DE1548154C

DE1548154C - Method for determining the thickness and quality of layers by surface measurement

Info

Publication number: DE1548154C
Authority: DE
Inventors: Louis Marcel Yvehnes Muse (Frank reich) H03h 9 32
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication date: 1972-06-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Stärke und Beschaffenheit von Schichten durch Oberflächenmessung· durch Vergleich zweier nach den Maxwellschen Feldgleichungen voneinander abhängiger Feldstärkekomponenten, insbesondere der Horizontalkomponente des magnetischen Oberflächenfeldes und einer dazu senkrechten Horizontalkomponente der elektrischen Feldstärke, wobei die einander zugeordneten zeitlichen Veränderungen beider Feldstärken jeweils über einen bestimmten Spektralbereich aus dem gesamten Frequenzspektrum ausgesondert, über zwei getrennte Meßketten übertragen und dann zur Ermittlung ihrer Amplituden und Phasenabhängigkeit miteinander verglichen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for determining the thickness and nature of layers by surface measurement · by comparing two of each other according to Maxwell's field equations dependent field strength components, in particular the horizontal component of the magnetic surface field and a horizontal component of the electric field strength that is perpendicular thereto, wherein the one another associated temporal changes in both field strengths, each over a specific spectral range separated from the entire frequency spectrum, transmitted via two separate electrodes and then compared to determine their amplitudes and phase dependency, and a device for carrying out the method.

Um besser das bei solchen Vermessungen angewendete Prinzip und die Schwierigkeiten zu verstehen, muß man beachten, daß es sich um völlig unregelmäßige und keineswegs sinusförmige Änderungen der statischen Erdfelder handelt. Die im Erdboden auftretenden Ströme sind als tellurische Ströme bekannt und unterliegen unaufhörlich Änderungen, die von der Größe und von der Richtung der magnetischen Feldänderungen abhängen. Dabei interessieren im wesentlichen diejenigen Komponenten der Erdfelder, in deren Folge innerhalb der Erdoberfläche und parallel zu dieser die tellurischen Ströme fließen, weil man dadurch Rückschlüsse auf die Bodenbeschaffenheit ziehen kann. Es ist auch bekannt, daß im einfachsten Falle die Änderungen der Horizontalkomponente des elektrischen Feldes den entsprechenden Änderungen einer Horizontalkomponente des dazugehörigen Magnetfeldes in senkrechter Richtung zur Horizontalkomponente des elektrischen Feldes eine erhebliche Vereinfachung der Maxwellschen Feldgleichung zulassen. Die betreffende Differentialgleichung für die Abhängigkeit der beiden Felder enthält auch den elektrischen Widerstand und liefert infolgedessen die Möglichkeit, aus dem Vergleich der beiden gemessenen Feldstärkewerte diesen Widerstand zu ermitteln.To better understand the principle and difficulties involved in such surveys, one must note that the changes are completely irregular and by no means sinusoidal of the static earth fields. The currents occurring in the ground are known as telluric currents and are subject to incessant changes due to the magnitude and direction of the magnetic Depend on field changes. It is essentially those components of the Earth fields, as a result of which the telluric currents flow within the earth's surface and parallel to it, because it allows conclusions to be drawn about the nature of the soil. It is also known that in the simplest case the changes in the horizontal component of the electric field correspond to the corresponding Changes in a horizontal component of the associated magnetic field in a vertical direction a considerable simplification of Maxwell's for the horizontal component of the electric field Allow field equation. The relevant differential equation for the dependence of the two fields also contains the electrical resistance and consequently provides the possibility of comparing the to determine this resistance with both measured field strength values.

