DE102007014604A1

DE102007014604A1 - Integrated transmitting and receiving antenna system for positioning and qualifying of electromagnetically relevant sensing volume, has two loop antennas turned by preset angle and grouped to form spatial antenna-doublet

Info

Publication number: DE102007014604A1
Application number: DE200710014604
Authority: DE
Inventors: Thomas Kopp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-10-02

Abstract

The system has two separate loop antennas that are turned by an angle of 45 degrees with respect to one another. The antennas are grouped around each other to form a spatial antenna-doublet with a common centre area and a common main section with small rectangular two dimensional transmitting antennas and a big quintuple rectangular three dimensional receiving antenna to form a new Ex-loop design.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes geophysikalisches Anrege- und Empfangsverfahren für transient-elektromagnetische und NMR-Tiefenerkundungen von Untergründen zur Ortung und Qualifizierung verborgener Einzelobjektlagen und räumlich begrenzter Materialvorkommen. Es ist bekannt, dass mit Hilfe der Transienten Elektromagnetik (TEM) und des Nuklearmagnetischen Resonanzverfahrens (NMR) physikalische Eigenschaften aus einem Untergrund endlichen ohmschen Widerstandes von einer Umgebung oder von Hohlräumen aus zu erkunden sind. Durch einen zyklischen oder pulsartigen Sendebetrieb werden dabei jeweils magnetische Wechselwirkungen mit der Umgebung generiert, welche sekundäre Ströme, Magnetfelder und/oder nuklearmagnetische Resonanzen im Untergrund anregen. Diese Verfahren verwenden als Antennen sowohl einfache isolierte Stromschleifen oder Spulen, als auch geerdete Dipole und Schleifen für separate oder kombinierte Sender-Empfänger-Anordnungen und unterschiedliche Betriebsarten. Bei einem einzigen Antennenkörper, der für Sende- und Empfangsbetrieb abwechselnd genutzt wird, dem sog. One-Loop Modus, wird z. B. nach dem Sendevorgang der Stromkreis der Antenne unterbrochen, und es werden an den Enden Sekundärspannungsverläufe in der Zeit aufgezeichnet. Die erzeugten Transienten oder Relaxationsvorgänge nach Stromein- oder -abschaltungen des Senders dienen als Grundlage für Inversionsrechnungen, um z. B. den Untergrundschichtaufbau nach elektrischen Widerständen, Relaxationszeiten oder Effekten der Induzierten Polarisation und zugehörigen Mächtigkeiten zu ermitteln.The This invention relates to a combined geophysical excitation and receiving method for Transient electromagnetic and deep magnetic NMR investigations of subsoil surfaces Location and qualification of hidden individual object situations and spatially limited ones Material resources. It is known that with the help of transients Electromagnetics (TEM) and the nuclear magnetic resonance method (NMR) physical properties of a subsurface finite ohmic resistance from an environment or cavities explore. By a cyclic or pulse-like transmission mode in each case magnetic interactions with the environment generated which secondary currents Magnetic fields and / or nuclear magnetic resonances in the underground stimulate. These methods use both simple antennas insulated current loops or coils, as well as grounded dipoles and Loops for separate or combined transceiver arrangements and different modes of operation. In a single antenna body, the for transmission and receive operation is used alternately, the so-called one-loop Mode, z. B. after the transmission of the circuit of the antenna interrupted, and it will be at the ends of secondary voltage waveforms in the Time recorded. The generated transients or relaxation processes after current injection or shutdowns of the transmitter serve as a basis for inversion calculations, to z. B. the background layer structure after electrical resistances, relaxation times or effects of Induced Polarization and associated powers to investigate.

Für flächenhafte Untersuchungen zur Ortung und Qualifizierung verborgener kleinräumiger Metallobjekte oder Wasserstoffvorkommen werden kleine Antennensysteme eingesetzt, um z. B. ein befriedigendes laterales Auflösungsvermögen zu erreichen. Generell sind dabei bifunktionale Rechteckspulen als sog. coincident loops oder getrennte Rechteckspulenpaare gleicher Ausrichtung – ungeachtet der Tatsache, dass bei gleichem Platzbedarf Mehrecke einen größeren Flächeninhalt erbringen – aufgrund ihrer praktischen Vorteile bezüglich Aufbau und Transport für den Sende- und Empfangsbetrieb im Einsatz (s. z. B. Geonics EM61).For areal Investigations on the location and qualification of hidden small-scale metal objects or hydrogen deposits, small antenna systems are used, to z. B. to achieve a satisfactory lateral resolution. As a general rule bifunctional rectangular coils are so-called coincident loops or separate rectangular coil pairs of the same orientation - regardless the fact that with the same space Mehrecke a larger area provide - due their practical advantages Construction and transport for the transmitting and receiving operation in use (see eg Geonics EM61).

Die bekannten geophysikalischen Sondierungstechniken beschränken sich auf Abmaße bei den Empfangsantennen, welche gleich oder kleiner den Senderantennenabmaßen sind, wie z. B. die sog. In-Loop Anordnungen. Um die ausgelösten Relaxationsvorgänge und/oder Induktionswechselwirkungen aus dem Untergrund insgesamt optimal zu erfassen, werden z. B. auch mehrere kleinräumige Empfänger im Bereich von Senderwirkungen verteilt.The known geophysical probing techniques are limited on dimensions at the receiving antennas, which are equal to or smaller than the transmitter antenna dimensions, such as B. the so-called. In-loop arrangements. To the triggered Relaxationsvorgänge and / or Overall, induction interactions from the substrate are optimal to capture, z. B. also several small-scale receiver in the range of transmitter effects distributed.

