WO2001030125A2 - Verfahren zur erfassung einer relativbewegung zweier systeme und sensor hierfür - Google Patents

Verfahren zur erfassung einer relativbewegung zweier systeme und sensor hierfür Download PDF

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WO2001030125A2
WO2001030125A2 PCT/CH2000/000620 CH0000620W WO0130125A2 WO 2001030125 A2 WO2001030125 A2 WO 2001030125A2 CH 0000620 W CH0000620 W CH 0000620W WO 0130125 A2 WO0130125 A2 WO 0130125A2
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magnetic field
measuring magnetic
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seismic
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Inventor
György Csikos
Daniele Sartori
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HELAYEL, Emile
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G01V1/181—Geophones

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a relative movement of two systems according to the preamble of claim 1, the use of this method according to claim 6, a sensor therefor according to the preamble of claim 9 and its use according to claim 20.
  • the present invention is based on problems which arise in the detection of seismic processes by means of sensors which utilize electromagnetic induction: It cannot be differentiated whether a registered signal is generated on account of the seismic process and therefore a movement of an electrical conductor with respect to one Measurement magnetic field is generated or due to a changing interference magnetic field.
  • Seismic processes can also be accompanied by seismic electromagnetic fields.
  • measurement signals due to possibly accompanying seismic processes of accompanying magnetic fields, can only be interpreted with great uncertainty as movement-related, quite apart from additional non-seismic interference magnetic fields.
  • Sensors for the detection of seismic movements must also be able to detect extremely low-frequency signals, far below 10 Hz, even below 1 Hz, and this with high sensitivity.
  • the present invention achieves the above-mentioned object in that, according to the characterizing part of claim 1, the influence of an external interference magnetic field is counteracted by compensation.
  • interference magnetic field any kind of magnetic field, except that which is specifically set up for measuring purposes and which we want to call the measuring magnetic field.
  • the procedure according to the invention succeeds in suppressing the measurement-effective influence of interference magnetic fields, even and especially with extremely low frequency interference signals and with the sensitivity required for seismic measurement.
  • the predetermined measuring magnetic field is additively coupled to a conductor arrangement in at least two locally separated, adjacent areas, while the storm magnetic field is subtractive.
  • An interference magnetic field is essentially homogeneous in the area of the sensor, which, when the above-mentioned measures are taken, subtracts its induction effect on the conductor arrangement.
  • the measuring magnetic field is preferably applied to the same extent in both of the above-mentioned areas. However, this is not mandatory.
  • the relationships described are realized in that the predetermined measuring magnetic field, to which one of the systems is bound, is generated with at least two partial fields of different polarity with respect to an axis and the conductor arrangement as an arrangement of at least two oppositely wound the second system of tied coils is formed, the coil axes of which are at least approximately coaxial with the axis of the radial partial fields.
  • At least the area of the sensor on which the induction is created is preferably surrounded by an electrostatic screen.
  • the screen is e.g. realized by an electrically highly conductive coating or film.
  • the wall of a faceplate housing, much thicker than the faceplate, is made of electrically non-conductive, non-magnetic material, e.g. from a plastic.
  • Seismic motion sensors in which electromagnetic induction is used for motion registration, are known.
  • sensors of the types SM3-KV or SM3-KVE from the Russian Academy of Sciences, Design Bureau for Geophysical Instruments, or the sensor S-13 from Geotech Instruments, LLC.
  • a measuring magnetic field is already bound to an axle bearing of a lever on the known sensor.
  • the pivot axis of a lever is mounted, to which is attached first a seismic mass, then a conductor arrangement movable in the measuring magnetic field with the lever.
  • a spring arrangement also acts on the lever, counter to the torque caused by the seismic mass.
  • the measuring magnetic field and the conductor arrangement are now designed according to the invention, for the storm magnetic field compensation according to the invention.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the detection of seismic processes and their analysis, in particular for the discovery of hydrocarbon deposits for the extraction of statements about and / or the expansion of hydrocarbon deposits.
  • a sensor according to the invention is characterized in accordance with the characterizing part of claim 9, preferred embodiments of this sensor according to the wording of claims 12 to 19, a particularly preferred use of this sensor according to claim 20.