Die genannten Feldstärkeänderungen haben zwar keinen sinusförmigen Verlauf, können jedoch trotzdem so betrachtet werden, als seien sie aus der Überlagerung zahlreicher einzelner sinusförmiger Feldstärkeänderungen mit unterschiedlichen Einzelfrequenzen zusammengesetzt. Genauer kann man also sagen, daß das Spektrum der magnetischen Änderungen und ebenso das Spektrum der elektrischen Feldstärkeänderungen, die häufig kurz als tellurische Änderungen bezeichnet werden, zerlegt werden kann in die betreffenden Anteile, wenn man bestimmte Einzelperioden T aussiebt und für diese Perioden die Vergleichsmessung durchführt. Es ist auch bekannt, daß sich wegen des Haut- und Skineffektes die 'tellurischen Ströme um so mehr auf die Erdoberflächenschicht konzentrieren, je kürzer die betreffende Wellenlänge der Feldänderungen ist. Infolgedessen sind die mit den kürzesten Wellenlängen des betreffenden Spektrums bestiimmten Widerstände vorzugsweise _dcn .Obe.rfiächenschichten zugeordnet. Andererseits geben die zur Messung ausziehbaren Einzelperioden mit zunehmender Dauer als größere Wellenlängen dann die elektrischen Widerstände immer tiefer gelegener Schichten zunehmend wieder. Infolgedessen besteht ein praktisches, geologisches und auch industrielles Interesse daran, das Spektrum der magne-. tischen und elektrischen Feldstärkeänderungen zu messen und zu analysieren.Although the field strength changes mentioned do not have a sinusoidal curve, they can nonetheless can be viewed as if they were the result of the superposition of numerous individual sinusoidal field strength changes composed with different individual frequencies. So you can be more precise say that the spectrum of the magnetic changes and also the spectrum of the electric field strength changes, which are often briefly referred to as telluric changes can be broken down into the relevant proportions, if one sifted out certain individual periods T and for these periods the Carries out comparative measurement. It is also known that because of the skin and skin effect, the 'telluric Currents concentrate all the more on the earth's surface layer, the shorter the wavelength in question which is field changes. As a result, the ones with the shortest wavelengths are the ones in question Resistances determined in the spectrum are preferably assigned to the surface layers. on the other hand give the individual periods that can be extracted for measurement with increasing duration as longer wavelengths then the electrical resistances of deeper and deeper layers are increasing again. Consequently there is a practical, geological and industrial interest in exploring the spectrum of magne-. tables and electrical field strength changes to measure and analyze.

Wenn man durch den Feldstärkevergleich die Vermessung von Bodenschichten durchführt, muß für jede der betrachteten Einzclperioden T quantitativ folgendes festgestellt werden:
1. Das Amplitudenverhältnis E/H der einander entsprechenden Änderungen des elektrischen Feldes E und des magnetischen Feldes H sowieWhen measuring soil layers by comparing the field strengths, the following must be determined quantitatively for each of the individual periods T considered:
1. The amplitude ratio E / H of the corresponding changes in the electric field E and the magnetic field H as well

ίο 2. die Phasenverschiebung der betreffenden Änderungen des elektrischen Feldes gegenüber den dazugehörigen Änderungen des magnetischen Erdfeldes.
Um in der Praxis mit einem Meßempfänger für jeden einzelnen der zu vergleichenden Feldstärkewerte die einander zugeordneten Ergebnisse zu erhalten, müssen also zwei aufeinander senkrechte Horizontalkomponenten der beiden Erdfelder aufgezeichnet werden.ίο 2. the phase shift of the relevant changes in the electric field compared to the associated changes in the earth's magnetic field.
In order to obtain the results assigned to one another in practice with a measuring receiver for each individual field strength value to be compared, two horizontal components of the two earth fields that are perpendicular to one another must be recorded.

