PT94864A - Sistema de exploracao electromagnetico e emissor e receptor utilizados nesse sistema - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de invenção de DIAGNOSTIC DEVELOPMENTS LIMITED, de Guernsey, (Channel Is-lands), industrial e comercial, com sede em 1 Place du Commerce, St. Peter Port, Guernsey, Channel Islands, (inventores: Barry Ernest Ranford e Pieter Van Valen, residentes na Austrália) para "SISTEMA DE EXPLORAÇÃO ELECTROMAGNÉTICO E EMISSOR E RECEPTOR UTILIZADOS NESSE SISTEMA"

DESCRIÇÃO A presente invenção refere-se a um sistema de exploração electromagnético que pode ser usado para a prospecçao ou inspecçao da crosta terrestre, de máquinas, de ceículos, de embarcações de todos os tipos e outros itens e materiais nos quais seja possível induzir correntes de Foucault, nesses corpos ou em componentes dos mesmos. Por exemplo, a presente invenção é particularmente apropriada para a efectivaçao de prospecçoes geológicas profundas da crosta terrestre. A presente invenção consiste num sistema de exploração electromagnética que compreende um emissor para produzir um feixe de impulsos electro-magnéticos de baixa frequência,que sao dirigidos para/ou através de um item ou mater ial a explor ar , um receptor para detectar s inais elec- tro-magn éticos produ zi dos c orno cons equ ênc ia de corr entes de Fo_u cault in duzidas no c or po do item ou ma ter ial, ou em comp onentes condutor es dos mesmo s, pelo s impuls os electromagnét icos produ- zidos pe lo emissor, me ios c onversor es de analógicos para digi- talpara converter o s sinais analó gic os recebidos num formato digital apropriado P ara análise e um gerador de impulsos tf 1

de sincronização acoplado ao emissor e ao receptor para a operaçao de sincronização do receptor com a geraçao dos impulsos electromagneticos pelo emissor.

No funcionamento da presente invenção, dirige-se um feixe de impulsos electromagneticos para e/ou através de um etem ou material a explorar, indo estes impulsos induzir correntes de Foucault no interior do corpo do item ou material, ou no interior de componentes dos mesmos, as quais geram, por sua vez, sinais electromagneticos que podem ser detectados pelo receptor. Induzem-se correntes de Foucault no interior do corpo de um condutor que esteja na zona onde haja uma variaçao do fluxo magnético, sendo na presente invenção essa zona de variaçao periódica do fluxo magnético produzida pelo trem de impulsos electromagneticos produzidos pelo emissor. Além disso. Os itens ou materiais, ou componentes condutores dos mesmos, tem "assinaturas" electromagnêticas específicas resultantes das correntes de Foucault induzidas, sendo estas assinaturas electromagnêticas que sao detectadas pelo receptor e que podem ser processadas e analisadas de modo a produzir uma prospecção da composição de um item ou material. Quando se tiverem diagnosticado assinaturas de itens ou materiais específicos, a presente invenção pode ser usada para detectar quaisquer modificações nos referidos itens ou materiais ou modificações no seu conteúdo.

Os impulsos de sincronização para a presente invenção podem ser derivados de um sistema de satélite de navegaçao, tal como o comerciado sob a designação comercial de NAVSAT, que proporciona localizações tridimensionais instantâneas e altamente precisas de veículos aereos, marítimos e terrestres equipados com receptores do satélite. A informação derivada do sistema de satélite de navegaçao pode ser usada para posicionar o equipamento de exploração em latitude e longitude. A velocidade no ar/em terra é calculada por impulsos derivados de um cabo odómetro e um trem de impulsos de dados é transmitido através da porta de saída para um computador, uma vez em cada segundo. 2