  • FIG. 2 in a representation analogous to FIG. 1, the basic realization according to the invention of a measuring magnetic field and a conductor arrangement moved therein; 3 shows a longitudinal sectional view of a preferred embodiment of a sensor operating according to the method according to the invention;
  • FIG. 4 shows schematically the structure of a seismic sensor according to the invention, constructed on the basis of a known seismic sensor,
  • 5a shows in the time domain the signal recorded with a conventional, non-interference compensated inductive measuring head in a 50 Hz interference field environment
  • FIG. 5b shows the signal according to FIG. 5a in the frequency range
  • FIG. 6a in analogy to the representation according to FIG. 5a, the measurement signal in the same environment with an interference-compensated sensor designed according to the invention
  • FIG. 7 amplitude and phase response of the sensor according to the invention, constructed according to FIG. 4 with built-in operating point control and with phase response compensation.
  • a measuring magnetic field B m is generated on a system Si. If, in this induction field B m, a conductor 3, which extends perpendicular to the field lines of the measuring magnetic field B_, is moved with the speed v in the direction shown, a voltage is induced in the conductor 3.
  • the measuring magnetic field B m is applied in at least two separate areas of the system S_, as shown in FIG. 2 in the areas Mi as a partial magnetic field and in the area M 2 as a partial magnetic field B m2 .
  • the partial magnetic fields B m ⁇ and B m2 are polarized in reverse.
  • a preferred embodiment of a sensor according to the invention is shown schematically in FIG. 3.
  • a symmetrical ring-shaped magnet 10 comprises a pole part 12 which is cylindrical with respect to an axis A, optionally with two pole flanges 14 which coaxially inward to the axis A.
  • the pole part 12 is made of soft magnetic material, for example of iron or steel.
  • the pole part 12 is closed on the base side by a base plate 16 made of non-magnetic material, for example made of a plastic or stainless steel, which has a core 18 coaxial to the axis A in the pole part 12 with soft magnetic pole parts 20 and 21 and with an interposed magnet arrangement 23, preferably as a strong permanent magnet, such as a neodymium magnet.
  • a radial measuring magnetic field B m is formed by this arrangement.
  • the permanent magnet 23 for example also in or on the wall of the pole part 12, to provide further magnet arrangements and to generally use permanent and / or electromagnets.
  • FIG. 3 Dashed at a in Fig. 3 shown support 19 of the system S 2 are conductor assemblies 3 according to FIG. 2 forming coils 25 2 and 25 x mounted such that they, with the system S 2, without contact with the core 18 and in the radial Magnetteilfeidern are movable in the areas Mi and M 2 .
  • the coils 25 ⁇ and 25 2 are analogous to the representation of
  • Fig. 2 connected in series so that the induction voltages resulting from system movement v add up.
  • two cylindrical air gaps coaxial to the axis A are formed corresponding to the areas Mi and M 2 of FIG. 2.
  • Storm magnet feeders fulfill both air gaps homogeneously, which, according to the explanations for FIG. 2, compensate for their induction effect on the coils 25 1 and 25 2 .
  • FIG. 4 schematically shows a particularly preferred embodiment of a seismic motion sensor, built on the one hand from the basic mechanics of the known sensor SM3-KV or SM3-KVE from the company mentioned at the beginning, on the other hand complements the measures according to the invention as explained with reference to FIG. 3. From a physical point of view, this is a pendulum arrangement.
  • the previously known seismic motion sensor mounted on a support system Si in a pivot bearing 27, comprises a lever 29 with a large seismic mass 31.
  • the support 19 of the inductive measuring head 33 now constructed according to the invention, is mounted on the lever 29 as it is based on FIG Fig. 3 has been explained.
  • a spring arrangement 30 counteracts the torque of the mass 31 on the lever 29.
  • the calibration and adjustment measures provided on the known sensor are not shown in FIG. 4.
  • the measuring head with the induction-effective spatial areas is installed in a housing 41 whose wall poorly conducting material.
  • wall material e.g. a plastic or stainless steel can be used.
  • the inner wall of the housing 41 is lined or coated with a thin screen 43 made of electrically highly conductive material, such as copper, for example, or with a conductive one
  • the screen 43 is preferably based on measurement reference potential al laid. This prevents capacitive interference from electrical fields.
  • the signal shown in FIG. 5a results in the time range, in the frequency range according to FIG. 5b.
  • the 50 Hz and another interference field at approx. 16 2/3 Hz can be clearly seen.
  • FIG. 7 the amplitude and phase response of the motion sensor according to FIG. 4 with operating point control is shown.
  • the phase response was optimized by a correction filter on the amplifier circuit downstream of the measuring head 33 according to FIG. 4.
  • the proposed procedure creates the possibility of inductively detecting movements between systems down to the lowest frequencies, without an interference field which may be present at the measurement location interfering with the measurement.

