NL8400858A

NL8400858A - MEASURING DEVICE FOR A BOREHOLE.

Info

Publication number: NL8400858A
Application number: NL8400858A
Authority: NL
Original assignee: Prakla Seismos Gmbh
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1985-10-16
Also published as: FR2561395B1; CH665682A5; BE899226A; FR2561395A1

Description

- 1 - K - *- 1 - K - *

Meetinrichting voor een boorgat.Measuring device for a borehole.

De uitvinding heeft betrekking op een meetinrichting voor een boorgat voor het opnemen van radarsig-nalen met een antenne-inrichting, die onderdeel van een sondelichaam is en waarvan het richtdiagram in combinatie 5 met een aan de antenne-inrichting aangesloten uitwerk- apparatuur het afleiden van de invalsrichting kenmerkende meetwaarden uit de opgenomen signalen toestaat.The invention relates to a borehole measuring device for recording radar signals with an antenna device, which is part of a probe body and whose directional diagram in combination with a working equipment connected to the antenna device derives the incident direction allows characteristic measured values from the recorded signals.

Kenmerkende radarstelsel voor een doorgat werken met elektromagnetische golven in het korte en ultrakorte 10 golfgebied. Voor deze golflengten is de ter beschikking staande middellijn van het boorgat zeer klein in verhouding tot de golflengte. Dit feit heeft tot dusver de toepassing van bruikbare antenne-inrichtingen met een horizontale richtwerking verhindert, in de gebruikelijke 15 sondes worden tot dusver slechts dipoolantennes gebruikt, die in de horizontaal een stralingskarakteristiek hebben, waarbij eventueel ook gevouwen dipolen gebruikt kunnen worden, men zie het Amerikaanse octrooischrift 3.286.163.Typical pass-through radar system operates with electromagnetic waves in the short and ultrashort wave range. For these wavelengths, the available borehole diameter is very small relative to the wavelength. This fact has hitherto prevented the use of useful antenna devices with a horizontal directional effect, in the conventional probes so far only dipole antennas are used, which have a radiation characteristic in the horizontal, whereby folded dipoles may also be used, see the U.S. Patent 3,286,163.

Voor zover samengesteldere antennes gebruikt worden, 20 bijvoorbeeld een Yagi-opstelling, zie fig. 4 van het Amerikaanse octrooischrift 3.286.163, wordt er daarbij van uitgegaan, dat de antennedelen telescoopsgewijze uitgeschoven worden, zodat zij buiten de eigenlijke cilindervorm van de sonde uitsteken. Een dergelijke 25 antenne-inrichting veronderstelt boorgaten, waarvan de middellijn de gebfcuikelijke afmeting overtreft, wanneer de toepassing niet tot verbrede gebieden in een normaal boorgat wordt beperkt.Insofar as composite antennas are used, for example a Yagi arrangement, see Fig. 4 of US patent 3,286,163, it is assumed that the antenna parts are telescoped out so that they protrude beyond the actual cylindrical shape of the probe. Such an antenna device assumes boreholes, the diameter of which exceeds the usual size, if the application is not limited to widened areas in a normal borehole.

In de vertikaal kan een richtingsaanduiding 30 voor de ontvangen radarsignalen worden verkregen doordat metingen aan een reeks van in de vertikaal op elkaar volgende meetpunten worden uitgevoerd. Voor de vertikale oplossing van de richting is dientengevolge een richt-antenne niet noodzakelijk, hoewel deze eenvoudig gerea-35 liseerd zou kunnen worden. Er dient verder op gelet te worden, dat om natuurkundige redenen met elektrische veldsensoren in smalle boorgaten geen werkzame richtings- 8400858 • * - 2 - bundeling kan worden bereikt, aangezien de richtingsbepaling slechts uit verschilinformatie van ten minste twee sensoren kan worden afgeleid, die in het golfveld op een onderlinge afstand van een vaststelbaar deel van 5 een golflengte moeten liggen.In the vertical, a direction indication 30 for the received radar signals can be obtained by measuring a series of measuring points successively in the vertical. For the vertical resolution of the direction, therefore, a directional antenna is not necessary, although it could be easily realized. Furthermore, it should be noted that, for physical reasons, electric directional sensors in narrow boreholes cannot achieve effective directional beam 8400858 • * - 2 - since the directional determination can only be derived from difference information from at least two sensors, which can be the wave field must be at a mutual distance from a detectable part of 5 a wavelength.