Um große Eindringtiefen bei der Ermittlung des Schichtaufbaus des Untergrundes zu erreichen, werden nach Möglichkeit große Sendeschleifen eingesetzt, welche große magnetische Momente realisieren. Bedingt durch den Abstrahlwinkel, werden dabei allerdings mit zunehmender Tiefenwirkung größere Volumen angeregt, sodass insbesondere das Auflösungsvermögen zur potentiellen Detektion von Sondervolumen zurückgeht, und die Inhomogenität der Feldverteilung zunimmt. In der Nähe des Antennenmaterials treten dann beim Senden relativ hohe Feldstärken auf, und es kommt bei entsprechendem Empfang zu erhöhten Antennengeometrie-bedingten Sekundärspannungsinduktionen.Around size Penetration depths in the determination of the layer structure of the substrate to reach, if possible size Transmitter loops are used, which realize large magnetic moments. Due to the radiation angle, but are increasing with increasing Depth effect larger volume stimulated, so that in particular the resolution for potential detection dating back to special volume, and the inhomogeneity of Field distribution increases. Near of the antenna material then occur during transmission relatively high field strengths, and it comes with appropriate reception to increased antenna geometry-induced secondary voltage inductions.

Zunehmender Bedarf an der Lösung von Ortungs- und Qualifizierungsaufgaben elektromagnetisch relevanter Sondervolumen besteht in den Bereichen der Medizin, der Biologie, der Geologie, der Bauwerks- und Umweltschadenserkundung und der Probenmessung. Untersuchungsziele sind insbesondere Ermittlungen der lokalen Zusammensetzung und des Zustandes von Untergründen oder Stoffproben, sowie die Frage nach dem verborgenen Vorkommen von Wasserstoff oder metallhaltigen Einlagerungen. Ermittelte Parameter sind z. B. elektrische Widerstände, Relaxationszeiten, Effekte der Induzierten Polarisation und superparamagnetische Effekte.increasing Need for the solution of location and qualification tasks electromagnetically relevant Special volume exists in the fields of medicine, biology, geology, structural and environmental damage assessment and sample measurement. Investigation objectives are in particular investigations of the local composition and the condition of substrates or substance samples, as well as the question of the hidden occurrence of hydrogen or metal-containing inclusions. Determined parameters are z. B. electrical resistances, Relaxation times, effects of induced polarization and superparamagnetic Effects.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der Ortung und Qualifizierung elektromagnetisch relevanter Sondervolumen des Untergrundes mit TEM oder NMR an einzelnen Messstellen gezielt möglichst kleine Volumen des Untergrundes anzuregen, und dabei größtmögliche Tiefenwirkungen bei hohem lateralen Auflösungsvermögen und höchstmögliche Empfangsleistungen bezogen auf die induzierten elektromagnetischen Wechselwirkungen im Untergrund zu erreichen. Es sollen dabei inhomogene Feldwirkungen der Senderantenne minimiert werden, um von der Antennengestalt des Senders unabhängige, möglichst formgetreue Abbildungen von verborgenen Sondervolumen in parametrischen Anomalienkarten aus Flächenkartierungen zu erhalten. Das eingesetzte Antennensystem soll den Ansprüchen an einen unkomplizierten und flexiblen Einsatz und eine höchstmögliche Mobilität gehorchen.Of the The invention defined in claim 1 is based on the problem in locating and qualifying electromagnetically relevant special volumes of the subsoil with TEM or NMR at individual measuring points preferably to stimulate small volumes of the subsoil, with the greatest possible depth effects with high lateral resolution and highest possible reception services based on the induced electromagnetic interactions to reach in the underground. It should be inhomogeneous field effects the transmitter antenna to be minimized by the antenna shape of the Transmitter independent, possible faithful images of hidden special volume in parametric Anomaly maps from surface mapping to obtain. The antenna system used should meet the requirements obey an uncomplicated and flexible use and the highest possible mobility.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale, insbesondere durch die Verwendung von zwei separaten, aus Trägerrahmen und/oder elektrischen Leitungen bestehenden, zentriert zu einer Einheit kombinierten und gedreht umeinander gruppierten Antennenschleifen insgesamt kompakter Bauform zu einem neuen Ex-Loop Design gelöst.This Problem is solved by the features listed in claim 1, in particular by the use of two separate, carrier frames and / or existing electrical lines, centered on one Unit combined and rotated around each other grouped antenna loops in total compact design solved to a new ex-loop design.