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Abstract

Es wird ein Sensor zur Erfassung von Relativbewegungen zweier Systeme vorgeschlagen, welcher nach dem Prinzip elektromagnetischer Induktion arbeitet. Im Magnetfeld einer Permanentmagnetanordnung (23, 12) an einen System wird eine Spulenardnung (25) durch die zu detektierende Relativbewegung bewegt. Messrelevante Auswirkungen von Störmagnetfeldern werden dadurch verhindert, dass die Spulenanordnung in zwei Bereichen des erwähnten Magnetfeldes bewegt wird, worin die permanentmagneterzeugten Felder umgekehrt polarisiert sind. Damit wird erreicht, dass bewegungsinduzierte Signale aus den beiden Bereichen additiv erfasst werden, während störfeldinduzierte Signale sich kompensieren.

Description

Verfahren zur Erfassung einer Relativbewegung zweier Systeme und Sensor hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Relativbewegung zweier Systeme nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die Verwendung dieses Verfahrens nach Anspruch 6, weiter einen Sensor hierfür nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 sowie dessen Verwendung nach Anspruch 20.
Die vorliegende Erfindung geht aus von Problemen, welche sich bei der Erfassung seismischer Prozesse mittels Sensoren erge- ben, die elektromagnetische Induktion ausnützen: Es kann nicht unterschieden werden, ob ein registriertes Signal aufgrund des seismischen Prozesses und mithin einer Bewegung eines elektrischen Leiters bezüglich eines erstellten Mess- agnetfeldes erzeugt ist oder aufgrund eines sich ändernden Stör-Magnetfeldes.
Seismische Prozesse können auch von seismisch bedingten elektromagnetischen Feldern begleitet sein. Bei Einsatz von Sensoren genannter Art können somit Messsignale, aufgrund möglicherweise seismische Prozesse begleitender Magnetfelder, nur mit grosser Unsicherheit ausschliesslich als bewegungsbedingt interpretiert werden, ganz abgesehen von zusätzlichen nichtseismisch bedingten Störmagnetfeldern. Sensoren für die Erfassung seismisch bedingter Bewegungen müssen zudem auch äusserst tieffrequente Signale erfassen können, weit unterhalb 10 Hz, ja gar unterhalb 1 Hz, und dies mit hoher Sensitivitä .
Daraus ergibt sich die der vorliegenden Erfindung primär zugrundeliegende Aufgabe, nämlich mittels Ausnützung von Induktion die Bewegung seismischer Prozesse erfassen zu können und dabei den Einfluss elektromagnetischer Störfelder, seien sie seismisch bedingt oder anderweitig bedingt, mindestens zu redu- zieren. Die nachfolgend geschilderte und der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Lösung - erarbeitet aufgrund der Prob- lerne bei der Erfassung von Bewegungen aufgrund seismischer Prozesse - lässt sich aber ohne weiteres für andere Bewegungssensor-Anwendungen einsetzen, insbesondere, wenn ähnlich hohe Anforderungen an Stδrungsunterdrückung und Sensitivität bis in tiefste Frequenzbereiche gefordert sind.
Dem Problem der Stormagnetfeider wurde bis anhin bei seismischen Sensoren nur wenig Bedeutung beigemessen.
Die vorliegende Erfindung löst die obgenannte Aufgabe dadurch, dass, nach dem Kennzeichen von Anspruch 1, dem Einfluss eines externen Störmagnetfeldes durch Kompensation gegengewirkt wird.
Wir verstehen dabei und nachfolgend unter dem Begriff Stδrmag- netfeld jegliche Art Magnetfelder, ausser demjenigen, das gezielt zu Messzwecken eingerichtet ist und das wir Messmagnetfeld nennen wollen.
Erstaunlicherweise gelingt es mit dem erfindungsgemässen Vorgehen, auch und gerade bei tiefstfrequenten Stδrsignalen und bei der bei seismischer Messung geforderten Sensitivität, den messwirksamen Einfluss von Störmagnetfeldern zu unterdrücken.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das vorgegebene Messmagnetfeld in mindestens zwei örtlich getrennten, benachbarten Bereichen additiv mit einer Leiteranordnung gekoppelt, das Stormagnetfeld hingegen sub- traktiv. Dabei wir ausgenützt, dass einer gegebenen Leiteranordnung zwei Magnetfelder mit umgekehrter Polarität angekoppelt werden können, sich aber trotzdem in ihrer Induktionswirkung addierend, indem die Leiteranordnung in den Messfeldern geometrisch entsprechend geführt wird. Ein Störmagnetfeld hingegen ist im Bereich des Sensors im wesentlichen homogen, womit sich, beim Treffen obgenannter Massnahmen, seine Induktionswirkung an der Leiteranordnung subtrahiert. Bevorzugterweise wird das Messmagnetfeld in beiden obgenannten Bereichen gleich stark angelegt. Dies ist aber nicht zwingend.
