RU2771749C2 - Data collection device and method - Google Patents
Data collection device and method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771749C2 RU2771749C2 RU2018133465A RU2018133465A RU2771749C2 RU 2771749 C2 RU2771749 C2 RU 2771749C2 RU 2018133465 A RU2018133465 A RU 2018133465A RU 2018133465 A RU2018133465 A RU 2018133465A RU 2771749 C2 RU2771749 C2 RU 2771749C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool platform
- platform
- vector component
- spherical support
- base assembly
- Prior art date
Links
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 93
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 37
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 30
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 17
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims description 16
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 16
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 16
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 8
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 6
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 claims description 2
- 230000035512 clearance Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 23
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 21
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000036961 partial Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000586 desensitisation Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910000595 mu-metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001537 neural Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000002965 rope Substances 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[0001] Настоящее изобретение относится к сбору данных векторных составляющих. В частности, изобретения относится к сбору данных с подвижного носителя.[0001] The present invention relates to the collection of vector component data. In particular, the invention relates to the collection of data from a mobile carrier.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
[0002] Системы электромагнитной (ЭМ) съемки обнаруживают электромагнитные поля, рассеиваемые от Земли, и широко используются для картирования электрических свойств, главным образом изменений проводимости, а также чувствительности к поляризуемости, диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости. Некоторые электрические свойства могут быть связаны с различными геологическими объектами, поэтому данные электромагнитной съемки могут использоваться для определения наличия или вероятности залегания различных сырьевых материалов, например, нефти, минералов и грунтовых вод.[0002] Electromagnetic (EM) survey systems detect electromagnetic fields scattered from the Earth and are widely used to map electrical properties, mainly changes in conductivity, as well as sensitivity to polarizability, permittivity, and magnetic permeability. Some electrical properties can be associated with different geological entities, so electromagnetic survey data can be used to determine the presence or likelihood of various raw materials such as oil, minerals, and groundwater.
[0003] Система электромагнитной съемки, как правило, реагирует на наличие квазистатического, изменяющегося во времени электрического тока в земле. Электрические свойства Земли могут быть определены путем измерения изменения во времени магнитного поля, создаваемого этим током, с помощью датчика магнитного поля. Изменяющиеся во времени поля могут создаваться локальной передающей антенной в случае управляемого источника или окружающими геомагнитными полями в случае систем с естественным источником.[0003] An electromagnetic survey system typically responds to the presence of a quasi-static, time-varying electrical current in the ground. The electrical properties of the Earth can be determined by measuring the change over time in the magnetic field created by this current using a magnetic field sensor. Time-varying fields may be produced by a local transmitting antenna in the case of a controlled source, or by surrounding geomagnetic fields in the case of natural source systems.
[0004] Подвижная система электромагнитной съемки может использовать подвижный носитель для транспортировки и удержания датчика магнитного поля при сборе данных. В подвижной системе электромагнитной съемки носитель может содержать буксируемый датчик (или зонд), который может быть подвешен под летательным аппаратом на буксировочном тросе. Популярные разновидности систем аэроэлектромагнитной (АЭМ) съемки буксируют датчик под вертолетом, как правило, на буксировочном тросе, длина которого варьируется в диапазоне от 30 до 90 метров. АЭМ-съемка обычно покрывает площадь с использованием параллельных маршрутов полета, разнесенных на фиксированный интервал бокового эшелонирования.[0004] The movable electromagnetic survey system may use a movable carrier to transport and hold the magnetic field sensor while collecting data. In a mobile electromagnetic survey system, the carrier may comprise a towed sensor (or probe) that may be suspended below the aircraft on a towline. Popular varieties of aeroelectromagnetic (AEM) imaging systems tow the sensor under a helicopter, typically on a towline that varies in length from 30 to 90 meters. An AEM survey typically covers an area using parallel flight paths separated by a fixed lateral separation.
[0005] Для обнаружения наличия глубинных геологических объектов предпочтителен сбор низкочастотных ЭМ-данных. В настоящее время АЭМ-системы обычно ограничиваются сбором данных на частоте 20-25 Гц и выше. Сбор данных в диапазоне ниже 25 Гц позволил бы обнаруживать геологические объекты, которые не могут быть обнаружены с помощью существующих АЭМ-систем. В полосе частот ниже 25 Гц напряженность магнитного поля из-за изменений проводимости, обнаруживаемая ЭМ-системами в общем пропорциональна частоте. При снижении частоты сбора данных электромагнитной системы магнитные поля, рассеиваемые из-за этих изменений проводимости, становятся слабее. Для обнаружения изменений проводимости из-за глубинных структур Земли может потребоваться чувствительность магнитного поля порядка пикоТеслы.[0005] To detect the presence of deep geological objects, the collection of low-frequency EM data is preferred. At present, AEM systems are usually limited to collecting data at 20-25 Hz and above. Data collection in the range below 25 Hz would allow detection of geological objects that cannot be detected using existing AEM systems. In the frequency band below 25 Hz, the magnetic field strength due to conduction changes detected by EM systems is generally proportional to frequency. As the collection frequency of an electromagnetic system decreases, the magnetic fields dissipated due to these changes in conductivity become weaker. To detect changes in conductivity due to the deep structures of the Earth, a magnetic field sensitivity of the order of picoTesla may be required.
[0006] Системы электромагнитной съемки, как правило, обнаруживают ЭМ-поля с помощью датчиков векторных составляющих. Для измерения электромагнитного поля может быть использовано множество видов магнитных (ЭМ) датчиков векторных составляющих, в том числе поисковые катушки, катушки обратной связи, сверхпроводящие магнитометры, волоконно-оптические и феррозондовые магнитометры. В случае обнаружения магнитного поля с помощью катушки в соответствии с законом Фарадея выходной сигнал ЭМЧ от катушки ослабевает пропорционально уменьшению частоты, поэтому для компенсации снижения чувствительности на низких частотах могут потребоваться более мощные катушки. Электромагнитные датчики могут быть «связаны по постоянному току», обладая чувствительностью к установившемуся полю, или «связаны по переменному току», не обладая чувствительностью к установившемуся полю.[0006] Electromagnetic survey systems typically detect EM fields using vector component sensors. Many types of magnetic (EM) vector component sensors can be used to measure the electromagnetic field, including search coils, feedback coils, superconducting magnetometers, fiber optics, and fluxgate magnetometers. When a magnetic field is detected by a coil, according to Faraday's Law, the EMF output from the coil is attenuated in proportion to the decrease in frequency, so more powerful coils may be required to compensate for the desensitization at low frequencies. Electromagnetic sensors can be "DC coupled", having sensitivity to a steady field, or "AC coupled", having no sensitivity to a steady field.
[0007] Системы ЭМ-съемки отличаются от систем магнитной съемки, которые измеряют статическое магнитное поле Земли. Последнее, как правило, связано с измерением изменений статического магнитного поля Земли, которые обычно обусловлены изменениями магнитной проницаемости. Изменяющееся во времени поле может быть на порядок меньше статического поля, часто в миллионы раз. В связи с этим для высококачественного электромагнитного измерения необходимо ограничить вращательное движение ЭМ-датчика векторных составляющих в статическом магнитном поле в течение всего измерения. При сборе низкочастотных электромагнитных данных продолжительность ограничения этого вращательного движения увеличивается. На низких частотах вращательная устойчивость ЭМ-датчика векторных составляющих часто приобретает решающее значение. Шум в электромагнитном измерении, обусловленный вращением магнитного датчика векторных составляющих в фоновом статическом магнитном поле Земли, может называться шумом движения.[0007] EM survey systems are different from magnetic survey systems that measure the Earth's static magnetic field. The latter is usually associated with the measurement of changes in the Earth's static magnetic field, which are usually due to changes in magnetic permeability. The time-varying field can be an order of magnitude smaller than the static field, often millions of times. Therefore, for a high-quality electromagnetic measurement, it is necessary to limit the rotational movement of the EM vector sensor in a static magnetic field during the entire measurement. When collecting low-frequency electromagnetic data, the duration of the limitation of this rotational movement is increased. At low frequencies, the rotational stability of an EM vector encoder is often critical. Noise in the electromagnetic dimension, caused by the rotation of the magnetic sensor vector components in the background static magnetic field of the Earth, may be referred to as motion noise.
[0008] Статическое магнитное поле Земли имеет величину порядка 50 000 000 пТл. Для ограничения шума движения до 1 пТл может быть необходимо ограничить вращательное изменение до порядка 1/50 000 000 радиан в течение всего измерения. Для ограничения шума движения до 10 пТл может быть необходимо ограничить вращательное изменение до порядка 1/5 000 000 радиан. Поле может считаться по существу статическим, если оно изменяется на частоте ниже полосы частот сбора данных, используемой для измерения обнаруженных векторных полевых данных.[0008] The static magnetic field of the Earth has a magnitude on the order of 50,000,000 pT. To limit motion noise to 1 pT, it may be necessary to limit rotational change to about 1/50,000,000 radians during the entire measurement. To limit motion noise to 10 pT, it may be necessary to limit rotational change to about 1/5,000,000 radians. A field can be considered essentially static if it changes at a frequency below the acquisition bandwidth used to measure the detected vector field data.
[0009] Шум вращательного движения может быть вычислен по следующим уравнениям шума движения. Для катушечного датчика векторных составляющих, указывающего в направлении, описанном единичным вектором m, шум Nc вращения может быть записан в следующем виде:[0009] Rotary motion noise can be calculated from the following motion noise equations. For a coil vector encoder pointing in the direction described by the unit vector m, the rotational noise Nc can be written as:
Nc=m⋅(ω×B),Nc=m⋅(ω×B),
[0010] где ω - угловая скорость катушечного датчика относительно статического поля B Земли. Эта зависимость описана в патенте WO2013/170340A1 на имя Dodds. Для векторного магнитометра с дипольным моментом m шум Nm вращения может быть записан в следующем виде:[0010] where ω is the angular velocity of the coil sensor relative to the static field B of the Earth. This dependency is described in WO2013/170340A1 to Dodds. For a vector magnetometer with a dipole moment m, the rotational noise Nm can be written as follows:
Nm=m⋅(ΔΘ×B),Nm=m⋅(ΔΘ×B),
[0011] где ΔΘ - угловое изменение ориентации магнитометра относительно статического магнитного поля Земли во время измерения.[0011] where ΔΘ is the angular change in the orientation of the magnetometer relative to the Earth's static magnetic field during the measurement.
[0012] Для удобства угловое изменение ориентации или угловая скорость могут называться «угловым движением», а получаемый сигнал из-за углового движения датчика векторных составляющих в присутствии фонового поля Земли называется «шумом движения». Шум движения может быть аналогично определен для других полей в дополнение к магнитному полю, и аналогичные уравнения шума движения могут применяться в отношении датчиков векторных составляющих, которые зондируют небольшие изменяющиеся во времени поля в присутствии сравнительно большого фонового поля, в котором движется датчик. Шум движения может возникать при наложении фонового векторного поля на меньшее изменяющееся во времени векторное поле, которое является объектом измерения, когда оба векторных поля зондируются обычным датчиком векторных составляющих, установленным на подвижной платформе, подверженной угловому движению, и когда ось обнаружения датчика задается ориентацией инструментальной платформы, на которой он установлен. Тогда, как правило, шум N движения из-за углового движения A датчика векторных составляющих в фоновом поле F может быть записан в следующем виде:[0012] For convenience, the angular change in orientation or angular velocity may be referred to as "angular motion", and the resulting signal due to the angular motion of the vector component sensor in the presence of the Earth's background field is referred to as "motion noise". Motion noise can be similarly defined for other fields in addition to the magnetic field, and similar motion noise equations can be applied to vector component sensors that probe small time-varying fields in the presence of a relatively large background field in which the sensor is moving. Motion noise can occur when a background vector field is superimposed on a smaller time-varying vector field that is the object of measurement, when both vector fields are probed by a conventional vector component sensor mounted on a moving platform subject to angular motion, and when the detection axis of the sensor is specified by the orientation of the instrument platform on which it is installed. Then, as a rule, the motion noise N due to the angular motion A of the vector component sensor in the background field F can be written in the following form:
N=m⋅(A×F).N=m⋅(A×F).
[0013] Шум движения отличается от эффектов ошибки наведения. Эффекты ошибки наведения, как правило, возникают при обнаружении излучающих полей от источника в определенном направлении через апертуру, которая наведена на него. Апертура обычно выбирает сигнал из конкретного местоположения и повышает мощность сигнала от источника по сравнению с фоновым полем в той же полосе частот. В случае шума движения датчик, как правило, нечувствителен к направлению источника, и апертуры, как правило, бесполезны.[0013] Motion noise is different from pointing error effects. Pointing error effects typically occur when radiating fields from a source are detected in a certain direction through an aperture that is pointed at it. The aperture typically picks up a signal from a particular location and boosts the power of the signal from the source compared to the background field in the same frequency band. In the case of motion noise, the sensor is generally insensitive to the direction of the source, and apertures are generally useless.
[0014] Шум движения может возникать, например, при измерении квазистатических или потенциальных полей или их градиентов датчиком векторных составляющих. В этих случаях шум движения нечувствителен к направлению источника. В квазистатических ЭМ и гравиметрических измерениях для обнаружения сигнала от источника в присутствии гораздо большего статического или по существу статического фонового поля может использоваться векторный датчик. Именно угловое движение датчика векторных составляющих в фоновом поле вызывает чувствительность векторного измерения к фоновому полю, и именно оно является источником шума движения. Таким образом, шум движения отличается от ошибки наведения, которая чувствительна к направлению источника.[0014] Motion noise can occur, for example, when measuring quasi-static or potential fields or their gradients with a vector component sensor. In these cases, the motion noise is insensitive to the direction of the source. In quasi-static EM and gravimetric measurements, a vector sensor can be used to detect a signal from a source in the presence of a much larger static or substantially static background field. It is the angular motion of the vector component sensor in the background field that causes the sensitivity of the vector measurement to the background field, and it is this that is the source of motion noise. Thus, motion noise is different from pointing error, which is sensitive to the direction of the source.
[0015] Решения, связанные с эффектами ошибки наведения, обычно отличаются от решений, связанных с эффектами шума движения. Ошибка наведения, как правило, связана со сбором данных сфокусированных излучающих полей в полосах частот, отличающихся и отделимых от движения инструментальной платформы, в присутствии или отсутствии существенного фонового поля. Решения, относящиеся к шуму движения, связаны со сбором данных полей векторных составляющих, которые перекрывают полосу частот, в которой движется инструмент, и в этом случае обязательно присутствует фоновое поле. Таким образом, ошибка наведения связана с поддержанием направления в течение сбора данных и может присутствовать в скалярных (амплитудных) измерениях. Шум движения связан с ограничением углового движения в полосе частот сбора данных требуемого векторного измерения и по определению не может присутствовать при выполнении скалярных (амплитудных) измерений.[0015] Decisions associated with the effects of pointing error are generally different from those associated with the effects of motion noise. Pointing error is typically associated with the acquisition of focused radiant fields in frequency bands that are different and separable from the motion of the instrument platform, in the presence or absence of a significant background field. Decisions related to motion noise involve collecting vector component fields that overlap the frequency band in which the instrument is moving, in which case a background field is necessarily present. Thus, pointing error is related to maintaining heading during data acquisition and may be present in scalar (amplitude) measurements. Motion noise is associated with a limitation of angular motion in the acquisition bandwidth of the desired vector measurement and by definition cannot be present when performing scalar (amplitude) measurements.
[0016] Проблема управления шумом движения не является уникальной для аэроэлектромагнитных систем и также возникает в области аэрогравиметрических измерений. Как и в случае аэроэлектромагнитных измерений, очень малые, изменяющиеся во времени изменения зондируемого векторного поля могут измеряться в присутствии гораздо большего по существу статического фонового поля. В гравитационном поле небольшие изменяющиеся во времени изменения подвержены гравитационному ускорению, обусловленному изменениями плотности земной коры, которые измеряются при перемещении гравиметрической системы с места на место. Подобным образом, шум движения может присутствовать в градиентометрическом измерении в присутствии фонового градиентного поля.[0016] The problem of driving noise control is not unique to aeroelectromagnetic systems and also arises in the field of airborne gravimetric measurements. As with aeroelectromagnetic measurements, very small, time-varying changes in the probed vector field can be measured in the presence of a much larger, essentially static, background field. In a gravitational field, small time-varying changes are subject to gravitational acceleration due to changes in the density of the earth's crust, which are measured as the gravimetric system moves from place to place. Similarly, motion noise may be present in a gradiometric measurement in the presence of a background gradient field.