Raamantennes worden als zogenaamde peilramen of richtingsontvanginstallaties in de radiotechniek reeds gedurende geruime tijd met succes toegepast, men zie bijvoorbeeld "Handbuch für Hochfrequenz- und 10 Elektro-Techniker", band IT, 1953, blz. 489 en 490. Door de betrekkelijk geringe geïnduceerde spanningen zijn deze ramen in het algemeen als selectieve inrichting voor het over een smalle band ontvangen van uitgekozen draagfrequenties uitgevoerd. De geïnduceerde spanning 15 in een raamantenne is evenredig met het oppervlak van het raam, de frequentie en de cosinus van de invalshoek van het golffront. Raamantennes hebben in tegenstelling tot het rondstraaldiagram van staaft of dipoolantennes in horizontale richting een dubbel^cirkeldiagram met 20 twee uitgesproken nulpunten. Door een juist aangepaste combinatie van een dipoql^ en een raamantenne kan een cardiQÏdendiagram met slechts êén pool, een zgn. nulplaats, verkregen worden.Window antennas have been successfully used for a long time as so-called sighting windows or directional reception systems in radio technology, see for example "Handbuch für Hochfrequenz- und 10 Elektro-Techniker", volume IT, 1953, p. 489 and 490. Due to the relatively low induced voltages These windows are generally designed as a selective device for receiving selected carrier frequencies over a narrow band. The induced voltage 15 in a loop antenna is proportional to the area of the window, the frequency and the cosine of the angle of incidence of the wave front. In contrast to the round-beam diagram of rods or dipole antennas in the horizontal direction, window antennas have a double pie chart with two pronounced zero points. By a properly adapted combination of a dipole and a loop antenna, a cardioid diagram with only one pole, a so-called zero position, can be obtained.

Voor de bepaling van de invalsrichting wordt 25 het peilraam om de vertikale as gedraaid, tot een nulstand kan worden vastgesteld. Deze zgn. minimum-peiling levert door de steile karakteristiek van de nulplaatsen de nauwkeurigste resultaten, wanneer een draaibaar peilraam om constructieve af elektrische redenen niet kan worden 30 opgesteld, gebruikt men heden een stilstaand kruisraam gezamenlijk met een.elektrische goniometer. Bij een dergelijke goniometer wordt het veld van de rechthoekig elkaar kruisende ontvangramen door twéé rechthoekig elkaar kruisende spoelen nagemaakt, waarvan het inwendige 35 een draaispoel bevat, die als zoekspoel dienst doet.To determine the direction of incidence, the gauge window is rotated about the vertical axis until a zero position can be determined. Due to the steep characteristic of the zero positions, this so-called minimum bearing provides the most accurate results, when a rotating sight-glass window cannot be set up for constructional electrical reasons, a stationary cross window is currently used together with an electric goniometer. In such a goniometer, the field of the rectangularly intersecting receiving frames is reproduced by two rectangularly intersecting coils, the interior of which contains a rotary coil which serves as a search coil.

De draaiing van de zoekspoel simuleert een draaiïng van de raamdntenne-inriching.The rotation of the search coil simulates a rotation of the window antenna.

Deze bekende raamantenne^inrichtingen kunnen met voordeel worden toegepast voor het bepalen van de 40 invalsrichting van onderscheiden draagfrequenties. De 8400858 a m - 3 - voor een ondubbelzinnige richtingsbepaling gebruikte combinatie van een peilraam met een hulpantenne voor rondom-ontvangst vergt een zeer zorgvuldige afstemming van het stelsel en vergt in de tijd stabiele draagfrequenties.These known loop antenna devices can advantageously be used for determining the incident direction of different carrier frequencies. The 8400858 a m - 3 - combination of a sighting window with an auxiliary antenna for all-round reception used for an unambiguous direction determination requires very careful tuning of the system and requires stable carrier frequencies over time.

5 Deze in de radiotechniek reeds lang bekende inrichtingen en werkwijzen konden tot dusver om ruimte-redenen niet voor boorgatprocëdé*s worden gebruikt,5 These devices and methods, which have long been known in radio engineering, have hitherto not been used for borehole processes for space reasons,

Het probleem een aanpassing van een dergelijke inrichting te verschaffen voor toepassing in een boorgatmeetprocêdë 10 wordt volgens de uitvinding principieel opgelost doordat voorzien wordt in een boorgat-meetinrichting die wordt gekenmerkt door een rechthoekige raamspoel, waarvan de langsas in wezen met de langsas van het sondelichaam samenvalt en waarvan de evenwijdig met de langsas lopende 15 geleiderdelen op het buitenvlak van het sondelichaam zijn aangebracht.The problem of providing an adaptation of such a device for use in a borehole measuring process 10 is solved according to the invention in principle by providing a borehole measuring device characterized by a rectangular window coil, the longitudinal axis of which coincides essentially with the longitudinal axis of the probe body. and of which the conductor parts running parallel to the longitudinal axis are arranged on the outer surface of the probe body.

Uitwerkingen van de uitvinding zijn in de volgconclusies weergegeven.Elaborations of the invention are set out in the subclaims.

