbol E. The type of magnetometer used and the required length of the antenna depend on the frequency range of interest.

De mathematische grondslag voor de magneto tellurische methode is beschreven door Louis Cagniard in zijn artikel, getiteld "Basic Theory 25 of the Magneto-Telluric Method van Geophysical Prospecting" (Geophysics, Volume 18, nr. 2, pag. 605-635, 1953). Het is bekend, dat er een bepaalde relatie bestaat tussen de orthogonale componenten van het magnetische aardveld en de orthogonale componenten van het elektrische aardveld.The mathematical basis for the magneto-telluric method is described by Louis Cagniard in his article entitled "Basic Theory 25 of the Magneto-Telluric Method of Geophysical Prospecting" (Geophysics, Volume 18, No. 2, pp. 605-635, 1953) . It is known that there is a certain relationship between the orthogonal components of the earth's magnetic field and the orthogonal components of the earth's electric field.

Deze relatie maakt het mcgelijk de impedantie van de aarcfe ten opzichte 30 van verschillende elektromagnetische frequenties te schatten. Een. interpretatie van de frequentieafhankelijkheid maakt het mogelijk de diepte waartoe de electromagnetische energie in de aarde doordringt, te schatten. Bij de magnetotellurische methode worden de variaties in deze velden over een groot frequentiegebied, zoals gemeten door de drie. magnetometers 8403002 - 2 - en twee dipoolantennes, gebruikt voor het verkrijgen van informatie ten aanzien van de specifieke weerstand van de aardevanaf geringe diepten tot diepten, welke meer dan 10.000 m bedragen.This relationship makes it possible to estimate the impedance of the earth with respect to different electromagnetic frequencies. A. Interpretation of the frequency dependence allows to estimate the depth to which the electromagnetic energy penetrates into the Earth. In the magnetotelluric method, the variations in these fields over a wide frequency range are measured by the three. magnetometers 8403002 - 2 - and two dipole antennas, used for obtaining information on the specific resistance of the earth from shallow depths to depths greater than 10,000 m.

Een van de relaties, die bij de magnetotellurische methode wordt 5 bepaald, is de deviatie ten opzichte van de horizontaal van de natuurlijke magnetische aardveldvector- Deze verticale hoek, de deviatiehoek ten opzichte van het horizontale vlak, dat aan het aardoppervlak raakt, wordt dikwijls betiteld als de "kantelhoek". De kantelhoek is van nut bij het identificeren van de aanwezigheid van geleidende anomalieën 10 in gebieden onder het aardoppervlak.One of the relationships determined in the magnetotelluric method is the deviation from the horizontal of the natural magnetic earth field vector. This vertical angle, the deviation angle from the horizontal plane tangent to the Earth's surface, is often called as the "tilt angle". The tilt angle is useful in identifying the presence of conductive anomalies 10 in areas below the Earth's surface.

Een. andere electromagnetische methode voor geofysisch onderzoek is de AFMAG (audiofrequentëc. magnetische) methode. De AFMAG-methode kan op de grond worden toegepast doch wordt vaker gebruikt voor op grote schaal uitgevoerde verkenningsonderzoeken vanuit de lucht. Zoals bespro-15 ken. in het Amerikaanse octrooischrift 3.568.048, wordt bij deze methode in het algemeen gebruik gemaakt; van twee detectiespoelen, die met..de assen daarvan loodrecht op elkaar zijn opgesteld, waarbij elke as verder een hoek van 45® met de- horizontaal maakt. Wanneer de natuurlijke magnetische veldvector boven of onder de horizontaal helt, is de in een van 20 de spoelen geïnduceerde spanning groter dan die, welke in de andere spoel wordt geïnduceerd. De verhouding van de twee spoelspanningen wordt bepaald door. de kantelhoek: van de magnetische veldvector.A. Another electromagnetic method for geophysical research is the AFMAG (audio frequency magnetic) method. The AFMAG method can be applied on the ground, but is more often used for large-scale aerial reconnaissance studies. As discussed. in U.S. Patent 3,568,048, this method is generally used; of two detection coils arranged perpendicular to each other with their axes, each axis further making an angle of 45 ° with the horizontal. When the natural magnetic field vector slopes above or below the horizontal, the voltage induced in one of the coils is greater than that induced in the other coil. The ratio of the two coil voltages is determined by. the tilt angle: of the magnetic field vector.

De magnetische veldcomponenten, die bij de AFMAG-methode worden-gemeten, liggen in het audiofrequente gebied, waarbij de van bijzonder 25 belang zijnde componenten in het gebied van 100 tot 2000 Hz liggen. Ongelukkigerwijs is. de diepte van de doordringing van het electromagnetische veld in de aarcfe invers gerelateerd met de frequentie van deze velden. In verband met de betrekkelijk hoge frequenties welke worden gemeten, zullen bij deze methode slechts anomalieën worden -.gedetecteerd, 30 die betrekkelijk dicht bij het aardoppervlak zijn gelegen.The magnetic field components measured in the AFMAG method are in the audio frequency range, the particularly important components being in the range of 100 to 2000 Hz. Unfortunately it is. the depth of penetration of the electromagnetic field into the inverse inverse related to the frequency of these fields. Due to the relatively high frequencies measured, this method will only detect anomalies that are relatively close to the Earth's surface.

