NO845094L

NO845094L - KRENGNINGSMAALER.

Info

Publication number: NO845094L
Application number: NO845094A
Authority: NO
Inventors: Roy Kenneth Warren
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1985-06-20
Also published as: GB2151794A; ES538719A0; GB8431794D0; FR2556846A1; ES8606670A1; GB2151794B; NL8403802A; DE3445863A1; AU3689784A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret måleanordning som kan bli anvendt for å bestemme vinkelen som jordens totale elektromagnetiske feltvektor utgjør med den horisontale plantangenten til overflaten for jorden ved et gitt sted, av den art som angitt i innledningen til krav 1. The present invention relates to an improved measuring device which can be used to determine the angle which the earth's total electromagnetic field vector forms with the horizontal plane tangent to the surface of the earth at a given location, of the kind stated in the introduction to claim 1.

Et antall elektromagnetiske teknikker er velkjente ved geofysisk undersøkelse. En slik metode for geofyskisk undersøkelse er jordmagnetismemetoden. Det er vekjent at naturlige elektromagnetiske felt i jordens atmosfære genererer elektriske strømmer under jordens overflate. Disse strømmene, kjent som jordstrømmer, genererer igjen tilknyttede magnetiske felt, hvis effekter kan bli målt ved overflaten. A number of electromagnetic techniques are well known in geophysical surveying. One such method for geophysical investigation is the earth magnetism method. It is well known that natural electromagnetic fields in the Earth's atmosphere generate electric currents below the Earth's surface. These currents, known as ground currents, in turn generate associated magnetic fields, the effects of which can be measured at the surface.

Ved jordmagnetismemetoden blir impedansen til elektromagnetiske jordfelt av ekstern opprinnelse bestemt ved å utføre målinger på jordens overflate. Tre retnings-magnetometere er anbragt langs to perpendikulære horisontale akser og en vertikal akse for å måle variasjoner ved det magnetiske feltet, hvilket felt generelt er betegnet med symbolet H. To horisontale dipolantenner er anbragt for å måle variasjoner i det elektriske feltet, hvilket felt er generelt betegnet med symbolet E. Den anvendte magnetometertypen og den nødvendige antennelengden er avhengig av frekvensområdet som er av interesse. In the earth magnetism method, the impedance of electromagnetic earth fields of external origin is determined by carrying out measurements on the earth's surface. Three directional magnetometers are placed along two perpendicular horizontal axes and one vertical axis to measure variations in the magnetic field, which field is generally denoted by the symbol H. Two horizontal dipole antennas are placed to measure variations in the electric field, which field is generally denoted by the symbol E. The type of magnetometer used and the required antenna length depend on the frequency range of interest.

Den matematiske basisen for jordmagnetismemetoden er beskrevet av Louis Cagniard i en artikkel "Basic Theory of the Magneto-Telluric Method of Geophysical Prospecting" i Geophysics, volum 18, nr. 2, side 605-635, 1953. Det er velkjent at et bestemt forhold finnes mellom ortogonal-komponentene til jordens magnetiske felt og ortogonal-komponentene til jordens elektriske felt. Dette forholdet tillater vurdering av jordens impedans relativt i forhold til forskjellige elektromagnetiske frekvenser. En tolkning av frekvensavhengigheten tillater en vurdering av dybden, til hvilken den elektromagnetiske energien trenger ned i jorden. Ved jordmagnetismemetoden blir variasjoner ved disse feltene over større frekvensområde, da målt av tre magnetometere og to dipolantenner, anvendt for å utlede jordresitivitetsinformas jon fra grunne dybder til dybder som overskrider 9 144 m. The mathematical basis of the earth magnetism method is described by Louis Cagniard in an article "Basic Theory of the Magneto-Telluric Method of Geophysical Prospecting" in Geophysics, Volume 18, No. 2, Pages 605-635, 1953. It is well known that a certain ratio exists between the orthogonal components of the earth's magnetic field and the orthogonal components of the earth's electric field. This ratio allows assessment of the earth's impedance relative to different electromagnetic frequencies. An interpretation of the frequency dependence allows an assessment of the depth to which the electromagnetic energy penetrates into the earth. In the earth magnetism method, variations in these fields over a larger frequency range, then measured by three magnetometers and two dipole antennas, are used to derive earth resistivity information from shallow depths to depths exceeding 9,144 m.

Et av forhøyende bestemte jordmagnetismemetoden er avviket fra horisontal til jordens naturlige magnetiske feltvektor. Denne vertikale vinkelen, vinkelavviket fra horisontaltangentplanet i forhold til jordens overflate blir ofte henvist til som "krengning". Krengningen er nyttig for å indentifisere tilstedeværelsen av uregelmessigheter i ledeevnen ved jordens overflate. One of the elevated determined earth magnetism method is the deviation from horizontal to the earth's natural magnetic field vector. This vertical angle, the angular deviation from the horizontal tangent plane relative to the Earth's surface is often referred to as "tilt". The tilt is useful for identifying the presence of irregularities in the conductivity at the earth's surface.