Hoewel de afmetingen van gebruikelijke boorgaten 20 weinig speelruimte voor het realiseren van bruikbare * antenne-inrichtingen geven, geeft de uitvinding in optimaal gebruik van deze ruimte voor het afleiden van bruikbare resultaten. Dit resultaat wordt bereikt ondanks het feit dat de signalen, waarvan de invalsrichting 25 bepaald moet worden, zeer korte en betrekkelijk samengestelde golflijnen zijn. De oplossing in de vertikale richting is daarbij ondanks sterke waaiering van de invalsrichting op de in het bovenstaande aangegeven wijze mdgelijk. De uitdrukking "de vertikaal'* wordt hier met 30 het oog op vertikale boringen gebruikt die in de praktijk overwegen. De uitvinding kan natuurlijk ook voor boorgaten worden gebruikt, die afwijken van de vertikaal of zelfs horizontaal zijn gericht.Although the dimensions of conventional boreholes 20 provide little leeway for realizing useful antenna devices, the invention provides optimum use of this space for deriving useful results. This result is achieved despite the fact that the signals whose incident direction to be determined are very short and relatively composite wavy lines. The solution in the vertical direction is similar in spite of a strong fan of the incident direction in the manner indicated above. The term "the vertical" * is used herein in view of vertical bores which are contemplated in practice. Of course, the invention may also be used for boreholes which are different from the vertical or even horizontally oriented.

Ten opzichte van de stand van de techniek 35 wordt een wezenlijke verbetering bereikt.A substantial improvement is achieved compared to the prior art.

Verdere voordelen en kenmerken van de uitvinding Blijken uit de thans·, volgende beschrijving en tekeningen, waarin voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding bij wijze van voorbeeld toegelicht en weergegeven zijn.Further advantages and features of the invention are apparent from the following description and drawings, in which preferred embodiments of the invention are illustrated and shown by way of example.

4Q In de tekeningen is: 8400858 * c - 4 - fig. 1 een basisuitvoeringsvorm van de uitvinding in vereenvoudigde weergave met inbegrip van de in de sonde ondergebrachte schakelingsdelen; fig. 2 een met fig. l overeenkomende weergave 5 van een antenne-inriöhting die een ondubbelzinnige richtings-aanduiding van de horizontale component mogelijk maakt? fig. 3 een weergave is· van de signaalweg bij een antenne-inrichting volgens fig. 2? fig. 4 een verdere verbetering van de schakel-10 inrichting met inbegrip van de in de sonde aanwezige schakelelementen? en fig. 5 een voorbeeld van een uitwerkingsprocédê voor het bepalen van de invalsrichting.4Q. In the drawings: 8400858 * c - 4 - Fig. 1 is a basic embodiment of the invention in simplified representation including the circuit parts housed in the probe; FIG. 2 is a representation 5 corresponding to FIG. 1 of an antenna arrangement which allows an unambiguous direction indication of the horizontal component? Fig. 3 is a representation of the signal path in an antenna device according to Fig. 2? Fig. 4 shows a further improvement of the switching device, including the switching elements present in the probe? and Fig. 5 shows an example of an elaboration process for determining the incident direction.

Een in fig. 1 slechts gedeeltelijk met zijn 15 omtrekken aangeduid sondelichaam IQ bevat een kruisraam-antenne 2 zodanig dat de vertifcale spoelgeleider 11 op de buitenhuid van het sondelichaam is aangebracht, in het bijzonder in vlakke groeven van het uit isolerend materiaal bestaande lichaam 1 van de sonde ingelaten zijn. De 20 dwarsverbindingen tussen de loodrechte geleiders 11 van de spoel worden door drukdichte doorvoeringen 12 naar de inwendige holle ruimte van het sondelichaam 1 geleid.A probe body IQ only partially circumferentially indicated in Fig. 1 comprises a cross-window antenna 2 such that the vertical coil guide 11 is arranged on the outer skin of the probe body, in particular in flat grooves of the insulating material body 1. the probe is allowed in. The transverse connections between the perpendicular conductors 11 of the coil are led through pressure-tight lead-throughs 12 to the internal hollow space of the probe body 1.