Zoals boven is besproken, wordt de AFMAG-methode in het algemeen gebruikt voor verkenningsonderzoeken van zeer grote gebieden, waarbij de gewenste informatie verband houdt met onder het aardoppervlak gelegen structuren, die zich betrekkelijk dicht bij het aardoppervlak bevinden.As discussed above, the AFMAG method is generally used for exploration of very large areas, where the desired information is related to subsurface structures relatively close to the earth's surface.

35 Indien het gewenst is informatie ten aanzien van de electrische structuur 8403802 -¾ * -3- van het gebied onder het aardoppervlak tot een diepte van 600 m of meer te vergaren, kan gebruik worden gemaakt van magnetotellurische methoden. De complexe installatie, welke nodig is om Informatie te vergaren, die betrekking heeft op dergelijke diepten,, onder gebruik van magneto-5 tellurische methoden kan evenwel leiden tot kosten,· welke groter zijn dart die,: welke gerechtvaardigd zijn tenzij het te onderzoeken gebied zeer klein is bijvoorbeeld minder dan 13 km2 . In het verleden is geen kosteneffectieve inrichting beschikbaar gesteld voor het in kaart brengen van de electrische structuur van gebieden onder het aardoppervlak tot 10 diepten tot een waarde van 600 m over een oppervlak, vdat 25Q km2 of meer bestrijkt.If it is desired to collect information regarding the electrical structure 8403802 -¾ * -3- from the area below the earth's surface to a depth of 600 m or more, magnetotelluric methods may be used. However, the complex installation required to gather information pertaining to such depths using magneto-telluric methods may lead to costs which are greater than those justified unless the area to be investigated for example, very small is less than 13 km2. In the past, no cost-effective device has been made available to map the electrical structure of areas below the Earth's surface up to 10 depths up to a value of 600 m over an area covering 25 ° km2 or more.

De inrichting volgens de uitvinding omvat twee grote detectie— spoelen, die loodrecht op elkaar in de vorm van een omgekeerde T zijn gemonteerd. De spoelen zijn bestemd voor het meten van het zeer zwakke 15 eigen electromagnetische veld van de aarde in een bepaald frequentiegebied met een nauwkeurigheid, die voor geologische interpretatie nodig is, terwijl de geringe afmetingen, die voor een draagbaarheid nodig zijn, worden onderhouden. De spoelen worden met parallelcondensatoren af gestemd op een piekgevoeligheid bij een frequentie van ongeveer 5 Hz.The device according to the invention comprises two large detection coils, which are mounted perpendicular to each other in the form of an inverted T. The coils are designed to measure the Earth's very weak electromagnetic field in a given frequency range with an accuracy needed for geological interpretation, while maintaining the small dimensions required for portability. The coils are tuned with peak capacitors to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz.

20 Het signaal uit elke spoel wordt toegevoerd aan een afzonderlijke electronische keten, welke bestemd is voor het volledig versterken van signalen onder een frequentie van ongeveer 10 Hz, terwijl signalen met een frequentie hoger dan 30 Hz worden gedempt. De bandbreedte "rolt af" bij gelijkstroom aan het laagfrequente uiteinde. Het uitgangssignaal 25 van elke electronische keten wordt omgezet in een reeks gelijkstroom-pulsen en deze worden dan in een grote uitgangscondensator apgeslagen.The signal from each coil is supplied to a separate electronic circuit, which is intended to fully amplify signals below a frequency of about 10 Hz, while attenuating signals having a frequency higher than 30 Hz. The bandwidth "rolls off" at DC at the low-frequency end. The output signal of each electronic circuit is converted into a series of direct current pulses and these are then stored in a large output capacitor.

De verhouding van de uitgangssignalen van de twee uitgangscondensatoren is de tangens van de kantelhoek, of de hoek van de totale magnetische veldvector ten opzichte van het horizontale vlak, dat in de meetplaats 30 aan het oppervlak van de aards raakt.The ratio of the output signals of the two output capacitors is the tangent of the tilt angle, or the angle of the total magnetic field vector to the horizontal plane, which touches the surface of the terrestrial surface in the measurement site 30.

Bij het uitvoeren van metingen wordt de inrichting zodanig opgesteld, dat één spoel in hoofdzaak evenwijdig is aan het vlak, dat aan het aardoppervlak raakt, en de andere spoel loodrecht op dit vlak staat.When measurements are taken, the device is arranged such that one coil is substantially parallel to the plane tangent to the earth's surface and the other coil is perpendicular to this plane.

. ƒ. ƒ

Door in elke plaats twee metingen uit te voeren, één met de spoel 35 evenwijdig aan het aardoppervlak gecentreerd in een in het algemeen 8403802 j - 4- noord-zuidrichting, en één met. deze spoel, gecentreerd over 90° verscho-. ven ten opzichte van de centrering daarvan tijdens de eerste meting, of in een in het algemeen oost-westrichting, kan de verticale hoek en.de relatieve intensiteit van de totale magnetische veldvector worden geschat.By taking two measurements in each location, one with the coil 35 centered parallel to the earth's surface in a generally 8403802 j-4-north-south direction, and one with. this coil, centered at 90 °. From its centering during the first measurement, or in a generally east-west direction, the vertical angle and relative intensity of the total magnetic field vector can be estimated.