A presente invenção consiste também num emissor apropriado para ser usado no sistema de exploração atrás referido, que compreende um gerador de impulsos para produzir um tem de baixa frequência de impulsos electricos, um amplificador para amplificar os impulsos electricos, e uma matriz de pelo menos quatro bobinas elêctricas dispostas ί em torno de um eixo da matriz, sendo os eixos das bobinas I paralelos substancialmente ao eixo da matriz, estando as refe- i ^ ^ j ridas bobinas ligadas a saida do amplificador. !! Quando se excita a matriz de bobinas pelo trem de impulsos electricos amplificados fornecidos pelo !' amplificador, gera-se um trem de impulsos electromagnéticos ao longo do eixo da matriz e, mediante um ajustamento apropria- do da matriz, p ode dirigir- se para e/ ou através de um item ou material a explorar. Po de proporc: Lonar-se uma blindagem ap ropriada numa extremidade axial da matriz de modo que o f e ixe seja propagado apenas a partir da extremidade oposta da matriz. A fim de optimizar a potência do sinal electromagné- ti co pulsatório ou periodic o, as bobi nas podem ser ligadas em paralelo à sa ida do ampli ficador. AI ém disso, c eve adaptar- -s e a impedância das bobinas à impedânci a de saída do amplifi- ca dor. A re! .açao de impulsos "mark-space" pr oduzidos pelo gerador de impulsos, e portanto a do feixe el ectromagnetico pulsado ou p eriodico, d epende do amortecimento el ectromagnético produzido pelo item ou materií il que está a ser explorado . Por exempl o, quando se utilizar a presente invenção para a condução de prospecçoe s geológicas da crosta te rrestre, a relaçao de impulsos aumentará com a profundidade a que se explora a crosta.

Convenientemente, as bobinas elêctricas sao bobinas em circuitos impressos. Cada bobina pode compreender um enrolamento duplo concêntrico impresso num substrato isolante, estando as espiras das bobinas dispostas alternada-! mente. As espiras podem ter a configuração rectangular. 0 | amplificador pode ser um amplificador de potência estereo, || estando os dois enrolamentos de cada bobina ligados respectiva- l

mente às duas saídas diferentes do amplificador e estando os enrolamentos ligados a cada saída ligados entre si em paralelo. A matriz de bobinas pode compreender j pelo menos quatro pilhas de bobinas dispostas em torno do !; eixo da matriz, compreendendo cada pilha um certo número de bobinas genericamente coaxiais dispostas com o eixo da pilha substancialmente paralelo ao eixo da matriz, por exemplo, cada pilha pode compreender um certo número de bobinas de ' circuitos impressos sobrepostas, consistindo cada bobina de j! circuitos impressos em enrolamentos duplos concêntricos, como | atras se descreveu. Os enrolamentos individuais de cada bobina ! de circuitos impressos estão ligados a saídas diferentes do

I 1 amplificador estereo e em paralelo com os enrolamentos das !! outras bobinas da pilha. i ji ! 0 gerador de impulsos está adaptado para produzir impulsos eléctricos com uma frequência na gama das frequências de ondas longas do espectro electromagnético e, de preferência, na gama de 0,33 a 150 Hz. ! | De preferência, o gerador de impulsos i - e um gerador de impulsos estabilizado que produz impulsos guadrados com bordos iniciais definidos com precisão. A presente invenção consiste ainda ji num receptor apropriado para ser usado num sistema de explora-! çao electromagnético do tipo descrito atrás para detectar i sinais electromagnéticos produzidos por correntes de Foucault il induzidas em itens ou materiais, ou componentes condutores dos mesmos, que compreende um detector de bobina eláctrica com um ou mais enrolamentos substancialmente coasiais para posicionamento com os eixos dirigidos para o item ou material do qual se pretende detectar os sinais electromagnéticos, meios conversores analógico-digital para converter os sinais analógicos detectados num formato digital, e meios para armazenar e/ou processar os sinais digitais. j ^ 0 detector de bobinas pode compreender .1 uraa pilha de bobinas coaxiais ligadas em série. Cada bobina k

pode ser uma bobina de circuitos impressos e compreende um enrolamento duplo concêntrico com as espiras do seu enrolamento dispostas alternadamente. Com uma tal disposição os enrolamentos individuais de cada bobina de circuitos impressos podem ser ligados respectivamente às duas entradas de um amplificador de dois canais, estando os enrolamentos ligados a cada canal interligados entre si em serie. As bobinas de circuitos impressos sao empilhadas coaxialmente numa matriz espaçada, estando os substratos adjacentes afastados de pelo menos cerca de 2,54 cm (1").