Het elektrisch overbrugde spoeleinde kan door een geleidende buitenring 13, die op dezelfde wijze als de vertikale 25 spoelgeleiders in de buitenhuid van het sondelichaam 1 is irigelaten, voor beide spoelen gemeenschappelijk worden verbonden. De daardoor tot een kruisraamantenne 2 verbonden raamantennes zijn sterk langwerpige rechthoekige spoelen waarvan de spoelbreedte door de maximale middellijn 30 van de sonde wordt bepaald. De einden van het spoelenpaar worden via aangepaste symmetrietransformatoren 14a, 14b aan asymmetrische coaxiale leidingen 15a, resp. 15b aangepast. Een elektronisch omschakëlrelais 16 geeft de mogelijkheid de beide coaxiale leidingen naar keuze via 35 de leiding 16 op de boven de grond aangebrachte niet nader weergegeven opneemapparatuur te schakelen, waarin de signalen na elkaar worden opgetekend en volgens een verder in het onderstaande weergegeven procédé worden uitgewerkt .The electrically bridged coil end can be connected jointly for both coils by a conductive outer ring 13 which is arranged in the same manner as the vertical coil conductors in the outer skin of the probe body 1. The loop antennas connected thereby to a cross-window antenna 2 are strongly elongated rectangular coils, the coil width of which is determined by the maximum diameter 30 of the probe. The ends of the coil pair are connected via asymmetric transformers 14a, 14b to asymmetric coaxial lines 15a, respectively. 15b adapted. An electronic switching relay 16 makes it possible to switch the two coaxial lines optionally via the line 16 to the recording equipment, not shown in more detail above the ground, in which the signals are recorded one after the other and are elaborated in accordance with a further procedure shown below.

4Q De ramen van de kruisraaminrichting 2 bevatten 8400858 - 5 - * 4 telkens slechts ëën winding en zijn niet afgestemd, maar met hun inductieve impedantie ongeveer voor de te verwachten middenfrequentie van de band aan de kabelimpedantie aangepast. Door de ohmse belasting via de versterkeringang 5 zijn de ramen bijgevolg over een brede band naar vermogen aangepast.4Q The windows of the cross-window device 2 contain only 8400858 - 5 - * 4 each time and are not tuned, but with their inductive impedance adapted to the cable impedance approximately for the expected center frequency of the band. As a result of the ohmic load via the amplifier input 5, the windows are adjusted according to power over a wide band.

Aangezien het richtdiagram van een raamantenne een 8-kromme of een dubbele cirkelkromme is, is de richtingsbepaling met de antenne volgens fig. 1 dubbelzinnig, 10 hetgeen betekent dat er twee over 180° van elkaar verschillende richtingsaanwijzingen gegeven worden. Voor de nauwkeurige bepaling is een aanvullende meting noodzakelijk.Since the directional diagram of a loop antenna is an 8-curve or a double-circle curve, the direction determination with the antenna of Fig. 1 is ambiguous, which means that two directions given 180 ° apart. An additional measurement is required for accurate determination.

De inrichting volgens fig. 2 geeft de mogelijkheid van een ondubbelzinnige richtingsbepaling. Het kruis- -15 raam 20 is door een aanvullende, rondom ontvangende antenne 21 aangevuld. Deze staaf vormige antenne 21 is bij voorkeur een onsymmetrisch gevoede dipool of een sperkomantenne (Sperrtopfantenne). Bij de antenne-inrichting volgens fig. 2 wordt de voedingskahel van de rondom ontvangende 20 antenne 21 door een buis 23 naar het centrum van het kruisraam 20 geleid. Hierbij gaat het bij voorkeur om een geleidende metalen buis, die om symmetrieredenen voor de raamkarakteristiek nauwkeurig centrisch in de lengteas van hèt raam ligt. De dwarsverbindingen 24 van de zijwaartse 25 raamgeleiders 22 worden voordelig eenvoudig via een geleidingsring 25 voor de metalen buis 23 gesloten. Daardoor wordt een wederzijdse beïnvloeding van de beide deelstelsels 20, 21 van de antenne-inrichting op doelmatige wijze vermeden en blijft de richtkarakteristiek van het 30 kruisraam 20 ongestoord behouden. Aangezien de in de raamantenne van het kruisraam 20 geïnduceerde signalen volgens de inductiewet ten opzichte van het door de rondom ontvangende antenne 21 opgevangen elektrische veld over 90° in fase zijn verschoven, wordt in de antenne-35 voedingsleiding van de rondom ontvangende antenne 21 een 90°-hybridekoppelinrichting 26 geschakeld. De derde arm 27 van deze T-koppelinrichting 26 kan hetzij met een impedantieweerstand worden aangesloten, hetzij als trekker-signaalbron voor de opneemapparatuur worden gebruikt, 40 zoals is weergegeven. Behalve het trekkersignaal, dat als 8400858 » « - 6 - tijdreferentie voor alle opnamen dienst doet, kunnen via de twee coaxiale relais 28, 29 aan de niet weergegeven opneemapparatuur naar keuze het signaal van de rondom ontvangende antenne 21 of één van de twee orthogonale 5 raamsignalen toegevoerd worden. De opstelling met de symmetreertransformatoren 14a, 14b komt met fig. l overeen.The device according to Fig. 2 offers the possibility of an unambiguous direction determination. The cross-frame 20 is supplemented by an additional, all-round receiving antenna 21. This rod-shaped antenna 21 is preferably an asymmetrically fed dipole or a barrier antenna (Sperrtop antenna). In the antenna device according to Fig. 2, the supply cable of the all-round receiving antenna 21 is led through a tube 23 to the center of the cross-frame 20. This is preferably a conductive metal tube which, for symmetry reasons for the window characteristic, lies precisely centrally in the longitudinal axis of the window. The cross connections 24 of the lateral window guides 22 are advantageously simply closed via a guide ring 25 for the metal tube 23. Thereby, a mutual influence of the two subsystems 20, 21 of the antenna device is effectively avoided and the directional characteristic of the cross-frame 20 is preserved undisturbed. Since the signals induced in the loop antenna of the cross-frame 20 have shifted in phase by 90 ° relative to the electric field received by the all-round receiving antenna 21, the supply line of the all-round receiving antenna 21 is 90 Hybrid coupling device 26 switched. The third arm 27 of this T-coupling device 26 can either be connected with an impedance resistor or used as a trigger signal source for the recording equipment, 40 as shown. In addition to the trigger signal, which serves as the 8400858 time reference for all recordings, via the two coaxial relays 28, 29 on the recording equipment not shown, the signal from the all-round receiving antenna 21 or one of the two orthogonal 5 window signals are supplied. The arrangement with the symmetrical transformers 14a, 14b corresponds to Fig. 1.