En annen elektromagnetisk teknikk for geofysisk undersøk-else er AFMAG (audiofrekvensmagnetisme) metoden. AFMAG metoden kan bli praktisert på land, men er oftere anvendt for undersøkelse fra luften i stor skala. Som beskrevet i US-patent nr. 3 568 048 gjør denne metoden generelt bruk av to detekteringsspoler montert med deres akser perpendikulært i forhold til hverandre, idet hver akse dessuten er en vinkel på 45° i forhold til horisontalplanet. Når den naturlige magnetiske feltvektoren blir skråstilt over eller under horisontalplanet er spenningen indusert i en av spolene større enn den indusert i den andre spolen. Forholdet mellom de to spolespenningene ble bestemt ved hjelp av hellingsvinkelen for den magnetiske feltvektoren. Another electromagnetic technique for geophysical investigation is the AFMAG (audio frequency magnetism) method. The AFMAG method can be practiced on land, but is more often used for surveying from the air on a large scale. As described in US Patent No. 3,568,048, this method generally makes use of two detection coils mounted with their axes perpendicular to each other, each axis also being at an angle of 45° to the horizontal plane. When the natural magnetic field vector is tilted above or below the horizontal plane, the voltage induced in one of the coils is greater than that induced in the other coil. The ratio between the two coil voltages was determined using the angle of inclination of the magnetic field vector.

De magnetiske feltkomponentene målt ved AFMAG metoden er i lydfrekvensområdet med komponenter av spesielle interesse i området fra 100 til 2 000 perioder pr. sekund. Dybden på det elektromagnetiske feltet som trenger inn i jorden er uheldigvis inverst i forhold til frekvensen til slike felt. P.g.a. de relativt høye målte frekvensene vil denne metoden kun detektere uregelmessigheter relativt tett opp The magnetic field components measured by the AFMAG method are in the sound frequency range with components of special interest in the range from 100 to 2,000 periods per second. second. The depth of the electromagnetic field that penetrates the earth is unfortunately inversely related to the frequency of such fields. Because of. the relatively high measured frequencies, this method will only detect irregularities relatively close up

mot jordens overflate.towards the earth's surface.

AFMAG metoden er som ovenfor nevnt generelt anvendt for rekognoseringundersøkelse av svært store områder, hvor den ønskede informasjonen angår underjordiske strukturer relativt tett opptil jordens overflate. Dersom det er ønske-lig å samle data med hensyn til den elektriske strukturen for området under jorden til en dybde på 600 m eller mer kan jordmagnetismemetoden bli anvendt. De kompliserte in-strumentene som er nødvendig for å samle informasjonen ved slike dybder ved anvendelsen av jordmagnetismemetoder kan imidlertid medføre i kostnader større enn hva som kan rettferdiggjøres med mindre området som er undersøkt er svært lite, f. eks. mindre enn ca. 13 km . Til nå har ingen anordninger som er billig i drift for å være tilgjengelig for å kartlegge elektriske strukturer til områder under jordens overflate til dybder opptil 600 m over et område som dekker ca. 250 km eller mer. As mentioned above, the AFMAG method is generally used for reconnaissance surveys of very large areas, where the desired information concerns underground structures relatively close to the earth's surface. If it is desirable to collect data with regard to the electrical structure of the area underground to a depth of 600 m or more, the earth magnetism method can be used. However, the complicated instruments required to collect the information at such depths when using earth magnetism methods can result in costs greater than can be justified unless the area investigated is very small, e.g. less than approx. 13 km. Until now, no devices that are inexpensive to operate have been available to map electrical structures to areas below the Earth's surface to depths up to 600 m over an area covering approx. 250 km or more.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter to store detekteringsspoler montert ved rette vinkler i forhold til hverandre i form av en omvendt T. Spolene er konstruert for å måle de svært svake naturlige elektromagnetiske feltene ved et visst frekvensområde med nøy-aktigheten nødvendig for geologisk tolkning, mens den opp-rettholder den ubetydelige størrelsen nødvendig for å være bærbar. Spolene er avstemt med parallelle kondensatorer til en toppfølsomhet ved en frekvens på omkring 5 Hz. The device according to the present invention includes two large detection coils mounted at right angles to each other in the form of an inverted T. The coils are designed to measure the very weak natural electromagnetic fields at a certain frequency range with the accuracy necessary for geological interpretation, while the up-rights the minuscule size needed to be portable. The coils are tuned with parallel capacitors to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz.