Die geschilderten Verhältnisse werden in einer bevorzugten Aus- führungsform dadurch realisiert, dass das vorgegebene Messmag- netfeld, an das eine der Systeme gebunden, mit mindestens zwei bezüglich einer Achse radialen Teilfeldern unterschiedlicher Polarität erzeugt wird und die Leiteranordnung als Anordnung mindestens zweier gegensinnig gewickelter, an das zweite System gefesselter Spulen ausgebildet wird, deren Spulenachsen mit der Achse der radialen Teilfelder mindestens genähert koaxial sind.
Hinzukommend zu den erfindungsgemässen Kompensationsmassnahmen ist es aber ohne weiteres möglich, auch Abschirmmassnahmen vorzusehen. Sollen diese aber auch bei tiefstfrequenten Signalen wirksam sein, dann wird bevorzugterweise mindestens der Bereich des Sensors, woran die Induktion erstellt wird, mittels eines elektrostatischen Schirmes umgeben. Dabei wird der Schirm z.B. durch eine elektrisch hochleitende Beschichtung oder Folie realisiert. Die Wandung eines Schirmträgergehäuses, wesentlich dicker als der Schirm, wird aus elektrisch nichtleitendem, nicht- magnetischen Material gefertigt, z.B. aus einem Kunststoff.
Seismische BewegungsSensoren, bei welchen elektromagnetische Induktion zur Bewegungsregistrierung ausgenützt wird, sind bekannt. Beispielsweise wird auf die Sensoren der Typen SM3-KV oder SM3-KVE der Russian Academy of Sciences, Design Bureau for Geophysical Instruments, oder den Sensor S-13 der Fa. Geotech Instruments, LLC hingewiesen.
Diese bekannten seismischen Bewegungssensoren eignen sich ausgezeichnet, mit den erfindungsgemässen Massnahmen ausgestattet zu werden. Dabei ist bereits am vorbekannten Sensor ein Mess- magnetfeld an eine Achslagerung eines Hebels gefesselt. In der erwähnten Lagerung ist die Schwenkachse eines Hebels gelagert, woran erst eine seismische Masse, dann eine im Messmagnetfeld mit dem Hebel bewegliche Leiteranordnung angebracht ist. Auf den Hebel wirkt weiter eine Federanordnung, entgegen dem durch die seismische Masse bewirkten Drehmoment. Das Messmagnetfeld und die Leiteranordnung werden nun aber erfindungsgemäss ausgebildet, für die erfindungsgemässe Stormagnetfeldkompensation.
Grundsätzlich eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren ganz besonders für die Erfassung seismischer Prozesse und deren Analyse, dabei insbesondere für das Auffinden von Kohlenwasser- stoffvorkommen für die Gewinnung von Aussagen über und/oder die Ausdehnung von Kohlenwasserstoffvorkommen.
Dies, weil es damit möglich wird, von seismischen Prozessen bedingte Bewegungen und von seismischen Prozessen bedingte Magnetfelder getrennt zu registrieren und als getrennte Komponen- ten ein und desselben Prozesses auszuwerten.
Zur Lösung der obgenannten Aufgabe zeichnet sich im weiteren ein erfindungsgemasser Sensor nach dem Kennzeichen von Anspruch 9 aus, bevorzugte Ausführungsformen dieses Sensors nach dem Wortlaut der Ansprüche 12 bis 19, eine besonders bevorzugte Verwendung dieses Sensors nach Anspruch 20.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch und in perspektivischer Darstellung, die Induktionswirkung eines Magnetfeldes auf einen beweg- ten Leiter, als Grundlage für das Verständnis der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 in einer Darstellung analog zu Fig. 1, die erfindungsgemässe, prinzipielle Realisation eines Messmagnetfeldes und einer darin bewegten Leiteranordnung; Fig. 3 in einer Längsschnittdarstellung, eine bevorzugte Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Sensors ;
Fig. 4 schematisch, den Aufbau eines erfindungsgemässen seis- mischen Sensors, aufgebaut auf der Grundlage eines bekannten seismischen Sensors,-
Fig. 5a im Zeitbereich das mit einem herkömmlichen, nicht stδrfeidkompensierten induktiven Messkopf aufgenommene Signal in 50 Hz-Stδrfeldumgebung;
Fig. 5b das Signal gemäss Fig. 5a im Frequenzbereich;
Fig. 6a in Analogie zur Darstellung gemäss Fig. 5a, das Mes- signal in derselben Umgebung mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten stδrfeidkompensierten Sensor;
Fig. 6b das Signal gemäss Fig. 6a im Frequenzbereich und
Fig. 7 Amplituden- und Phasengang des erfindungsgemässen Sensors, aufgebaut gemäss Fig. 4 mit eingebauter Arbeits- punktregelung und mit Phasengang-Kompensation.