Bij de praktische toepassing ontstaat door de afstand tussen de rondom ontvangende antenne 21 en de 10 raamantenne 20 de in fig. 3 weergegeven opneemsituatie.In practical application, the distance between the all-round receiving antenna 21 and the loop antenna 20 results in the pick-up situation shown in Fig. 3.

De eigenlijke zendantenne 30 ligt axiaal gescheiden van de uit de raamantenne 2Q en de rondom ontvangen antenne 21 gevormde antenneopstelling en is beneden de opneeminrich-ting in hetzelfde sondelichaam opgenomen. De in fig. 3 15 getoonde geometrische configuratie, waarbij de van de zendantenne 30 uitgaande golftreinen door de reflectoren Rj en R2 gespiegeld worden, leidt ertoe, dat de reflecties, die door R^ resp. R2 hij 20 en 21 worden opgenomen, dien-overeenkomende looptijdverschillen vertonen. Deze loop-20 tijdverschillen, die in fig* 3 ten opzichte van een gemiddelde straal met At zijn aangegeven, moeten voor elke afzonderlijke reflectie vastgesteld en gecorrigeerd worden.The actual transmitting antenna 30 is axially separated from the antenna arrangement formed from the loop antenna 2Q and the all-round received antenna 21 and is housed below the pick-up device in the same probe body. The geometric configuration shown in Fig. 3, in which the wave trains emanating from the transmitting antenna 30 are mirrored by the reflectors R1 and R2, results in the reflections emitted by R1 and R2 respectively. R2 he 20 and 21 are included, showing corresponding maturity differences. These running time differences, which are indicated by At in relation to an average radius in Fig. 3, must be determined and corrected for each individual reflection.

Fig. 4 toont een verder verbeterde antenne-25 inrichting 40 met bijbehorende in het zendlichaam ondergebrachte delen van de schakeling. Bij deze verbeterde antenne-inrichting is een naderhand uitgevoerde vaststelling van het looptijdversch.il en de afleiding van een overeenkomende correctie niet noodzakelijk, aangezien 30 de delen van de antenne-inrichting 40 zodanig zijn samengevoegd, dat zij een gemeenschappelijk elektrisch middelpunt hebben. De antenne-opstelling 40 bestaat uit twee etagegewijs aangebrachte kruisramen 4Q1, 402, die via een uitkoppelschakeling 50 zodanig geschakeld zijn • 35 dat de beide raamstrukturen 401, 402 ook als helften van een rondom ontvangende dipoolantenne kunnen worden gebruikt.Fig. 4 shows a further improved antenna device 40 with associated parts of the circuit housed in the transmitter body. With this improved antenna device, a subsequent determination of the transit time difference and the derivation of a corresponding correction is not necessary, since the parts of the antenna device 40 are joined together so that they have a common electrical center. The antenna arrangement 40 consists of two cross-wise arranged cross windows 4Q1, 402, which are connected via a disconnection circuit 50 such that the two window structures 401, 402 can also be used as halves of an all-round receiving dipole antenna.