Signalene fra hver spole blir matet til en separat elektronisk krets konstruert for fullstendig å forsterke signaler under en frekvens på omkring 10 Hz mens den demper signaler høyere enn 30 Hz. Båndbredden reduseres ved likestrømmen ved den lave frekvensenden. Utgangen til hver elektronisk krets blir omformet ved en rekke like-strømspulser og blir så lagret ved en stor utgangskonden-sator. Forholdet mellom utgangene til de to utgangskon densatorene er tangenten til krengningen eller vinkelen for den totale magnetiske feltvektoren relativ i forhold til horisontaltangentplanet på overflaten til jorden ved målestedet. The signals from each coil are fed to a separate electronic circuit designed to fully amplify signals below a frequency of about 10 Hz while attenuating signals higher than 30 Hz. The bandwidth is reduced by the direct current at the low frequency end. The output of each electronic circuit is transformed by a series of direct current pulses and is then stored by a large output capacitor. The ratio between the outputs of the two output capacitors is the tangent of the tilt or the angle of the total magnetic field vector relative to the horizontal tangent plane on the surface of the earth at the measurement location.

Ved utførelsen av målingene blir anordningen anbragt slik at en spole er hovedsaklig parallell med tangentplanet til jordens overflate og den andre spolen er perpendikulært på den til planet. Ved å foreta to målinger ved hvert sted, en med spolen parallell i forhold til jordens overflate innrettet i en generelt nord-syd retning og en med spolen innrettet 90° fra dens innretting i løpet av den første målingen eller i en generell øst-vest retning kan vertikalvinkelen og den relative styrken på den totale magnetiske feltvektoren bli beregnet. Vertikalvinkelen til den totale magnetiske feltvektoren, krengningen, angår direkte resitivitets og konduktivitetslegemene som utgjør den elektriske strukturen til jorden under opptegnings-stedet. When carrying out the measurements, the device is positioned so that one coil is essentially parallel to the tangent plane to the earth's surface and the other coil is perpendicular to it to the plane. By making two measurements at each location, one with the coil parallel to the Earth's surface aligned in a generally north-south direction and one with the coil aligned 90° from its alignment during the first measurement or in a general east-west direction the vertical angle and the relative strength of the total magnetic field vector can be calculated. The vertical angle of the total magnetic field vector, the tilt, relates directly to the resitivity and conductivity bodies that make up the electrical structure of the earth below the recording site.

Hele anordningen er liten nok til å kunne på en enkel måte bli boret av en person. P.g.a. dens ubetydelige størrelse kan anordningen bli anvendt for rekognoseringsundersøk-elser tatt med målinger langs veier og andre områder tilgjengelig for allmennheten. Krengeren kan bli anvendt for å kartlegge elektriske strukturer til jorden i dybder på opptil 609 m i sedimentærbassengomgivelsene som ofte blir betraktet som undersøkelsessteder for underjordiske hydro-karbonavleiringer. Den tilveiebragte informasjonen ved bruk av anordningen kan spesielt være nyttig ved kartlegging av steder med skorsteiner eller endringer i den underjordiske bergarten p.g.a. hydrokarbonlekkasjer. Disse skorsteinene og endringene kan indikere tilstedeværelsen av hydrokarboner under jordens overflate. The entire device is small enough to be easily drilled by one person. Because of. its negligible size, the device can be used for reconnaissance surveys taken with measurements along roads and other areas accessible to the general public. The crane can be used to map electrical structures to the earth at depths of up to 609 m in the sedimentary basin environments that are often considered as survey sites for underground hydrocarbon deposits. The information provided when using the device can be particularly useful when mapping places with chimneys or changes in the underground rock due to hydrocarbon leaks. These chimneys and changes may indicate the presence of hydrocarbons below the earth's surface.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et riss av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser skjematisk et elektrisk diagram av en forsterker/aktiv diodekrets egnet for bruk ved foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser skjematisk og delvis i et blokkdiagram den elektriske kretsen til en utførelsesform for foreliggende oppfinnelse. The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a diagram of an embodiment of the present invention. Fig. 2 schematically shows an electrical diagram of an amplifier/active diode circuit suitable for use in the present invention. Fig. 3 shows schematically and partially in a block diagram the electrical circuit of an embodiment of the present invention.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er fremstilt av tre hoveddeler, dvs. to store generelt sylindriske detektorspoler montert perpendikulært i forhold til hverandre og forsterker/aktiv diodekrets. Fig. 1 viser en ut-førelse av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse. Omhyllingsdelene 10a, 10b såvel som omhyllingen 15, som beskrevet nærmere nedenfor, og andre deler av anordningen kan være fremstilt av et hardt, ikke magnetisk materiale, slik som plast. The device according to the present invention is made of three main parts, i.e. two large generally cylindrical detector coils mounted perpendicular to each other and amplifier/active diode circuit. Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the present invention. The casing parts 10a, 10b as well as the casing 15, as described in more detail below, and other parts of the device can be made of a hard, non-magnetic material, such as plastic.