Der elektrische Meßempfänger kann in einfacher Weise an eine sogenannte tellurische Leitung angeschlossen werden: Zwei Elektroden werden dazu beispielsweise im Abstand von mehreren 100 Metern voneinander in die Erde eingepflanzt, über isolierte und abgeschirmte Kabel mit den Eingangsklemmen der betreffenden Meßkette verbunden, sowie nach entsprechender Spannungsverstärkung am Aufzeichnungsgerät abgelesen. Dazu kann ein Galvanometer oder ein Elektrometer verwendet werden sowie die üblichen elektronischen Verstärker, gegebenenfalls auch mit nachgeschaltetem Oszillograph. Genannt seien beispielsweise auch magnetische Waagen oder Variometer mit einer beweglichen Spule, die auf einer Schneide oder von einem Quarzdraht gehalten sind, sowie Magnetometer, deren bewegliche Spule schwebend an einem vertikalen Torsionsdraht aufgehängt ist, bzw. Spulen, in denen eine elektromotorische Kraft durch Änderungen des sie durchsetzenden magnetischen Flusses induzierbar ist. Wenn solche Spulen einen Kern mit großer magnetischer Permeabilität haben, kann die Empfindlichkeit entsprechend vergrößert werden. Weiterhin sind für dieses Gebiet noch die Meßeinrichtungen zu nennen, die nach dem Hall-Effekt arbeiten und außerdem' in neuerer Zeit verschiedene Arten von Magnetometern, die mit nuklearer Präzession sehr genaue Messungen erlauben.The electrical measuring receiver can be connected in a simple manner to a so-called telluric line are: Two electrodes are used, for example, at a distance of several 100 meters planted from each other in the earth, via insulated and shielded cables with the input terminals connected to the electrode concerned, as well as after corresponding voltage amplification on the recording device read. A galvanometer or an electrometer can be used for this, as well as the conventional electronic amplifier, possibly also with a downstream oscilloscope. Called be for example magnetic scales or variometers with a movable coil that on a cutting edge or held by a quartz wire, as well as magnetometers, their moving coil is suspended floating on a vertical torsion wire, or coils in which an electromotive Force can be induced by changes in the magnetic flux passing through it. If such Coils have a core with high magnetic permeability, the sensitivity can be accordingly be enlarged. Furthermore, the measuring devices are to be mentioned for this area work according to the Hall effect and, more recently, various types of magnetometers, which allow very precise measurements with nuclear precession.

Eine tellurische Leitung, die nachstehend noch be-• schrieben wird, ermöglicht ohne Schwierigkeiten sehr zuverlässige Aufzeichnungen der elektrischen Feldstärkewerte E für alle auszusiebenden Einzelperioden T, die man in die Messung einbeziehen will. Selbst wenn· in der Praxis diese tellurische Aufzeichnung infolge der unterschiedlichen Einzelfrequenzen nicht mit gleichem Verstärkungsgrad durchführbar ist, kann man die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Übertragung leicht durch eine entsprechende Eichung über den Frequenzbereich ergänzen und dadurch den Einfluß etwaiger Verzerrungen auf die gemessenen Amplitudenwerte oder die Laufzeit der Phasen über die Meßkette berücksichtigen. Es ist gleichermaßen grundsätzlich möglich, mit entsprechenden Meßketten auch eine annähernd genaue Aufzeichnung der magnetischen Feldstärkeänderungen in bestimmten Teilbereichen des Gesamtspektrums der betreffenden Einzelperiodeii zu erhalten. Beispielsweise kann ein Magnetometer, das mit Präzession arbeitet, auch den Änderungen des MagnetfeldesA telluric line, which will be described in the following, enables very reliable recordings of the electric field strength values E for all individual periods T to be sifted out that are to be included in the measurement without difficulty. Even if in practice this telluric recording cannot be carried out with the same degree of amplification due to the different individual frequencies, the reliability and accuracy of the transmission can easily be supplemented by a corresponding calibration over the frequency range and thereby the influence of any distortions on the measured amplitude values or the transit time of the phases via the electrode. It is equally possible in principle to use appropriate measuring chains to obtain an approximately precise recording of the changes in the magnetic field strength in certain subregions of the total spectrum of the individual periods concerned. For example, a magnetometer that works with precession can also detect changes in the magnetic field

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über den gesamten Bereich der interessierenden Pe- hoher magnetischer Permeabilität verwendet. BeiUsed over the entire range of Pe- high magnetic permeability of interest. at

rioden folgen. Jedoch ist der Aufwand erheblich und einer Spule dieser Art ist die Selbstinduktion ver-periods follow. However, the effort is considerable and the self-induction of a coil of this type is

die Auswertung der Ergebnisse entsprechend um- gleichsweise groß, jedoch andererseits die Eigenkapa-the evaluation of the results is correspondingly equally large, but on the other hand the equity

ständlich. Infolge ihrer mechanischen Trägheit kön- zität keineswegs vernachlässigbar und infolgedessenof course. As a result of their mechanical inertia, they can by no means be neglected and consequently

nen die üblichen Magnetometer mit beweglicher 5 die Resonanzwirkung der Spule von entscheidendernen the usual magnetometer with movable 5 the resonance effect of the coil of decisive