Anhand von Fig. 1 soll das Problem, von welchem die vorliegende Erfindung ausgeht, grundsätzlich erläutert werden.
Es soll die Relativbewegung eines Systems So. bezüglich eines Systems S2 erfasst werden. Zur diesbezüglichen Ausnützung der Induktion wird am einen System Si ein Messmagnetfeld Bm erzeugt. Wird in diesem Induktionsfeld Bm ein Leiter 3, welcher sich senkrecht zu den Feldlinien des Messmagnetfeldes B_, er- streckt, mit der Geschwindigkeit v in dargestellter Richtung bewegt, so wird im Leiter 3 eine Spannung induziert.
Damit ist es nun möglich, durch Messung der induzierten Spannung am Leiter 3 der Leiteranordnung die Geschwindigkeit v in der angegebenen Richtung zu messen. Eine Positionsermittlung des Leiters 3 im homogen angenommenen, statischen Feld Bm ist hingegen mittels Induktion nicht möglich.
Ist nun im felderfüllten Raumbereich M ein zeitlich variieren- des Stδrfeld Bs(t) vorhanden, so bewirkt dieses aufgrund seiner zeitlichen Variation, unabhängig davon, ob System S2 mit dem Leiter 3 bewegt wird oder nicht, im Leiter 3 eine Spannung. Daher kann an einem am Leiter 3 abgegriffenen elektrischen Signal nicht diskriminiert werden, ob es ausschliesslich aufgrund ei- ner Relativbewegung der Systeme Si, S2, ausschliesslich aufgrund der Zeitvariation des Stδrfeldes Bs oder aufgrund einer Kombination beider Ursachen erzeugt ist.
Soll mithin mittels Induktion die Bewegung eines seismischen Prozesses überwacht werden, so kann nicht mit Sicherheit aus dem Messresultat ausgesagt werden, ob ein sich zeitlich änderndes Stδrfeld und/oder eine Bewegung erfasst wurde.
Gerade bei der Untersuchung seismischer Prozesse ist es aber von hoher Bedeutung, getrennt Bewegungen und seismisch bedingte Elektromagnetfelder zu registrieren, abgesehen davon, dass nicht seismisch bedingte Magnetfelder, die ebenfalls in Bs eingehen, grundsätzlich hier nicht interessieren.
In Fig. 2 ist, ausgehend von den im Zusammenhang mit Fig. 1 aufzeigten Problemen das Prinzip der erfindungsgemässen Lösung dargestellt. Demnach wird das Messmagnetfeld Bm in mindestens zwei voneinander getrennten Bereichen des Systems S_ angelegt, gemäss Fig. 2 in den Bereichen Mi als Teilmagnetfeld
Figure imgf000007_0001
und im Bereich M2 als Teilmagnetfeld Bm2. Bezüglich der Bewegungsrichtung des Systems S2, entsprechend v, und der Ausrichtung der jeweiligen Leiter 3χ und 32 in den beiden Bereichen ML und M2 sind dabei die Teilmagnetfelder Bmι und Bm2 umgekehrt polarisiert. Durch entsprechende Beschaltung der Leiter 3_ und 32, wie bei 4 schematisiert, sind sie so seriegeschaltet, dass sich die bei systemgemeinsamer Bewegung v ergebenden Induktionsspannungen in den Leitern 3χ und 32 addieren. Mit 5 ist ein Messinstrument schematisiert .
Betrachtet man nun in Analogie zu Fig. 1 das zeitvariable Stδr- magnetfeld Bs(t), so ist ersichtlich, dass dieses die beiden benachbarten Bereiche Mi und M2 homogen erfüllt und damit sich die daraus resultierenden Induktionsspannungen in den Leitern 3ι und 32 jedenfalls kompensieren.