Ikke magnetiske materiale er valgt p.g.a. at tilstedetil-værelsen av metallomhyIlinger opp mot spolene ville kunne forvrenge indikasjonen av jordens elektromagnetiske felt når målt av spolene. To detektorspoler lia, 11b er montert i respektive omhyllinger 10a, 10b. Spolene er montert ved rette vinkler i forhold til hverandre i form av en omvendt T. Den T-formede anordning er valgt for å gjøre koblingen mellom spolene til et minimum. Non-magnetic material has been chosen because that the presence of metal casings up against the coils could distort the indication of the earth's electromagnetic field when measured by the coils. Two detector coils 11a, 11b are mounted in respective enclosures 10a, 10b. The coils are mounted at right angles to each other in the form of an inverted T. The T-shaped arrangement is chosen to minimize coupling between the coils.

Endepanelene 12 kan være festet til enden av omhyllingen 10b for å øke stabiliteten til anordningen når anbragt på en flat overflate. Omhyllingne 15 montert på omhyllingen 10b ved vinkelen dannet av forbindelsen mellom omhylling- ene 10a og 10b opptar elektroniske kretser for anordningen. Spolene lia, 11b er forbundet med elektroniske kretser med skjermede ledninger 14 (fig. 3), idet skjerm-ene er jordet. Funksjonen til tilbakestillingsknappen 51, strømforsyningsbryterene 52 og 55, voltmeter 53, og velge-bryteren 54, som alle er vist på fig. 1 vil bli beskrevet nærmere nedenfor. The end panels 12 may be attached to the end of the casing 10b to increase the stability of the device when placed on a flat surface. The enclosures 15 mounted on the enclosure 10b at the angle formed by the connection between the enclosures 10a and 10b accommodate electronic circuits for the device. The coils 11a, 11b are connected to electronic circuits with shielded wires 14 (fig. 3), the shields being grounded. The function of the reset button 51, power supply switches 52 and 55, voltmeter 53, and selector switch 54, all of which are shown in FIG. 1 will be described in more detail below.

Ved den foretrukne utførelsesformen er hver spole lia og 11b viklet med 3 200 omdreininger av kobbertråd nr. 22 på en kjerne. Lengden til hver spole er 38 cm. Hver kjerne har en ikke-metallisk form, slik som PVC-rør med en diameter på 6,35 cm fylt med 24 stenger med en diameter på 1,27 cm og med et materiale av en magnetisk følsomhet på 8000 eller mer, slik som ferritt eller mumetal. Rommene mellom stengene er fylt med epoksy. Selv om den foretrukne utførelsesformen innbefatter en kjerne bestående av 24 stenger med en diameter på 1,27 cm i en ikke-metallisk form med en diameter på 6,35 cm kan kjernen også være fremstilt av et helt metallisk element eller en rekke med stablede plater med den totale lengden med diameteren til formen anvendt ved den foretrukne utførelsesformen. In the preferred embodiment, each coil 11a and 11b is wound with 3,200 turns of No. 22 copper wire on a core. The length of each coil is 38 cm. Each core has a non-metallic form, such as 6.35 cm diameter PVC pipe filled with 24 1.27 cm diameter rods and with a material of a magnetic susceptibility of 8000 or more, such as ferrite or mumetal. The spaces between the bars are filled with epoxy. Although the preferred embodiment includes a core consisting of 24 1.27 cm diameter rods in a 6.35 cm diameter non-metallic mold, the core may also be made from an all metallic element or a series of stacked plates with the overall length being the diameter of the mold used in the preferred embodiment.

Spolene konstruert på denne måten er så små at anordningen ifølge oppfinnelsen lett kan bli boret av en person. Spolen konstruert på denne måten er også følsom på små endringer som 0,01 gamma i jordens elektromagnetiske felt ved en frekvens på 8 Hz. Dette 8 Hz konstruksjonspunktet er valgt p.g.a. tilstedeværelsen av en 8 Hz topp ved jordens naturlige elektromagnetiske felt. The coils constructed in this way are so small that the device according to the invention can easily be drilled by one person. The coil constructed in this way is also sensitive to changes as small as 0.01 gamma in the Earth's electromagnetic field at a frequency of 8 Hz. This 8 Hz design point has been chosen because the presence of an 8 Hz peak at the Earth's natural electromagnetic field.