Spule den schnelleren Änderungen des Magnetfei- Bedeutung. Man kann deshalb äußere Schaltelemente,Coil the faster changes of the magnetic fi- meaning. You can therefore use external switching elements,

des H nicht mehr folgen und sind deshalb kaum ver- wie Kondensatoren, zusätzlich hinzuschalten, umof the H no longer follow and are therefore hardly connected like capacitors to additionally switch on in order to

wendbar, wenn die Einzelperioden T unterhalb einer durch Resonanzwirkung die Meßempfindlichkeit imreversible if the individual periods T below a resonance effect, the measurement sensitivity in

Dauer von einigen Sekunden liegen. Mit Spulen aus- betreffenden Teilbereich des Spektrums zu erhöhenDuration of a few seconds. Increase the relevant part of the spectrum with coils

gerüstete Magnetometer ergeben also nur für ver- io und diesen Bereich bevorzugt auszufiltern.equipped magnetometers therefore only result in verio and this area is preferred to be filtered out.

gleichsweise lange Periodendauern ausreichend Aus diesen Ausführungen ergibt sich, daß es fürequally long periods sufficient From these explanations it follows that it is for

genaue Aufzeichnungen der magnetischen Feldstärke. die Praxis wichtig ist, bei der Aufzeichnung der ma-accurate records of the magnetic field strength. practice is important when recording the ma

Eine mit möglichst großer Drehzahl rotierende gnetischen Feldstärkeänderungen die zu erfassenden Spule kann ebenfalls sehr zuverlässige Aufzeichnun- Einzelperioden mit genügend großer Empfindlichkeit gen liefern. Dazu wird durch die Rotation einer sol- 15 auszusieben und dabei keine elektrischen Verzerrunchen Spule das statische Magnetfeld in ein Wechsel- gen der zu verstärkenden Meßwerte zuzulassen. Beide feld umgewandelt. Man kann durch entsprechende Forderungen widersprechen einander und das Be-Einrichtung der Rotationsachse die gewünschte dürfnis nach möglichst großer Empfindlichkeit hat Hauptrichtung des Magnetfeldes ermitteln, weil bei den Vorrang. Deshalb mußte man sich bisher mit Übereinstimmung von Feldrichtung und Drehachse 20 Aufzeichnungen zufriedengeben, die nicht sehr zudie induzierte elektromotorische Kraft in der Meß- verlässig waren, weil in komplexer Form die Werte spule ein Minimum erreicht und theoretisch den Wert der Amplituden und der zu messenden Phasen ver-Null annimmt. Auf diese Weise kann man mit einer fälscht wurden. Theoretisch ist es natürlich stets senkrechten Rotationsachse den Wert der horizon- möglich, mit einer vorherigen Eichung der betrefientalen Feldstärkekomponente und mit einer zweiten 25 den magnetischen Meßkette die Übertragungswerte gleichzeitig um eine waagerechte Achse rotierenden der Amplitude und der Phase als Funktion der ver-Spule auch die Richtung der Horizontalkomponente schiedenen Perioden zu ermitteln. Es ist jedoch klar, ermitteln. Dabei sind jedoch die dynamischen Ände- daß infolge der starken Verzerrungen die Eingangsrungen der Feldstärke den statischen Weiten über- signale nur mit erheblicher Ungenauigkeit zur Meslagert. Man erhält deshalb genauere Werte, wenn es 30 sung der verschiedenen Ausgangssignale führen, zugelingt, die statische Feldstärke auszuschalten und mal man es mit dynamischen Änderungen zu tun hat, allein die Änderungen zu übertragen. Bekanntlich bei denen die betreffenden Geräte unter erheblich spielt es keine Rolle, ob man die Feldstärke selbst anderen Bedingungen arbeiten und eine Eichung nur oder ihre Ableitung aufzeichnet, wenn man sinusför- sehr schwierig durchzuführen ist.
mige Änderungen zur Übertragung bzw. zur Auf- 10 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein zeichnung aussiebt, da die Amplituden- und Phasen- Verfahren zur Durchführung von Oberflächenmesbeziehungen zwischen sinusförmigen elektrischen Meß- sungen anzugeben, bei dem für einen größeren Fregrößen und ihren Ableitungen allgemein bekannt sind. quenzbereich eine Entzerrung der normalerweiseA magnetic field strength change in the coil to be detected, rotating at the highest possible speed, can also deliver very reliable recordings of individual periods with sufficiently high sensitivity. For this purpose, by rotating a solenoid, the static magnetic field is to be sifted out and no electrical distortion is allowed in the alternation of the measured values to be amplified. Both field converted. One can contradict each other by corresponding demands and the installation of the axis of rotation the desired may for the greatest possible sensitivity has to determine the main direction of the magnetic field, because with the priority. Therefore one had to be satisfied with the correspondence of field direction and axis of rotation 20 recordings which were not very reliable to the induced electromotive force in the measurement, because in complex form the values coil reached a minimum and theoretically the value of the amplitudes and the phases to be measured ver-zero assumes. That way you can have been counterfeited with one. Theoretically, it is of course always possible to measure the value of the horizontal axis of rotation, with a previous calibration of the field strength component concerned and with a second magnetic electrode, the amplitude and phase of the amplitude and phase as a function of the ver-coil rotating simultaneously around a horizontal axis Determine the direction of the horizontal component for different periods. It is clear, however, to identify. In this case, however, the dynamic changes - that as a result of the strong distortions, the input stanchions of the field strength over the static widths - are only superimposed with considerable inaccuracy in relation to the measurement. More precise values are therefore obtained if the various output signals are resolved, the static field strength is switched off and if dynamic changes are involved, the changes are transmitted alone. As is well known, where the devices concerned are under considerably, it does not matter whether the field strength itself is working under other conditions and only a calibration or its derivation is recorded if it is very difficult to carry out sinusoidal support.
The object of the present invention is to filter out a drawing, since the amplitude and phase methods for performing surface measurement relationships between sinusoidal electrical measurements are indicated, with the one for a larger free variable and its derivatives are well known. frequency range an equalization of the normally