5 De verticale hoek van de. totale magnetische veldvector, de kantelhoek, is; direct gerelateerd aan de resistieve en geleidende lichamen, waaruit de- electrische· structuur van de aarde onder de registratieplaats is opgebouwd,5 The vertical angle of the. total magnetic field vector, the tilt angle; directly related to the resistive and conductive bodies, from which the electrical structure of the earth is built up under the registration site,

De gehele inrichting is zo klein, dat deze gemakkelijk door een 10 enkele persoon kan worden getransporteerd. In verband met de geringe..afmetingen van de inrichting kan deze voor herkenningsonderzoek worden gebruikt doordat metingen worden verricht langs wegen.en andere gebieden, die toegankelijk zijn voor het algemene publiek. De kantelinrichting kan worden gebruikt, voor het in kaart brengen van de electrische structuur ' 15 van de aarde tot diepten van maximaal 600 m in de sedimentaire bekken— omgevingen, welke dikwijls als vermoedelijke· plaatsen van onder het ^aardoppervlak gelegen koolwaterstof af zettingen worden beschouwd. De informatie, welke onder gebruik van de inrichting wordt verkregen, kan van· bijzonder nut zijn bij het in kaart brengen van de plaats van schoor-20 stenen of wijzigingen van onder het aardoppervlak gelegen gesteente tengevolge van koolwaterstof lek. Deze schoorstenen en wijzigingen kunnen de aanwezigheid van koolwaterstoffen in het gebied onder het aardoppervlak aangeven.The entire device is so small that it can be easily transported by a single person. Due to the small size of the device, it can be used for recognition research because measurements are taken along roads and other areas, which are accessible to the general public. The tilting device can be used to map the electrical structure of the Earth to depths of up to 600 m in the sedimentary basin environments, which are often considered to be probable sites of subsurface hydrocarbon deposits. . The information obtained using the device may be of particular use in mapping the location of chimneys or alterations of subsurface rock due to hydrocarbon leak. These chimneys and changes can indicate the presence of hydrocarbons in the area below the Earth's surface.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwij-25 zing naar de tekening·.· Daarbij toont i • fig. 1 een schuin aanzicht van, een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding; fig. 2 een electrisch schema van een ver sterker/actieve diodeketen, welke geschikt is om volgens de uitvinding te worden toegepast; en 30 fig. 3 een gedeeltelijk blokschema van de electrische keten bij één uitvoeringsvorm volgens de uitvinding.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in which: Fig. 1 shows an oblique view of an embodiment of a device according to the invention; FIG. 2 is an electrical schematic of an amplifier / active diode circuit suitable for use in accordance with the invention; and FIG. 3 is a partial block diagram of the electrical circuit in one embodiment of the invention.

De inrichting volgens de uitvinding is meer in het bijzonder opgebouwd uit drie belangrijke onderdelen namelijk twee grote, in het algemeen cilindrische detectorspoelen, die loodrecht op elkaar zijn opgesteld, 35 en een versterker/actieve diodeschakéling Jig. 1 toont de constructie van 8403802 tr. * - 5 - één uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding,. De omhulsels 10a , 10b evenals het omhulsel 15,. welke later worden besproken, en andere onderdelen van het stelsel bestaan bij voorkeur uit een hard-niet-magne-tisch materiaal, zoals een kunststof. Niet-magnetisch materiaal wordt 5 gekozen omdat de aanwezigheid van metallische omhulsels in de nabijheid van de spoelen de indicaties van het electromagnetische aardveld, als gemeten door de spoelen, zou vervormen. De twee detectorspoelen 11a, 11b zijn binnen de respectieve omhulsels. 10a, 10b gemonteerd. De spoelen zijn loodrecht op elkaar in de vorm van. een omgekeerde T opgesteld. Dé T-vor>~-10 mige constructie wordt gekozen om de. koppeling tussen de spoelen tot een minimam temgr te brengen.The device according to the invention is more particularly composed of three important parts, namely two large, generally cylindrical detector coils, arranged perpendicular to each other, and an amplifier / active diode switch Jig. 1 shows the construction of 8403802 tr. * - 5 - one embodiment of a device according to the invention ,. The sheaths 10a, 10b as well as the sheath 15. which will be discussed later, and other parts of the system preferably consist of a hard non-magnetic material, such as a plastic. Non-magnetic material is chosen because the presence of metallic shells in the vicinity of the coils would distort the indications of the earth's electromagnetic field as measured by the coils. The two detector coils 11a, 11b are within the respective enclosures. 10a, 10b mounted. The coils are perpendicular to each other in the form of. an inverted T. The T-shape> ~ -10 mige construction is chosen every. link between the coils to a minimum temperature.