Fig. 2 viser skjematisk forsterker/aktiv diodekretsen til anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse. Kun den detaljerte kretsen for spolen lia er vist, idet kretsen på spolen 11b er et kopi av denne. Spolen lia er avstemt med parallelle kondensatorer 16 til å ha en toppfølsomhet ved omkring 5 Hz. Grunnen for å avstemme spolene til denne 5 Hz toppfølsomheten skal bli beskrevet nærmere nedenfor. Fig. 2 schematically shows the amplifier/active diode circuit of the device according to the present invention. Only the detailed circuit for coil 11a is shown, the circuit on coil 11b being a copy of this. The coil 11a is tuned with parallel capacitors 16 to have a peak sensitivity at about 5 Hz. The reason for tuning the coils to this 5 Hz peak sensitivity will be described in more detail below.

Den avstemte spoleutgangen blir matet til de positive inngangsklemmene 3a og negative inngangsklemmene 2a til operasjonsforsterkeren 23 via kondensatoren 17 av motstandene 18. Kondensatorene 17 tilveiebringer en fase-justering slik at strømmen og spenningen utfra spolen er i fase ved inngangen til operasjonsforsterkeren 23. Den positive inngangsklemmen 3a til operasjonsforsterkeren 23 er jordet via motstanden 24. Operasjonsforsterkeren 23 får sin driftsspenning fra en konvensjonell 9 volts strøm-forsyning 28 (fig. 3) via klemmene 4a og 7a. Kondensatoren 19 er anbragt over terminalene la og 8a til operasjonsforsterkeren 23 for å filtrere ut høye frekvensspisser. The tuned coil output is fed to the positive input terminals 3a and negative input terminals 2a of the operational amplifier 23 via the capacitor 17 of the resistors 18. The capacitors 17 provide a phase adjustment so that the current and voltage from the coil are in phase at the input to the operational amplifier 23. The positive input terminal 3a to the operational amplifier 23 is grounded via the resistor 24. The operational amplifier 23 receives its operating voltage from a conventional 9 volt power supply 28 (fig. 3) via the terminals 4a and 7a. The capacitor 19 is arranged above the terminals 1a and 8a of the operational amplifier 23 in order to filter out high frequency peaks.

Tilbakekoblingsmotstanden 25 mellom utgangsklemmen 6a og den negative inngangsklemmen 2a til operasjonsforsterkeren 23 justerer forsterkningsnivået for kretsen. Kondensatoren 26 anbragt parallelt med motstanden 25 tilveiebringer ytterligere filtrering av de høye frekvensspissene. Utgangen til operasjonsforsterkeren 23 kan bli målt ved testpunktet 27 som er forbundet med utgangen via motstanden 30. The feedback resistor 25 between the output terminal 6a and the negative input terminal 2a of the operational amplifier 23 adjusts the gain level of the circuit. The capacitor 26 placed in parallel with the resistor 25 provides additional filtering of the high frequency peaks. The output of the operational amplifier 23 can be measured at the test point 27 which is connected to the output via the resistor 30.

Utgangen til operasjonsforsterkeren 23 er forbundet med den negative inngangsklemmen 2b til operasjonsforsterkeren 31 via motstanden 32. Den positive inngangsterminalen 3b til operasjonsforsterkeren 31 er forbundet med potensiometeret 35. Potensiometeret 35 er forbundet med 9 volts strømforsyningen via motstandene 36 og 37. Potensiometeret er anordnet for å tillate justering av operasjonsforsterkeren 31 for å gi en drift med minimal støy og maksimal signal ut. Motstandene 36 og 37 har til formål å redusere spenningsområdet tilgjengelig over potensiometeret 35 til området nødvendig for justering av operasjonsforsterkeren 31. Den positive inngangsklemmen 3b til operasjonsfor sterkeren 31 er forbundet med jord via motstanden 40. Kondensatoren 41 er forbundet over klemmene lb og 8b til operasjonsforsterkeren 31 for å filtrere ut høye frekvensspisser. Strømforsyningen blir tilført klemmene 4b og 7b tilhørende operasjonsforsterkeren 31 fra 9 volts strømfor-syningen . The output of the operational amplifier 23 is connected to the negative input terminal 2b of the operational amplifier 31 via the resistor 32. The positive input terminal 3b of the operational amplifier 31 is connected to the potentiometer 35. The potentiometer 35 is connected to the 9 volt power supply via the resistors 36 and 37. The potentiometer is arranged to allow adjustment of the operational amplifier 31 to provide operation with minimum noise and maximum signal output. The resistors 36 and 37 have the purpose of reducing the voltage range available across the potentiometer 35 to the range necessary for adjusting the operational amplifier 31. The positive input terminal 3b of the operational amplifier 31 is connected to ground via the resistor 40. The capacitor 41 is connected across the terminals 1b and 8b of the operational amplifier 31 to filter out high frequency peaks. The power supply is supplied to the terminals 4b and 7b belonging to the operational amplifier 31 from the 9 volt power supply.