Es ist eine Vorrichtung zur Durchführung magnet- durch die Meßeinrichtung verfälschten Zuordnung tellurischer Messungen bekannt, bei der die elek- 40 der elektrischen und magnetischen Signale stattfindet, trische Feldstärke durch in die Erde gesteckte Elek- Durch die Erfindung soll erreicht werden, daß die troden ermittelt wird, während die magnetische Feld- durch die Meßeinrichtung selbst verursachte komstärke mit einer Spule gemessen wird. Beide Feld- plexe Verfälschung des Meßergebnisses rückgängig stärken, deren Komponenten nach den Maxwellschen gemacht wird, so daß die tatsächlich vorhandenen Gleichungen senkrecht zueinander stehen, werden 45 Zuordnungen ohne die Fehlerquelle der Meßapparagemessen, um die durch die Erdflächen erzeugten tür registrierbar sind. Diese Aufgabe wird bei einem Verluste zu bestimmen und Rückschlüsse auf die Be- Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsschaffenheit dieser Schichten ziehen zu können. Bei gemäß dadurch gelöst, daß die Meßwerte mindestens der Wahl des magnetischen Empfängers muß als in der einen Übertragerkette, vorzugsweise in der wesentlich berücksichtigt werden, daß die Größen- 50 elektrischen Kette, zusätzlich derart verzerrt werden, Ordnung der Amplitudenänderungen des Magnetfei- daß deren Verzerrungen den vom komplexen Überdes, insbesondere innerhalb kürzerer Periodendauern, tragungsfaktor der anderen Übertragungskette herdie unterhalb einer Sekunde liegen, außerordentlich vorgerufenen Verzerrungen angepaßt werden,
klein ist. In vielen Fällen ist man jedoch bestrebt, die Zu diesem Zweck muß also mindestens eine Meß-Messungen bis auf den Bereich dieser kurzen Perio- 55 einrichtung eine zusätzliche Verzerrungsstufe erhalden von weniger als 0,01 see Dauer zu erstrecken, ten, damit beide Eingangssignale möglichst mit dem in deren Bereich die natürlichen Änderungen der gleichartigen komplexen Übertragungsfaktor auf ihre Feldstärke selten mehr als 0,01 A/cm übersteigen und Verstärkerketten übertragbar sind und die betreffendeshalb im Vergleich zur statischen Magnetfeldstärke den Phasenverschiebungen als Funktion der betrachverhältnismäßig klein sind. Andererseits ist dieser Be- 60 teten Periodendauer T identisch oder durch einen reich der kürzeren Einzelperioden von besonderer einfachen Verhältniswert zu ermitteln sind und auch geologischer Bedeutung, jedoch haben die meisten in gleicher Weise die miteinander zu vergleichenden magnetischen Meßempfänger beim gegenwärtigen Amplitudenwerte in einer ähnlich einfachen Bezie-Stand der Technick eine zu geringe Empfindlichkeit, hung zueinander stehen.A device is known for performing magnetic assignment of telluric measurements falsified by the measuring device, in which the electrical and magnetic signals take place, the electric field strength is achieved by the electrodes plugged into the earth is, while the magnetic field caused by the measuring device itself kom strength is measured with a coil. Both field plexes undo the falsification of the measurement result, the components of which are made according to Maxwell's so that the actually existing equations are perpendicular to each other, 45 assignments are measured without the error source of the measuring apparatus around the door generated by the earth's surfaces can be registered. This task is to determine in the event of a loss and to be able to draw conclusions about the nature of these layers according to the invention. In accordance with the fact that the measured values at least the choice of the magnetic receiver must be taken into account as in the one transmitter chain, preferably in the essential factor that the variable electrical chain are additionally distorted in such a way, order of the amplitude changes of the magnetic free that their distortions the extraordinary distortions caused by the complex overhead, especially within shorter periods, the load factor of the other transmission chain that are less than one second,
is small. In many cases, however, an effort is made to extend at least one measurement measurement to the area of this short periodic device with an additional distortion level of less than 0.01 seconds, so that both input signals as possible with the natural changes of the same type of complex transfer factor on their field strength seldom exceeding more than 0.01 A / cm and amplifier chains are transferable and the respective phase shifts are relatively small compared to the static magnetic field strength as a function of the observation ratio. On the other hand, this period duration T is identical or can be determined by a number of the shorter individual periods of particularly simple relative value and also geological importance, but most of the magnetic measuring receivers to be compared with one another have a similarly simple relationship with the current amplitude values -If the technique was too sensitive to relate to one another.