Aan de uiteinden van het omhulsel 10b kunnen eindpanelen 12 zijn bevestigd om de stabiliteit van de inrichting, wanneer deze op een plat oppervlak wordt geplaatst, te vergroten. Eet omhulsel 15, dat op het 15 omhulsel 10b bij de hoek, gevormd door de verbindingslijn tussen de omhulsels 10a en 10b is gemonteerd, bergt de electronische ketens van de inrichting. De spoelen 11a, 11b zijn, met de electronische ketens verbonden door af geschermde geleiders 14 (fig.. 3) met geaarde schermen. De functies van de terugstelknop 51, de schakelaars 52 en 55, de voltmeter 20 53 en de kiesschakelaar 54,' die alle in fig. 1 ‘zijn aangegeven, zullen later meer gedetailleerd worden beschreven.End panels 12 may be attached to the ends of the enclosure 10b to increase the stability of the device when placed on a flat surface. The sheath 15 mounted on the sheath 10b at the corner formed by the connecting line between the sheaths 10a and 10b stores the electronic circuits of the device. The coils 11a, 11b are connected to the electronic circuits by shielded conductors 14 (FIG. 3) with grounded shields. The functions of the reset button 51, the switches 52 and 55, the voltmeter 53 and the selector switch 54, "all of which are shown in FIG. 1", will be described in more detail later.

Bij de voorkeursuitvoeringsvorm is elke spoel 11a en 11b gewikkeld met 3200 windingen van nr. 22 koperdraad op een kern. De lengte van..elke spoel bedraagt 37,5 cm. Elke kern bestaat uit een niet-metallisch lichaam 25 met een diameter van 6,3 cm, gevuld met 24 staven met een diameter van 1,3 cm van een materiaal mat een magnetische susceptibiliteit van 800 of meer, zoals ferriet of mumetaal, De ruimten tussen de staven zijn met epoxyhars gevuld. Ofschoon de voorkeursuitvoeringsvorm is voorzien van een kern van 24 staven met een diameter van 1,3 cm in een niet-30 metallisch lichaam met een diameter van 6,3 cm, kan de kern ook bestaan uit een massief metallisch element of een reeks van opgestapelde platen met de totale lengte en diameter van het lichaam, dat bij de voorkeurs-uitvoeringsvörm wordt gebruikt.In the preferred embodiment, each coil 11a and 11b is wound with 3200 turns of No. 22 copper wire on a core. The length of each coil is 37.5 cm. Each core consists of a non-metallic body 25 with a diameter of 6.3 cm, filled with 24 rods with a diameter of 1.3 cm of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more, such as ferrite or mumetal, The spaces between the bars are filled with epoxy resin. Although the preferred embodiment includes a core of 24 bars with a diameter of 1.3 cm in a non-metallic body with a diameter of 6.3 cm, the core may also consist of a solid metallic element or a series of stacked plates with the overall length and diameter of the body used in the preferred embodiment.

De op deze wijze opgebouwde spoelen zijn zo klein, dat de. inrich-35 ting volgens de uitvinding gemakkelijk door een enkele persoon kan worden 8403002 * r* .-6- gedragen. De op deze wijze ontworpen spoel is ook gevoelig voor veranderingen van bijvoorbeeld 0,01 gamma in het electromagnetische aardveld bij een frequentie van 8 Hz. Dit ontwerppunt van 8 Hz wordt gekozen in verband met de aanwezigheid van. een piek van 8 Hz in het eigen elec-5 tromagnetische aardveld..The coils built up in this way are so small that the. device according to the invention can be easily carried by a single person. 8403002 * r *.-6-. The coil designed in this way is also sensitive to changes of, for example, 0.01 gamma in the electromagnetic earth field at a frequency of 8 Hz. This design point of 8 Hz is chosen because of the presence of. a peak of 8 Hz in the own electro-5 thromagnetic earth field.

Fig« 2; toont een schema van de versterker/actieve-diodeketen van de inrichting volgens de uitvinding., in de figuur is slechts de keten voor de spoel 11a gedetailleerd weergegeven waar de keten voor de spoel 11b een duplicaat daarvan is. De spoel 11a is met parallel condensatoren 10 16 af gestemd op een piekgevoeligheid bij ongeveer 5 Hz. De reden om de spoelen· op deze· piekgevoeligheid bij 5 Hz af te stemmen, zal later worden besproken..Fig 2; shows a diagram of the amplifier / active diode circuit of the device according to the invention, in the figure only the circuit for the coil 11a is shown in detail where the circuit for the coil 11b is a duplicate thereof. The coil 11a is tuned with parallel capacitors 10 16 to a peak sensitivity at about 5 Hz. The reason for tuning the coils to this peak sensitivity at 5 Hz will be discussed later.