Die mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine kleine, viereckige Bodenantenne mit entsprechend relativ homogenen Feldwirkungen und guter Untergrundankopplung als Sender in 45-Grad-Stellung in die Hauptebene einer größeren 3D-Empfangsantenne, welche die Form eines offenen, quaderartigen Fünfflächnergebildes achterartiger Leitungsführung einnimmt, zu einer mobilen Funktionseinheit vereinigt wird. Für eine quadratische Hauptfläche des Empfängers und Höhe eines halben Würfels wird dadurch z. B. gegenüber dem Sender eine sechsfach erhöhte, dreidimensionale Gesamtempfangsfläche erreicht. Die so gebildete Antennendoublette wird durch Aufstellung auf die Hauptfläche konstruktiv auf eine gemeinsame Vertikalachse in den Untergrund gerichtet, und es werden fokussierte 1D-Sondierungen an einer Messstelle nach verborgenen Sondervolumen mit hohem lateralen Auflösungsvermögen ermöglicht, die durch die größenbedingte, relativ homogene Feldstärkenverteilung des Senders einerseits und durch die größenbedingtübergreifende 3D-Gesamtempfangsfläche im Raum andererseits, die Detektionsleistung optimiert und formgetreue Abbildungen bei flächenhaften Kartierungen schafft. Durch die alternierende Gegenüberstellung von Ecken und Kanten beider Antennen in der Hauptebene werden Effekte der Antennengeometrien auf die Detektionsergebnisse minimiert. In den Bereichen der hochstehenden Kanten der Nebenflächen des Empfangsantennenkörpers werden überdies durch gegensinnige Leitungsführungen partielle Gradiometerwirkungen erzeugt, welche insbesondere an den prominenten Außenecken des Gesamtgebildes einseitige Induktionseinwirkungen neutralisieren.With the invention according to patent Claim 1 achieved in particular consist in that a small, quadrangular ground antenna with correspondingly relatively homogeneous field effects and good ground connection as a transmitter in 45-degree position in the main plane of a larger 3D receiving antenna, which takes the form of an open, cuboid Fünfflächnergebildte achterartiger wiring , is combined into a mobile functional unit. For a square main surface of the receiver and height of half a cube is characterized z. B. compared to the transmitter reaches a six times increased, three-dimensional total receiving area. The antenna doublet formed in this way is directed constructively onto a common vertical axis into the ground by placement on the main surface, and focused 1D probes at a measuring point are made possible for hidden special volumes with high lateral resolving power, due to the size-related, relatively homogeneous field strength distribution of the transmitter on the one hand and through the size-conditional 3D overall receiving surface in the room on the other hand, optimizes the detection performance and creates true-to-life images in area maps. Due to the alternating juxtaposition of corners and edges of both antennas in the main plane, effects of the antenna geometries on the detection results are minimized. Moreover, in the areas of the upstanding edges of the secondary surfaces of the receiving antenna body, partial gradiometer effects, which neutralize one-sided induction effects, in particular on the prominent outer corners of the overall structure, are produced by oppositely directed cable guides.

Der im Patentanspruch 2 angegebenen Erfindung liegt des Problem zugrunde, bei der Ortung und Qualifizierung elektromagnetisch relevanter Sondervolumen des Untergrundes mit TEM oder NMR an einzelnen Messstellen gezielt möglichst kleine Volumen des Untergrundes anzuregen, und dabei größtmögliche Tiefenwirkungen bei hohem lateralen Auflösungsvermögen und höchstmögliche Empfangsleistungen zu erreichen, sowie insbesondere Lagerungsorientierungen verborgener Sondervolumen zu ermitteln. Des eingesetzte Antennensystem soll den Ansprüchen an einen unkomplizierten und flexiblen Einsatz und eine höchstmögliche Mobilität gehorchen. Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 2 aufgeführten Merkmale, insbesondere durch die Verwendung von drei separaten, aus Trägerrahmen und/oder elektrischen Leitungen bestehenden, zueinander orientiert und zentriert zu einer Einheit gruppierten Antennenschleifen insgesamt kompakter Bauform zu einem neuen zweifachen Ex-Loop Design gelöst.Of the specified in claim 2 invention is based on the problem in locating and qualifying electromagnetically relevant special volumes of the subsoil with TEM or NMR at individual measuring points preferably to stimulate small volumes of the subsoil, with the greatest possible depth effects with high lateral resolution and highest possible reception services reach, and in particular storage orientations hidden Special volume to determine. The used antenna system should the claims Obey to a simple and flexible use and the highest possible mobility. This problem is solved by the features listed in claim 2, in particular through the use of three separate, carrier frames and / or electrical lines existing, oriented to each other and centered in a unit grouped antenna loops altogether more compact Design solved to a new double Ex-loop design.

Die mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine kleine, viereckige Bodenantenne mit entsprechend relativ homogenen Feldwirkungen und guter Untergrundankopplung als Sender in 45-Grad-Stellung in die deckungsgleichen Hauptflächen zweier senkrecht zueinander stehenden, achterartig geführten 3D-Dreifachviereckleiterformen-Empfänger zu einer mobilen Funktionseinheit vereinigt wird. Das so gebildete Antennentripel wird durch Aufstellung auf die deckungsgleichen Hauptflächen der beiden Empfänger konstruktiv auf eine gemeinsame Vertikalachse in den Untergrund gerichtet, und es werden durch Addition der beiden Empfangssignale fokussierte 1D-Sondierungen an einer Messstelle nach verborgenen Sondervolumen mit hohem lateralen Auflösungsvermögen ermöglicht, die durch die größenbedingte, relativ homogene Feldstärkenverteilung des Senders einerseits und durch die größenbedingt-übergreifenden Gesamtempfangsflächen im Raum andererseits, die Detektionsleistung optimieren und in der Summe beider Empfängersignale formgetreue Abbildungen bei flächenhaften Kartierungen schaffen. Durch alternierende Gegenüberstellung von Ecken und Kanten der Senderfläche und der Empfängerhauptflächen in der Hauptebene können zusätzlich Effekte der Antennengeometrien auf die Detektionsergebnisse minimiert werden. In den Bereichen der hochstehenden Kanten der Nebenflächen der Empfangsantennenkörper werden durch gegensinnige Leitungsführungen partielle Gradiometerwirkungen erzeugt, welche insbesondere an den prominenten Außenecken des Gesamtgebildes einseitige Induktionseinwirkungen neutralisieren. Für quadratische Hauptflächen und eine Gesamthöhe einer halben Hauptseitenlänge wird dadurch für beide Empfänger eine insgesamt achtfach erhöhte, dreidimensionale Gesamtempfangsfläche erreicht. Jeder Empfänger mit einer gegenüber dem Sender vierfach erhöhten 3D-Fläche erhält ein eigenes, richtungsabhängiges Signal, das nur bei isotropen Untergrundeigenschaften jeweils gleich ist. Der Vergleich beider Signalverläufe erlaubt es damit, elektromagnetisch relevante Untergrundanisotropien zu qualifizieren, und darüber hinaus vorhandene Anisotropien verfahrensspezifisch zu quantifizierenThe with the invention according to claim In particular, two of the benefits achieved are that a small, quadrangular ground antenna with correspondingly relatively homogeneous field effects and good ground connection as transmitter in 45-degree position in the congruent main surfaces two mutually perpendicular, aft-guided 3D triple-quad-conductor shapes receiver to a mobile functional unit is combined. The thus formed Antennentripel is by placing on the congruent main surfaces of both receivers constructive on a common vertical axis in the underground directed, and it will be by adding the two received signals Focused 1D probing at a measuring point after hidden Special volume with high lateral resolution enabled by the size, relatively homogeneous field strength distribution of the transmitter on the one hand and by the size-dependent overall reception areas in the On the other hand, optimize the detection performance and in the Sum of both receiver signals faithful images in areal Create mappings. Through alternating juxtaposition of corners and edges the transmitter area and the receiver main surfaces in the main level can additionally Minimizes effects of the antenna geometries on the detection results become. In the areas of the upstanding edges of the secondary surfaces of the Receiving antenna body By opposite directions lead partial Gradiometerwirkungen generated, which in particular on the prominent outer corners of the overall structure neutralize one-sided induction effects. For square main areas and an overall height a half main page length becomes by for both receivers a total of eight times increased, reached three-dimensional total reception area. Each receiver with one opposite the station four times increased 3D surface gets its own, directional Signal, which is the same only for isotropic background properties is. The comparison of both waveforms allows it, electromagnetically qualify relevant underground anisotropies, and beyond quantify existing anisotropies in a process-specific manner