De uitkoppelschakeling 50 bevat symmetrietrans-formatoren 41, 42 voor het benedenste kruisraam 401 en 40 43, 44 voor het bovenste kruisraam 402. De uitgangen van 8400858 - 7 - de in. dezelfde vlakken liggende deelramen, dat wil zeggen de uitgangen van de transformatoren 41 en 44 enerzijds en 42 en 43 anderzijds worden elk via een sommeringsoverdrachtinrichting 46 resp. 47 opgeteld en 5 als zodanig gezamenlijk aan de twee gebruikelijke ortho-gonale raamuitgangen toegevoerd. De middens van de primaire wikkelingen van de transformatoren 41, 42 van het benedenste kruisraam 4Q1 en 43, 44 van het bovenste kruisraam 4Q2 zijn aan de primaire wikkeling van een 10 verdere symmetreertransformator 45 in tegenfase aangesloten. Daardoor staat op de uitgang van de transformator 45 de elektrische verschil-EMK tussen de beide kruisramen, die daardoor als dipoolantenne werkzaam zijn. De aan-passingsnetwerken worden in het elektrische middelpunt 15 tussen de beide kruisramen aangebracht, zoals schematisch in fig. 4 is weergegeven. De uitgangsleidingen worden op voordelige wijze door een buis 48 in de as eenzijdig in het het dichtste bij de eigenlijke opneemapparatuur liggende kruisraam 402 naar buiten geleid, analoog aan de 20 inrichting volgens fig. 2. Dit geeft de mogelijkheid van een foutloze onderbrenging van de antenne-inrichting in sondelichamen die geschikt zijn voor smalle boorgaten.The decoupling circuit 50 includes symmetry transformers 41, 42 for the lower cross-frame 401 and 40, 44 for the upper cross-frame 402. The outputs of 8400858-7th in. partial windows, that is to say the outputs of the transformers 41 and 44 on the one hand and 42 and 43 on the other hand, are each connected via a summation transfer device 46 and 44 respectively. 47 and 5 as such are fed together to the two conventional orthogonal window exits. The centers of the primary windings of the transformers 41, 42 of the lower cross-frame 4Q1 and 43, 44 of the upper cross-frame 4Q2 are connected to the primary winding of a further symmetrical transformer 45 in reverse phase. As a result, the electrical differential EMF between the two cross windows, which thereby act as a dipole antenna, is present at the output of transformer 45. The adaptation networks are arranged in the electrical center 15 between the two cross windows, as shown schematically in Fig. 4. The output lines are advantageously guided outwards through a tube 48 in the shaft unilaterally in the cross window 402 closest to the actual recording equipment, analogous to the device according to fig. 2. This gives the possibility of a faultless housing of the antenna. device in probe bodies suitable for narrow boreholes.

Bij boorgatsondes van groot kaliber bestaat de mogelijkheid dat de inductiviteit van de zich door de 25 noodzakelijke lengte van de dipool optredende raamopper-vlakken waarden aanneemt, die voor een resonantievrije bredeband afstemming te groot zijn. De eigenlijke ramen 401, 402 kunnen dan korter worden uitgevoerd en van centrische verlengingen 49 worden voorzien, die aan de 30 neutrale raamverbindingspunten 403 resp. 404 aansluiten en ondanks de verkorting van de eigenlijke ramen toestaan te werken met elektrische dipolen van optimale lengte.With large-caliber borehole probes, it is possible that the inductance of the window surfaces occurring due to the necessary length of the dipole takes on values which are too great for a resonance-free wide band tuning. The actual windows 401, 402 can then be made shorter and provided with centric extensions 49, which are attached to the 30 neutral window connection points 403 and 40 respectively. 404 and, despite the shortening of the actual windows, allow working with electric dipoles of optimum length.

Voor het verder geleiden van het antennesignaal is de in fig. 2 weergegeven relaisinrichting voorzien 35 van 90°-hybridekoppelinrichtingen.For further conducting the antenna signal, the relay device shown in Fig. 2 is provided with 90 ° hybrid coupling devices.

Bij de antenne-inrichting volgens fig. 4 vallen, op grond van de constructieve aanbrenging, de middelpunten van raam- en rondom ontvangende antennes nauwkeurig samen, zodat looptijdcorrecties niet noodzakelijk zijn. De in 40 het bovenstaande beschreven kruisramen zijn telkens vast 8400858 - 8 - in het sondelichaam aangebracht. Voor de bepaling van de richting is een draaiing van het raam niet noodzakelijk. Uitsluitend het geografisch uitrichten van de sonde moet voor elk meetpunt worden vastgesteld, om een invoeging 5 van de invalsrichting van de reflecterende lagen in geografische coördinaten mogelijk te maken. Hiervoor is bijvoorbeeld in het sondelichaam een magneetkompasstelsel ingebouwd, waarvan de aanwijzing in elk meetpunt wordt opgenomen en op de zich boven de grond bevindende opneem-10 inrichting elektrisch wordt overgedragen. Dergelijke magneetkompasstelsels zijn op zichzelf bekend.In the antenna arrangement according to FIG. 4, due to the constructional arrangement, the centers of window and surrounding receiving antennas precisely coincide, so that travel time corrections are not necessary. The cross windows described in 40 above are each fixedly mounted in the probe body. 8400858-8. A rotation of the window is not necessary to determine the direction. Only the geographic alignment of the probe must be established for each measuring point to allow insertion of the incident direction of the reflective layers into geographical coordinates. For this purpose, for example, a magnetic compass system is built into the probe body, the indication of which is recorded at each measuring point and is electrically transmitted to the recording device located above the ground. Such magnetic compass systems are known per se.