Het uitgangssignaal van de afgestemde spoel wordt toegevoerd aan de positieve ingangsklem 3a en de negatieve ingangsklem 2a van een opera-15 tionele· versterker 23 via condensatoren 17 en weerstanden 18.. De condensatoren 1T verschaffen een faseinstelling en wel zodanig, dat de uit-gangsstroom, en de uitgangsspanning van de spoel aan de ingang van de operationele versterker 23 in fase zijn. De positieve ingangsklem 3a van de operationele versterker 23' is over een weerstand 24 geaard. Aan 20 de klemmen 4a. en 7a van de operationele versterker 23 wordt energie ; toegevoerd uit een conventionele voedingsbron 28 van 9 volt (fig , 3 ).The output of the tuned coil is supplied to the positive input terminal 3a and the negative input terminal 2a of an operational amplifier 23 through capacitors 17 and resistors 18. Capacitors 1T provide a phase adjustment such that the output current , and the output voltage of the coil at the input of the operational amplifier 23 is in phase. The positive input terminal 3a of the operational amplifier 23 'is grounded across a resistor 24. At 20 terminals 4a. and 7a of the operational amplifier 23 becomes energy; supplied from a conventional 9 volt power supply 28 (Fig. 3).

Over da klemmen la en 8a van de operationele versterker 23 is een conden-- sator 19 verbonden om korte pulsen met hoge frequentie uit te zeven.A capacitor 19 is connected across terminals 1a and 8a of the operational amplifier 23 to screen out short pulses at a high frequency.

Met. de terugkoppelweerstand 25 tussen de uitgangsklem 6a en de 25 negatieve ingangsklem 2a van de operationele versterker 23 wordt het versterkingsniveau van de keten ingesteld. Een condensator 26, parallel aan de weerstand 25, voorziet in een verdere^ filtering van korte pulsen met hoge frequentie. Het uitgangssignaal vaa. de operationele versterker 23 kan worden gemeten in het testpunt 27, dat over een weer-30 stand 30 met de genoemde uitgang is verbonden.With. the feedback resistor 25 between the output terminal 6a and the negative input terminal 2a of the operational amplifier 23 sets the gain level of the circuit. A capacitor 26, parallel to the resistor 25, provides for further filtering of short pulses of high frequency. The output signal from. the operational amplifier 23 can be measured in the test point 27, which is connected via a resistor 30 to the said output.

De uitgang van de operationele versterker 23 is over een weerstand 32 verbonden met de negatieve ingangsklem 2b van een operationele versterker 31. De positieve ingangsklem 3b van de operationele versterker 31 is verbonden met een potentiometer 35. De potentiometer 35 is via weer-35 standen 36 en 37 met de voedingsbron van 9 volt verbonden. De potentio- 8403802 <fc * - 7 - ' .The output of the operational amplifier 23 is connected across a resistor 32 to the negative input terminal 2b of an operational amplifier 31. The positive input terminal 3b of the operational amplifier 31 is connected to a potentiometer 35. The potentiometer 35 is connected through resistors 36 and 37 connected to the 9 volt power source. The potentio- 8403802 <fc * - 7 - '.

meter dient om. een instelling van de operationele versterker 31 voor een werking met minimale ruis en maximaal uitgangssignaal mogelijk te maken. De weerstanden 36 en 37 dienen om het spanningsgebied, dat over de potentiometer 35 beschikbaar is, te reduceren tot het gebied, dat voor 5 het instellen van de operationele versterker 31 nodig is. De positieve ingangsklem 3b van de operationele versterker 31 is over een weerstand 40 geaard. Een condensator 41 is over de klemmen 1b en 8b van de operationele versterker 31 verbonden om korte pulsen met hoge frequentie uit te zeven. Aan de klemmen 4b en 7b van de operationele versterker 31 10 wordt energie uit de voedingsbron van 9 volt toegevoerd.meter turns. a setting of the operational amplifier 31 to allow operation with minimum noise and maximum output signal. Resistors 36 and 37 serve to reduce the voltage range available across potentiometer 35 to the range required for setting the operational amplifier 31. The positive input terminal 3b of the operational amplifier 31 is grounded across a resistor 40. A capacitor 41 is connected across terminals 1b and 8b of the operational amplifier 31 to transmit short pulses of high frequency. Power is supplied from the 9-volt power supply to terminals 4b and 7b of the operational amplifier 31.

De ttitgangsklemr 6b van de operationele versterker 31 is verbonden met een diode 42. De diode 42 bevindt zich in de tecugkoppelketen van de operationele versterker 31, zodat de diode 42 als een actieve diode zal werken, die het wisseLstroomsignaal aan de ingang daarvan omzet in een 15 reeks gelijkstroompulsen, onafhankelijk van de intensiteit van het wisselstroomingangssignaal. De terugkoppelweerstand 45 en de variabele weerstand 48, verbonden tussen de uitgahgsklem van de diode 42 en de negatieve ingangsklem 2b van de operationele versterker 31, besturen het versterkingsniveau. over dat gedeelte van de keten. Er is- een varia-*;'.. 20 bele weerstand 48 aanwezig opdat de versterking van éénlinrichting en derhalve het uitgangssignaal daarvan voor een bepaald ingangssignaal zodanig kan worden gecalibreerd, dat dit hetzelfde is als het uitgangssignaal van een andere inrichting in responsie op hetzelfde ingangssignaal. Een condensator 46 is parallel aan de weerstand 45 en de 25 variabele weerstand 48 verbonden voor het verkrijgen van een verdere filtering van korte pulsen met hoge frequentie. De diode 42 zet het versterkte naar de tijd variërende signaal uit de spoel 11a om in een reeks gelijkstroompulsen. Het uitgangssignaal van de diode 42 kan worden gemeten in het testpunt 43 , dat via een weerstand 44 met de genoemde 30 uitgang is verbonden. Het uitgangssignaal wordt via een weerstand 50 aan de uitgangscondensator 47 toegevoerd.The output terminal 6b of the operational amplifier 31 is connected to a diode 42. The diode 42 is located in the tecug coupling circuit of the operational amplifier 31, so that the diode 42 will act as an active diode, converting the alternating current signal at its input into a 15 series of DC pulses, independent of the intensity of the AC input signal. The feedback resistor 45 and the variable resistor 48, connected between the output terminal of diode 42 and the negative input terminal 2b of the operational amplifier 31, control the gain level. about that part of the chain. A variable resistor 48 is provided so that the gain of one line direction and therefore its output signal for a given input signal can be calibrated such that it is the same as the output signal of another device in response to the same input signal. A capacitor 46 is connected in parallel with the resistor 45 and the variable resistor 48 to obtain a further filtering of short pulses of high frequency. Diode 42 converts the amplified time-varying signal from coil 11a into a series of DC pulses. The output of the diode 42 can be measured in the test point 43, which is connected via a resistor 44 to the said output. The output signal is applied through a resistor 50 to the output capacitor 47.