Es ist nicht unbedingt zwingend, dass sich die Induktionswirkung an den Räumen Mi und M2 des Messmagnetfeldes Bm verdoppelt, wesentlich ist aber, dass die Induktionswirkung in beiden erwähnten Räumen bezüglich des Stδrmagnetfeldes Bs möglichst identisch ist, damit eine möglichst vollständige Stδrsignalkom- pensation erfolgt.
In Fig. 3 ist schematisch eine bevorzugte Realisationsform eines erfindungsgemässen Sensors dargestellt. Ein symmetrischer Ringspalmagnet 10 umfasst einen bezüglich einer Achse A zylin- derförmigen Polteil 12, gegebenenfalls mit zwei zur Achse A ko- axialen, einwärts springenden Polflanschen 14. Der Polteil 12 ist aus weichmagnetischem Material, beispielsweise aus Eisen oder Stahl, ausgebildet.
Der Polteil 12 ist basisseitig durch eine Grundplatte 16 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus rostfreiem Stahl, abgeschlossen, die koaxial zur Achse A im Polteil 12 einen Kern 18 trägt mit weichmagnetischen Polpartien 20 und 21 sowie mit einer dazwischenliegenden Magnetanordnung 23, vorzugsweise als starker Permanentmagnet, wie beispielsweise als Neodymium-Magnet ausgebildet. Durch diese An- Ordnung wird ein radiales Messmagnetfeld Bm gebildet. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, anstelle oder ergän- zend zum Permanentmagnet 23, beispielsweise auch in oder an der Wandung des Polteils 12, weitere Magnetanordnungen vorzusehen und grundsätzlich Permanent- und/oder Elektromagnete einzusetzen.
An einem in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Träger 19 des Systems S2 sind Leiteranordnungen 3 gemäss Fig. 2 bildende Spulen 252 und 25x derart montiert, dass sie, mit dem System S2, berührungslos über dem Kern 18 und in den radialen Magnetteilfeidern je in den Bereichen Mi und M2 beweglich sind.
Die Spulen 25ι und 252 sind in Analogie zur Darstellung von
Fig. 2 so seriegeschaltet, dass die bei Systembewegung v resultierenden Induktionsspannungen sich addieren. Zwischen den weichmagnetischen Kernpartien 20 und 21 einerseits und dem Pol- teil 12 werden zwei zur Achse A koaxiale, zylinderfδrmige Luft- spalten entsprechend den Bereichen Mi und M2 von Fig. 2 gebildet. Diese sind mit den radialen Messmagnetfeldern umgekehrter Polarität erfüllt, die auf die in den Luftspalten verschiebli- chen Spulenanordnungen 25 einwirken. Stormagnetfeider erfüllen beide Luftspalten homogen, womit sich, entsprechend den Erläu- terungen zu Fig. 2, ihre Induktionswirkung auf die Spulen 25ι und 252 kompensieren.
Obwohl sich das bisher besprochenen Vorgehen ganz besonders für die stδrfeidkompensierte Registrierung von Bewegungen, die ihren Ursprung in seismischen Prozessen haben, eignet, können entsprechend aufgebaute Bewegungssensoren selbstverständlich auch für die Detektion andersartig bedingter Relativbewegungen zwischen Systemen eingesetzt werden.
In Fig. 4 ist, schematisch, eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines seismischen Bewegungssensors dargestellt, auf- gebaut einerseits aus der Grundmechanik des bekannten Sensors SM3-KV bzw. SM3-KVE eingangs erwähnter Firma, anderseits er- gänzt mit den erfindungsgemässen Massnahmen, wie sie anhand von Fig. 3 erläutert wurden. Dabei handelt es sich, physikalisch betrachtet, um eine Pendelanordnung.
Der vorbekannte seismische Bewegungssensor umfasst, an einem Trägersystem Si in einem Schwenklager 27 gelagert, einen Hebel 29 mit einer grossen seismischen Masse 31. Endständig ist am Hebel 29 der Träger 19 des induktiv wirkenden Messkopfes 33, nun erfindungsgemäss aufgebaut, montiert, wie er anhand von Fig. 3 erläutert wurde. Eine Federanordnung 30 wirkt am Hebel 29 dem Drehmoment der Masse 31 entgegen.