Der im Patentanspruch 3 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der Ortung und Qualifizierung elektromagnetisch relevanter Sondervolumen des Untergrundes mit TEM oder NMR an einzelnen Messstellen möglichst große Volumen des Untergrundes mit kompakten Antennenaufstandsflächen anzuregen, und dabei größtmögliche Tiefenwirkungen und höchstmögliche Empfangsleistungen bezogen auf die induzierten elektromagnetischen Wechselwirkungen im Untergrund zu erreichen und anisotrope Antennenformwirkungen zu minimieren. Das eingesetzte Antennensystem soll den Ansprüchen an einen unkomplizierten und flexiblen Einsatz und eine höchstmögliche Mobilität gehorchen.The invention specified in claim 3 is based on the problem, when locating and qualifying electromagnetically relevant special volume of the substrate with TEM or NMR at individual measuring points to stimulate the largest possible volume of the ground with compact antenna footprints, while maximum depth effects and highest possible received power relative to the induced electromagnetic To achieve interactions in the subsurface and to minimize anisotropic antenna shape effects. The antenna system used is intended to meet the requirements for uncomplicated and flexible use and the highest possible mobility chen.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 3 aufgeführten Merkmale, insbesondere durch die Verwendung von zwei getrennten, aus Trägerrahmen und/oder elektrischen Leitungen bestehenden Antennenschleifen komplementärer Form und Lageorientierung, wie sie in Patentanspruch 2 für zwei getrennte Empfangsantennen beschrieben wird, zu einer insgesamt kompakten Antennendoublette eines 3D-Two-Loop Designs gelöst. Die mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass zwei getrennte achterartig geführte 3D-Dreifachviereck-Leiterformen als Sender-Empfänger-Doublette zu einer mobilen Funktionseinheit offener quaderartiger Form zusammengefasst werden. Die so gebildeten getrennten Dreiflächner haben im Verhältnis zur deckungsgleichen Haupt- und Aufstandsfläche jeweils erhöhte 3D-Gesamtantennenflächen, welche die Durchführung von 1D-Sondierungen mit partiellen, senkrecht zueinander stehenden Ausrichtungen ermöglichen. Durch die erfindungsgemäßen Ausrichtungsverhältnisse der komplementären Einzelantennen, welche in den Nebenflächen senkrecht zueinander stehen, werden formgetreue Abbildungen von Sondervolumen bei flächenhaften Kartierungen begünstigt und Effekte der einzelnen Antennengeometrien auf die Detektionsergebnisse minimiert.This Problem is solved by the features listed in claim 3, in particular by the use of two separate support frames and / or electrical lines existing antenna loops complementary shape and Location orientation, as in claim 2 for two separate receiving antennas is described to a total compact antenna doublet solved a 3D two-loop design. With the invention according to claim 3 advantages are in particular that two separate eighth guided 3D triple-quad conductor shapes as a transceiver doublet to a mobile Function unit of open cuboid shape are summarized. The separate three-faces thus formed have in relation to congruent main and footprint respectively increased 3D total antenna surfaces, which the implementation of 1D probes with partial, perpendicular to each other Allow alignments. By the alignment ratios according to the invention the complementary one Individual antennas, which are perpendicular to each other in the side surfaces, are true-to-life illustrations of special volumes in area maps favored and effects the individual antenna geometries minimized to the detection results.

Der im Patentanspruch 4 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der Ortung und Qualifizierung elektromagnetisch relevanter Sondervolumen des Untergrundes mit TEM oder NMR an einzelnen Messstellen Lagerungsorientierungen verborgener Sondervolumen zu ermitteln. Das eingesetzte Antennensystem soll den Ansprüchen an einen unkomplizierten und flexiblen Einsatz und eine höchstmögliche Mobilität gehorchen.Of the The invention defined in claim 4 is based on the problem in locating and qualifying electromagnetically relevant special volumes of the substrate with TEM or NMR at individual measuring points hidden special volume to determine. The used antenna system should the claims Obey to a simple and flexible use and the highest possible mobility.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 4 aufgeführten Merkmale, insbesondere durch die Verwendung von einer aus Trägerrahmen und/oder elektrischer Leitung bestehenden Antennenschleife insgesamt kompakter Bauform zu einem 3D-One-Loop Design gelöst.This Problem is solved by the features listed in claim 4, in particular by the use of a carrier frame and / or electrical line existing antenna loop altogether more compact Design solved to a 3D one-loop design.