Uit de kompasinformatie worden in elk meetpunt bij de uitvoeringsvormen van fig. 2 en 4 opgenomen: a) de ontvangwaarden van de rondom ontvangen 15 antenne, b} de ontvangwaarden van een antenneraam, en c) de ontvangwaarden van het daarop loodrechte antenneraam.From the compass information, in each measurement point in the embodiments of Figures 2 and 4, the following are recorded: a) the receive values of the antenna received all around, b} the receive values of an antenna window, and c) the receive values of the antenna window perpendicular thereto.

Uit deze gegevens kan de richtingsinformatie 20 voor een willekeurige theoretisch aan te nemen draaihoek van een raamantenne door vectoriële optelling van de ontvangspanningen verkregen worden. Met een aan de opneem-apparatuur aan te sluiten, voor de uitwerking gebruikte rekeninstallatie kan dienovereenkomstig een draaiing van 25 de raamantenne in willekeurige hoekstappen worden gesimuleerd, op dezelfde wijze als bij een mechanisch draaibare raamantenne gedurende het opnemen zouden kunnen zijn doorgevoerd.From this data, the direction information 20 for any theoretically assumed angle of rotation of a loop antenna can be obtained by vector addition of the receiving voltages. Accordingly, with a computing system to be connected to the recording equipment, a rotation of the loop antenna can be simulated in arbitrary angular steps, in the same manner as could be carried out during a recording by a mechanically rotatable loop antenna.

De uit de radiotechniek bekende werkwijzen 30 door met de juiste fase het ontvangstsignaal van een rondom ontvangende antenne in te koppelen in de signalen van een coaxiaal daarmee liggend raam, een cardioïde met ondubbelzinnige nulplaats te verkrijgen, is bij de breedbandige impulsvormige signalen van de radarecho’ s.The methods known from radio technology by coupling the reception signal of an all-round receiving antenna with the correct phase into the signals of a frame lying coaxially therewith, obtaining a cardioid with unambiguous zero position, is obtained with the broadband pulse-shaped signals of the radar echo. s.

35 niet principieel toepasbaar. Een belangrijke veronderstelling voor de signaalsuperpositie is een in hoge mate gelijke signatuur van de impulsvorm voor de beide antennesignalen. Deze is bij de in de radiotechniek gebruikelijke smalbandige sinussignalen principieel aan-40 wezig. Bij de complexe vorm van radarsignalen, kunnen in 8400855 - 9- de praktijk de karakteristieken van de twee antennesoorten niet zodanig met elkaar in overeenstemming worden gebracht, dat een volkomen uitdoving in een gedefinieerde nulplaats foutloos onderkenbaar is. Daarentegen is de relatieve 5 fasestand van de signaaltreinen principieel goed te onderkennen.35 not applicable in principle. An important assumption for the signal superposition is a highly equal signature of the pulse shape for the two antenna signals. This is in principle present with the narrow-band sine signals commonly used in radio technology. In the complex form of radar signals, in 8400855 - 9 - the characteristics of the two antenna types cannot be reconciled in such a way that a complete extinction in a defined zero location is flawlessly recognizable. On the other hand, the relative phase position of the signal trains can in principle be clearly recognized.

Voor de uitwerking is het bijgevolg aan te bevelen voor elke afzonderlijke reflectie-impulstrein eerst alleen met de raamantenne-informatie de hoek van ëën van de twee 10 nulplaatsen vast te stellen, die tot het richtdiagram van het raam behoren. Ter controle van de resultaten kan ook de tweede nulplaats worden vastgesteld. Bij ondubbelzinnige omstandigheden moet de tweede nulplaats nauwkeurig 180° verschoven zijn ten opzichte van de eerste nulplaats. 15 Dan wordt bijvoorbeeld naar rechts draaiend het maximum van het raamsignaal vastgesteld en samen met het rondom ontvangen signaal weergegeven. Zijn de beide signalen overwegend van dezelfde fase, dan is de invalsrichting gelijk aan de nulsignaalhoek + 90° en zijn de signalen in 20 tegenfase, dan is de invalsrichting gelijk aan de nulsignaalhoek - 90°.For elaboration, it is therefore advisable to first determine the angle of one of the two zero positions, which are part of the directional diagram of the window, for each individual reflection pulse train only with the loop antenna information. The second zero position can also be determined to check the results. In unambiguous conditions, the second zero position must be offset exactly 180 ° from the first zero position. Then, for example, rotating the clockwise the maximum of the window signal is determined and displayed together with the signal received all round. If the two signals are predominantly of the same phase, the incident direction is equal to the zero signal angle + 90 ° and the signals are in the opposite phase, then the incident direction is equal to the zero signal angle - 90 °.