Die am vorbekannten Sensor vorgesehenen Kalibrier- und Einstellvorkehrungen sind in Fig. 4 nicht dargestellt. Wie sich aus der Betrachtung von Fig. 3 ergibt, ist es auch beim erfindungsgemässen Vorgehen wesentlich, zur Ausnützung eines mδg- liehst grossen linearen Bewegungs/Signal-Übertragungsbereiches, dass, im Ruhezustand, das System S2 bezüglich des Systems Sλ in eine vorgegebene, bezüglich der Bereiche Mi und M2 vorzugsweise symmetrische Arbeitspunktlage rückgeführt wird. Deshalb ist am Bewegungssensor in bekannter Art und Weise (nicht dargestellt) eine Arbeitspunktsregelung vorgesehen.
Um im weiteren, bei allen Ausführungsvarianten des erfindungs- gemässen Vorgehens, den elektrischen Stδrfeldeinfluss zu mini- malisieren, ist, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, insbesondere der Messkopf mit den induktionswirksamen Raumbereichen, in einem Gehäuse 41 eingebaut, dessen Wandungs- material schlecht leitet. Als Wandungsmaterial kann dabei z.B. ein Kunststoff oder rostfreier Stahl eingesetzt werden. Die Innenwand des Gehäuses 41 ist mit einem dünnen Schirm 43 aus elektrisch gut leitendem Material, wie beispielsweise aus Kup- fer, ausgekleidet bzw. beschichtet, oder mit einem leitenden
Lack. Der Schirm 43 ist bevorzugterweise auf Messbezugspotenti- al gelegt. Dadurch wird eine kapazitive Einstreuung elektrischer Felder verhindert .
Ein seismischer Bewegungssensor des Typs SM3-KV eingangs erwähnter Firma, wie er schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, jedoch mit herkömmlichem, induktiv wirkendem Messkopf, wurde in 50 Hz-Stδrfeld-kontaminierter Umgebung aufgestellt, mechanisch blockiert und an der einzigen vorgesehen Induktionsspule das resultierende Signal verstärkt aufgezeichnet. Im Zeitbereich resultiert das in Fig. 5a dargestellte Signal, im Frequenzbe- reich gemäss Fig. 5b. Deutlich ist das 50 Hz- sowie ein weiteres Stδrfeld bei ca. 16 2/3 Hz erkennbar.
Umgerüstet auf den erfindungsgemässen Messkopf gemäss Fig. 4 bzw. Fig. 3 ergab sich bei sonst identischen Verhältnissen im Zeitbereich das Signal gemäss Fig. 6a, im Frequenzbereich ge- mäss Fig. 6b.
Der Einfluss der erfindungsgemässen Kompensation ist äusserst deutlich mit einer Stδrsignalreduktion um einen Faktor von ca. 25. In Fig. 7 sind im weiteren Amplituden- und Phasengang des Bewegungssensors gemäss Fig. 4 mit Arbeitspunktregelung darge- stellt. Dabei wurde der Phasengang durch ein Korrekturfilter an dem dem Messkopf 33 gemäss Fig. 4 nachgeschalteten Verstärker- kreis optimiert.
Mit dem erfindungsgemässen Vorgehen, vorerst mit Blick auf die Analyse seismischer Prozesse, wird es nun möglich, exklusiv die durch solche Prozesse bedingten Bewegungen zu messen.
Da im weiteren Magnetfeldsensoren bekannt sind, wird es nun möglich, beide Komponenten seismischer Prozesse, nämlich die dadurch bedingten Bewegungen, bzw. die dadurch bedingten Magnetfelder, getrennt aufzunehmen, ohne dass diese Magnetfelder die Bewegungsregistrierung stören: Es ergibt sich damit eine neue Dimension der Analyse seismischer Prozesse, und damit für das Auffinden unterirdischer Kohlenwasserstof vorkommen und/oder die Ermittlung der Ausdehnung solcher Vorkommen.
Verallgemeinert schafft das vorgeschlagene Vorgehen die Möglichkeit, bis hin zu tiefsten Frequenzen, Bewegungen zwischen Systemen induktiv zu erfassen, ohne dass ein am Messort ggf. vorhandenes Stδrfeld die Messung störte .