[0017] Другие конструкции вращательно изолированных инструментальных платформ, например, обычно используемые в областях применения камер, инерциальных систем или гравитационных градиентометров, не учитывают рабочие требования системы электромагнитного зондирования и не подходят для сбора электромагнитных данных высокого разрешения. Требования к электромагнитным измерениям могут включать в себя среду с низким электромагнитным шумом. В ЭМ-системах сбора данных предпочтительны высокорезистивные компоненты с низкой магнитной проницаемостью и исключительно низким вибрационным шумом.[0017] Other designs of rotationally isolated instrument platforms, such as those commonly used in camera, inertial systems, or gravity gradiometer applications, do not address the operational requirements of an electromagnetic sensing system and are not suitable for high resolution electromagnetic data acquisition. Requirements for electromagnetic measurements may include an environment with low electromagnetic noise. In EM data acquisition systems, highly resistive components with low magnetic permeability and exceptionally low vibration noise are preferred.
[0018] Публикация заявки на патент США № 2011/0175604 (на имя Polzer и др.), которая включена в настоящий документ путем ссылки, описывает способ сбора низкочастотных ЭМ-данных с подвижного носителя. Этот документ описывает ЭМ-датчики на уравновешенной по центру инструментальной платформе, поддерживаемой на сферической воздушной опоре.[0018] US Patent Application Publication No. 2011/0175604 (Polzer et al.), which is incorporated herein by reference, describes a method for collecting low frequency EM data from a mobile carrier. This document describes EM sensors on a centrally balanced instrument platform supported on a spherical air support.
[0019] Публикация международной заявки на патент по PCT № WO 2015/103608 A1 (на имя Meyer и др.) под названием «Gravity Gradiometer System with Spherical Air Bearing Based Platform», которая включена в настоящий документ путем ссылки, описывает уравновешенную по центру инструментальную платформу, установленную на воздушной опоре. Этот документ описывает дополнение уравновешенной по центру инструментальной платформы исполнительными механизмами и пружинами для управления диапазоном движения платформы. Однако, хотя эти устройства стабилизации ориентации могут иметь преимущество, заключающееся в ограничении диапазона движения, они могут представлять собой векторы, по которым шум движения может передаваться от носителя на датчики, установленные на инструментальной платформе.[0019] PCT International Patent Application Publication No. WO 2015/103608 A1 (to Meyer et al.) entitled "Gravity Gradiometer System with Spherical Air Bearing Based Platform", which is incorporated herein by reference, describes a center-balanced tool platform mounted on an air support. This document describes the addition of a centrally balanced tool platform with actuators and springs to control the platform's range of motion. However, while these attitude stabilization devices may have the advantage of limiting the range of motion, they may be vectors along which motion noise can be transmitted from the wearer to sensors mounted on the tool platform.
[0020] Такие традиционные устройства стабилизации ориентации могут служить источником вибрационного шума или крутящего момента, что может снижать качество данных. Шум движения, обусловленный такими системами стабилизации ориентации, может снижать качество высокоточного электромагнитного измерения, кроме того, его сложно спрогнозировать и устранить. Таким образом, стабилизация ориентации может свести на нет кинематические преимущества, достигаемые уравновешиванием по центру инструментальной платформы.[0020] Such conventional attitude stabilization devices can generate vibrational noise or torque, which can degrade data quality. The motion noise caused by such attitude stabilization systems can degrade the quality of high-precision electromagnetic measurements, and is difficult to predict and eliminate. Thus, orientation stabilization can negate the kinematic advantages achieved by balancing in the center of the tool platform.
[0021] Таким образом, необходимы улучшенные способы и системы сбора геофизических данных векторных составляющих с низким уровнем шума в широкой полосе пропускания и, в частности, данных векторных составляющих магнитного поля («данных ЭМ-съемки») с подвижного носителя, в частности, в полосе частот ниже 25 Гц.[0021] Thus, there is a need for improved methods and systems for acquiring low-noise vector component geophysical data in a wide bandwidth, and in particular magnetic field vector component data ("EM survey data") from a mobile carrier, in particular in frequency band below 25 Hz.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0022] Настоящее изобретение обеспечивает способы и устройства сбора данных электромагнитной съемки с подвижного носителя. Некоторые варианты выполнения, раскрытые в настоящем документе, могут обеспечивать сбор данных электромагнитной съемки с низким уровнем шума движения. Устройство, раскрытое в настоящем документе, может использоваться на мобильных или стационарных носителях для сбора ЭМ-данных в воздухе, на земле, а также в море или под водой. Стационарные носители могут перемещаться из-за вибраций. Варианты выполнения не ограничиваются только сбором данных электромагнитной съемки. Способы и устройства, описанные в настоящем документе, также подходят для реализации в других областях применения, где необходимо уменьшение углового движение или шума движения в полевых датчиках векторных составляющих.[0022] The present invention provides methods and apparatus for collecting electromagnetic survey data from a moving medium. Some embodiments disclosed herein may provide electromagnetic survey data collection with low motion noise. The device disclosed herein can be used on mobile or stationary media to collect EM data in the air, on land, and at sea or underwater. Stationary media may move due to vibrations. Embodiments are not limited to collecting electromagnetic survey data. The methods and apparatuses described herein are also suitable for implementation in other applications where it is necessary to reduce angular motion or motion noise in vector component field sensors.
[0023] Некоторые аспекты настоящего изобретения обеспечивают сбор электромагнитных данных с низким уровнем шума движения путем установки одного или более ЭМ-датчиков векторных составляющих на утяжеленной в нижней части инструментальной платформе. Инструментальная платформа может балансировать на сферической опоре, которая поддерживает ее вес. Таким образом, инструментальная платформа может быть по существу не связана с движениями носителя в пределах полосы пропускания.[0023] Some aspects of the present invention provide low motion noise electromagnetic data collection by mounting one or more vector component EM sensors on a lower weighted instrument platform. The tool platform can balance on a spherical support that supports its weight. Thus, the instrument platform may be substantially unrelated to carrier movements within the bandwidth.
[0024] В соответствии с одним аспектом обеспечено устройство сбора данных векторных составляющих, содержащее: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; инструментальную платформу, имеющую по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, причем инструментальная платформа установлена на сферической опоре и поддерживается ей, в результате чего сферическая опора соединяет инструментальную платформу с узлом основания и позволяет свободное угловое вращение инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона вокруг сферической опоры, так что инструментальная платформа имеет центр вращения; причем инструментальная платформа имеет центр масс, расположенный под центром вращения.[0024] In accordance with one aspect, a vector component data acquisition device is provided, comprising: a base node; a spherical support mounted on the base assembly; a tool platform having at least one vector component sensor attached thereto, wherein the tool platform is mounted on and supported by a spherical support, whereby the spherical support connects the tool platform to the base assembly and allows free angular rotation of the tool platform within a tilt angle range around a spherical support so that the tool platform has a center of rotation; moreover, the tool platform has a center of mass located under the center of rotation.
[0025] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа выполнена с возможностью маятникового движения вокруг центра вращения, так что шум движения в пределах полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих подавляется.[0025] In some embodiments, the instrument platform is configured to pendulum around a center of rotation such that motion noise within the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor is suppressed.
[0026] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа имеет собственную частоту маятникового движения, которая ниже наименьшей частоты полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[0026] In some embodiments, the instrument platform has a natural pendulum frequency that is below the lowest frequency of the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor.
[0027] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа является жесткой.[0027] In some embodiments, the tool platform is rigid.
[0028] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит носитель, причем узел основания соединен с носителем.[0028] In some embodiments, the device further comprises a carrier, wherein the base assembly is connected to the carrier.
[0029] В некоторых вариантах выполнения носитель содержит буксировочную раму и соединительный механизм, соединяющий узел основания с буксировочной рамой.[0029] In some embodiments, the carrier includes a towing frame and a coupling mechanism connecting the base assembly to the towing frame.
[0030] В некоторых вариантах выполнения носитель представляет собой воздушный носитель, выполненный с возможностью буксировки воздушным транспортным средством.[0030] In some embodiments, the carrier is an air carrier capable of being towed by an air vehicle.
[0031] В некоторых вариантах выполнения сферическая опора представляет собой воздушную опору.[0031] In some embodiments, the spherical bearing is an air bearing.
[0032] В некоторых вариантах выполнения сферическая опора содержит единственное механическое соединение между узлом основания и инструментальной платформой.[0032] In some embodiments, the spherical support includes a single mechanical connection between the base assembly and the tool platform.
[0033] В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит три независимо ориентированных датчика векторных составляющих.[0033] In some embodiments, at least one vector component sensor comprises three independently oriented vector component sensors.
[0034] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит контроллер, причем контроллер содержит процессор и память, причем контроллер принимает данные от указанного по меньшей мере одного датчика.[0034] In some embodiments, the device further comprises a controller, the controller comprising a processor and memory, the controller receiving data from said at least one sensor.
[0035] В некоторых вариантах выполнения контроллер сохраняет принятые данные.[0035] In some embodiments, the controller stores the received data.
[0036] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит средство беспроводной связи, причем контроллер побуждает средство беспроводной связи к передаче принятых данных для сохранения в базе данных.[0036] In some embodiments, the device further comprises a wireless communication means, wherein the controller causes the wireless communication means to transmit received data for storage in a database.
[0037] В некоторых вариантах выполнения узел основания содержит опорную стойку, причем сферическая опора установлена но опорной стойке.[0037] In some embodiments, the base assembly includes a support post, with the spherical support mounted on the support post.
[0038] В некоторых вариантах выполнения опорная стойка содержит столб, продолжающийся вверх от узла основания.[0038] In some embodiments, the support leg includes a post extending upward from the base assembly.
[0039] В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит по меньшей мере одно из следующего: по меньшей мере один электромагнитный датчик; по меньшей мере один гравиметрический датчик.[0039] In some embodiments, at least one vector component sensor comprises at least one of the following: at least one electromagnetic sensor; at least one gravimetric sensor.
[0040] В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит по меньшей мере один градиентометрический датчик.[0040] In some embodiments, at least one vector component sensor comprises at least one gradiometer sensor.
[0041] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа содержит обращенную вниз юбку, причем обращенная вниз юбка обеспечивает зазор вокруг сферической опоры и узла основания, обеспечивающий диапазон наклонного вращения инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона.[0041] In some embodiments, the tool platform comprises a downward-facing skirt, wherein the downward-facing skirt provides clearance around the spherical support and the base assembly to provide a range of tilt rotation of the tool platform within the tilt angle range.
[0042] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит: систему выравнивания; и систему измерения углового движения, причем система выравнивания в зависимости от углового движения, измеренного системой измерения углового движения, подает выравнивающие крутящие моменты на инструментальную платформу, вызывая ее вращение вокруг сферической опоры.[0042] In some embodiments, the device further comprises: an alignment system; and an angular motion measuring system, wherein the alignment system, depending on the angular motion measured by the angular motion measuring system, applies equalizing torques to the tool platform, causing it to rotate around the spherical support.
[0043] В некоторых вариантах выполнения система выравнивания содержит одно из следующего: множество движителей, расположенных на инструментальной платформе, причем движители создают указанные выравнивающие крутящие моменты; и множество узлов подвижных масс, расположенных на инструментальной платформе, причем узлы подвижных масс создают указанные выравнивающие крутящие моменты.[0043] In some embodiments, the alignment system comprises one of the following: a plurality of propulsors located on the tool platform, the propulsors generating said alignment torques; and a plurality of movable mass assemblies disposed on the tool platform, the movable mass assemblies producing said equalizing torques.
[0044] В некоторых вариантах выполнения выравнивающие крутящие моменты создаются для по меньшей мере одного из следующего: ориентация утяжеленной в нижней части инструментальной платформы так, чтобы ее главная ось была расположена по существу вертикально; и уменьшение угловой скорости.[0044] In some embodiments, alignment torques are generated for at least one of the following: orienting the bottom-weighted tool platform such that its major axis is substantially vertical; and decrease in angular velocity.
[0045] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит акселерометр, расположенный на инструментальной платформе, причем акселерометр измеряет данные об ускорении, и контроллер выполнен с возможностью: приема данных об ускорении; оценки шума биения в зависимости от данных об ускорении; и удаления шума биения из данных, полученных от по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[0045] In some embodiments, the device further comprises an accelerometer located on the tool platform, wherein the accelerometer measures acceleration data, and the controller is configured to: receive acceleration data; beat noise estimates depending on acceleration data; and removing beat noise from the data received from the at least one vector component sensor.
[0046] В соответствии с другим аспектом обеспечен способ сбора данных векторных составляющих с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, причем способ содержит этапы, на которых: перемещают устройство, содержащее: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; и инструментальную платформу, причем инструментальная платформа установлена на сферической опоре и поддерживается ей, в результате чего сферическая опора соединяет инструментальную платформу с узлом основания и позволяет свободное угловое вращение инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона вокруг сферической опоры, так что инструментальная платформа имеет центр вращения, причем инструментальная платформа имеет центр масс, расположенный под центром вращения; и во время перемещения устройства собирают данные векторных составляющих с использованием по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[0046] In accordance with another aspect, there is provided a method for collecting vector component data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, the method comprising: moving a device comprising: a base assembly; a spherical support mounted on the base assembly; and a tool platform, wherein the tool platform is mounted on and supported by the spherical support, whereby the spherical support connects the tool platform to the base assembly and allows free angular rotation of the tool platform within a range of inclination around the spherical support, so that the tool platform has a center of rotation, moreover, the tool platform has a center of mass located under the center of rotation; and during movement of the device, vector component data is collected using at least one vector component sensor.
[0047] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит носитель, причем узел основания соединен с носителем, и перемещение устройства содержит буксировку носителя.[0047] In some embodiments, the device further comprises a carrier, wherein the base assembly is connected to the carrier, and movement of the device comprises towing the carrier.
[0048] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа выполнена с возможностью маятникового движения вокруг центра вращения, так что шум движения в пределах полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих подавляется.[0048] In some embodiments, the instrument platform is configured to pendulum around a center of rotation so that motion noise within the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor is suppressed.