Utgangsklemmen 6b til operasjonsforsterkeren 31 er forbundet med dioden 42. Dioden 42 er anordnet i tilbake-koblingskretsen til operasjonsforsterkeren 31 slik at dioden 42 vil virke som en aktiv diode, som omformer vekselsignalet ved = dens inngang til en rekke like-strømspulser uten hensyn til styrken på vekselsstrøms-inngangssignalet. Tilbakekoblingsmotstanden 45 og den variable motstanden 48 forbundet mellom utgangsklemmen til dioden 42 og den negative inngangsklemmen 2b til operasjonsforsterkeren 31 styrer nivået for forsterkningen over den delen av kretsen. En variabel motstand 48 er anordnet slik at forsterkningen av en anordning og således dens utgang for et gitt inngangssignal kan bli kalibrert til det samme som utgangssignalet for en annen anordning som reaksjon på samme inngangssignal. En kondensator 46 er forbundet parallelt med en motstand 45 og en variabel motstand 48 for å tilveiebringe ytterligere filtrering av høyere frekvensspisser. En diode 42 omformer det for-sterkede tidsvarierende signalet fra spolen lia til en rekke med likestrømspulser. Utgangen til dioden 42 kan være målt ved prøvepunktet 43 som er forbundet med utgangen via motstanden 44. Utgangen er ført til utgangskondensatoren 47 via motstanden 50. The output terminal 6b of the operational amplifier 31 is connected to the diode 42. The diode 42 is arranged in the feedback circuit of the operational amplifier 31 so that the diode 42 will act as an active diode, which transforms the alternating signal at = its input into a series of direct current pulses regardless of the strength on the AC input signal. The feedback resistor 45 and the variable resistor 48 connected between the output terminal of the diode 42 and the negative input terminal 2b of the operational amplifier 31 control the level of gain across that part of the circuit. A variable resistor 48 is arranged so that the gain of a device and thus its output for a given input signal can be calibrated to the same as the output signal for another device in response to the same input signal. A capacitor 46 is connected in parallel with a resistor 45 and a variable resistor 48 to provide additional filtering of higher frequency peaks. A diode 42 converts the amplified time-varying signal from the coil 11a into a series of direct current pulses. The output of the diode 42 can be measured at the test point 43 which is connected to the output via the resistor 44. The output is led to the output capacitor 47 via the resistor 50.

Komponentene til forsterker/aktiv diodekretsen beskrevet ovenfor er valgt slik at kretsen har en spesiell overføringsfunksjon som gir full forsterkning under en frekvens på 10 Hz med en reduksjon på tilnærmet 50 dB på 30 Hz. Ethvert signal detektert av spolene høyere enn 30 Hz blir således dempet mens signaler under 10 Hz blir fullstendig forsterket. Som beskrevet ovenfor er spolene lia, 11b avstemt til en toppf ølsomhet ved 5 Hz. Med spolene avstemt til denne frekvensen som virker i kombinasjon med kretsen som har en overføringsfunksjon som beskrevet ovenfor har anordningen den ønskede følsomheten ved den naturlige forekommende elektromagnetiske energitoppen ved 8 Hz mens den er tilstrekkelig ufølsom for forkvenser over 30 Hz for å tillate en drift nær strømf orsyningskilder på 50 Hz eller 60 Hz uten interferens. The components of the amplifier/active diode circuit described above are chosen so that the circuit has a special transfer function that provides full amplification below a frequency of 10 Hz with a reduction of approximately 50 dB at 30 Hz. Any signal detected by the coils higher than 30 Hz is thus attenuated while signals below 10 Hz are fully amplified. As described above, the coils 11a, 11b are tuned to a peak sensitivity at 5 Hz. With the coils tuned to this frequency operating in combination with the circuit having a transfer function as described above, the device has the desired sensitivity at the naturally occurring electromagnetic energy peak at 8 Hz while being sufficiently insensitive to frequencies above 30 Hz to permit operation near current f sources of 50 Hz or 60 Hz without interference.