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Erfassung einer Relativbewegung zweier Systeme (Si, S2) durch Ausnützung elektromagnetischer Induktion (B, v, i) an einem Sensor mit vorgegebenem Messmagnetfeld (Bm) , dadurch gekennzeichnet, dass man dem Einfluss eines externen Störmagnetfeldes (Bs) durch Kompensation entgegenwirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das vorgegebene Messmagnetfeld (Bm) in mindestens zwei örtlich getrennten, benachbarten Bereichen (Mi, M2) , vorzugsweise mit gleicher Feldstärke, jedoch mit umgekehrter Polarität, additiv auf eine Leiteranordnung (3, 25) und gleichzeitig das externe Stormagnetfeld subtraktiv auf die Leiteranordnung (3, 25) zur Wirkung bringt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass man das vorgegebene Messmagnetfeld (Bm) , an das eine der Systeme (Si) gebunden, mit mindestens zwei bezüglich einer gemeinsamen Achse radialen Teilfeldern umgekehrter Polarität erzeugt und eine Leiteranordnung (25ι, 252) als Anordnung zweier gegensinnig bewickelter Spulen ausbildet, deren Spulenachsen mindestens genähert zur genannten Achse koaxial sind und die an das zweite System (S2) gefesselt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Bereich des Sensors, woran die Induktion erstellt wird, elektrisch abschirmt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Erfassung seismisch bedingter Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Messmagnetfeld (B an einer Achslagerung (27) eines gefederten Hebels (29) fesselt, in der Achslagerung die Schwenkachse des Hebels (29) lagert, woran erst eine seismische Masse (31) , dann eine im Messmagnetfeld (Bm) mit dem Hebel (29) bewegliche Leiteranordnung (25) angebracht ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das Messmagnetfeld als statisches Feld erzeugt .
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Verfolgung seismischer Prozesse durch Registrierung durch solche Prozesse bewirkter Bewegungen und, davon getrennt, gegebenenfalls dadurch bewirkter Magnetfelder.
8. Verwendung nach Anspruch 7 für die Ermittlung von Aussagen über unterirdische Vorkommen von Kohlenwasserstoffen und/oder über die Ausdehnung solcher Kohlenwasserstoff-Vorkommen.
9. Sensor zur Erfassung einer Relativbewegung zweier Systeme (Si, S2) , bei dem ein Messmagnetfeld (Bm) an einem der Systeme (Si) erzeugt ist und eine Leiteranordnung (3, 25) am zweiten System (S2) im Messmagnetfeld (Bm) beweglich ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass am einen System (Sx) das Messmagnetfeld (Bm) in mindestens zwei Bereichen (Mi, M2) mit umgekehrter Polarität erzeugt ist, die Leiteranordnung (3, 25) so ausgelegt ist, dass durch das Messmagnetfeld (Bra) in beiden Bereichen (Mlf M2) sich an der Leiteranordnung eine addierende Induktionswirkung ( ±x , i2) ergibt, hingegen die Einwirkung eines externen über die Bereiche (Mi, M2) homogen wirkenden Störmagnetfeldes (Bs) eine sich an der Leiteranordnung (3, 25) kompensierende Wirkung ergibt.
10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmagnetfeld (Bm) in den Bereichen (Mi, M2) mindestens genähert gleiche Feldstärke aufweist und die Leiteranordnung (3, 25) in den Bereichen (Mi, M2) im wesentlichen gleiche seriegeschaltete Leiter hat .
11. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Messmagnetfeld (Bm) im wesentlichen bezüg- lieh einer Achse radial ist und in den zwei Bereichen umgekehrte Polarität hat .
12. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung zwei gegensinnig gewickelte Spulen umfasst, de- ren Achsen im wesentlichen koaxial zur Achse des Messmagnetfeldes sind und die im Messmagnetfeld bewegt sind.
13. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Messmagnetfeld (Bm) erzeugende Ringspaltmagnetanordnung vorgesehen ist .
14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern der Ringspaltmagnetanordnung einen axial magnetisierten Magneten, vorzugsweise Permanentmagneten (23) umfasst, vorzugsweise einen Neodymium-Magneten.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 14 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die zwei Bereiche elektrisch geschirmt sind.
16. Als seismischer Sensor ausgebildeter Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hebel (29) vorgesehen ist, welcher federnd schwenkgelagert ist und an dem, vom Schwenklager entlang des Hebels (29) fortschreitend, erst eine seismische Masse (31) befestigt ist, danach die Leiteranordnung (25) .
17. Verwendung des Sensors nach einem der Ansprüche 9 bis 16 zur Erfassung von Bewegungen, die durch seismische Prozesse bedingt sind, insbesondere für das Auffinden von unterirdischen Kohlenwasserstofflagern und/oder für die Ermittlung ihrer Ausdehnung .
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GEOPHYSICS DEPARTMENT TU CLAUSTHAL: "The Seismometer Calibration Applet" GEOPHYSICS DEPARTMENT TU CLAUSTHAL, [Online] XP002172040 Gefunden im Internet: <URL:http://www.ifg.tu-clausthal.de/java/s eis/seiscal-e.html#ANOI> [gefunden am 2001-07-13] *

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