[0049] Другие аспекты и признаки настоящего изобретения станут очевидными специалисту в данной области техники при изучении следующего далее описания конкретных вариантов выполнения.[0049] Other aspects and features of the present invention will become apparent to a person skilled in the art upon examination of the following description of specific embodiments.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0050] Аспекты и варианты выполнения изобретения будут описаны более подробно ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:[0050] Aspects and embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
[0051] Фигура 1A представляет собой вид в перспективе устройства сбора данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения, причем оболочка носителя показана в частичном разрезе;[0051] Figure 1A is a perspective view of a data acquisition device in accordance with some embodiments, with the carrier shell shown in partial section;
[0052] Фигура 1B представляет собой вид спереди в разрезе устройства, показанного на Фигуре 1A;[0052] Figure 1B is a front sectional view of the device shown in Figure 1A;
[0053] Фигура 1C представляет собой частично разобранный вид в разрезе инструментальной платформы, сферической опоры и узла основания устройства, показанного на Фигурах 1A и 1B;[0053] Figure 1C is a partially exploded sectional view of the tool platform, spherical support, and base assembly of the device shown in Figures 1A and 1B;
[0054] Фигура 1D представляет собой вид в перспективе устройства, показанного на Фигурах 1A и 1B;[0054] Figure 1D is a perspective view of the device shown in Figures 1A and 1B;
[0055] Фигура 2 представляет собой структурную схему компонентов устройства в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0055] Figure 2 is a block diagram of device components in accordance with some embodiments;
[0056] Фигура 3 представляет собой схематическую иллюстрацию утяжеленной в нижней части инструментальной платформы в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0056] Figure 3 is a schematic illustration of a bottom-weighted tool platform, in accordance with some embodiments;
[0057] Фигура 4A представляет собой график, иллюстрирующий возникновение шума биения;[0057] Figure 4A is a graph illustrating the occurrence of beat noise;
[0058] Фигура 4B представляет собой график, иллюстрирующий влияние шума биения на измерение;[0058] Figure 4B is a graph illustrating the effect of beat noise on measurement;
[0059] Фигуры 5A-5D иллюстрируют различные примерные конфигурации сферической опоры в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0059] Figures 5A-5D illustrate various exemplary spherical support configurations in accordance with some embodiments;
[0060] Фигура 6A представляет собой вид в перспективе примерной системы выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0060] Figure 6A is a perspective view of an exemplary alignment system in accordance with some embodiments;
[0061] Фигура 6B представляет собой вид в перспективе другой примерной системы выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0061] Figure 6B is a perspective view of another exemplary alignment system in accordance with some embodiments;
[0062] Фигура 7 представляет собой схематический вид сбоку в разрезе устройства сбора данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0062] Figure 7 is a schematic side sectional view of a data acquisition device in accordance with some embodiments;
[0063] Фигура 8 представляет собой вид сбоку в частичном разрезе примерной инструментальной платформы, установленной на столбе через сферическую опору, в соответствии с другим вариантом выполнения;[0063] Figure 8 is a partial sectional side view of an exemplary tool platform mounted on a pole via a spherical support, in accordance with another embodiment;
[0064] Фигура 9 представляет собой вид сбоку инструментальной платформы и столба, показанных на Фигуре 8;[0064] Figure 9 is a side view of the tool platform and post shown in Figure 8;
[0065] Фигура 10 представляет собой разобранный вид в перспективе сферической опоры и столба, показанных на Фигуре 8;[0065] Figure 10 is an exploded perspective view of the spherical support and pillar shown in Figure 8;
[0066] Фигура 11 представляет собой график, иллюстрирующий шум движения и геомагнитный спектр в зависимости от частоты для одного примерного варианта выполнения;[0066] Figure 11 is a graph illustrating traffic noise and geomagnetic spectrum versus frequency for one exemplary embodiment;
[0067] Фигура 12 представляет собой структурную схему системы датчиков и контроллеров в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0067] Figure 12 is a block diagram of a sensor and controller system in accordance with some embodiments;
[0068] Фигура 13 представляет собой блок-схему способа сбора данных с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения; и[0068] Figure 13 is a flowchart of a method for collecting data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, in accordance with some embodiments; and
[0069] Фигура 14 представляет собой блок-схему примерного способа корректировки шума биения в соответствии с некоторыми вариантами выполнения.[0069] Figure 14 is a flowchart of an exemplary method for correcting beat noise, in accordance with some embodiments.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
[0070] Для управления шумом движения необходимо изолировать угловое движение датчика от угловых движений и вибраций носителя. В традиционных аэроэлектромагнитных системах с этой целью обычно используются тросовые подвесы. Однако, как правило, они не способны обеспечить высокую степень устойчивости, необходимую для снижения шума движения, до приемлемых уровней на частотах ниже 20-25 Гц. Способы и системы, раскрытые в настоящем документе, особенно подходят для аэроэлектромагнитной съемки в диапазоне 1-25 Гц.[0070] To control motion noise, it is necessary to isolate the angular motion of the sensor from the angular motions and vibrations of the carrier. In traditional aeroelectromagnetic systems, cable suspensions are usually used for this purpose. However, as a rule, they are not able to provide the high degree of stability necessary to reduce traffic noise to acceptable levels at frequencies below 20-25 Hz. The methods and systems disclosed herein are particularly suitable for airborne electromagnetic surveys in the 1-25 Hz range.
[0071] В соответствии с различными вариантами выполнения настоящего изобретения раскрыто устройство электромагнитной съемки для сбора электромагнитных данных, которое может обеспечивать снижение шума движения. Устройство, раскрытое в настоящем документе, может буксироваться или иным образом перемещаться транспортным средством для сбора данных геофизической съемки. Конкретные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, относятся к воздушным устройствам, которые могут буксироваться воздушным транспортным средством. Однако следует понимать, что варианты выполнения изобретения не ограничиваются подвижными носителями для использования в воздушной среде. Концепции, рассмотренные в настоящем документе, могут применяться в других средах, в которых требуется снижение шума движения. Например, транспортное средство, перемещающее устройство, может представлять собой легковой автомобиль, грузовой автомобиль, поезд, лодку и т.д. В других областях применения устройство активно не перемещается транспортным средством и может быть по существу стационарным.[0071] In accordance with various embodiments of the present invention, an electromagnetic survey apparatus for collecting electromagnetic data is disclosed that can reduce traffic noise. The device disclosed herein may be towed or otherwise moved by a vehicle to collect geophysical survey data. The specific embodiments described herein relate to aircraft that can be towed by an aircraft. However, it should be understood that embodiments of the invention are not limited to mobile carriers for use in air. The concepts discussed in this document can be applied to other environments where traffic noise reduction is required. For example, the vehicle moving the device may be a car, a truck, a train, a boat, and so on. In other applications, the device is not actively moved by the vehicle and may be substantially stationary.
[0072] В соответствии с некоторыми аспектами обеспечено устройство, которое включает в себя узел основания, поддерживающий сферическую опору, которая, в свою очередь, поддерживает инструментальную платформу. Инструментальная платформа утяжелена в нижней части и поддерживает датчик векторных составляющих. Другими словами, центр масс инструментальной платформы для по меньшей мере одного датчика векторных составляющих находится под центром вращения, обеспеченным сферической опорой. За счет такого расположения инструментальная платформа может совершать маятниковое движение относительно сферической опоры. Это маятниковое движение может иметь частоту ниже наименьшей частоты полосы частот сбора данных по меньшей мере одного ЭМ-датчика или по меньшей мере ниже части полосы частот сбора данных. Если маятниковое движение имеет частоту ниже по меньшей мере части полосы частот сбора данных, шум движения может по меньшей мере частично подавляться или ослабляться в этой полосе частот. За счет надлежащего выбора инерционных параметров инструментальной платформы шум движения может быть существенно снижен в полосе частот сбора данных датчиков.[0072] In accordance with some aspects, an apparatus is provided that includes a base assembly supporting a spherical support, which in turn supports a tool platform. The instrument platform is weighted at the bottom and supports the vector component sensor. In other words, the center of mass of the instrument platform for at least one vector component sensor is under the center of rotation provided by the spherical support. Due to this arrangement, the tool platform can perform a pendulum movement relative to the spherical support. This pendulum motion may have a frequency below the lowest frequency of the acquisition bandwidth of at least one EM sensor, or at least below a portion of the acquisition bandwidth. If the pendulum motion has a frequency below at least a portion of the acquisition bandwidth, motion noise can be at least partially suppressed or attenuated in that bandwidth. By properly selecting the inertial parameters of the instrument platform, motion noise can be significantly reduced in the acquisition bandwidth of the sensors.
[0073] В некоторых вариантах выполнения собственная частота маятникового движения инструментальной платформы может иметь период более 1 секунды и менее 1000 секунд. Аэроэлектромагнитная съемка может включать в себя это устройство, имеющее утяжеленную в нижней части инструментальную платформу и узел основания, поддерживаемый буксировочной рамой внутри корпуса. Однако, как отмечено выше, устройство также может быть выполнено с возможностью использования в системах сбора данных, не связанных с воздушной средой.[0073] In some embodiments, the natural frequency of the pendulum movement of the tool platform may have a period of more than 1 second and less than 1000 seconds. An aeroelectromagnetic survey may include this device, having a tool platform weighted at the bottom and a base assembly supported by a towing frame inside the hull. However, as noted above, the device may also be configured for use in non-airborne data acquisition systems.
[0074] Фигура 1A представляет собой вид в перспективе устройства 100 сбора АЭМ-данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Примерное устройство 100 выполнено с возможностью сбора данных с воздуха, хотя варианты выполнения не ограничиваются воздушными системами. Примерное устройство 100 включает в себя: носитель 101, содержащий оболочку 102 носителя и буксировочную раму 104, установленную внутри оболочки 102 носителя; узел 106 основания, соединенный с буксировочной рамой 104 с помощью соединительного механизма 105 (в этом примере содержащего систему 123 тросовых демпферов, показанную более подробно на Фигуре 1B); сферическую опору 110 (показанную на Фигуре 1B) на узле основания; и инструментальную платформу 108, установленную на сферической опоре 110. В данном примере к инструментальной платформе 108 прикреплены ЭМ-датчики 146 векторных составляющих.[0074] Figure 1A is a perspective view of an AEM
[0075] В некоторых вариантах выполнения носитель 101 включает в себя оболочку 102 носителя и буксировочную раму 104, а соединительный механизм 105 исключен. В других вариантах выполнения устройство может содержать узел основания и инструментальную платформу, соединенную с узлом основания сферической опорой. Устройство может использоваться с другим носителем или может использоваться самостоятельно. Например, устройство может буксироваться на прицепе. В других вариантах выполнения устройство может быть установлено или подвешено на самом транспортном средстве. В других вариантах выполнения устройство может быть установлено в по существу стационарном положении (например, на платформе или здании), которое все же подвержено небольшому и/или медленному движению с течением времени.[0075] In some embodiments, the
[0076] Носитель 101, показанный на Фигуре 1A, представляет собой подвижный носитель, который выполнен с возможностью буксировки самолетом или другим воздушным транспортным средством. Выражение «подвижный носитель» в настоящем документе не означает, что носитель всегда подвижен, а скорее означает, что носитель может быть выполнен с возможностью сбора данных в движении. Например, в других вариантах выполнения могут быть использованы другие подвижные носители, например, прицепы, буксируемые платформы или другие средства соединения носителя с транспортным средством.[0076] The
[0077] Варианты выполнения не ограничиваются устройством, которое активно перемещается транспортным средством. В некоторых случаях естественные перемещения земной поверхности, конструкции или здания могут вызывать шум движения в полосе частот сбора данных, даже если устройство по существу неподвижно. В таких случаях утяжеленная в нижней части инструментальная платформа на сферической опоре может снижать такой шум движения.[0077] Embodiments are not limited to a device that is actively moved by a vehicle. In some cases, natural movements of the earth's surface, structure, or building may cause motion noise in the acquisition band, even if the device is substantially stationary. In such cases, a tool platform weighted at the bottom on a spherical support can reduce such driving noise.
[0078] При использовании в воздушной среде оболочка 102 носителя (или оболочка гондолы) может иметь в общем каплевидную форму со скругленным передним концом 114 в форме луковицы и сужающимся хвостом 116, как проиллюстрировано. Оболочка 102 носителя может быть устойчива к погодным условиям. Каплевидная форма подходит для воздушного зондирования, хотя могут быть использованы другие формы. На фигуре оболочка 102 носителя частично удалена для демонстрации буксировочной рамы 104, узла 106 основания и инструментальной платформы 108. Кили 151 вблизи хвостового конца 116 могут обеспечивать некоторую стабильность в полете. Оболочка 102 носителя обеспечена в качестве примера, и следует понимать, что для воздушных носителей могут быть использованы оболочки других форм и конструкций. В случае использования носителя варианты выполнения не ограничиваются конкретной формой оболочки 102 носителя.[0078] When used in an air environment, the carrier shell 102 (or gondola shell) may be generally teardrop shaped with a rounded bulbous
[0079] Буксировочная рама 104, показанная на Фигуре 1A, включает в себя основное опорное кольцо 118 и верхнее опорное кольцо 120. От основного опорного кольца в противоположных направлениях продолжаются разделенные буксировочные оси 122a (Фигура 1B) и 122b, которые выходят наружу через оболочку 102 носителя. К осям 122a и 122b устройства 100 и к воздушному транспортному средству (не показано) может быть прикреплен трос 103 (показан на Фигуре 1B). Верхнее опорное кольцо 120 может, например, иметь диаметр, составляющий приблизительно половину диаметра основного опорного кольца 118. В этом примере верхнее опорное кольцо 120 смещено вверх от основного опорного кольца 118 на расстояние, приблизительно равное его диаметру. Верхнее и основное опорные кольца 120 и 118 соединены в общем полусферической несущей оболочкой 119. Оси 122a и 122b поворотно соединены с оболочкой 102 носителя, и буксировочная рама 104 имеет размер и форму, обеспечивающие возможность относительного вращения буксировочной рамы 104 в носителе вокруг горизонтальной оси 121, которая проходит через разделенные буксировочные оси. Буксировочная рама 104 обеспечена в качестве примера, и следует понимать, что для соединения узла основания (например, узла 106 основания) с носителем (например, носителем 101) могут быть использованы другие конструкции. Например, в другом варианте выполнения узел основания может быть подвешен на одном или нескольких тросах от анкера или кронштейна, расположенного в верхней части оболочки носителя или вблизи нее. В других вариантах выполнения узел 106 основания может быть непосредственно соединен с осями 122a и 122b. Варианты выполнения не ограничиваются примерной конструкцией буксировочной рамы 104.[0079] The
[0080] Хотя это не показано на Фигуре 1A, в этом примерном варианте выполнения система 123 тросовых демпферов (показана на Фигуре 1B) образует соединительный механизм 105 между узлом 106 основания и буксировочной рамой 104. Конструкция буксировочной рамы 104 показана в качестве примера, и в других вариантах выполнения могут быть использованы буксировочные рамы или узлы других конструкций. Например, другие подходящие конструкции буксировочной рамы раскрыты в публикациях заявок на патенты США № 2015/0034795 и 2011/0175604 на имя Polzer и др., которые включены в настоящий документ путем ссылки.[0080] Although not shown in Figure 1A, in this exemplary embodiment, the rope damper system 123 (shown in Figure 1B) forms a
[0081] В этом примере узел 106 основания содержит верхний кольцеобразный обод 126 и нижнее основание 128 с разнесенными друг от друга ребрами 130, проходящими между ними. Ребра 130 соединяют основание 128 и верхний обод 126. Каждое ребро 130 прикреплено к верхнему ободу 126. Ребра 130 продолжаются вниз сначала наружу, а затем загибаются внутрь, пересекаясь с основанием 128. В этом примере вокруг верхнего обода 126 равномерно разнесено шесть ребер 130. Таким образом, смежные ребра 130 расположены под углом приблизительно 60 градусов относительно друг друга. В других вариантах выполнения может использоваться другая конструкция узла основания, и может быть обеспечено большее или меньшее количество ребер.[0081] In this example, the
[0082] Фигура 1B представляет собой вид спереди в разрезе устройства 100, показанного на Фигуре 1A. В этом примере соединительный механизм 105 между буксировочной рамой 104 и узлом 106 основания представляет собой систему 123 тросовых демпферов, но это лишь один из возможных вариантов. Однако, следует понимать, что также могут быть использованы другие конструкции соединительного механизма. Смотри, например, виброизолирующую демпферную систему, описанную в публикации патента США № 2011/0175604 на имя Polzer и др., которая включена в настоящий документ путем ссылки.[0082] Figure 1B is a front sectional view of the
[0083] Система 123 тросовых демпферов содержит множество пневматических тросовых демпферов 132a и 132b, по одному для каждого ребра 130. Каждый тросовый демпфер 132a и 132b прикреплен к внутренней части буксировочной рамы 104 и выровнен с соответствующим ребром 130 узла 106 основания. В этом примере обеспечено шесть тросовых демпферов 132a и 132b (по одному для каждого ребра 130). Каждый тросовый демпфер 132a и 132b выполнен в виде пневматического цилиндра на аэростатической опоре, как раскрыто в публикации заявки на патент США № 2015/0034795 на имя Polzer и др. Каждый тросовый демпфер 132a и 132b содержит пару пневматических поршней (не показаны), поддерживаемых в кассете 134a или 134b. В этом примере концы пневматических поршней заканчиваются на общем поперечном элементе (не показан). Каждый тросовый демпфер 132a и 132b дополнительно включает в себя соответствующий шкив 136a или 136b и трос 138a или 138b. Каждый трос 138a и 138b прикреплен к соответствующей кассете 134a или 134b и накинут на соответствующий шкив 136a или 136b для удержания веса узла 106 основания. Каждый трос 138a и 138b заканчивается на соответствующем креплении 140 на конце 142 соответствующего ребра 130.[0083]
[0084] В этом примере три тросовых демпфера 132a обеспечены тросом 138a, продолжающимся от нижнего конца 143 кассеты 134a, так что трос 138a продолжается в частично поперечном направлении до соответствующего ребра 130. Три других тросовых демпфера 132b обеспечены тросом 138b, продолжающимся от верхнего конца 145 кассеты 134b, так что трос 138b продолжается вниз в по существу вертикальном направлении до соответствующего ребра 130, как показано.[0084] In this example, the three