Os sinais digitais derivados do receptor podem ser processados e analisados "in situ” para produzir os resultados da prospecçao ou inspecçao, ou podem ser armazenados para processamento e análise posteriores.

Para que possa compreender-se melhor a presente invenção, faz-se agora referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, um esquema de blocos que ilustra um emissor segundo a presente invenção; A fig. 2, um alçado lateral esquemático da matriz de bobinas da fig. 1, e A fig. 3, um esquema de blocos de um receptor segundo a presente invenção.

Fazendo referência às fig. 1 e 2 dos desenhos, o emissor está ligado ao receptor (1) de um sistema de navegaçao por satélite, por exemplo um receptor NAVSAT, para fornecer impulsos de sincronização a 1 Hz. 0 emissor compreende um gerador de impulsos de baixa frequência (2) ao qual sao fornecidos impulsos de sincronização pelo receptor NAVSAT, um amplificador de potência estereo (3) e uma matriz de bobinas (4) para a irradiaçao de um feixe de impulsos elec-tromagnéticos. A saída do gerador de impulsos (2) está ligada às duas entradas (5) do amplificador estereo. A matriz de bobinas (4) compreende quatro pilhas (6) de bobinas de circuitos impressos, dispostas em torno de um eixo central da matriz. Cada pilha compreende um certo número de bobinas de circuitos 5

de entrada (19) do pré-amplificador. Os enrolamentos ligados a cada canal do amplificador estão mutuamente interligados em série. Os substratos das bobinas de circuitos impressos (18) estão afastados na pilha de pelo menos cerca de 2,54 cm (1"). Excepto para as bobinas de circuitos impressos, a pilha (10) deve ser completamente feita de material isolante.

Quando usada para conduzir uma prospec-çao geológica profunda da crusta terrestre, a matriz de bobinas do emissor (4) é disposta com o seu eixo genericamente perpendicular ao solo e o gerador de impulsos (2) é operado a uma frequência baixa, por exemplo de 1 Hz, estabilizada pelos impulsos de sincronização derivados do receptor NAVSAT (1) de modo que o bordo inicial de cada impulso seja definido com precisão. A matriz de bobinas (4) gera portanto um feixe de impulsos electromagnéticos de baixa frequência que se propaga na crusta terrestre e induz correntes de Foucault de componentes condutores no interior da crusta terrestre. A relação de impulsos dos impulsos ê ajustada de acordo com a profundidade a que se pretende fazer a prospecçao. Portanto, quando mais profunda for a prospecçao, maior deve ser a relação de impulsos "mark-space". As correntes de Foucault induzidos nos componentes condutores geram sinais electromagnéticos que sao detectados pela pilha de bobinas do receptor (10), que estão dispostos cornos seus eixos genericamente perpendiculares ao solo. 0 computador (12) lê os sinais analógicos resultantes provenientes do pré-amplificador (11), converte os sinais analógicos em sinais digitais e transmite os dados digitais através de portas de entrada/saída para os outros computadores (13,14) para processamento e análise para proporcionar dados de identificação da composição da massa da crusta terrestre explorada pelo feixe de impulosos electromagnéticos produzidos pelo emissor. 0 computador (12) visualiza os dados analógicos num monitor associado (15). 0 funcionamento do computador (12) Φ e sincronizado com a produção de impulsos pelo emissor, de modo que os dados digitais derivados dos sinais electromagnéticos detectados pelas bobinas receptoras (10) têm os tempos 7