Deze werkwijze geeft de mogelijkheid met een inrichting volgens fig. 2 of 4 opgenomen radarsignalen snel en doelmatig uit te werken en daardoor de invals-25 richting van de signalen vast te stellen.This method makes it possible to quickly and efficiently evaluate radar signals recorded with a device according to Figs. 2 or 4 and thereby determine the incident direction of the signals.

Fig. 5 is een praktisch voorbeeld van het uit-werkprocédé voor de bepaling van de invalsrichting. Er zijn in een bepaalde oriëntatie ten opzichte van de noord-richting in stappen van 15°, die overeenkomend vectorieel 30 worden opgesteld, radarantennesignalen opgetekend.Fig. 5 is a practical example of the elaboration process for determining the direction of incidence. Radar antenna signals have been recorded in 15 ° increments, which are correspondingly vectorially arranged, in a certain orientation relative to the north direction.

Op de geschikte plaats (51a,5lb) is het ontvangen dipool-signaal over 180° verschoven van weerszijde gediafragmeerd.At the appropriate location (51a, 5lb), the received dipole signal is diaphragm shifted 180 ° from either side.

De reflectie 1 heeft bij 52a en 52b zijn minima.The reflection 1 has its minima at 52a and 52b.

Als invalsrichting komen de beide daar loodrecht op staan-35 de richtingen in aanmerking.The two directions perpendicular thereto can be considered as the direction of incidence.

Een tekenvergelijking met de dipoolopname toont bij 53a gedrag met dezelfde fase, in tegenstelling tot 53b. Eveneens is de invalsrichting van de zijde, waarbij fasevergelijkheid bestaat, gegeven.. (54) .A sign comparison with the dipole recording shows behavior with the same phase at 53a, in contrast to 53b. Also, the direction of incidence of the side, where phase equality exists, is given .. (54).

40 De reflectie 2 heeft minima bij 55a en 55b; 8400858 - 10 - de tekenvergelijking met de dipool toont bij 56a gelijk-fasigheid en 56b. tegenfase. Ook toont de pijl 57 de invalsrichting ..The reflection 2 has minima at 55a and 55b; 8400858 - 10 - The sign equation with the dipole shows equilibrium at 56a and 56b. counter phase. Arrow 57 also shows the direction of incidence.

- conclusies- ....... 8 4 0 0 8 5 8_________________________________________________________________________________—-----------------------------------------------------------......- conclusions- ....... 8 4 0 0 8 5 8 _________________________________________________________________________________—-------------------------------- ---------------------------......

Claims

1. Borehole measuring device for recording radar signals with an antenna device, which is part of a probe body and the directional diagram of which, in combination with a working equipment connected to the antenna device, derives the incident direction characteristic measurements from the recorded allows signals characterized by a rectangular window coil (27 20 - 401,402} whose longitudinal axis substantially coincides with the longitudinal axis of the probe body (1) and 10 of which the conductor parts fll? 22} running parallel to the longitudinal axis of the probe body probe body are fitted.

2. Device according to claim 1, characterized in that conductor parts (11? 22} which are parallel to the longitudinal axis are recessed in grooves formed in the outer surface of the probe body (1).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the probe body (1) consists of an insulating material.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized by a cross window (2? 2Q? 401,402}.

5. Device as claimed in claim 4, characterized in that the conductor parts, which are connected parallel to the longitudinal axis of the probe body to the end remote from the connection of the recording equipment, are connected by an outer ring (13} common to the two windows of the cross window). .

6. Device according to one or more of claims 30 1 4, characterized in that the connections between the conductor parts which are parallel to the longitudinal axis are guided by pressure-tight penetrations (12} to the inner space of the probe body (1}. 8400858 » - 12 -

Device according to one or more of the preceding claims / characterized in that the antenna device comprises an antenna (21? 401,402 / 49) with an all-round receiving characteristic, which is arranged coaxially with the axis of the cross window.

Device according to claim 7, characterized in that the supply line of the antenna with all-round receiving characteristic is guided through a tube (23) in the axis of the cross-frame (20) and in that the cross connections (24) of the conductor parts (22) that are parallel to the longitudinal axis, are annular (25) passed around the tube.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the loop antenna is a double-layered frame (401,402) and at the same time forms an antenna with all-round receiving characteristic by means of a decoupling network (50). Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inner space of the loop antenna (2? 20? 401,402) comprises a cylindrical body of high permeability magnetic material. 8400858