[0085] Кольцеобразный обод 126, показанный на Фигуре 1A, обозначен пунктирными линиями на Фигуре 1B, так что видна сферическая опора 110. В направлении вокруг обода 126 тросовые демпферы 132a и 132b расположены чередующимся образом, так что каждое ребро 130, которое соединено с вертикально выровненным тросом 138b, расположено смежно с двумя ребрами 130, соединенными с частично поперечным тросом 138a, и наоборот. Пунктирные линии, иллюстрирующие положение тросов 138a и 138b, также показаны на Фигуре 1A. Пневматические поршни кассет 134a и 134b могут ослаблять вибрации носителя 101 на узле 106 основания. В этом варианте выполнения каждый вертикально поддерживающий тросовый демпфер 132b равноудален в горизонтальном направлении от соседних поперечно поддерживающих тросовых демпферов 132a. Таким образом, тросовые демпферы 132a и 132b могут ослаблять вертикальные и горизонтальные вибрации оболочки 102 носителя и буксировочной рамы 104.[0085] The
[0086] Со ссылкой на Фигуру 1B узел 106 основания содержит опорную стойку 144, которая продолжается вверх от основания 128, поддерживая инструментальную платформу 108 через сферическую опору 110. Ребра 130 поддерживают опорную стойку 144, которая вертикально выступает из точки пересечения ребер 130, поддерживая сферическую опору 110, на которой установлена инструментальная платформа 108. В этом варианте выполнения опорная стойка выполнена в виде столба, однако в других вариантах выполнения могут быть использованы другие конструкции опорной стойки. Выражение «опорная стойка», используемое в настоящем документе, не обязательно означает опорную стойку, продолжающуюся вверх от конструкции основания. Например, опорная стойка может содержать один или более участков, которые продолжаются по меньшей мере частично горизонтально или под углом. Опорная стойка может представлять собой любую конструкцию, подходящую для поддержания сферической опоры и инструментальной платформы.[0086] Referring to Figure 1B, the
[0087] Совместно множество ребер 130 образуют полость, частично принимающую инструментальную платформу 108 и позволяющую вращение инструментальной платформы 108 вокруг сферической опоры 110 без столкновения со сторонами полости, как наилучшим образом показано на Фигуре 1B. В этом примере ребра 130 конструктивно поддерживаются дополнительными панелями 131.[0087] Together, the plurality of
[0088] В этом примере инструментальная платформа 108 является жесткой и удерживает множество датчиков 146 векторных составляющих. Инструментальная платформа 108 может быть «жесткой» в том смысле, что шум движения, связанный с деформациями инструментальной платформы 108, не так существенен по сравнению с другим шумом движения. Датчики 146 могут представлять собой электромагнитные (ЭМ) датчики векторных составляющих. В некоторых вариантах выполнения датчики 146 могут содержать три или более датчиков. Например, датчики 146 векторных составляющих могут включать в себя три независимо ориентированных датчика векторных составляющих. Некоторые варианты выполнения могут включать в себя четыре или более датчиков. Варианты выполнения не ограничиваются конкретным количеством или конструкцией датчиков векторных составляющих. Инструментальная платформа 108 утяжелена в нижней части, так что ее центр тяжести находится под центром вращения вокруг сферической опоры.[0088] In this example, the
[0089] В альтернативном варианте выполнения сферическая опора может быть прикреплена непосредственно к носителю или может поддерживаться непосредственно носителем 101. В некоторых вариантах выполнения узел основания может быть частью носителя или может быть встроен в носитель. Например, в некоторых вариантах выполнения сферическая опора может быть установлена на носителе, в связи с чем часть носителя служит в качестве узла основания.[0089] In an alternative embodiment, the spherical support may be attached directly to the wearer or may be supported directly by the
[0090] В некоторых вариантах выполнения установка сферической опоры 110 на носителе может содержать признаки, раскрытые в публикации заявки на патент США № 2011/0175604 (на имя Polzer и др.).[0090] In some embodiments, mounting the
[0091] В некоторых вариантах выполнения соединительный механизм между носителем 101 и узлом 106 основания не является системой тросовых демпферов. В некоторых вариантах выполнения соединительный механизм может содержать пневматическую систему демпфирования вибраций и связанные системы, раскрытые в публикации заявки на патент США № 2013/0200248 (A1) на имя Polzer и др., содержание которой включено в настоящий документ путем ссылки. Сжатый воздух может подаваться из насоса подачи воздуха, установленного на буксировочном тросе, в носитель по трубе подачи воздуха, установленной на буксировочном тросе.[0091] In some embodiments, the connection mechanism between
[0092] Носитель 101 может быть стабилизирован для буксировки по воздуху за счет распределения веса таким образом, что вес носителя и его содержимого ниже оси 121 превышает вес, расположенный выше оси.[0092] The
[0093] При подъеме носителя 101 воздушным транспортным средством оси 122a и 122b поддерживают его вес. Оболочка 102 носителя может поворачиваться вокруг оси 121 и не может передавать крутящий момент на внутренние системы, которые могут сохранять свою приблизительно вертикальную ориентацию. При перемещении летательного аппарата вперед воздушный поток вокруг оболочки 102 носителя может вызывать вращение оболочки носителя вокруг горизонтальной оси 121. Поскольку оболочка носителя поворотно соединена с осями 122a и 122b, любое такое вращение по существу не связано с буксировочной рамой 104 и, следовательно, с инструментальной платформой 108, которую она поддерживает.[0093] As
[0094] Фигура 1C представляет собой разобранный вид в разрезе узла 106 основания, сферической воздушной опоры 110 и инструментальной платформы 108 по отдельности в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Кольцеобразный обод 126, показанный на Фигуре 1A, обозначен пунктирными линиями на Фигуре 1C, так что видна сферическая опора 110. В этом примере инструментальная платформа 108 имеет нижний участок 152, содержащий полый конус 157 (который может представлять собой усеченный конус) с верхней внутренней вершиной 153, которая находится в зацеплении и поддерживается на сферической воздушной опоре 110. Инструментальная платформа 108 также имеет верхний участок 154, содержащий цилиндрическую часть или шток 159, который продолжается вверх от конуса 157, над вершиной 153 и в обращенную вниз полусферическую полость, образованную буксировочной рамой 104 (показанной на Фигурах 1A и 1B). Главная ось 156 инструментальной платформы проходит через конус 157 и шток 159. Сферическая опора 110 обеспечивает низкофрикционное или практически бесфрикционное вращение относительно главной оси 156 инструментальной платформы, называемое «поворотным вращением» или «креном и тангажом», а также вращение платформы вокруг главной оси 156, которое называется либо «вращением», либо «рысканием». В некоторых вариантах выполнения сферическая опора 110 является единственным механическим соединением между узлом 106 основания и инструментальной платформой 108.[0094] Figure 1C is an exploded sectional view of
[0095] Узел 106 основания включает в себя главный участок 155 основания (содержащий ребра 130, основание 128 и обод 126) и опорную стойку 144 в форме столба, которая надежно прикреплена к главному участку 155 основания и продолжается вверх от него. Ребра 130 узла 106 основания имеют такие размеры и расположены под таким углом, чтобы обеспечивать диапазон крена и тангажа инструментальной платформы 108 на сферической воздушной опоре 110 на 10-30 градусов.[0095] The
[0096] Варианты выполнения не ограничиваются конкретной конструкцией узла 106 основания, показанной на Фигурах 1A и 1B. Например, в другом варианте выполнения узел основания может содержать блок с опорной стойкой на нем для поддержания сферической опоры и инструментальной платформы. Для поддержания сферической опоры и инструментальной платформы может быть использована любая подходящая конструкция.[0096] Embodiments are not limited to the particular design of the
[0097] В этом варианте выполнения сферическая опора 110 включает в себя выступающую, скругленную часть 158, прикрепленную к инструментальной платформе 108, и седло 160, прикрепленное к опорной стойке 144. Выступающая часть 158 взаимодействует с седлом 160, обеспечивая низкофрикционное или практически бесфрикционное вращение.[0097] In this embodiment, the
[0098] На инструментальной платформе 108, показанной на Фигуре 1B, также обеспечена дополнительная система 650 выравнивания (рассмотрена более подробно ниже со ссылкой на Фигуру 6C).[0098] An
[0099] На Фигуре 1C также показан экранированный отсек 170 электронного оборудования, который может вмещать высокоточный трехкомпонентный акселерометр 164 или в некоторых вариантах выполнения электрические компоненты, создающие помехи.[0099] Figure 1C also shows a shielded
[00100] Фигура 1D представляет собой вид в перспективе носителя 101 и троса 103. Носитель 101 подвешен с обеих сторон на буксировочном тросе 103, который прикреплен к летательному аппарату (не показан). Буксировочный трос 103 может раздваиваться, образуя пару буксировочных тросов в форме перевернутой буквы «Y», причем раздвоенные участки перевернутой «Y» прикреплены к противоположным сторонам носителя 101. В этом варианте выполнения концы буксировочного троса 103 прикреплены к жестким буксировочным кронштейнам 125, которые жестко передают поддерживающие усилия через оси 122a и 122b на буксировочную раму 104 (показанную на Фигурах 1A и 1B) и оболочку 102 носителя. В других вариантах выполнения буксировочный трос 103 может быть непосредственно прикреплен к буксировочной раме и оболочке носителя или иным образом поддерживать их. Для соединения носителя 101 с транспортным средством может быть использован любой подходящий способ.[00100] Figure 1D is a perspective view of a
[00101] При приземлении на землю вес носителя поддерживается посадочными опорами 150. После приземления буксировочный трос 103 провисает и может размещаться на земле. Фигура 1B иллюстрирует конфигурацию буксировочного троса в случае, когда носитель находится в воздухе и поддерживается буксировочными тросами.[00101] Upon landing on the ground, the weight of the carrier is supported by the landing
[00102] В устройстве 100, показанном на Фигурах 1A-1D, центр вращения, обеспеченный сферической опорой 110, находится над центром масс инструментальной платформы 108, что делает инструментальную платформу «утяжеленной в нижней части».[00102] In the
[00103] Фигура 2 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую структурную компоновку устройства 100, показанного на Фигурах 1A-1D. Стрелки 202a-202f, показанные на Фигуре 2, указывают направление поддерживающих усилий. Носитель 101 который включает в себя оболочку 102 носителя и буксировочную раму 104, показанные на Фигуре 1A, может буксироваться транспортным средством (не показано) на буксировочном тросе 103. Носитель 101 поддерживает узел 106 основания с помощью соединительного механизма 105. В частности, в примере, показанном на Фигурах 1A-1D, буксировочная рама 104 носителя 101 поддерживает узел основания с помощью соединительного механизма 105. В устройстве 100, показанном на Фигурах 1A-1D, соединительный механизм 105 содержит систему 123 тросовых демпферов, показанную на Фигуре 1B. Однако могут быть использованы другие соединительные системы. Узел 106 основания поддерживает сферическую опору 110, которая, в свою очередь, поддерживает утяжеленную в нижней части инструментальную платформу 108.[00103] Figure 2 is a block diagram illustrating the structural layout of the
[00104] В некоторых вариантах выполнения (например, в гравиметрических системах) узел основания может содержать трехосевую платформу с компенсацией движения. Например, такие системы могут быть установлены на летательном аппарате.[00104] In some embodiments (for example, in gravimetric systems), the base assembly may comprise a three-axis platform with motion compensation. For example, such systems may be installed on an aircraft.
[00105] Инструментальная платформа 108 может содержать решетку или ферму, листовые или пластинчатые поверхности или их сочетание.[00105] The
[00106] Как отмечено выше, на инструментальной платформе 108 закреплен по меньшей мере один датчик 146 векторных составляющих. В этом варианте выполнения по меньшей мере один датчик 146 включает в себя один или более ЭМ-датчиков векторных составляющих. ЭМ-датчики могут представлять собой ЭМ-датчики градиентометрического или иного типа. Хотя примеры, описанные в настоящем документе, относятся к ЭМ-датчикам, следует понимать, что варианты выполнения не ограничиваются использованием ЭМ-датчиков, и в других вариантах выполнения на инструментальной платформе могут быть установлены другие типы датчиков векторных составляющих. В других вариантах выполнения датчики 146 могут включать в себя один или более гравиметрических датчиков, которые также могут представлять собой гравиметрические датчики градиентометрического или иного типа. Также могут быть использованы другие типы градиентометрических датчиков векторных составляющих. Варианты выполнения не ограничиваются сбором данных конкретного типа.[00106] As noted above, at least one
[00107] Варианты выполнения не ограничиваются конкретной конструкцией, показанной на Фигурах 1A-1C. Например, инструментальная платформа может иметь множество различных форм. В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа является по существу сплющенной. Например, инструментальная платформа может быть иметь приблизительную дискообразную форму. В случае сплющенной инструментальной платформы дистальные части инструментальной платформы могут продолжаться в поперечном направлении от сферической опоры. В других вариантах выполнения инструментальная платформа является по существу вытянутой. В этом случае дистальные части инструментальной платформы могут лежать по существу над и под сферической опорой.[00107] Embodiments are not limited to the specific design shown in Figures 1A-1C. For example, a tool platform may take many different forms. In some embodiments, the tool platform is substantially flattened. For example, the tool platform may be approximately disc-shaped. In the case of a flattened instrument platform, the distal portions of the instrument platform may extend transversely from the spherical support. In other embodiments, the tool platform is substantially elongated. In this case, the distal portions of the instrument platform may lie substantially above and below the spherical support.
[00108] Инструментальная платформа может содержать конструкцию для установки одного или более ЭМ-датчиков, используемых для сбора данных ЭМ-съемки, и может поддерживать электронное оборудование и вспомогательные датчики, необходимые для сбора данных и последующей обработки. В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа является жесткой. Инструментальная платформа может иметь высокий момент инерции. Сферическая опора может быть единственной точкой контакта между узлом основания и инструментальной платформой. Инструментальная платформа вращается на сферической опоре вокруг одной точки, а именно «центра вращения».[00108] The instrumentation platform may include a structure for mounting one or more EM sensors used to collect EM survey data and may support the electronics and auxiliary sensors required for data acquisition and post-processing. In some embodiments, the tool platform is rigid. The tool platform may have a high moment of inertia. The spherical support may be the only point of contact between the base assembly and the tool platform. The tool platform rotates on a spherical support around one point, namely the "center of rotation".
[00109] Данные ЭМ-датчиков могут собираться непрерывно при условии, что пределы углового движения инструментальной платформы вокруг сферической опоры не достигнуты. Таким образом, по меньшей мере один ЭМ-датчик, установленный на инструментальной платформе, может быть по существу не связан с вибрационным движением носителя, который может наклоняться под углом тангажа и крена вокруг него.[00109] EM sensor data can be collected continuously provided that the limits of the tool platform's angular movement around the spherical support are not reached. Thus, at least one EM sensor mounted on the instrument platform may be substantially unrelated to the vibratory motion of the carrier, which may pitch and roll around it.
[00110] Фигура 3 представляет собой схематический вид сбоку примерной инструментальной платформы 300 в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Прямоугольный профиль, показанный на Фигуре 3, необязательно представляет реальную форму инструментальной платформы 300. Скорее, Фигура 3 просто иллюстрирует утяжеленный в нижней части характер инструментальной платформы 300. Например, инструментальная платформа 300, показанная на Фигуре 3, может иметь конструкцию и форму инструментальной платформы 108, показанной на Фигурах 1A-1C.[00110] Figure 3 is a schematic side view of an
[00111] Инструментальная платформа 300 имеет центр 304 масс и центр 306 вращения. Центр 306 вращение представляет собой точку, в которой инструментальная платформа 300 в собранном состоянии будет вращаться вокруг сферической опоры (например, сферической опоры 110, показанной на Фигуре 1C). Фигура 3 показывает взаимосвязь между центром 304 масс и центром 306 вращения инструментальной платформы 300. В частности, инструментальная платформа 300 утяжелена в нижней части. В утяжеленной в нижней части инструментальной платформе 300 центр 304 масс находится под центром 306 вращения, причем поддержка обеспечивается сферической опорой (не показана). Главная ось 308 инструментальной платформы 300 может быть определена как ось, проходящая через центр 306 вращения и центр 304 масс. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения инструментальная платформа 300 содержит верхнюю часть 310, расположенную над центром 306 вращения, и нижнюю часть 312, расположенную под центром 306 вращения.[00111] The
[00112] Схематический вид, показанный на Фигуре 3, не предназначен для представления реальной формы инструментальной платформы 300, в скорее для иллюстрации взаимосвязи центра 304 масс и центра 306 вращения. Реальная форма инструментальной платформы 300 может варьироваться. Например, верхняя часть 310 может быть выполнена в форме штока, а нижняя часть может быть в общем конической. Также возможны другие формы (сплющенная, вытянутая и т.д.). Утяжеление инструментальной платформы в нижней части может быть реализовано различными путями. Например, размеры, материалы и форма нижней и верхней частей 312 и 310 могут быть подобраны для обеспечения утяжеления в нижней части. Например, по сравнению утяжеленной по центру инструментальной платформой (где центр масс и центр вращение совмещены) нижняя часть 312 инструментальной платформы 300 может быть больше по размеру, может быть выполнена из более тяжелого материала, может быть толще или может быть утяжелена иным образом для обеспечения более низкого центра масс инструментальной платформы 300. Варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным способом утяжеления нижней части инструментальной платформы.[00112] The schematic view shown in Figure 3 is not intended to represent the actual shape of the
[00113] Инструментальная платформа 300 в состоянии покоя может быть вертикально сбалансирована с ее главной осью 308.[00113] The
[00114] Силы, действующие на утяжеленную в нижней части инструментальную платформу 300, могут создавать разбалансирующий крутящий момент, поскольку центр 304 масс смещен от центра 306 вращения. Разбалансирующий крутящий момент может содержать гравитационный восстанавливающий крутящий момент, а также «крутящие моменты движения», обусловленные вибрациями сферической опоры, вызванными движениями носителя. Из-за периодического движения инструментальной платформы, обусловленного гравитационным восстанавливающим крутящим моментом, может возникать шум маятникового движения. Из-за ускорений сферической опоры, обусловленных вибрациями носителя, может возникать шум биения. Когда эти ускорения перпендикулярны главной оси 308, крутящий момент может воздействовать на инструментальную платформу 300, заставляя ее поворачиваться и вызывая угловое движение. Совместно шум маятникового движения и шум биения называются шумом разбалансировки. Хотя утяжеление в нижней части может вызывать шум разбалансировки, значительная часть шума разбалансировки может быть удалена из ЭМ-данных или может иметь настолько низкую амплитуду, что является несущественной.[00114] Forces acting on the lower
[00115] При нахождении инструментальной платформы 300 в вертикальном положении с центром 304 масс, расположенным прямо под центром 306 вращения, гравитационные силы будут действовать через центр вращения, и гравитационный восстанавливающий крутящий момент будет отсутствовать.[00115] When the
[00116] В случае наклона инструментальной платформы гравитационный восстанавливающей крутящий момент может препятствовать вращательному движению при наклоне или вращении из вертикального положения. Гравитационный восстанавливающий крутящий момент может предотвращать или задерживать достижение инструментальной платформой пределов диапазона вращения вокруг центра вращения.[00116] If the tool platform is tilted, the gravitational restoring torque may prevent rotational movement when tilted or rotated from a vertical position. The gravitational restoring torque may prevent or delay the tool platform from reaching the limits of the range of rotation around the center of rotation.