impressos (7) sobrepostas, dispostas substancialmente coaxiais com os seus eixos dispostos substancialmente paralelos ao eixo central da matriz. Cada bobina (7) compreende um enrolamento duplo concêntrico (8) com a configuração rectangular, estando as espiras de cada enrolamento dispostas alternadamente. Os dois enrolamentos de cada circuito impresso estão ligados respectivamente às duas saídas (9) do amplificador estereo (3) e, em cada pilha, os enrolamentos (8) ligados a cada saída do amplificador estão interligados em paralelo, 0 gerador de impulso de baixa frequência (2), sincronizados pelo receptor NAVSAT (1), está adaptado para fornecer um trem de impulsos eléctricos, por exemplo com a frequência de 1 Hz, ao amplificador de potência (3) que pode, por exemplo, ter uma saída de 1 000 W por canal.

Como é evidente do anterior, cada canal é usado para excitar metade da matriz (4) de bobinas do emissor. A impedância de cada conjunto de enrolamentos (8) ligados em paralelo está adaptada à impedância de saída do amplificador (3), com uma resistência óhmica nomi nal de 4 a 8 ohms por canal.

Como se ilustra na fig. 3, o receptor compreende um detector de bobinas eléctricas (10), um prá--amplificador de dois canais (11), um computador (12) com meios de conversão analógico-digital, um computador (13) com memória em discos rígidos e um computador (14) com meios de visualizaçao de resolução elevada. 0 funcionamento do receptor e sincronizado com o do emissor por impulsos de sincronização fornecidos ao computador (12) pelo receptor NAVSAT (1). Cada um dos computadores esta ligado a um monitor de visualizaçao (15,16,17). 0 detector de bobinas (10) compreende uma pilha de bobinas (18) de circuitos impressos substancialmente coaxiais. Cada bobina (18) compreende um enrolamento duplo concêntrico, com as espiras dos enrolamentos dispostas alternadamente e estando os enrolamentos individuais de cada circuito impresso ligados respectivamente aos dois canais

Claims (1)

1. definidos com precisão. 0 computador (13) lê os dados digitais fornecidos a partir do computador (12) através de portas de entrada/saída, adiciona a data e a hora aos dados e armazena os dados combinados na memória de disco rígido. Os dados digitais de entrada sao visualizados no seu monitor associado (16). 0 computador (14) também lê os dados digitais provenientes do computador (12), transforma os dados digitais para o visualizador PGA e visualiza-os no monitor multi-sincronizado associado (17), no modo de tempo real. Embora se tenha descrito uma forma de realizaçao particular, compreender-se-á que podem introduzir-se modificações sem sair dos objectivos da presente invenção . REIVINDICAÇÕES _ lã _ Sistema de exploração electromagnetico, caracterizado por compreender um emissor para produzir um feixe de impulsos electromagnéticos de baixa frequência que sao dirigidos para e/ou através de um item ou material a explorar, um receptor para detectar sinais electromagnéticos produzidos como consequência de correntes de Foucault induzidas no corpo do item ou material, ou em componentes condutores do mesmo, pelos impulsos electro-magnéticos produzidos pelo emissor, meios conversores analógico/digital (12) para converter os sinais analógicos recebidos para um formato digital apropriado para analisar, e um gerador de impulsos de sincronização (1) acoplado ao emissor e ao receptor para sincronizar o funcionamento do receptor com a geraçao dos impulsos electro-magnéticos pelo emissor. 8