De bovenbeschreven componenten van de versterker/actieve-diode-keten worden zodanig gekozen, dat de keten een speciale overdrachtsfunctie heeft, waarbij een volle versterking onder een frequentie van 35 10 Hz met een "roll-off” van bij benadering 50 db bij 30 Hz wordt ver- 8403802 - 8 - kregen. Derhalve worden 'eventuele signalen, die door de spoelen worden gedetecteerd, enr.eert-frequentie hebben, die hoger ligt dan 30 Hz, gedempt, terwijl, signalen met een frequentie onder 10 Hz voordelig worden versterkt. Zoals boven is besproken,, zijn de spoelen 11a, 11b op een 5 piekgevoeligheid bij 5 Hz af gestemd. Met spoelen, die op deze frequentie # zijn. afgestemd en welke in combinatie werken met een schakeling met een overdrachtsfunctie,, zoals· boven is beschreven, heeft de inrichting de gewenste gevoeligheid big de van nature optredende electromagnetische energiepiek van 8 Hz, terwijl de inrichting voldoende ongevoelig is 10 voor frequenties boven 30 Hz om een werking bij voedingsbronnen van 50 Hz of 60 Hz zonder- storing mogelijk te maken.The components of the amplifier / active diode circuit described above are selected such that the circuit has a special transfer function, with a full gain below a frequency of 35 Hz with a roll-off of approximately 50 dB at 30 Hz Therefore, any signals detected by the coils have an activation frequency higher than 30 Hz, while signals with a frequency below 10 Hz are advantageously amplified. As discussed above, the coils 11a, 11b are tuned to a peak sensitivity at 5 Hz, with coils tuned to this frequency and operating in combination with a circuit having a transfer function, such as above has been described, the device has the desired sensitivity due to the naturally occurring electromagnetic energy peak of 8 Hz, while the device is insensitive enough to frequencies above 30 Hz to allow operation at power sources of 50 Hz or 60 Hz without interference.

Onder verwijzing naar fig. 3 werkt de inrichting volgens de uitvinding als volgt. Voordat een: meting wordt uitgevoerd wordt de terug-stelknop 51 bediend. Hierdoor worden de uitgangscondensatoren 47a, 47b 15 van de twee versterkers/actieve-diodeketens naar aarde ontladen. De schakelaar 52 wordt bediend om de voedingsbron van 9 volt met de operationele versterkers van de twee ketens te verbinden. De door de spoelen 11a, 11b in responsie op het; electromagnetische veld van de· aarde· opgewekte signalen worden versterkt en in- een reeks gelijkstroompulsen omge— 20 zetidoor.de bovenbeschreven keten, welke is weergegeven in fig. 2, en in de uitgangscondensatoren 47a> 47b opgeslagen. Na een korte· periode, bijvoorbeeld 20 of 30 sec, wordt de meting beëindigd door de schakelaar 52 te bedienen teneinde· de verbinding tussen de voedingsbron en de electro-nische ketens te verbreken. Hierdoor worden de operationele versterkers 25 "uitgeschakeld"', zodat geen gelijkstroompulsen meer naar de uitgangscondensatoren 47a, 47b worden overgedragen. De spanning over de condensatoren 47a, 47b, welke spanning door de gelijkstroompulsen is opgebouwd, wordt dan af gelezen op de- voltmeter 53, die via de schakelaar 55 vanuit de voedingsbron 28 wordt, bekrachtigd. De spanning over een uitgangscon-30 densator kan worden uitgelezen door de gewenste condensator met de kies-schakelaar 54 te kiezen.With reference to Fig. 3, the device according to the invention operates as follows. Before a measurement is taken, the reset button 51 is actuated. This discharges the output capacitors 47a, 47b of the two amplifiers / active diode circuits to ground. The switch 52 is operated to connect the 9 volt power source to the operational amplifiers of the two circuits. The through coils 11a, 11b in response to the; electromagnetic field of the ground generated signals are amplified and converted into a series of DC pulses by the circuit described above, shown in FIG. 2, and stored in the output capacitors 47a> 47b. After a short period, for example, 20 or 30 seconds, the measurement is ended by operating the switch 52 to disconnect the power supply from the electronic circuits. As a result, the operational amplifiers 25 are "turned off" so that no direct current pulses are transferred to the output capacitors 47a, 47b. The voltage across the capacitors 47a, 47b, which voltage is built up by the DC pulses, is then read on the voltmeter 53, which is energized via the switch 55 from the power source 28. The voltage across an output capacitor can be read by selecting the desired capacitor with the selector switch 54.