[00117] Уравновешивание в нижней части может продлевать время сбора данных по сравнению с временем, которое может быть получено для уравновешенной по центру инструментальной платформы, возможно, без привязей, исполнительных механизмов или других активных систем управления ориентацией, и исключать шум, обусловленный этими системами.[00117] Balancing at the bottom can extend the data acquisition time compared to the time that can be obtained with a centrally balanced instrument platform, possibly without tethers, actuators or other active attitude control systems, and eliminate the noise caused by these systems.
[00118] Характеристики шума маятникового движения и шума биения могут быть спрогнозированы на основе инерционных свойств инструментальной платформы 300. Инструментальная платформа 300 может характеризоваться моментами Ih и Iz инерции вокруг горизонтальной оси и главной (или вертикальной) оси 308, массой m и расстоянием L между центром 304 масс и центром 306 вращения, вокруг которого она вращается. Так как центр масс расположен под центром вращения, инструментальная платформа может совершать свободное маятниковое движение на сферической опоре с собственной частотой F=1/(2×pi)× кв. корень((m×g×L)/Ih). При использовании достаточно низкой степени разбалансировки (m×L) и высокого момента Ih инерции собственная частота шума маятникового движения может быть значительно ниже полосы частот сбора данных ЭМ-датчиков. Таким образом, инструментальная платформа может иметь частоту маятникового движения, которая подавляет шум движения в полосе частот сбора данных датчика (датчиков) векторных составляющих на инструментальной платформе. В данном контексте глагол «подавлять» не означает, что шум движения обязательно устраняется или является незначительным, а скорее, что шум движения утяжеленной в нижней части инструментальной платформы снижается утяжеленной в нижней части платформой.[00118] The characteristics of pendulum noise and beat noise can be predicted based on the inertial properties of the
[00119] Фигуры 4A и 4B представляют собой графики 400 и 410 соответственно, которые иллюстрируют возникновение шума биения и его проявление. Для гармонических ускорений амплитудой a0 перпендикулярно главной оси (например, главной оси 308, показанной на Фигуре 3) и частоты f зависимость от времени может быть определена как a0×sin(2×pi×f×t). Гармонический шум биения может быть задан путем перемножения ускорения a0 и передаточной функции W шума биения, и может записан в следующем виде W=a0×Wt, где Wt=m×L/(4×Ih×pi2×f2). График 400, показанный на Фигуре 4A, иллюстрирует шум биения как произведение ускорения и передаточной функции шума биения. Показана форма спектра ускорения, характерная для воздушного носителя. Шум биения, показанный на Фигуре 4A, имеет значительно более крутой наклон при увеличении частоты по сравнению с самим ускорением.[00119] Figures 4A and 4B are
[00120] График 410, показанный на Фигуре 4B, иллюстрирует влияние шума биения и маятникового движения на измеренные ЭМ-данные. Желательными являются ЭМ-данные в конкретной полосе частот измерений, которая показана светло-серым цветом. Даже в стационарной среде без вибраций ЭМ-система имеет минимальный уровень шума, обусловленный электроникой и другими источниками. Этот минимальный уровень шума обычно слегка наклонен вправо на графике в двойном логарифмическом масштабе, как показано пунктирно-точечной линией. Частота маятникового движение может быть выбрана таким образом, что шум маятникового движения (точечная линия) гораздо меньше минимального уровня шума в полосе частот измерений. Шум биения (пунктирная линия) имеет гораздо более крутой наклон, чем минимальный уровень шума системы, который он пересекает на «частоте отсечки шума биения» (сплошная вертикальная линия). Для частот выше этой частоты отсечки системный шум может преобладать над шумом измерений, и шум биения не оказывает существенного влияния. Если частота отсечки выше нижнего предела полосы частот измерений, между ними будет находиться полоса частот сигнала, в которой сигнал загрязняется шумом биения. В случае присутствия такого внутриполосного шума биения он может быть спрогнозирован путем измерения ускорений сферической опоры. Затем спрогнозированный шум биения может быт вычтен или иным образом удален из измеренных данных для получения улучшенной оценки ЭМ-данных без шума биения.[00120]
[00121] На практике ЭМ-датчики могут иметь чувствительность к сигналах на частотах ниже их полосы частот измерений. В таких случаях низкочастотный шум разбалансировки может накладываться на сигнал, на который реагирует ЭМ-датчик. Например, данные, полученные за периоды, превышающие естественный период маятникового движения инструментальной платформы, могут содержать медленно изменяющийся синусоидальный сигнал, обусловленный изменением ориентации ЭМ-датчиков в магнитном поле Земли. Низкочастотный шум может быть отделен от внутриполосного сигнала несколькими способами. Например, такой низкочастотный шум может быть удален с помощью способов компенсации, раскрытых в документе WO2014/146184 (A1) на имя West и др. Для отделения внеполосного низкочастотного шума от внутриполосного ЭМ-сигнала также могут быть использованы способы фильтрации, известные в уровне техники.[00121] In practice, EM sensors may be sensitive to signals at frequencies below their measurement bandwidth. In such cases, low-frequency unbalance noise can be superimposed on the signal to which the EM sensor responds. For example, data acquired over periods longer than the natural pendulum period of the instrument platform may contain a slowly varying sinusoidal signal due to the changing orientation of the EM sensors in the Earth's magnetic field. Low frequency noise can be separated from the in-band signal in several ways. For example, such low frequency noise can be removed using the compensation techniques disclosed in WO2014/146184 (A1) to West et al. Filtering techniques known in the art can also be used to separate out-of-band low-frequency noise from the in-band EM signal.
[00122] Следующие характеристики могут гарантировать сбор электромагнитных данных высокого качества с низким уровнем шума разбалансировки:[00122] The following characteristics can guarantee the collection of high quality electromagnetic data with low unbalance noise:
i. амплитуда шума маятникового движения достаточно мала, чтобы покрываться динамическим диапазоном ЭМ-датчика,i. the amplitude of the pendulum noise is small enough to be covered by the dynamic range of the EM sensor,
ii. частота шума маятникового движения является достаточно низкой, чтобы находиться за пределами требуемой полосы частот сбора данных, обеспечивая возможность удаления шума разбалансировки, обусловленного маятниковым движением, путем фильтрации,ii. the frequency of the pendulum noise is low enough to be outside the required acquisition bandwidth, allowing the unbalance noise caused by the pendulum to be removed by filtering,
iii. сигналы шума биения, обусловленные крутящими моментами на утяжеленной в нижней части инструментальной платформе, которые могут быть вызваны боковыми ускорениями сферической опоры, являются достаточно низкими, иiii. the beat noise signals due to torques on the bottom-weighted tool platform, which can be caused by lateral accelerations of the spherical support, are sufficiently low, and
iv. сигналы шума биения могут быть вычислены и удалены из сигнала ЭМ-датчика.iv. beat noise signals can be computed and removed from the EM sensor signal.
[00123] Снова обратимся к Фигуре 2, шум биения может быть дополнительно снижен, если соединительный механизм 105, который соединяет узел 106 основания с носителем 101, содержит демпфирующие вибрацию компоненты, например, амортизаторы, тросы, демпферы, пружины или пневматические элементы. Такой демпфирующий вибрацию соединительный механизм 105 может уменьшать вибрации, передаваемые по нему с носителя 101, и, следовательно, может ослаблять вибрации сферической опоры 110. Таким образом, крутящие моменты движения, действующие на инструментальную платформу, 108 могут быть уменьшены, при этом соответственно снижается шум разбалансировки. Функция демпфирующего вибрацию соединительного механизма 206 может заключаться в ослаблении спектра ускорения, показанного на Фигуре 4A, что приводит к снижению шума биения. В дополнение к снижению шума в ЭМ-измерении снижение шума биения преимущественно снижает частоту отсечки шума биения, показанную на Фигуре 4B.[00123] Referring again to Figure 2, beat noise can be further reduced if the
[00124] Шум разбалансировки возникает из-за смещения центра масс от центра вращения, обеспеченного сферической опорой. Функция сферической опоры 110 в соответствии с некоторыми вариантами выполнения заключается в переносе веса инструментальной платформы 108 на узел 106 основания при одновременном обеспечении низкофрикционного или по существу бесфрикционного вращения инструментальной платформы в любом угловом направлении. Выражение «сферический» не предназначено для описания или ограничения формы опоры, а описывает диапазон угловых перемещений, обеспечиваемый опорой. Опоры сферической формы, например, сферические воздушные опоры, или острые или немного скругленные наконечники могут обеспечивать требуемый диапазон вращательного перемещения. Сферическая опора обеспечивает единственный центр вращения инструментальной платформы. Сферическая опора может вращательно отделять движение узла основания от инструментальной платформы относительно трех независимых осей. Сферическая опора может позволять неограниченное вращение вокруг главной оси инструментальной платформы 108, при этом также обеспечивая возможность вращения в пределах предельного угла наклона вокруг осей, ортогональных главной оси, с учетом углового расположения и ограничений инструментальной платформы и ограничений самой сферической опоры.[00124] The unbalance noise is due to the displacement of the center of mass from the center of rotation provided by the spherical support. The function of the
[00125] Фигуры 5A-5D иллюстрируют четыре примера возможных конфигураций сферических опор, которые могут быть использованы в качестве сферической опоры 110 в устройстве 100, показанном на Фигурах 1A-1D.[00125] Figures 5A-5D illustrate four examples of possible spherical bearing configurations that can be used as
[00126] Фигура 5A представляет собой вид сбоку в разрезе сферической воздушной опоры 500a в соответствии с одним вариантом выполнения. Сферическая опора 500a включает в себя первую часть 502a и вторую часть 504a. Первая часть 502a может быть прикреплена к узлу основания (например, к опорной стойке 144 узла 106 основания, показанного на Фигуре 1C). Вторая часть 504a может быть прикреплена к инструментальной платформе (например, к инструментальной платформе 108 или 300, показанной на Фигурах 1A-1C и 3). В этом варианте выполнения первая часть 502a содержит седло 506a. Вторая часть 504a содержит выступающую часть 508a, которая взаимодействует с седлом 506a. В этом варианте выполнения седло 506a представляет собой вогнутое сферическое седло, а выступающая часть 508a имеет сферическую форму и входит в вогнутое сферическое седло 506a. Стрелки 510a указывают направление восходящего воздушного потока из узла основания в сферическую воздушную опору 500a. Сферическая выступающая часть 508a может вращаться в соответствующем сферическом седле 506a, отделенном от нее воздушной подушкой. Этот тип сферической воздушной опоры может быть предпочтителен для поддержания массы инструментальной платформы. Однако варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным типом опоры.[00126] Figure 5A is a sectional side view of a
[00127] Фигура 5B представляет собой вид сбоку в разрезе сферической воздушной опоры 500b в соответствии с другим вариантом выполнения. Сферическая опора 500b включает в себя первую часть 502b и вторую часть 504b. Первая часть 502b может быть прикреплена к инструментальной платформе (например, инструментальной платформе 108 или 300, показанной на Фигурах 1A-1C и 3). Эта сферическая воздушная опора 500b конструктивно аналогична сферической опоре 500a, показанной на Фигуре 5A, но вертикально перевернута. Стрелки 510b указывают направление восходящего воздушного потока из узла основания в сферическую воздушную опору 500b.[00127] Figure 5B is a sectional side view of a
[00128] Фигура 5C представляет собой вид сбоку в разрезе сферической опоры 500c в соответствии с другим вариантом выполнения. Сферическая опора 500c включает в себя первую часть 502c, которая может быть прикреплена к узлу основания, и вторую часть 504c, которая может быть прикреплена к инструментальной платформе. В этом варианте выполнения первая часть 502c содержит седло 506c в виде наковальни. Вторая часть 504c содержит жесткую выступающую часть 508c в виде наконечника, которая взаимодействует с седлом 506c в виде наковальни. Выступающая часть 508c в виде наконечника может вращаться в седле 506c в виде наковальни.[00128] Figure 5C is a sectional side view of a
[00129] Фигура 5D представляет собой вид сбоку в сечении сферической опоры 500d в соответствии с другим вариантом выполнения. Сферическая опора 500d включает в себя первую часть 502d, которая может быть прикреплена к инструментальной платформе, и вторую часть 504d, которая может быть прикреплена к узлу основания. Эта сферическая опора 500d конструктивно аналогична сферической опоре 500c, показанной на Фигуре 5C, но вертикально перевернута. Примеры, показанные на Фигуре 5C и 5D, могут быть использованы, например, на более легких инструментальных платформах меньшего размера, например, на инструментальной платформе, содержащей один или более MEMS-датчиков. Однако примеры, показанные на Фигурах 5C и 5D, не ограничиваются таким использованием.[00129] Figure 5D is a side sectional view of a
[00130] Специалистам в данной области техники будет понятно, что случаи, проиллюстрированные на Фигурах 5A-5D, следует рассматривать как примерные, а не ограничивающие, и что возможно множество конфигураций сферической опоры, которые гарантируют аналогичный эффект, при этом обеспечивая требуемый диапазон низкофрикционного или почти бесфрикционного вращательного движения.[00130] Those skilled in the art will appreciate that the cases illustrated in Figures 5A-5D should be considered exemplary and not limiting, and that many spherical bearing configurations are possible that provide a similar effect while still providing the desired range of low friction or almost frictionless rotary motion.
[00131] Поскольку аспекты настоящего изобретения могут быть использованы для сбора данных электромагнитной или другой съемки с подвижного носителя, инструментальная платформа может быть зафиксирована или иным образом привязана к носителю или узлу основания для транспортировки или доставки к месту съемки. Соответственно, некоторые варианты выполнения могут содержать систему фиксации для удержания инструментальной платформы в фиксированном положении относительно узла основания во время транспортировки. При необходимости сбора данных съемки инструментальная платформа может быть освобождена или отвязана от носителя для независимого вращения. При освобождении инструментальной платформы она может сохранять угловую скорость, приобретенную в зафиксированном или привязанном состоянии. В таких случаях инструментальную платформу необходимо выровнять так, чтобы ее главная ось была по существу вертикальной и располагалась с небольшой или нулевой угловой скоростью.[00131] Because aspects of the present invention may be used to collect electromagnetic or other survey data from a moving carrier, the instrument platform may be fixed or otherwise tethered to the carrier or base assembly for transport or delivery to the survey site. Accordingly, some embodiments may include a locking system for holding the tool platform in a fixed position relative to the base assembly during transport. If it is necessary to collect survey data, the instrument platform can be released or untied from the carrier for independent rotation. When the tool platform is released, it can maintain the angular velocity acquired in a fixed or tied state. In such cases, the tool platform must be leveled so that its major axis is substantially vertical and is positioned at little or no angular velocity.