   -2- - Emissor para utilização num sistema de exploração electromagnética que compreende um gerador de impulsos (2) para produzir um trem de impulsos elêctricos I j de baixa frequência, meios amplificadores (3) para amplificar ' os impulsos electricos e uma disposição regular (4) de pelo | menos quatro bobinas eléctricas (7) dispostas em torno de I um eixo da disposição regular, sendo os eixos das bobinas !; (7) substancialmente paralelas ao eixo da disposição regular, ji estando as referidas bobinas ligadas à saída (9) dos meios f ’’ amplificadores (3). i: II - 3â - ιί 11 p Emissor de acordo com a reivindicação !l 2, caracterizado por se proporcionar meios de blindagem numa extremidade axial da disposição regular (4) de bobinas de modo que o feixe de impulsos electromagnéticos seja propagado a partir da extremidade oposta da disposição regular. - 4ã - Emissor de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por as bobinas (7) estarem ligadas em ; paralelo ã saída (9) dos meios amplificadores (3) e a impedân-| cia das bobinas estar adaptada a impedância de salda dos meios | amplificadores, de modo a optimizar a potência do feixe de impulsos electromagnéticos. - 5â - ! Emissor de acordo com as reivindicações j 2, 3 ou 4, caracter izado por as bobinas eléctricas (7) serem j bobinas em circuitos impressos. - 6â - Emissor de acordo com a reivindicação . 5, caracterizado por cada bobina (7) compreender uma bobina 9

   dupla concêntrica (8) impressa num substrato isolante, estando as espiras das bobinas dispostas alternadamente. - 7â - Emissor de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado por as espiras dos enrolamentos (8) serem formadas com uma configuração rectangular. - 8â - Emissor de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado por os meios amplificadores (3) serem um amplificador de potência com dois canais, estando os dois enrolamentos (8) de cada bobina (7) ligados respectivamente as duas saldas (9) dos meios amplificadores, estando os enrolamentos (8) ligados a cada saida interligados mutuamente em paralelo. - 9â - Emissor de acordo com qualquer das reivindicações anteriores 2 a 8, caracterizado por a disposição regular (4) de bobinas compreender pelo menos quatro pilhas (6) de bobinas dispostas em torno do eixo da disposição regular, compreendendo cada pilha (6) um certo número de bobinas genericamente coaxiais (7) dispostas com o eixo da pilha substancialmente paralelo ao eixo da disposição regular. - 10® - Emissor de acordo com qualquer das reivindicações anteriores 2 a 9, caracterizado por o gerador de impulsos (2) estar adaptado para produzir impulsos eléctri-cos a uma frequência dentro da gama das ondas longas do espectro electromagnético, de preferência na gama de 0,33 Hz a 150 Hz e por o gerador de impulsos ser estabilizado e produzir impulsos quadrados, com bordos dianteiros definidos com precisão . 10

   - 11* - Receptor para utilização num sistema de exploração electromagnético para detectar sinais electromag-néticos produzidos por correntes de Foucault induzidas em items ou materiais, ou em componentes condutores dos memsos, caracterizado por compreender um detector de bobinas eléctricas (10) que encluem um ou mais enrolamentos substancialmente coaxais para posicionar com os seus eixos dirigidos para o item ou material cujos sinais electromagnéticos se pretende detectar, meios amplificadores (11) para amplificar os sinais detectados, meios conversores analógico/digital (12) para converter os sinais analógicos detectados num formato digital e meios (13,14) para armazenar e/ou processar os sinais digitais . - 12 = Receptor de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o detector de bobinas (10) compreender uma pilha de bobinas coaxiais ligadas em série, sendo cada uma das bobinas uma bobina de circuitos impressos (18). - 13â - > Receptor de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por cada bobina de circuitos impressos compreender um enrolamento duplo concêntrico com as espiras do seu enrolamento dispostas alternadamente, estando os enrolamentos individuais de cada bobina de circuitos impressos ligados respectivamente as duas entradas de' um amplificador de dois canais (11), estando os enrolamentos ligados a cada canal interligados mutuamente em série. - 14§ - Receptor de acordo com as reivindicações 12 ou 13, caracterizado por as bob inas de circuitos impressos (18) estarem empilhadas coaxialmente numa disposição regular 1 1 i » » _ afastada com substratos adjacentes das bobinas de circuitos impressos espaçadas de pelo menos 2,4 cm (1 polegada). A requerente reivindica a prioridade do pedido britânico apresentado em 31 de Julho de 1989, sob ! ο Νβ. 8917449.4. Lisboa, 31 de Julho de 1990

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