Die mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine einzige achterartig geführte 3D-Dreifachviereck-Leiterform als kombinierter Sender-Empfänger zu einer mobilen Funktionseinheit gebildet wird. Der so gebildete Dreiflächner dient zur Durchführung von 1D-Sondierungen und ermöglicht, durch die anisotrope Feldstärkenverteilung im Raum, die Detektionsleistung richtungsabhängig an einer Messstelle mehrfach durchzuführen und dabei unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen. Der Vergleich der Signalverläufe erlaubt es vorhandene, elektromagnetisch relevante Untergrundanisotropien zu qualifizieren, und darüber hinaus vorhandene Anisotropien verfahrensspezifisch zu quantifizieren, und dadurch bei entsprechenden azimuthalen Kartierungen Sondervolumen nach Lage und Ausdehnung zu erkennen.The with the invention according to claim In particular, the benefits achieved are that a single one aft-headed 3D triple-quad conductor shape as combined transceiver to a mobile functional unit is formed. The triplet formed in this way serves to carry out of 1D probes and allows through the anisotropic field strength distribution in space, the detection power depends on the direction at a measuring point several times perform and to achieve different results. The comparison the waveforms allows existing, electromagnetically relevant background anisotropies to qualify, and above to quantify existing anisotropies in a process-specific manner, and thus with corresponding azimuthal mapping special volume to recognize location and extent.

Der im Patentanspruch 5 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der Ortung und Qualifizierung elektromagnetisch relevanter Sondervolumen des Untergrundes mit TEM oder NMR an mehreren Messstellen gleichzeitig Volumen des Untergrundes anzuregen, und dabei nur einen Sender einzusetzen.Of the The invention defined in claim 5 is based on the problem in locating and qualifying electromagnetically relevant special volumes of the substrate with TEM or NMR at several measuring points simultaneously Volume of the substrate to stimulate, while only one transmitter to use.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 5 aufgeführten Merkmale, insbesondere durch die Verwendung aus Trägerrahmen und/oder elektrischer Leitung bestehender Mehrfachschleifenantennen achterartiger Leitungsführung mit einzelnen lokalen, viereckig umrahmten Quellzentren gelöst.This Problem is solved by the features listed in claim 5, in particular by the use of support frames and / or electrical Conducting existing multiple-loop antennas of aft-like cable routing with individual local, square-framed source centers solved.

Die mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 5 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Mehrfachschleifensenderantenne für einen einzigen Sendebetrieb gebildet wird, welcher mittels zugeordneter separater lokaler Empfänger mehrere 1D-Sondierungen zur gleichen Zeit erlaubt. Durch erfindungsgemäße Mehrfach-Viereck-Senderformen, wie in den 3 und 4 dargestellt, werden zügige Bemessungen, durch einen erhöhten Messfortschritt bezogen auf ein Messpunktraster mit kompatiblen Zentrumsabständen ermöglicht, indem mit mehreren Quellzentren angeregt und zugeordneten, separaten Empfängerschleifen, z. B. wie in Patentanspruch 1 beschrieben, Antennenquadrupel oder höher mit lokal definierten Sendequellpunkt-/Empfängerschwerpunkten für multiple 1D-Sondierungen gebildet werden.The advantages achieved by the invention according to claim 5 are in particular that a multiple loop transmitter antenna is formed for a single transmitting operation, which allows several 1D probing at the same time by means of associated separate local receiver. By inventive multiple square transmitter forms, as in the 3 and 4 As shown, rapid measurements are made possible by increasing measurement progress relative to a sample point grid with compatible center distances, by excitation with multiple source centers and associated, separate receiver loops, e.g. As described in claim 1, antenna quadruples or higher are formed with locally defined Sendequellpunkt- / Empfängerschwerpunkten for multiple 1D probes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 bis 5 ist in Patentanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es, andere als viereckige Hauptflächen für die 3D-Empfänger und andere als viereckige Antennenformen für die Sender und dabei für die Nebenflächen andere Anzahlen als Zwei und Vier zu verwenden.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 to 5 is specified in claim 6. The development according to claim 6 allows it, other than square main surfaces for the 3D receiver and other than square antenna forms for the transmitters and thereby for the auxiliary surfaces others Numbers as two and four to use.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 und 3 bis 6 ist in Patentanspruch 7 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 7 ermöglicht es, bei der Ortung und Qualifizierung elektromagnetisch relevanter Sondervolumen des Untergrundes mit TEM oder NMR lediglich zweidimensionale Gruppierungen zu verwenden.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 and 3 to 6 is specified in claim 7. The training after Claim 7 allows it, when locating and qualifying electromagnetically relevant special volumes of the background with TEM or NMR only two-dimensional groupings to use.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 7 aufgeführten Merkmale, insbesondere durch das Auseinanderklappen von erfindungsgemäß gruppierten, einzigen oder mehreren Vier- oder Mehreckantennenkörpern unterschiedlicher Flächengrößen in gemeinsame Ebenen zu koplanaren Designs gelöst.This problem is solved by the features listed in claim 7, in particular solved by the unfolding of inventively grouped, single or multiple four- or polygonal antenna bodies of different surface sizes in common planes to coplanar designs.