Bij normale veldhandelingen vindt een eerste stel metingen plaats waarbij de inrichting zodanig is opgesteld, dat de spoel 11b (fig. 1) evenwijdig is aan het vlak, dat aan het aardoppervlak raakt, en in een 35 in het algemeen noord-zuid richting is gecentreerd. Er wordt een tweede 84 0 3 8 Ö2 * «er* - 9 - stel metingen uitgevoerd, waarbij de inrichting zodanig is opgesteld, dat: de spoel 11b evenwijdig is aan het vlak, dat aan het aardoppervlak raakt, ea over 90° verschoven ten opzichte van de centrering daarvan tijdens het eerste stel metingen is qpgesteld, ofwel in een in het alge-% 5 meen oost-west richting. De waarde van deze metingen wordt:, onder gebruik van vectoralgebra gecombineerd tot een enkel getal. De verticale hoek, o£ de kantelhoek, welke met dit getal is gerelateerd, kan-dan worden geïnterpreteerd om de specifieke weerstand onder het aardoppervlak van de meetplaats te voorspellen onder gebruik van procedures, welke bekend 10 zijn uit de meer complexe electromagnetische methoden, zoals de magneto— tellurische methode. De informatie, welke onder gebruik van deze inrich-r·. ting wordt verkregen, kan van bijzonder nut zijn bij het in kaart brengen van de plaats van schoorstenen of wijzigingen van onder het aardoppervlak · gelegen gesteente tengevolge van koolwaterstof lek, welke schoorstenen 15 en wijzigingen op de aanwezigheid van koolwaterstoffen in het onder het aardoppervlak gelegen gebied kuhnen wijzen.In normal field operations, a first set of measurements takes place in which the device is arranged such that the coil 11b (Figure 1) is parallel to the plane tangent to the earth's surface and is centered in a generally north-south direction . A second 84 0 3 8 Ö2 * «er * - 9 - set of measurements is carried out, the device being arranged such that: the coil 11b is parallel to the plane tangent to the earth's surface, etc. offset by 90 ° relative to its centering during the first set of measurements is set, or in a generally east-west direction. The value of these measurements is combined, using vector algebra, to a single number. The vertical angle, or tilt angle, related to this number can then be interpreted to predict the specific resistance below the earth's surface of the measurement site using procedures known from the more complex electromagnetic methods, such as the magneto-telluric method. The information used with this device. may be of particular use in mapping the location of chimneys or alterations of subsurface rock due to hydrocarbon leakage, chimneys 15 and changes in the presence of hydrocarbons in the subsurface area can point.

Het is duidelijk, dat in de constructiedetails ten opzichte van die, weergegeven in de- tekening en bovenbeschreven, binnen het kader van de uitvinding verschillende wijzigingen mogelijk zijn.. Zo kan de over-20 drachtsfunctie van de versterkerketens bijvoorbeeld zodanig worden gekozen, dat deze een smallere bandbreedte heeft. Voorts kan de versterker/ actieve-diode schakeling worden opgebouwd onder gebruik van digitale componenten. De signalen uit de afgestemde spoelen worden over analoog-digitaal omzetters gevoerd voordat zij aan de digitale versterker/actieve-25 diode ketens worden toegevoerd. De uitgangssignalen van deze ketens worden opgeslagen onder gebruik van digitale opslaginrichtingen in plaats van condensatoren.It is clear that in the construction details with respect to those shown in the drawing and described above, various modifications are possible within the scope of the invention. For example, the transfer function of the amplifier circuits can be chosen such that these has a narrower bandwidth. Furthermore, the amplifier / active diode circuit can be constructed using digital components. The signals from the tuned coils are passed through analog-to-digital converters before being fed to the digital amplifier / active-diode circuits. The output signals of these circuits are stored using digital storage devices instead of capacitors.

84038028403802

Claims

1. Portable measuring device capable of measuring the angle making the total electromagnetic field vector with the horizontal plane tangent to the surface of the earth at the measuring point, which angle is known as: the tilting angle characterized by first and second detection coils for generating signals in response to the electromagnetic field, each of these coils being wound with a conductive wire, each coil having two ends, the coils being arranged perpendicularly to one another that one end of the first coil is located at the central section of the second coil, and means for tuning the first and second coils to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz, the device being capable of arranged that one of the coils is generally parallel to. the horizontal plane, that. On. touches the earth's surface, and the other of the said coils is perpendicular to this plane, at which orientation the device components of the earth's own electromagnetic field over a given frequency range. measure which measurements can be used to determine the tilt angle.