Med henvisning til fig. 3 skal virkningen av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse bli nærmere forklart. Før det tas en måling blir tilbakestillingsmappen 51 aktivert. Ved å bevirke utladninger av utgangskondensatoren 47a og 47b til de to forsterker/aktiv diodekretser mot jord. Strømforsyningsbryteren 52 blir aktivert for å forbinde 9 volts strømforsyning 28 med operasjonsforsterkerene til de to kretsene. Signalene frembragt av spolene lia, 11b som reaksjon på elektromagnetiske felt i jorden blir forsterket og omformet til en rekke likestrømspulser med kretsen beskrevet ovenfor vist på fig. 2 og lagret i utgangskondensatoren 47a og 47b. Etter en kort tidsperiode, f.eks. 20 eller 30 sekunder, blir målingen avsluttet ved hjelp av bryteren 52 for å frakoble strømforsyningen til de elektroniske kretsene. Dette slår av operasjonsforsterkerene slik at ingen flere likestrømspulser blir sendt til utgangskondensatorene 47a, 47b. Spenningen over kondensatoren 47a, 47b, som har blitt bygd opp ved hjelp av likestrømspulsene, blir lest av på voltmeteret 53 som blir aktivert av strømforsyningen 28 via bryteren 55. Spenningen over hver utgangskondensatorer kan bli avlest ved å velge ønsket kondensator med velgerbryteren 54. With reference to fig. 3, the effect of the device according to the present invention will be explained in more detail. Before a measurement is taken, the reset folder 51 is activated. By causing discharges of the output capacitors 47a and 47b of the two amplifier/active diode circuits to ground. The power supply switch 52 is activated to connect the 9 volt power supply 28 to the operational amplifiers of the two circuits. The signals produced by the coils 11a, 11b in response to electromagnetic fields in the earth are amplified and transformed into a series of direct current pulses with the circuit described above shown in fig. 2 and stored in the output capacitors 47a and 47b. After a short period of time, e.g. 20 or 30 seconds, the measurement is terminated by means of the switch 52 to disconnect the power supply to the electronic circuits. This turns off the operational amplifiers so that no more DC pulses are sent to the output capacitors 47a, 47b. The voltage across the capacitor 47a, 47b, which has been built up using the direct current pulses, is read on the voltmeter 53 which is activated by the power supply 28 via the switch 55. The voltage across each of the output capacitors can be read by selecting the desired capacitor with the selector switch 54.

Ved normal, feltdrift blir første sett med målinger utført med anordningen anbragt slik at spolen 11b (fig. 1) er parallell med plantangenten på jordens overflate og inn rettet generelt i nord-sydretningen. Et andre sett målinger blir gjort med anordningen anbragt slik som spolene 11b er parallell med plantangenten i forhold til jordens overflate og innrettet 90° fra dens innretning i løpet av det første sett målinger eller ved den generelle øst-vest retning. Verdien for disse målingene blir kombinert med et enkelt antall ved å anvende vektoralgebra. Den vertikale vinkelen eller krengningen, bragt i forhold til nevnte antall kan så bli tolket for å forutsi overflate-resitiviteten til målingene på stedet ved å anvende velkjente prosedyrer fra de mer kompliserte elektromagnetiske elektrodene slik som jordmagnetismemetoden. Informasjonen tilveiebragt ved å anvende den anordning kan være spesielt nyttig ved kartlegging av steder med skorsteiner eller endringer av underjordiske bergarter fra hydrokarbonlekkasjer, hvis skorsteiner eller endringer kan indikere tilstedeværelsen av hydrokarboner under jordens overflate. In normal field operation, the first set of measurements is carried out with the device positioned so that the coil 11b (fig. 1) is parallel to the plant tangent on the earth's surface and aligned generally in the north-south direction. A second set of measurements is made with the device arranged so that the coils 11b are parallel to the plant tangent in relation to the earth's surface and aligned 90° from its orientation during the first set of measurements or in the general east-west direction. The value of these measurements is combined into a single number using vector algebra. The vertical angle or tilt, brought in relation to said number can then be interpreted to predict the surface resistivity of the measurements at the site by using well-known procedures from the more complicated electromagnetic electrodes such as the earth magnetism method. The information provided by using that device can be particularly useful in mapping locations of chimneys or changes in underground rocks from hydrocarbon leaks, if chimneys or changes may indicate the presence of hydrocarbons below the earth's surface.

Det skal bemerkes at forskjellige endringer kan bli gjort ved konstruksjonsdetaljene fra de vist på tegningene og beskrevet her uten å avvike fra oppfinnelsens varme. Overføringsfunksjonen til forsterkerkretsen kan således f. eks. være valgt til å ha en smalere båndbredde. Forsterker/aktiv diodekrets kan dessuten også bli konstruert ved å anvende digitalkomponenter. Signalene fra de avstemte spolene ville bli ført gjennom analog/digital omformere før de blir matet til digital forsterker/aktiv diodekretser. Utgangen til slike kretser vil bli lagret ved å anvende digitale lagringsanordninger i stedet for kondensatorer. It should be noted that various changes may be made in the construction details from those shown in the drawings and described herein without departing from the spirit of the invention. The transfer function of the amplifier circuit can thus e.g. be chosen to have a narrower bandwidth. Amplifier/active diode circuit can also be constructed using digital components. The signals from the tuned coils would be passed through analog/digital converters before being fed to digital amplifier/active diode circuits. The output of such circuits will be stored by using digital storage devices instead of capacitors.