[00132] Некоторые варианты выполнения также могут содержать систему выравнивания для регулировки ориентации, а также угловой скорости инструментальной платформы. В начале сбора данных предпочтительно размещать инструментальную платформу (например, инструментальную платформу 108 и 300, показанную на Фигурах 1A-1C и 3) в такой ориентации, чтобы ее главная ось (например, ось 308, показанная на Фигуре 3) была по существу вертикальной, поскольку это гарантирует, что инструментальная платформа будет ориентирована максимально далеко от пределов углового движения без гравитационной потенциальной энергии. Таким образом, можно максимизировать продолжительность сбора данных до достижения пределов углового движения. Также может быть предпочтительно, чтобы инструментальная платформа имела небольшую или нулевую угловую скорость, поскольку это также может максимизировать продолжительность сбора данных до достижения пределов углового движения. Когда система выравнивания размещает инструментальную платформу с небольшой или нулевой угловой скоростью и по существу вертикальной главной осью, ЭМ или другие данные векторных составляющих могут собираться с минимальным шумом движения в течение максимального времени.[00132] Some embodiments may also include an alignment system to adjust the orientation as well as the angular velocity of the tool platform. At the start of data collection, it is preferable to place the instrument platform (for example,
[00133] Система выравнивания может быть расположена на инструментальной платформе и может содержать движители или подвижную массу, которая может регулировать гравитационный крутящий момент, действующий на платформу. Система выравнивания может размещать инструментальную платформу в по существу вертикальном положении с практически нулевой угловой скоростью. Система выравнивания также может работать периодически для выравнивания инструментальной платформы, если достигнут предел наклонного углового движения. Система выравнивания также может тормозить вращение инструментальной платформы для уменьшения его угловой скорости.[00133] The leveling system may be located on the tool platform and may include propellers or a movable mass that can control the gravitational torque acting on the platform. The leveling system can place the tool platform in a substantially vertical position with substantially zero angular velocity. The leveling system may also operate intermittently to level the tool platform if the tilt angle movement limit is reached. The leveling system can also brake the rotation of the tool platform to reduce its angular velocity.
[00134] Как отмечено ранее, поскольку инструментальная платформа может быть установлена на одной сферической опоре со смещением центра масс от центра вращения, вибрации сферической опоры могут создавать крутящий момент на инструментальной платформе. Этот крутящий момент может вызывать вращение инструментальной платформы, и это вращение может вызывать шум биения. Зная ускорения сферической опоры и инерционные свойства инструментальной платформы, можно рассчитать вращение и, следовательно, шум биения. Затем можно удалить шум биения из измеренных ЭМ-данных для получения ЭМ-данных, скорректированных на эффекты шума биения.[00134] As noted earlier, since the tool platform can be mounted on a single spherical support with the center of mass offset from the center of rotation, vibrations of the spherical support can create a torque on the tool platform. This torque may cause the tool platform to rotate, and this rotation may cause beat noise. Knowing the accelerations of the spherical support and the inertial properties of the tool platform, it is possible to calculate the rotation and hence the beat noise. You can then remove beat noise from the measured EM data to obtain EM data corrected for the effects of beat noise.
[00135] Фигура 6A представляет собой вид в перспективе примерной системы 600 выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Система 600 выравнивания показана на дискообразной крышке 602, которая содержит верхнюю сторону цилиндрической верхней части инструментальной платформы (например, штока 159 верхнего участка 154 инструментальной платформы 108, показанной на Фигуре 1C). В этом примере система 600 выравнивания содержит первый, второй и третий узлы 604a, 604b и 604c подвижных масс. В других вариантах выполнения может быть использовано большее или меньшее количество узлов подвижных масс. Каждый узел 604a, 604b и 604c подвижной массы состоит из соответствующего линейного двигателя 611, направляющей 612 и массы 613. В этом примерном варианте выполнения верхняя крышка 602 включает в себя дополнительный отсек 616 электронного оборудования и крышку 614 доступа, которая закрывает отсек 616 электронного оборудования. Первый и второй узлы 604a и 604b подвижных масс выполнены с возможностью перемещения масс 613 в общем в горизонтальных направлениях x и y соответственно для регулировки выравнивающих крутящих моментов в направлениях y и x. Третий узел 604c подвижной массы обеспечивает регулировку степени утяжеления в нижней части и, следовательно, собственной частоты инструментальной платформы.[00135] Figure 6A is a perspective view of an
[00136] Фигура 6B представляет собой вид в перспективе другой примерной системы 650 выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. В этом примере система 650 выравнивания содержит первый, второй, третий и четвертый движители 654a, 654b, 654c и 654d. В других вариантах выполнения может быть использовано большее или меньшее количество подвижных движителей. В этом примере движители 654a, 654b, 654c и 654d представляют собой реверсивные вентиляторы. В этом варианте выполнения движители 654a, 654b, 654c и 654d установлены на дискообразной крышке 652, которая содержит верхнюю сторону цилиндрической верхней части инструментальной платформы (например, штока 159 верхнего участка 154 инструментальной платформы 108, показанной на Фигуре 1C). В этом варианте выполнения первый и второй реверсивные вентиляторы 654a и 654b выполнены с возможностью передачи крутящего момента вокруг соответствующей горизонтальной оси вращения через сферическую опору. Третий и четвертый реверсивные вентиляторы 654c и 654d выполнены с возможностью передачи крутящего момента через сферическую опору вокруг главной оси инструментальной платформы (например, оси 308, показанной на Фигуре 3). В этом примерном варианте выполнения верхняя крышка 602 включает в себя дополнительный отсек 665 электронного оборудования и крышку 664 доступа, которая закрывает отсек 665 электронного оборудования.[00136] Figure 6B is a perspective view of another
[00137] В некоторых вариантах выполнения ускорения сферической опоры измеряются одним или более акселерометрами. Например, ускорение может быть измерено высокоточным трехкомпонентным акселерометром 164, показанным на Фигуре 1C. Один или более акселерометров могут быть расположены на инструментальной платформе (например, на инструментальной платформе 108, показанной на Фигурах 1A-1C) вблизи сферической опоры (например, сферической опоры 110, показанной на Фигурах 1A-1C), так что любые кориолисовы или центростремительные вращательные силы, которые они могут воспринимать из-за вращения инструментальной платформы вокруг сферической опоры, являются незначительными. Между входными данными ускорения, измеренными трехкомпонентным акселерометром, и угловым движением инструментальной платформы, вызванным результирующими крутящими моментами, может быть определена прямая математическая зависимость, например, передаточная функция Wt. Передаточная функция Wt может быть записана в следующем виде:[00137] In some embodiments, the accelerations of the spherical bearing are measured by one or more accelerometers. For example, acceleration can be measured by the high precision three-
i. Wt=m×L/(4×Ih×pi2×f2).i. Wt=m×L/(4×Ih×pi 2 ×f 2 ).
[00138] В некоторых вариантах выполнения также известны и могут быть реализованы другие математические зависимости между ускорением и угловым движением, например, с использованием нейронных сетей, нечеткой логики, таблиц соответствия, фильтрации с предсказанием, метода наименьших квадратов или других методов подбора моделей.[00138] In some embodiments, other mathematical relationships between acceleration and angular motion are also known and can be implemented, for example, using neural networks, fuzzy logic, lookup tables, predictive filtering, least squares, or other model fitting techniques.
[00139] На инструментальной платформе могут быть использованы феррозондовый магнитометр векторных составляющих, гироскопы, GPS и другие связанные устройства. Эти инструменты могут измерять статическое магнитное поле Земли в рамках инструментальной платформы и могут определять ориентацию, движение и местоположение инструментальной платформы в рамках Земли. Данные датчиков могут быть сохранены в контроллере, находящемся на инструментальной платформе, или они могут быть переданы беспроводным образом в контроллер или устройство записи данных, расположенное вблизи инструментальной платформы, например, на носителе. Входные данные от этих инструментов и датчиков также могут использоваться для управления работой систем фиксации и/или выравнивания.[00139] A vector component fluxgate magnetometer, gyroscopes, GPS, and other related devices may be used on the instrument platform. These instruments can measure the Earth's static magnetic field within the instrument platform and can determine the orientation, movement, and location of the instrument platform within the Earth. The sensor data may be stored in a controller located on the instrument platform, or it may be transmitted wirelessly to a controller or data recorder located near the instrument platform, such as on a carrier. Input from these tools and sensors can also be used to control the operation of the fixation and/or alignment systems.
[00140] Некоторые варианты выполнения включают в себя или подключены к системам сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха в один или более пневматических компонентов. Как отмечено выше, сферическая опора может представлять собой воздушную опору, и системы сжатого воздуха могут подавать воздух в опору. Соединительный механизм между носителем и узлом основания также может включать в себя подавляющие вибрацию пневматические элементы, которые принимают сжатый воздух из системы сжатого воздуха. Также могут быть включены другие пневматические элементы. Система сжатого воздуха может содержать воздушный насос или резервуары подачи воздуха, трубопроводы подачи воздуха, клапаны, регуляторы и накопители или буферные резервуары. Варианты выполнения не ограничиваются какой-либо конкретной конструкцией системы сжатого воздуха, и некоторые варианты выполнения могут работать без системы сжатого воздуха.[00140] Some embodiments include or are connected to compressed air systems for supplying compressed air to one or more pneumatic components. As noted above, the spherical bearing may be an air bearing and compressed air systems may supply air to the bearing. The coupling mechanism between the carrier and the base assembly may also include vibration dampening pneumatic elements that receive compressed air from the compressed air system. Other pneumatic elements may also be included. The compressed air system may include an air pump or air supply tanks, air supply lines, valves, regulators, and accumulators or buffer tanks. Embodiments are not limited to any particular compressed air system design, and some embodiments may operate without a compressed air system.
[00141] В некоторых вариантах выполнения устройство (содержащее по меньшей мере узел основания, сферическую опору, утяжеленную в нижней части инструментальную платформу и датчики) переносится носителем, выполненным с возможностью съемки с воздуха. Носитель может представлять собой «гондолу» или «зонд», буксируемый летательным аппаратом, как правило, вертолетом, с использованием буксировочного троса, который может иметь длину в диапазоне от 30 до 90 метров. Носитель может иметь форму, позволяющую минимизировать сопротивление на скорости буксировки 25-30 метров в секунду. Буксируемая гондола может содержать полость, в которой могут быть установлены узел основания, сферическая опора и инструментальная платформа, описанные в настоящем документе.[00141] In some embodiments, the device (comprising at least a base assembly, a spherical support, a bottom-weighted tool platform, and sensors) is carried by a carrier capable of aerial photography. The carrier may be a "nacelle" or "probe" towed by an aircraft, typically a helicopter, using a towline which may be in the range of 30 to 90 meters. The carrier may be shaped to minimize drag at towing speeds of 25-30 meters per second. The towed nacelle may include a cavity in which the base assembly, spherical support, and tool platform described herein can be installed.
[00142] Фигура 7 представляет собой схематический вид в разрезе устройства 700 сбора данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Устройство 700 включает в себя узел 702 основания, сферическую опору 704 и инструментальную платформу 706. Сферическая опора 704 установлена на узле 702 основания, а инструментальная платформа 706 установлена на сферической опоре 704 и поддерживается ей. Сферическая опора 704 обеспечивает возможность свободного углового вращения инструментальной платформы 706 в пределах диапазона угла наклона вокруг сферической опоры 704. Инструментальная платформа 706 утяжелена в нижней части аналогично инструментальной платформе 300, показанной на Фигуре 3 (т.е. центр 723 масс инструментальной платформы 706 расположен под центром 720 вращения).[00142] Figure 7 is a schematic sectional view of a
[00143] В этом варианте выполнения узел 702 основания содержит главный участок 708 основания и опорную стойку в виде столба 710, который надежно прикреплен и продолжается вверх от главного участка 708 основания. Столб 710 продолжается вверх вдоль оси 712 столба. Сферическая опора 704 содержит седло 714, прикрепленное к верхней поверхности столба 710. Сферическая опора 704 представляет собой воздушную опору с выступающей частью 716, прикрепленной к инструментальной платформе 706 (аналогично воздушной опоре 500a, показанной на Фигуре 5A).[00143] In this embodiment, the
[00144] Инструментальная платформа 706, показанная на Фигуре 7, представляет собой корпус, содержащий нижнюю часть 717, расположенную в общем под центром 720 вращения. Нижняя часть 717 выполнена в форме конической обращенной вниз юбки 718, которая образует обращенный вниз открытый раструб со сферической опорой 704, расположенной в его вершине 721. Центр масс инструментальной платформы 706 находится на расстоянии под вершиной 721. Такое расположение конической юбки 718 и столба 710 может обеспечивать возможность вращения главной оси 722 инструментальной платформы 706 на сферической опоре 704 относительно оси 712 столба в диапазоне предельного угла α наклона, показанного на Фигуре 7. В частности, раструб, образованный конической юбкой 718, обеспечивает зазор вокруг сферической опоры и узла основания, обеспечивающий диапазон наклонного вращения инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона. Допустимое вращение в направлениях, ортогональных главной оси 722, может быть больше или меньше предельного угла α, показанного на Фигуре 7, в соответствии с углом раскрытия конической юбки 718 и/или угловым диапазоном движения, обеспечиваемым сферической опорой 704. Варианты выполнения не ограничиваются конкретным диапазоном вращения.[00144]
[00145] В некоторых вариантах выполнения к утяжеленной в нижней части инструментальной платформе 706 надежно прикреплен один ЭМ-датчик векторных составляющих (например, датчик 146, показанный на Фигурах 1A-1C). В другом варианте выполнения к утяжеленной в нижней части инструментальной платформе 706 надежно прикреплены три ЭМ-датчика, расположенных в независимых ориентациях зондирования.[00145] In some embodiments, a single vector component EM sensor (eg,
[00146] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа, описанная в настоящем документе, выполнена из жесткого и/или резистивного композиционного материала.[00146] In some embodiments, the tool platform described herein is made from a rigid and/or resistive composite material.
[00147] Фигуры 8 и 9 иллюстрируют примерную инструментальную платформу 800 для сбора данных с воздуха в соответствии с другим вариантом выполнения. На Фигуре 8 инструментальная платформа 800 показана в частичном разрезе, так что видны опорная стойка в виде столба 810 и сферическая опора 804. Инструментальная платформа 800 установлена на указанном столбе 810 через сферическую опору 804 аналогично другим вариантам выполнения, описанным в настоящем документе. Инструментальная платформа 800 содержит корпус 806 платформы, содержащий нижний участок 817, включающий в себя коническую юбку 818, которая образует обращенный вниз открытый конический раструб, и верхний участок 819, включающий в себя цилиндрический шток 820. В этом варианте выполнения сферическая опора 804 представляет собой сферическую опору с седлом 814 и выступающей частью 816. Столб 810 может продолжаться вверх от главного участка узла основания (например, узла 106 основания, показанного на Фигурах 1A-1C, или узла 702 основания, показанного на Фигуре 7). Выступающая часть 816 воздушной опоры 814 прикреплена и обращена вниз от вершины 821 конической юбки 818, а седло 814 надежно прикреплено к верхней поверхности столба 810. Обращенная вниз коническая юбка 818 расположена так, чтобы обеспечивать диапазон наклонного вращения инструментальной платформы 800 в пределах предельного угла наклона инструментальной платформы 800 и сферической опоры 804.[00147] Figures 8 and 9 illustrate an exemplary aerial data
[00148] В этом варианте выполнения инструментальная платформа 800 напоминает перевернутую воронку, поддерживаемую воздушной опорой от вершины 821 конической юбки 818 воронки, с цилиндрическим штоком 820, продолжающимся вверх от вершины. Центр масс инструментальной платформы 800 находится на расстоянии под вершиной 821 и под центром вращения вокруг цилиндрической опоры (не показан на Фигуре 8). По периферии инструментальной платформы, если смотреть сверху, расположены три пары продольных реберных опорных элементов 830 и 832, которые усиливают инструментальную платформу вдоль продольных участков, где в этом варианте выполнения установлены ЭМ-датчики 840 векторных составляющих. Парные элементы 830 и 832 могут быть прикреплены в продольном направлении вдоль внешних сторон инструментальной платформы 800. Для уменьшения деформаций платформы между ЭМ-датчиками 840, посередине между парными продольными элементами 830 и 832 расположены дополнительные опорные продольные элементы 834. Элементы 834 способствуют жесткости инструментальной платформы, поддерживая стабильные относительные направляющие косинусы между направлениями зондирования ЭМ-датчиков, и, следовательно, ограничивают шум движения, который связан с деформациями платформы. Эти опорные элементы 830, 832 и 834 продолжаются от дистального конца 835 конической юбки 818 до дистального конца 836 штока 820. Совместно продольные опорные элементы 830, 832 и 834 могут уменьшать деформацию изгиба, связанную с изгибом инструментальной платформы вокруг вершины 821. В этом примере инструментальная платформа 800 также включает в себя поперечные опорные элементы 838, которые проходят в горизонтальном направлении между продольными опорными элементами 830, 832 и 834. Поперечные элементы 838 разнесены в вертикальном направлении от сторон инструментальной платформы 800 и могут обеспечивать поперечную опору продольных элементов 830, 832 и 834. Варианты выполнения не ограничиваются конкретной формой и конструкцией этого примера инструментальной платформы 800.[00148] In this embodiment, the
[00149] В этом варианте выполнения инструментальная платформа является жесткой. Благодаря этой жесткости, шум движения из-за угловых движений датчиков векторных составляющих, вызванных деформациями инструментальной платформы в ответ на ускорение воздушной опоры, может быть приемлемо низким.[00149] In this embodiment, the tool platform is rigid. Due to this rigidity, the motion noise due to the angular movements of the vector component sensors caused by the deformations of the instrument platform in response to the acceleration of the air bearing can be acceptably low.