2- Device according to claim 1, characterized by two electronic amplifiers, each of which is intended to amplify the signal from one of the coils.

3. Device according to claim 2, characterized in that the components of the amplifier are chosen such that each amplifier has a transfer function, such that the part of the signal, under 10 Hz, is fully amplified and the part of the signal above 30 Hz is attenuated.

Device according to claim 1, characterized by means for converting the signals into a series of direct current pulses and means for storing the direct current pulses.

Device according to claim 4, characterized in that the means for converting the signals into a series of direct current pulses comprise diodes. 8403802-11-6. Device according to claim 5, characterized in that the means for storing the direct current pulses comprise capacitors.

Device according to claim 6, characterized by a voltmeter to indicate the voltage across the capacitors.

The device according to claim 1, characterized in that each of the detection coils is wound with 3200 turns of No. 22 copper wire on a core.

8. Device as claimed in claim 8, characterized in that the core consists of a non-metallic body with a diameter of 6.3 cm, which. body is filled with 24 rods with a diameter of 1.3 cm of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more, making each of the coils sensitive to changes in the earth's magnetic field at 0.01 gamma at a frequency of 8 Hz.

10. Portable measuring device, capable of measuring magnetic fields characterized by first and second, generally cylindrical, detection coils for generating signals in response to the eXectromagnetic field, each coil having two ends and the coils perpendicular to are arranged in such a way; that the end of the first of the coils is near it. longitudi-20 is located in the middle of the second of the coils, means to adjust the coils qp> single peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz, two electronic amplifiers, each intended to amplify the signal from one of the coils, means for converting the signals into a series of direct current pulses and means for storing direct current pulses, wherein the device can be arranged such that one of the coils is generally parallel to the horizontal plane touching the earth's surface, while the other of the coils is perpendicular to this plane, wherein in such an orientation the device components components of the earth's own electromagnetic field over a determined frequency requirement, which measurements can be used to determine the angle which the total electromagnetic field vector at the measurement with the horizontal plane.

The device according to claim 10, characterized in that each of the detection coils is wound with 3200 turns of No. 22 copper wire 35 on a core. 8403802 «t -12.- t

Device as claimed in claim 11 with the. characterized in that the core comprises a 6.3 cm diameter non-metallic body, which body is filled with 24. rods with a diameter of 1.3 cm of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more, whereby each 5 of. the coils are sensitive to changes in the electromagnetic field. from: 0.01 gamma at. a. frequency of 8 Hz-. IJ. Device according to claim 1.1, characterized in that the core consists of a solid; element with a. 6.3 cm diameter: of a material with a magnetic susceptibility of 300 or more, making 10 each of the coils sensitive to changes in the earth's electromagnetic field. of 0: .01 gamma at a frequency of '8 Hz. Device according to claim 12, characterized in that the material has a magnetic susceptibility of 800 or more ferrite.

Device according to claim 10, characterized in that the means 15 for the. tuning the coils, are provided with at least one capacitor ,. which is parallel to each of. the rinse is connected. 16. Device according to claim 10, characterized by a power supply for the amplifiers.

Device according to claim 10, characterized by non-magnetic. 20 coils for the coils, the tuners, the amplifiers, the converters, and the storage members. 18. Device as claimed in claim 10, characterized in that the members are arranged around. convert the signals into a series of DC pulses, including diodes.

Device according to claim 10, characterized in that the storage means for the direct current pulses comprise capacitors.

Device according to claim 19, characterized by a voltmeter for indicating the voltage across the capacitors.

21. Device according to claim 10, characterized in that the parts of the amplifier are chosen such that each amplifier has a transfer function such that the part of the signal below 10 Hz is fully amplified and the part of the signal above 30 Hz is muted.

22. Portable measuring device, capable of measuring values of the earth's electromagnetic field, which values can be used 8403802 • Ji -Jt «- 13 - for determining the angle that the total electromagnetic field vector makes with the horizontal plane, - touching the earth's surface at the measurement site, which angle is known as the tilt angle, characterized by first and second generally cylindrical sensing coils for generating signals in response to the electromagnetic earth field, each coil having two ends, and the coils are mounted perpendicular to each other such that the end of the first of the coils is near the longitudinal center of the second of the coils, at least one capacitor, which is parallel IQ to each of. the coils are connected to tune the coils to peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz, two electronic amplifiers, each intended to amplify the signal from one of the coils, which amplifiers have components selected to be so selected that each amplifier has such a transfer function that the portion of the signal below 10 Hz is fully amplified and the portion of the signal is remembered above 30 Hz, diodes to convert the signals into a series of DC pulses, capacitors to equalize. store current pulses, and a voltmeter to indicate the voltage across the capacitors.

23. Device according to claim 22, characterized in that each of the coils is wound with 3200 turns of No. 22 copper wire on a 6.3 cm diameter non-metallic body, which body is filled with 24 rods with a diameter of 1.3 cm of a material with a magnetic susceptibility of 800 or more, whereby the coils are sensitive to changes in the electromagnetic field of 0.01 gamma - at a frequency of 8 Hz. / 8403802