Claims

1. Portable device suitable for measuring the angle which the total electromagnetic field vector makes with the horizontal plane tangent to the surface of the earth at the point of measurement, the angle of which is known as the declination, characterized by : first and second detection coils for generating signals in response to the earth's electromagnetic field, each of the coils being wound with a conductive wire and each coil having two ends, the coils being placed at right angles to each other so that one end of the first coil is adjacent to the middle 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, where the device can be arranged so that one of the coils is generally parallel to the horizontal tangent plane in relation to the earth's surface, the other of the coils being perpendicular to said plane, the device in such an orientation measuring the components of the natural electromagnetic field from the earth above a certain frequency range, as the measurements can be used to determine the heeling.

2. Portable measuring device suitable for measuring magnetic fields, characterized in that it includes: first and second generally cylindrical detection coils for generating signals in response to the earth's electromagnetic field, each coil having two ends, the coils being mounted at right angles to each other such that the ends of the first and second coils are close to the longitudinal center to the other coil, device for tuning the coils to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz, two electronic amplifiers, each adapted to amplify the signal to one of the coils, device for transforming the signal series into direct current pulses, and device for storing the direct current pulses, where the device can be placed so that one of the coils is generally parallel to the horizontal tangent plane to the earth's surface, the other of the coils being perpendicular to the plane, in which such orientation of the device measures the components of the natural electromagnetic field for the earth over a certain frequency range , which measurements can be used to determine the angle that the total electromagnetic field vector forms with the horizontal plane of the location of the measurement.

3. Portable device suitable for measuring the value of the earth's electromagnetic field, which values can be used to determine the angle the total electromagnetic field vector forms with the horizontal tangent plane to the earth's surface at the measurement location, if the angle is known as tilt, characterized by: first and second generally cylindrical detection coils for generating signals in response to the earth's electromagnetic field, each coil having two ends, the coils being mounted at right angles to each other such that the ends of the first and second coils are close to the longitudinal center to the other of the coils, at least one capacitor connected in parallel with each of the coils so as to tune the coils to a peak sensitivity at a frequency of about 5 Hz, two electronic amplifiers, each adapted to amplify the signals at one of the coils, the amplifier of components being chosen so that each amplifier has a transfer function so that part of the signal below 10 Hz is fully amplified and the part of the signal above 30 Hz is attenuated , diodes to convert the signals into a series of DC pulses, capacitor for storing the DC pulses, and a voltmeter to indicate the voltage across the capacitor.

4. Device according to claims 1-3, characterized in that electronic amplifiers are arranged to amplify the signal to one of the coils.

5 . Device according to claims 1-4, characterized in that the components of the amplifiers are selected so that each amplifier has a transfer function so that the part of the signal below 10 Hz is completely amplified and the part of the signal above 30 Hz is attenuated.

6. Device according to claims 1-5, characterized by a device for transforming the signal into a series of pulses and a device for storing the direct current pulses.

7. Device according to claims 1-6, characterized by a device for transforming the signal into a series of direct current pulses are diodes.

8. Device according to claims 1-7, characterized by a device for storing the direct current pulses are capacitors.

9. Device according to claims 1-8, characterized in that a voltmeter is arranged to indicate the voltage across the capacitors.

10. Device according to claims 1-9, characterized in that the detection coil is wound with 3200 windings on a core with a No. 22 copper wire.

11. Device according to claims 1-10, characterized in that the core included a non-metallic shape with a diameter of 6.35 cm and that the shape is filled with 24 rods with a diameter of 1.27 cm and of a material that has a magnetic sensitivity of 800 or more, whereby each of the coils is sensitive to changes in the earth so that magnetic fields of 0.01 gamma at a frequency of 8 Hz.

12. Device according to claims 1-11, characterized in that the core contains a solid element with a diameter of 6.35 cm and of a material having a magnetic sensitivity of 800 or more where each of the coils is sensitive to changes in the earth's electromagnetic field of 0, 01 gamma at a frequency of 8 Hz.

13. Device according to claims 1-12, characterized in that the material which has a magnetic sensitivity of 800 or more is a ferrite material.

14. Device according to claims 1-13, characterized in that the device for tuning the coil includes at least one capacitor connected in parallel with each of the coils.

15. Device according to claims 1-14, characterized in that it includes a power supply for the amplifiers.

16. Device according to claims 1-15, characterized by non-magnetic enclosures for the coils, tuning devices, amplifiers, conversion devices and storage devices.