[00150] В одном варианте выполнения инструментальная платформа 800 имеет массу 75 кг, и утяжеление mL в нижней части 0,035 кг/м. Инструментальная платформа 800 может иметь естественный период около 1 минуты и может поддерживать три независимо ориентированных ЭМ-датчика с нижним пределом частоты сбора данных 1 Гц. Шум движения, связанный с маятниковым движением инструментальной платформы 800 в течение 1 минуты, может иметь обратную квадратичную частотную зависимость выше предела частоты сбора данных ЭМ-датчиков в 1 Гц и может быть легко удален стандартными способами, известными в уровне техники, которые могут содержать высокочастотную фильтрацию. В этом варианте выполнения шум движения носителя может эффективно подавляться за счет инерционных свойств инструментальной платформы 800, оставляя остаточный шум движения с благоприятной частотной зависимостью.[00150] In one embodiment, the
[00151] Фигура 10 представляет собой частичный вид в перспективе столба 810 и сферической опоры 804, показанных на Фигуре 8. В этом примере сферическая опора 804 представляет собой воздушную опору, хотя в других вариантах выполнения могут быть использованы другие сферические опоры. Седло 814 имеет вогнутую сферическую форму и прикреплено к верхней поверхности столба 810, как проиллюстрировано на Фигуре 10. Сжатый воздух может подаваться вверх через небольшие отверстия (не показаны) в седле 814 в небольшой зазор между ним и выпуклой сферической выступающей частью 816 (показана на Фигуре 9). Получаемая воздушная подушка, которая образуется между седлом 814 и выступающей частью 816 сферической воздушной опоры 804, может обеспечивать по существу низкофрикционную или почти бесфрикционную опору и соединение, на котором инструментальная платформа 800 (показана на Фигуре 9) может свободно вращаться относительно столба 810.[00151] Figure 10 is a partial perspective view of the
[00152] В некоторых вариантах выполнения, в частности, где датчики векторных составляющих представляют собой ЭМ-датчики, сферическая воздушная опора 804 выполнена из металла с плохой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью, например, из титана. В других вариантах выполнения сферическая воздушная опора выполнена из керамики или другого резистивного и механически прочного материала. В других вариантах выполнения, например, где датчики векторных составляющих не являются ЭМ-датчиками (например, гравиметрические датчики), магнитная проницаемость и проводимость воздушной опоры могут незначительно влиять на измеренные данные поля. Варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным материалом. Если сферическая опора 804 и соединительный механизм (не показан) для носителя содержат пневматические элементы, для подачи воздуха в сферическую опору 800 и пневматические элементы, которые содержат соединительный механизм, может использоваться общая пневматическая система.[00152] In some embodiments, particularly where the vector component sensors are EM sensors, the
[00153] Фигура 11 представляет собой график 1100, иллюстрирующий шум движения и геомагнитный спектр в зависимости от частоты f для варианта выполнения, имеющего массу 75 кг и утяжеление в нижней части 0,035 кг/м. При сборе ЭМ-данных геомагнитный спектр является важным ориентиром, поскольку он показывает минимальный уровень шума в случае ЭМ-измерений с управляемым источником, и он показывает сигнал источника в случае ЭМ-измерений с естественным источником. Геомагнитный спектр в общем реагирует обратно пропорционально частоте между 1Гц и 500Гц, при этом шум биения может реагировать обратно пропорционально квадрату частоты в том же диапазоне.[00153] Figure 11 is a
[00154] Шум разбалансировки, показанный на Фигуре 11, представлен для сигнала бокового ускорения, который является спектрально плоским, с использованием наблюдаемых ускорений в диапазоне 6-15 Гц в одном варианте выполнения, предназначенном для аэроэлектромагнитной съемки. Шум разбалансировки может быть дополнительно снижен путем регулировки частотной характеристики соединительного механизма между носителем и узлом основания для уменьшения ускорений узла основания или путем дополнительной регулировки собственной частоты маятникового движения платформы в направлении снижения.[00154] The imbalance noise shown in Figure 11 is for a lateral acceleration signal that is spectrally flat using observed accelerations in the 6-15 Hz range in one embodiment for airborne electromagnetic surveying. The unbalance noise can be further reduced by adjusting the frequency response of the coupling mechanism between the carrier and the base assembly to reduce the accelerations of the base assembly, or by further adjusting the natural frequency of the pendulum movement of the platform in the downward direction.
[00155] Аспекты шума разбалансировки могут регулироваться путем изменения утяжеления в нижней части в соответствии с целью съемки. При ЭМ-съемке естественных полей ЭМ-данные могут собираться на частотах, превышающих наименьший шумановский резонанс приблизительно на 8 Гц. Для такой съемки шум движения, показанный на Фигуре 11, является достаточно низким для обеспечения полезных оценок структуры проводимости Земли. При съемке с управляемым источником, где устройство ЭМ-съемки содержит передатчик, который вызывает изменяющийся во времени ток в земле, геомагнитный шум образует полезный минимальный уровень шума измерения, и шум движения, проиллюстрированный на Фигуре 11, является достаточно низким для сбора полезных данных вплоть до 2 или 3 Гц.[00155] Unbalance noise aspects can be adjusted by changing the weighting at the bottom according to the shooting purpose. In EM surveys of natural fields, EM data may be collected at frequencies that exceed the lowest Schumann resonance by approximately 8 Hz. For such a survey, the motion noise shown in Figure 11 is low enough to provide useful estimates of the Earth's conductivity structure. In a controlled source survey where the EM survey device contains a transmitter that induces a time-varying current in the ground, geomagnetic noise forms a useful measurement noise floor, and the motion noise illustrated in Figure 11 is low enough to collect useful data up to 2 or 3 Hz.
[00156] Снова обратимся к Фигурам 8 и 9, в варианте выполнения три ЭМ-датчика 840 установлены на корпусе 806 платформы между соответствующей парой продольных опорных элементов 830 и 832 на конической юбке 818 инструментальной платформы. В этом примере ЭМ-датчики 840 представляют собой электромагнитные датчики векторных составляющих, хотя могут быть использованы другие типы датчиков. Масса ЭМ-датчиков 840 может быть смещена на массу вспомогательного оборудования и аккумуляторов, расположенных в цилиндрическом штоке 820, для получения инструментальной платформы 800 (включающей в себя датчики и вспомогательное оборудование), немного утяжеленной в нижней части при балансировке на сферической опоре 804.[00156] Referring again to Figures 8 and 9, in an embodiment, three
[00157] Каждый из ЭМ-датчиков 840 может представлять собой магнитометр с обратной связью с полосой частот сбора данных, продолжающейся от 1 Гц до 25 кГц, и спектральной плотностью мощности шума 1 пТл/кв. корень из Гц на 1 Гц. В этом варианте выполнения ЭМ-датчики 840 жестко прикреплены к инструментальной платформе. В этом примере ЭМ-датчики 840 равномерно разнесены по периферии конической юбки 818 инструментальной платформы 800. Однако следует понимать, что в других вариантах выполнения количество, тип и размещение датчиков могут отличаться. Некоторые варианты выполнения могут включать в себя четыре или более датчиков. Некоторые датчики могут быть независимо ориентированы. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения один или более датчиков могут быть поменяны местами. В вариантах выполнения, подходящих для электромагнитной съемки естественных полей, ЭМ-датчик может, например, работать в полосе частот сбора данных от 8 до 700 Гц. В варианте выполнения, подходящем для электромагнитной съемки с управляемым источником, ЭМ-датчик может, например, работать в полосе частот сбора данных от 1 до 25 000 Гц и может иметь минимальный уровень шума порядка ниже пикоТесла на 1 Гц. В некоторых вариантах выполнения ЭМ-датчик может представлять собой магнитометр векторных составляющих.[00157] Each of the
[00158] Фигура 12 представляет собой структурную схему примерной системы 1200 датчиков, которая может быть реализована с использованием инструментальной платформы 1201. Инструментальная платформа 1201 может быть аналогична инструментальным платформам 108, 300, 706 или 800, показанным на Фигурах 1A-1C, 3, 8 и 9. В этом примере система 1200 включает в себя один или более ЭМ-датчиков 1202, один или более дополнительных вспомогательных датчиков и систем 1204, систему 1206 выравнивания, систему 1208 фиксации, первый и второй контроллеры 1210 и 1214, средство 1212 беспроводной связи и устройство 1216 записи данных. В этом примере ЭМ-датчик (датчики) 1202, вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204, система 1206 выравнивания, первый контроллер 1210 и средство 1212 беспроводной связи установлены на инструментальной платформе 1201. Один или более компонентов также могут быть расположены за пределами инструментальной платформы. Например, в этом варианте выполнения второй контроллер 1214, система 1208 фиксации и устройство 1216 записи данных установлены за пределами инструментальной платформы. Средство 1212 беспроводной связи может включать в себя такое средство беспроводной связи, как беспроводной передатчик, приемник, приемопередатчик или любое подходящее их сочетание для осуществления беспроводной связи между первым и вторым контроллерами 1210 и 1214. В некоторых вариантах выполнения средство беспроводной связи может быть установлено непосредственно между первым контроллером 1210 и устройством 1216 записи данных.[00158] Figure 12 is a block diagram of an
[00159] ЭМ-датчик (датчики) 1202 и вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204 могут быть установлены на инструментальной платформе 1201 в различных положениях. Вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204 могут быть предназначены для сбора данных электромагнитной съемки. Вспомогательные датчики и системы 1204 также могут содержать средство определения пространственного положения, например, трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля, акселерометр, гироскопы, датчики наклона и вращения. Вспомогательные датчики 1204 могут дополнительно содержать датчики GPS, Glonass или эквивалентные датчики.[00159] The EM sensor(s) 1202 and auxiliary sensor(s) and systems 1204 may be mounted on the
[00160] Информация о пространственном положении инструментальной платформы позволяет перенос собранных электромагнитных векторных данных или других векторных данных датчиков из локальной системы координат инструментальной платформы в глобальную систему координат.[00160] The tool platform attitude information allows the transfer of collected electromagnetic vector data or other sensor vector data from the local coordinate system of the tool platform to the global coordinate system.
[00161] Как показано на Фигуре 12, ЭМ-датчик (датчики) 1202, вспомогательные датчик (датчики) и системы и система 1206 выравнивания подключены к первому контроллеру 1210 и управляются им. Первый и второй контроллеры 1210 и 1214 могут содержать один или более процессоров и память. Например, на Фигуре 12 показан первый контроллер, содержащий процессор 1211 и память 1213. Память 1213 может хранить команды для побуждения процессора 1211 к выполнению функций, рассмотренных в настоящем документе. Для реализации контроллеров 1210 и 1214 могут быть использованы другие сочетания аппаратного и программного обеспечения. Система 1208 фиксации и устройство записи данных подключены ко второму контроллеру 1214 и управляются им. Первый и второй контроллеры 1210 и 1214 находятся в беспроводном сообщении через средство 1212 беспроводной связи. На инструментальной платформе могут быть дополнительно установлены источники питания и аккумуляторы, необходимые для работы компонентов системы 1200.[00161] As shown in Figure 12, EM sensor(s) 1202, auxiliary sensor(s) and systems and
[00162] Данные, собранные датчиками 1202 и/или 1204, могут храниться в базе данных. База данных может содержать память для хранения и извлечения данных. Например, первый и/или второй контроллеры 1210 и 1214 могут побуждать передачу принятых данных (например, с помощью средства 1212 беспроводной связи) для сохранения в базе данных. В конкретном примере, показанном на Фигуре 12, устройство 1216 записи данных содержит указанную базу данных. Таким образом, данные, собранные датчиками 1202 и/или 1204, могут быть загружены вторым контроллером 1214 и/или устройством 1216 записи данных с помощью средства 1212 беспроводной связи. Данные могут быть извлечены из устройства 1216 записи данных для последующей обработки. В других вариантах выполнения первый контроллер 1210 может включать в себя базу данных, реализованную в памяти 1213, для хранения указанных данных.[00162] The data collected by
[00163] С использование средства 1212 беспроводной связи между первым контроллером 1210 и вторым контроллером 1214, инструментальная платформа может быть освобождена от каких-либо механических связей или соединительных кабелей, соединяющих ее с узлом основания или носителем при сборе ЭМ-данных, за исключением контакта на сферической опоре. В варианте выполнения отсутствуют соединительные кабели или ограничивающие устройства, которые могут затруднять свободное движение инструментальной платформы относительно узла основания. Средство 1212 беспроводной связи может содержать беспроводной передатчик. Альтернативно передающая часть средства 1212 беспроводной связи может быть частью контроллера 1210, и контроллер может обеспечивать функцию беспроводной связи. Варианты выполнения не ограничиваются конкретной компоновкой аппаратного обеспечения.[00163] Using means 1212 for wireless communication between the
[00164] Подача питания компонентам на инструментальной платформе 1201 может осуществляться аккумулятором или эквивалентным источником питания, например, топливным элементом или конденсатором большой емкости. Питающие провода к датчикам 1202 и/или 1204 могут быть скручены для минимизации магнитных полей рассеяния от токов питания. Все элементы, установленные на инструментальной платформе 1201, могут быть надежно закреплены для минимизации или исключения случайных вибраций, вызванных относительным перемещением элемента относительно инструментальной платформы 1201.[00164] Components on the
[00165] Некоторые компоненты, установленные на инструментальной платформе 1201, могут быть размещены в отсеке электронного оборудования с электромагнитным экранированием (например, в отсеке 170, показанном на Фигуре 1C). Экранированный отсек электронного оборудования и компоненты, находящиеся в нем, могут образовывать компенсирующий вес для датчиков векторных составляющих, так что инструментальная платформа, включающая в себя датчики и вспомогательное оборудование, может быть лишь слегка утяжелена в нижней части. В варианте выполнения экранированный отсек электронного оборудования может быть установлен в верхней цилиндрической части инструментальной платформы, и датчики векторных составляющих (например, датчики 146 или 840, показанные на Фигурах 1B и 9) могут быть установлены в нижней части инструментальной платформы.[00165] Some of the components mounted on the
[00166] Вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204, показанные на Фигуре 12, также могут содержать трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля. Трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля может зондировать статическое магнитное поле Земли. Трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля может представлять собой связанный по постоянному току векторный магнитометр и может представлять собой магнитометр, отличный от ЭМ-датчика, который может представлять собой связанный по переменному току датчик. Например, ЭМ-датчик может содержать индукционный магнитометр с отсечкой низких частот на 1 Гц и минимальным уровнем шума 1 пТл/кв. корень из Гц на 1 Гц. Трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля может представлять собой феррозондовый магнитометр, выполненный с возможностью зондирования статического магнитного поля с минимальным уровнем шума 10 пТл/кв. корень из Гц на 1 Гц.[00166] The auxiliary sensor(s) and systems 1204 shown in Figure 12 may also include a three-component static field vector magnetometer. The three-component static field vector magnetometer can probe the Earth's static magnetic field. The three-component static field vector magnetometer may be a DC coupled vector magnetometer and may be a magnetometer other than an EM sensor, which may be an AC coupled sensor. For example, an EM sensor may comprise an induction magnetometer with a 1 Hz low-frequency cutoff and a noise floor of 1 pT/sq. root of Hz per 1 Hz. The three-component static field vector magnetometer may be a fluxgate magnetometer configured to probe a static magnetic field with a noise floor of 10 pT/sq. root of Hz per 1 Hz.