Die mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 7 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass 3D-Vier- oder Mehreckantennenkörpersysteme mit Haupt- und Nebenflächen unterschiedlicher Flächengrößen in gemeinsame Ebenen überführt werden und zweidimensionale Antennenanordnungen oder Antennenanordnungsschwerpunkte entstehen, welche bei gleichen effektiven Flächen einen vergrößerten Aufstellungsbedarf aufweisen, jedoch z. B. verringerten Strömungswiderstand unter Wasser bieten.The with the invention according to claim In particular, the advantages achieved are that 3D or polygonal antenna body systems with main and secondary areas different area sizes in common Levels are transferred and two-dimensional antenna arrays or antenna array foci arise, which with the same effective areas an enlarged installation requirement have, however, z. B. reduced flow resistance under water Offer.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 bis 3 und 5 bis 7 ist in Patentanspruch 8 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 8 ermöglicht es, die Senderantennen in von den Empfangsantennenhauptflächen unterschiedlichen Ebenen zu positionieren, sodass hohe Anfangsamplituden an den Empfangsantennen unmittelbar nach den Ein- oder Ausschalten des Senders durch räumliche Trennung vermieden werden, welche ansonsten die Messelektronik der Empfänger im Falle starker Anregungen beschädigen können.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 to 3 and 5 to 7 is given in claim 8. The training according to claim 8 allows it, the transmitter antennas in different from the receiving antenna main surfaces Layers position so high initial amplitudes at the receiving antennas immediately after switching the transmitter on or off by spatial Separation are avoided, which otherwise the measuring electronics of the receiver in Damage trap of strong stimuli can.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 bis 8 ist in Patentanspruch 9 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 9 ermöglicht es, die effektiven Flächen der Senderantenne durch Mehrfachwicklung zu erhöhen und damit zusätzliche Fokussierungen der Anregungen zu schaffen.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 to 8 is specified in claim 9. The development according to claim 9 allows it, the effective areas of the Transmitter antenna to increase by multiple winding and thus additional To create focus of suggestions.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 bis 9 ist in Patentanspruch 10 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 10 ermöglicht es, die effektiven Flächen der Empfangsantennen durch Mehrfachwicklungen zu erhöhen und damit zusätzliche Verstärkungen der sekundär bedingten Signalspannungen, insbesondere bei späten Zeiten, zu erlangen.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 to 9 is specified in claim 10. The development according to claim 10 allows it, the effective surfaces the receiving antennas through multiple windings and increase with it extra reinforcements the secondary conditional signal voltages, especially at late times to obtain.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 bis 10 ist in Patentanspruch 11 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 11 ermöglicht es, die Antennenrahmen mit geeigneten gelenkigen Verbindungen zu versehen, sodass die Faltbarkeit ermöglicht wird, um den Transport und die Verstauung zu erleichtern.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 to 10 is specified in claim 11. The development according to claim 11 allows to provide the antenna frames with suitable hinged connections, so that the foldability allows to facilitate transport and stowage.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 1 bis 11 ist in Patentanspruch 12 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 12 ermöglicht es, einzelne Rahmen und Kabelstrecken mit Steckverbindungen zum elektrisch und mechanisch wirksamen Öffnen und Verbinden zu versehen, sodass z. B. an Standorten von Bäumen Sondierungen für den Bereich unterhalb einzelner Bäume durchgeführt werden können.A advantageous embodiment of the invention according to claims 1 to 11 is specified in claim 12. The development according to claim 12 allows it, individual frames and cable routes with plug connections to the to provide electrically and mechanically effective opening and connection, so that z. B. at locations of trees Soundings for the area below individual trees can.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Patentanspruch 1 ist in 1 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention according to claim 1 is in 1 and will be described in more detail below.

Es zeigen im einzelnenIt show in detail

1: in schematischer Darstellung eine viereckige Sendeschleife (I) mit einer dazu um 45 Grad gedrehten umschließenden fünffach-viereckigen dreidimensionalen Empfangsschleife (U) zu einer Antennendoublette jeweils einziger Leitungsführungen unter Andeutung der Führungsrichtung durch Halbpfeilspitzen beim Empfänger und mit gemeinsamem Schwerpunkt gemäß Patentanspruch 1. 1 FIG. 2: shows a schematic representation of a quadrilateral transmission loop (I) with an enclosing five-fold-quadrangular three-dimensional reception loop (U) rotated to 45 degrees to an antenna doublet of respectively single line guidance with reference to the guidance direction by half-arrow tips at the receiver and with a common center of gravity according to claim 1.

2: in schematischer Explosionsdarstellung zwei senkrecht zueinander stehende räumliche Dreifachviereck-Empfangsschleifen (U1, U2) unter Andeutung der Leitungsführungsrichtungen durch Halbpfeilspitzen, die mit einem Sender mit gemeinsamem Schwerpunkt z. B. in der Bodenebene, wie in Patentanspruch 1 beschrieben, oder in einer abweichenden Ebene, wie in Patentanspruch 8 beschrieben, zu einem Antennentriple ergänzt werden. 2 in a schematic exploded view, two mutually perpendicular spatial triple-quad-reception loops (U1, U2) under the guidance of the line guidance directions by half-arrow tips, which are connected to a transmitter with a common center of gravity z. B. in the ground plane, as described in claim 1, or in a different plane, as described in claim 8, be supplemented to a Antennentriple.

3: in schematischer Darstellung eine zusammenhängende Sendeschleifenform einziger Leitungsführung zu einer doppelten Anregungsquelle, welche z. B. mit zwei separaten Empfängern zu einem Antennenquadrupel mit zwei lokal definierten Sende-/Empfangsschwerpunkten ergänzt werden kann, gemäß Patentanspruch 5. 3 in a schematic representation of a continuous transmission loop form single wiring to a double excitation source, which z. B. with two separate receivers to an antenna quadruple with two locally defined transmission / reception centers can be added, according to claim 5.

4: in schematischer Darstellung eine weitere Form gemäß Patentanspruch 5. 4 in a schematic representation of another form according to claim 5.

5: in schematischer Darstellung eine viereckige Sendeschleife (I) mit einer dazu um 45 Grad gedrehten, umschließenden viereckigen Empfangsschleife (U) zu einem koplanaren Design gemäß Patentanspruch 7. 5 4 shows a schematic representation of a quadrilateral transmission loop (I) with a quadrilateral reception loop (U) rotated by 45 degrees to form a coplanar design according to claim 7.

Zur Durchführung einer Tiefenerkundung nach verborgenen Metallobjekten innerhalb eines geologischen Untergrundes mit dem Zeitbereichselektromagnetikverfahren wird eine neue Ex-Loop Sende-/Empfangskonfiguration nach Patentanspruch 1 mit Außenabmessungen von ca. 1.41 × 1.41 Meter sukzessive über ein Messprofil geführt und an jedem Messpunkt werden mit Hilfe eines marktüblichen, einkanaligen zeitbereichselektromagnetischen Sender-Empfängersystems Tiefensondierungen durchgeführt. Dabei wird die innere Schleife von 1 × 1 m mit dem Sender verbunden, die äußere Schleife von 1.41 × 1.41 m mit dem Empfänger verbunden, und die innere Schleife für eine fokussierte transient-elektromagnetische Erkundung mit Rechtsecksstrompulsen beaufschlagt. Sobald das innere Antennenviereck als Sender fungiert, wird ein innerhalb des Empfangskörpers fokussierter Untergrundbereich verstärkt angeregt. Über die gedreht umschließende fünfflächig-achterartige Empfangsleiterschleife werden parallel während der stromlosen Zeiten transiente Spannungsverläufe für einzelne diskrete Zeiten z. B. zwischen 10 Mikrosekunden und 10 Millisekunden aufgenommen, und dabei die durch unterschiedliche Orientierungen der Einzelantennen ggf. lokal verstärkten Wechselwirkungen, welche z. B. in unmittelbarer Nachbarschaft des Antennenmaterials des Senders mit im nahen Untergrund befindlichen Metallobjekten auftreten können, minimiert.To carry out a deep exploration for hidden metal objects within a geological subsoil with the time domain electromagnetic method, a new Ex-loop transmit / receive configuration according to claim 1 with external dimensions of about 1.41 × 1.41 meters is successively performed over a measurement profile and at each measurement point using a market , single-channel time domain electromagnetic transceiver system depth probes performed. The inner loop of 1 × 1 m is connected to the transmitter, the outer loop of 1.41 × 1.41 m connected to the receiver, and the inner loop for a focused transient electromagnetic investigation applied with Rechtesecksstrompulsen. As soon as the inner antenna quadrangle acts as a transmitter, a background area focused within the receiving body is increasingly excited. About the rotated enclosing five-aft-eighth receiving conductor loop transient voltage waveforms for individual discrete times z. B. between 10 microseconds and 10 milliseconds recorded, and thereby possibly through different orientations of the individual antennas locally amplified interactions, which z. B. in the immediate vicinity of the antenna material of the transmitter can occur with metal objects located in the background, minimized.

Der Verlauf der sekundären Spannungen an einem Messpunkt kennzeichnet die jeweilige geophysikalische Untergrundsituation durch eine Abfolge von pseudotiefenabhängigen Signalwerten. Zur Datenvisualisierung können z. B. einzelne transiente Spannungswerte gleicher Zeitkanäle, nach geometrischen Zuordnungen zu den einzelnen Sondierungslokalitäten, zu sog. Zeitscheibenplänen diskreter logarithmierter stromnormierter Spannungswerte – welche typischerweise zwischen einem Volt und einem Mikrovolt pro Ampere rangieren – verarbeitet werden. In Bereichen mit verborgenen Metallobjekten des Untergrundes wie Bombenblindgängern treten in diesen Zeitscheibenplänen dann eng-begrenzte und tendenziell formgetreue anomale Erhöhungen der normierten transienten Spannungen auf. Diese markieren die Objektlageareale relativ zum verwendeten Koordinatensystem mit wesentlich verbessertem lateralen Auflösungsvermögen.Of the Course of secondary Voltages at one measuring point characterize the respective geophysical one Underground situation by a sequence of pseudo-depth-dependent signal values. For data visualization can z. B. individual transient voltage values of the same time channels, after geometric assignments to the individual probing localities, too so-called time schedules discrete logarithmic current normalized voltage values - which typically between one volt and one microvolt per amp rank - processed become. In areas with hidden metal objects of the underground like bomb people occur in these timesheets then narrow-bound and tend to be true to form anomalous increases in the normalized transient voltages. These mark the object location areas relative to the used coordinate system with much improved lateral resolution.