[00167] Вспомогательные датчик (датчики) и система 1204 могут содержать высокоточный трехкомпонентный акселерометр, расположенный вблизи воздушной опоры, например, акселерометр 164, проиллюстрированный на Фигуре 1C.[00167] Auxiliary sensor(s) and system 1204 may include a highly accurate three-component accelerometer located proximate the air bearing, such as the
[00168] Система 1208 фиксации является дополнительной и может использоваться для блокировки инструментальной платформы в фиксированном положении относительно узла основания (и/или опорной стойки, на которой установлена сферическая опора), пока сбор электромагнитных данных не ведется. Система 1208 фиксации может приводиться в действие сжатым воздухом и может получать команды фиксации и освобождения инструментальной платформы от первого контроллера 1210. Система 1208 фиксации может быть установлена на верхней поверхности опорной стойки (например, столба 144, 710 или 810, показанного на Фигурах 1B, 7, 8 и 9). Система 1208 фиксации может содержать пневматические зажимы, которые выступают вверх от столба для зацепления инструментальной платформы 1201 и фиксации ее в определенном положении.[00168] The locking system 1208 is optional and can be used to lock the tool platform in a fixed position relative to the base assembly (and/or the support column on which the spherical support is mounted) while electromagnetic data is not being collected. The locking system 1208 can be actuated by compressed air and can receive commands to lock and release the tool platform from the
[00169] Варианты выполнения не ограничиваются конкретной конфигурацией системы 1200, показанной на Фигуре 12. Например, в некоторых вариантах выполнения для управления всеми элементами системы может использоваться один контроллер. Один или более вспомогательных датчиков и систем 1204, система 1206 выравнивания и система 1208 фиксации могут быть исключены. Подобным образом, из системы 1200 может быть исключено устройство 1216 записи данных, и данные могут передаваться во внешнюю базу данных для хранения. Также возможны другие изменения.[00169] Embodiments are not limited to the particular configuration of
[00170] Система 1206 выравнивания, показанная на Фигуре 12, может использоваться для передачи крутящего момента на инструментальную платформу, что вызывает ее вращение вокруг центра вращения. Система выравнивания может включать в себя свой собственный контроллер (не показан), который может содержать процессор и/или память. В других вариантах выполнения управление системой выравнивания может быть реализовано первым контроллером 1210.[00170] The
[00171] Передаваемый крутящий момент может менять ориентацию инструментальной платформы или ее угловую скорость. В этом варианте выполнения система 1206 выравнивания расположена на инструментальной платформе 1201 и получает команды от первого контроллера 1210. Однако также возможны другие расположения.[00171] The transmitted torque may change the orientation of the tool platform or its angular velocity. In this embodiment, the
[00172] Система 1206 выравнивания может содержать вентиляторы или другие средства приведения в движение воздуха для создания тяги. Приведение в движение воздуха может создавать крутящий момент вокруг центра вращения, вызывая вращение инструментальной платформы 1201. Система 1206 выравнивания может содержать средство для приведения в движение воздуха в трех независимых угловых направлениях и может содержать средство для обеспечения прямой или обратной тяги в каждом из этих направлений. Система 1206 выравнивания может содержать три независимо ориентированных реверсивных вентилятора (например, 654a, 654b и 654c, показанные на Фигуре 6B), или она может содержать вентилятор, который может поворачиваться для направления тяги в конкретном направлении. Система 1206 выравнивания может содержать вентилятор, прикрепленный к инструментальной платформе, который может направлять воздух через подвижные каналы, жалюзи или лопатки, так что направление его тяги может меняться.[00172] The
[00173] В дополнение или альтернативно система 1206 выравнивания может содержать подвижную массу. Положение подвижной массы может регулироваться для изменения гравитационного крутящего момента, действующего на инструментальную платформу. Гравитационный крутящий момент может меняться для противодействия маятниковому движению инструментальной платформы. В варианте выполнения гравитационные крутящие моменты могут непрерывно регулироваться при сборе данных для ослабления маятникового движения инструментальной платформы.[00173] In addition or alternatively, the
[00174] В одном варианте выполнения система 1206 выравнивания содержит вентиляторы, расположенные в верхней части инструментальной платформы для обеспечения тяги в трех независимых угловых ориентациях. Система выравнивания может работать периодически при наклоне инструментальной платформы достаточно близко к предельному углу наклона (например, углу α, показанному на Фигуре 7), и/или перед началом сбора ЭМ или других данных векторных составляющих для размещения инструментальной платформы вертикально и с небольшой угловой скоростью.[00174] In one embodiment, the
[00175] В некоторых вариантах выполнения система, описанная в настоящем документе, используется для аэроэлектромагнитной съемки. Инструментальная платформа 1201 может достаточно долго совершать свободное маятниковое движение относительно столба, на котором установлена сферическая опора, для завершения одного маршрута полета для ЭМ-съемки. Во время перехода с маршрута на маршрут при съемке или при наклоне инструментальной платформы чрезмерно близко к столбу, инструментальная платформа 1201 может возвращаться в вертикальное положение системой 1206 выравнивания. При выравнивании инструментальной платформы 1201 главная ось инструментальной платформы 1201 может перемещаться в пространственное положение, которое приблизительно параллельно оси столба с угловой скоростью, близкой к нулевой. Во время вращения инструментальной платформы 1201 системой 1206 выравнивания сбор электромагнитных данных может быть приостановлен, поскольку работа системы выравнивания может вызывать чрезмерно высокий электромагнитный или вибрационный шум движения.[00175] In some embodiments, the system described herein is used for airborne electromagnetic surveying. The
[00176] Система 1206 выравнивания может содержать систему измерения углового движения. Система измерения углового движения может содержать контроллер и средство углового измерения для обнаружения углового движения инструментальной платформы 1201. Система измерения углового движения может отслеживать угловое расположение инструментальной платформы в отношении ее угла наклона и/или отслеживать ее угловую скорость. Средство углового измерения для обнаружения углового движения инструментальной платформы может содержать связанный по постоянному току векторный магнитометр, датчики наклона, акселерометры, гироскопы угловой скорости и/или датчики скорости вращения, прикрепленные к инструментальной платформе 1201. В варианте выполнения контроллер системы 1206 выравнивания может принимать сигналы от средства углового измерения. Контроллер может вычислять наклон инструментальной платформы 1201 и управлять системой 1206 выравнивания. Контроллер может подавать команды системе 1206 выравнивания для переориентирования инструментальной платформы 1201 или существенного уменьшения ее углового движения. В альтернативном варианте выполнения система измерения углового движения может входить во вспомогательные датчики и системы 1204, а не в систему 1206 выравнивания.[00176] The
[00177] В некоторых вариантах выполнения один или более компонентов устройства, описанного в настоящем документе, могут быть выполнены из высокорезистивных и магнитно-непроницаемых материалов для снижения электромагнитного шума, который может возникать из-за индукции вихревого тока и намагничивания. Электронные компоненты могут быть экранированы мю-металлом или другими высокопроницаемыми или проводящими материалами для подавления электромагнитного шума, предотвращая его влияние на измерения данных ЭМ-съемки. Высокорезистивные и магнитно-непроницаемые материалы, которые могут быть использованы, включают в себя, но не ограничиваются, композиты из углеродного волокна, стекловолокна или натурального волокна, арамиды, пластики, дерево, резину, керамику и стекло.[00177] In some embodiments, one or more components of the device described herein may be made from highly resistive and magnetically impervious materials to reduce electromagnetic noise that can occur due to eddy current induction and magnetization. Electronic components can be shielded with mu-metal or other highly permeable or conductive materials to suppress electromagnetic noise, preventing it from interfering with EM data measurements. Highly resistive and magnetically impermeable materials that may be used include, but are not limited to, carbon fiber, glass fiber or natural fiber composites, aramids, plastics, wood, rubber, ceramics, and glass.
[00178] Фигура 13 представляет собой блок-схему способа сбора данных с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения.[00178] Figure 13 is a flowchart of a method for collecting data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, in accordance with some embodiments.
[00179] На этапе 1302 перемещают устройство, содержащее инструментальную платформу (включающую в себя датчик векторных составляющих). Устройство может быть аналогично любому из вышеописанных примерных вариантов выполнения, содержащих: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; и инструментальную платформу, установленную на сферической опоре. Инструментальная платформа утяжелена в нижней части в том смысле, что она имеет центр масс, расположенный под центром вращения. Устройство также может содержать носитель (например, носитель 101, показанный на Фигурах 1A, 1B и 1D).[00179] At 1302, the device containing the instrument platform (including the vector component sensor) is moved. The device may be similar to any of the exemplary embodiments described above, comprising: a base assembly; a spherical support mounted on the base assembly; and a tool platform mounted on a spherical support. The tool platform is weighted at the bottom in the sense that it has a center of mass located below the center of rotation. The device may also include a carrier (eg,
[00180] Перемещение устройства может содержать буксировку устройства с помощью транспортного средства, установку устройства на движущееся транспортное средство или другое движущееся тело или транспортировку устройства, в качестве нескольких примеров.[00180] Moving the device may include towing the device with a vehicle, mounting the device on a moving vehicle or other moving body, or transporting the device, to name a few.
[00181] На этапе 1304 во время перемещения устройства собирают данные векторных составляющих с использованием по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[00181] In
[00182] В некоторых вариантах выполнения на инструментальной платформе установлен высокоточный трехкомпонентный акселерометр (например, акселерометр 164, показанный на Фигуре 1C), расположенный смежно со сферической опорой. В качестве математической зависимости для вычисления углового движения при биении на основе измеренного ускорения может использоваться передаточная функция. Затем на основе уравнений шума движения может быть вычислен шум биения.[00182] In some embodiments, a high-precision three-component accelerometer (eg,
[00183] Фигура 14 представляет собой блок-схему примерного способа, реализуемого в вышеописанном устройстве, для корректировки шума биения в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Способ может выполняться контроллером, например, первым контроллером 1210, показанным на Фигуре 12, или любым другим подходящим средством обработки данных.[00183] Figure 14 is a flowchart of an exemplary method implemented in the apparatus described above for correcting beat noise, in accordance with some embodiments. The method may be performed by a controller, such as the
[00184] На этапе 1402 получают данные об ускорении от акселерометра.[00184] In
[00185] На этапе 1404 оценивают шум биения в зависимости от данных об ускорении. Эта оценка может содержать вычисление вращательного движения на основе входных данных от высокоточного трехкомпонентного акселерометра. Таким образом, шум биения может оцениваться на основе уравнений шума движения с использованием вычисленного углового изменения и измеренного статического магнитного поля Земли. Статическое магнитное поле Земли может, например, быть получено от трехкомпонентного связанного по постоянному току векторного магнитометра, прикрепленного к инструментальной платформе.[00185] In
[00186] На этапе 1406 удаляют оцененный шум биения из данных датчика векторных составляющих, что может обеспечивать улучшенное измерение с уменьшенным шумом движения.[00186] At 1406, the estimated beat noise is removed from the vector component sensor data, which may provide improved measurement with reduced motion noise.
[00187] В некоторых вариантах выполнения шум движения может быть дополнительно снижен путем измерения угловых движений инструментальной платформы и соответственной корректировки ЭМ-данных датчика. Устройство может содержать магнитометр векторных составляющих статического поля и датчик измерения углового движения, установленные на инструментальной платформе. Один из способов, которые могут быть использованы, заключается в первоначальном вычислении шума движения с помощью уравнений шума вращательного движения,[00187] In some embodiments, motion noise can be further reduced by measuring the angular movements of the instrument platform and adjusting the EM data of the sensor accordingly. The device may contain a magnetometer of the vector components of the static field and a sensor for measuring the angular motion installed on the tool platform. One way that can be used is to first calculate the motion noise using the rotational motion noise equations,
Nc=m⋅(ω×B),Nc=m⋅(ω×B),
Nm=m⋅(ΔΘ×B), илиNm=m⋅(ΔΘ×B), or
N=m⋅(A×F).N=m⋅(A×F).
[00188] И последующем удалении вычисленного шума из данных. Контроллер устройства может, например, оценивать шум движения на основе данных, принятых от средства определения пространственного положения и датчика измерения углового движения. Однако на практике в случае ЭМ-данных непосредственные угловые измерения не являются достаточно точными для точной оценки шума по меньшей мере для разрешения порядка пикоТесла в полосе частот ниже 20 Герц с использованием доступного в настоящее время контрольно-измерительного оборудования и подхода, связанного с передаточной функцией, или других математических средств, и вместо использования непосредственного углового измерения может потребоваться вычисление углового движения на основе измерений ускорения.[00188] And then removing the calculated noise from the data. The device controller may, for example, estimate the motion noise based on the data received from the attitude determination means and the angular motion measurement sensor. However, in practice, in the case of EM data, direct angle measurements are not accurate enough to accurately estimate the noise at least to resolve the order of picoTesla in the frequency band below 20 Hertz using currently available instrumentation and the transfer function approach, or other mathematical means, and instead of using a direct angular measurement, it may be necessary to calculate the angular motion from the acceleration measurements.
[00189] Следует понимать, что в некоторых вариантах выполнения может быть реализовано сочетание более чем одного из вышеописанных подходов. Варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным одним или несколькими подходами, способами или устройствами, раскрытыми в настоящем документе. Специалистам в данной области техники будет понятно, что изменения вариантов выполнения, описанных в настоящем документе, могут быть выполнены в различных реализациях без отклонения от объема изобретения. В связи с этим следует понимать, что в пределах объема приложенной формулы изобретения изобретение может быть реализовано на практике иначе, чем конкретно описано.[00189] It should be understood that in some embodiments, a combination of more than one of the above approaches may be implemented. Embodiments are not limited to any particular one or more of the approaches, methods, or devices disclosed herein. Those skilled in the art will appreciate that changes to the embodiments described herein may be made in various implementations without departing from the scope of the invention. In this regard, it should be understood that within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than specifically described.
[00190] Вышеприведенное описание просто иллюстрирует применение принципов изобретения. Специалистами в данной области техники могут быть реализованы другие конструкции и способы без отклонения от объема настоящего изобретения.[00190] The above description simply illustrates the application of the principles of the invention. Other designs and methods can be implemented by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
Claims (44)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA2980061A CA2980061C (en) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | Apparatus and method for data acquisition |
CA2980061 | 2017-09-22 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018133465A RU2018133465A (en) | 2020-03-23 |
RU2018133465A3 RU2018133465A3 (en) | 2021-10-29 |
RU2771749C2 true RU2771749C2 (en) | 2022-05-11 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6369573B1 (en) * | 1997-09-03 | 2002-04-09 | The Broken Hill Proprietary Company Limited | Apparatus for reducing rotation of a towed airborne article |
WO2015103608A1 (en) * | 2014-01-06 | 2015-07-09 | Lockheed Martin Corporation | Gravity gradiometer system with spherical air bearing based platform |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6369573B1 (en) * | 1997-09-03 | 2002-04-09 | The Broken Hill Proprietary Company Limited | Apparatus for reducing rotation of a towed airborne article |
WO2015103608A1 (en) * | 2014-01-06 | 2015-07-09 | Lockheed Martin Corporation | Gravity gradiometer system with spherical air bearing based platform |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8456159B2 (en) | Stabilization system for sensors on moving platforms | |
CN109597133B (en) | Apparatus and method for vector component data acquisition | |
AU2002221398B2 (en) | Gravity gradiometry | |
AU2002221398A1 (en) | Gravity gradiometry | |
CN106443827B (en) | A kind of dynamic accuracy appraisal procedure for moving base gravimeter | |
RU2771749C2 (en) | Data collection device and method | |
CA2303059C (en) | Apparatus for reducing rotation of an article | |
Araya et al. | Development and demonstration of a gravity gradiometer onboard an autonomous underwater vehicle for detecting massive subseafloor deposits | |
JP2019189196A (en) | Universal head mounted on unmanned aircraft for fixing positional relations between antenna and sensor, and stabilizing posture | |
JP4175639B2 (en) | Magnetic support type vibration measuring method and apparatus | |
CN114355459A (en) | Nacelle type aviation low-frequency three-component natural field electromagnetic surveying system and control method | |
AU757798B2 (en) | Apparatus for reducing rotation of an article | |
AU740498B2 (en) | Apparatus for reducing rotation of an article |