Claims

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Background with TEM or NMR, marked by, - Use of two separate, 45 degrees rotated around each other grouped separate Antenna loops to a spatial Antennendoublette common center area and common main level with a small, quadrilateral 2D transmit and a large, five-way, quad-3D receive antenna aft-like wiring and more than twice the area size to one new ex-loop design; - one across from the total reception area focused underground stimulation and the long-range reception of electromagnetic Repercussions an excited background; - a high lateral resolution due to a dreamy one Substrate excitation and tending to form true images of lateral special volume boundaries of the subsoil, which after surface mapping by means of suitable equipment z. B. by Abtragungen measuring point-related Transients or relaxation processes in scale Anomaly maps can be visualized; - Minimization of effects of the individual antenna geometries on the detection results in the common main plane by the corners of the transmitter inner quadrilateral the sides of the receiver main quadrilateral, as well as the sides of the transmitter inner quadrangle the corners of the receiver main square, and thus the unequal field distributions mutually one another faced become; - partial Gradiometer effects at the mutual abutting edges of the established receiving antenna side surfaces local opposing cable routing, which electromagnetic interactions at the prominent outdoor areas of the Receiving antenna body eliminate; - height use mobility due to compact design.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualifying electromagnetically relevant special underground volumes with TEM or NMR with a 2D transmitter and two intersecting 3D triple quad reception loops, characterized by using three separate separate antenna loops to a spatial antenna triplet common center region and common main plane with a small, quadrilateral 2D transmit antenna and 45 degrees rotated, two congruent main surfaces by 90 degrees staggered larger 3D triple quad reception antennas achterartiges wiring with mutually perpendicular auxiliary surfaces and a total of more than twice the area sizes in relation to the transmitter, to a new double ex-loop design; Minimization of effects between transmitter and receiver geometries on the detection results in the common principal plane by mutually facing each other the corners of the transmitter inner quadrilateral main sides of the congruent receiver main quadrilaterals, as well as the sides of the transmitter inner quadrilateral corners of the main surfaces of the congruent receiver main quadrilaterals and thus the unequal field distributions ; - Partial Gradiometerwirkungen at the abutting edges of the individual receiving antenna side surfaces with each other by areawise opposing wiring, which eliminate the sum of electromagnetic interactions at the prominent outer areas of the receiving antenna body; - A focused against the total reception areas underground excitation and a high latera les Auflösungsvermögen for tendentially true-to-scale images of lateral special volume boundaries of the substrate, which after surface mapping by means of suitable two-channel apparatuses z. B. can be made visible by ablating Meßpunkt-related sums of transients or the relaxation processes from both channels in scale anomalous maps; - The long-range reception of two separate, partially by the mutually perpendicular auxiliary surfaces direction-dependent components of the electromagnetic repercussions from the excited background, which are the same in isotropic underground properties and thereby qualify isotropy or anisotropy occurrence; A method-specific quantification of electromagnetically detectable, z. B. storage and / or shape-related special volume anisotropies; - High deployment mobility due to compact design.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Background with TEM or NMR with two intersecting 3D triple quad reception loops, marked by - two separate, from support frames and / or electrical lines existing triple loop antennas eight-aft ladder guides as sender-receiver doublet vertically mutually standing positional orientations, as in claim 2 for two separate receiving antennas are described, wherein one of the two However, triple loop antennas serves as a transmitter, to a common 3D Separate Loop Design; - in the relationship to the congruent main surfaces each increased 3D overall antenna surfaces, which the implementation enable 1D probes with 90 degrees offset orientations, and these alignment ratios according to the invention, wherein the secondary areas perpendicular to each other, tend to be true to form illustrations of special volume in areal Mappings favored and effects of the individual antenna geometries on the detection results reduced.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Background with TEM or NMR with a single transmitter-receiver loop, marked by - one only octagonal led 3D triple square ladder shape - like in the claims 2 and 3 described as combined transceiver unit to a one-loop design; - one anisotropic field strength distribution with directional Detection performance, so that at a measuring point azimuthal multiple soundings are possible with different results, with the discrete waveforms existing electromagnetically relevant background anisotropies or -isotropies and, moreover, existing anisotropies method-specific quantification.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualifying electromagnetically relevant special volume in the underground with TEM or NMR with a transmitter and several excitation source centers, characterized by - the use of a consisting of support frame and / or electrical line multi-loop antenna common achterartiger wiring with several individual, locally distinguished , square-framed source centers according to the 3 and 4 ; - The possibility of rapid measurements by increased measurement progress with respect to a sample point grid with center distances, which are compatible with those of the multiple source transmitter, by the individual source centers associated, separate receiver loops, z. B. as described in claim 1, z. B. form an antenna quadruple or multiple transmitter-receiver arrangements of higher order with locally defined transmission / reception centers, so that several 1D probes can be recorded in a transmission process with multi-channel receiving technology.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Substrate with TEM or NMR as in claims 1 to 5 described, but with different base geometries, marked by - other as quadrangular main areas; - other In addition to surface numbers as two and four.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and Qualifiwierung electromagnetically relevant special volume in the Substrate with TEM or NMR as in claims 1 to 6, but with coplanar geometries, marked by - in common levels z. B. grouped by folding, four or Mehreckantennenkörpern with main and secondary areas different surface sizes; - two-dimensional Antenna arrangements or Antenna arrangement focuses, which thereby z. B. reduced flow resistance underwater.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualifying electromagnetically relevant special volume in the underground with TEM or NMR as described in the claims 1 to 3 and 5 to 7, but with different An main antenna levels, characterized in that - the transmitter antenna is positioned in a different plane from the receiving antenna main plane, so that high initial amplitudes are avoided at the receiving antennas immediately after turning on or off the transmitting antenna by spatial separation, which otherwise the measuring electronics of the receiver in the case of strong stimuli / Damage repercussions.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Substrate with TEM or NMR as in claims 1 to 8 described, but with focusing transmitter effect, marked by - multiple windings the transmitter loop to increase and bundling the effective radiating surface.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Substrate with TEM or NMR as in claims 1 to 9 described, but with reinforced Reception characteristics, marked by - increase of effective areas the receiving antennas through multiple windings of the conductor loops and the associated general amplification of signal voltages, especially with regard to later Times related to the initializing switch-on or switch-off process the transmitter.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Substrate with TEM or NMR as in claims 1 to 10 described, however marked by - Foldability the support frame and / or ladder for transport simplification.

Integrated transmitter-receiver antenna system for locating and qualification of electromagnetically relevant special volumes in the Substrate with TEM or NMR as in claims 1 to 11 described, however marked by - Modularity of the support frame and / or conductors, so that individual frames and cable runs connectors have for electrically and mechanically effective opening and connecting and Z. B. at locations of trees Soundings for the area below individual trees can.