so daß man die mit Induktion arbeitenden Empfänger 65 Eine Vorrichtung zur praktischen Durchführungso that the induction working receiver 65 A device for practical implementation

durch Verwendung von Spulen mit einer möglichst des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßigby using coils with a method according to the invention as possible becomes expedient

großen Anzahl sehr dünner Drahtwindungen ausstat- so ausgebildet, daß zwischen die Aufnahmeelektrodenlarge number of very thin wire windings designed so that between the receiving electrodes

ten muß und außerhalb nach Möglichkeit einen Kern der elektrischen Meßkette und die Eingangsklemmenth must and outside, if possible, a core of the electrical electrode and the input terminals

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eines nachgeschalteten Meßverstärkers zusätzlich eine Übertragerstufe eingeschaltet ist, welche den zu übertragenden elektrischen Signalwerten eine der magnetischen Meßkette entsprechende Signalverzerrung überlagert, so daß die Phasenverschiebung der elektrischen Signale am Ausgang der elektrischen Kette als Funktionen des betrachteten Spektralbereiches den Phasenverschiebungen am Ausgang der magnetischen Meßkette entsprechen und die beiden Amplitudenwerte als einfaches Zahlenverhältnis der Meßgrößen erscheinen.of a downstream measuring amplifier, a transformer stage is also switched on, which the to be transmitted electrical signal values a signal distortion corresponding to the magnetic electrode superimposed so that the phase shift of the electrical signals at the output of the electrical chain as functions of the observed spectral range the phase shifts at the output of the magnetic Measurement chain and the two amplitude values as a simple numerical ratio of the measured variables to appear.

Die zusätzliche Verstärkerstufe zur Verzerrung der elektrischen Feldstärkesignale wird zweckmäßig mit einer gegenüber den äußeren Magnetfeldern beispielsweise durch Mu-Metall in bekannter Weise abgeschirmten Spule verwirklicht, deren beide Eingangsklemmen mit den Leitungen der beiden im Erdbereich angebrachten Meßelektroden verbunden sind und deren beide Ausgangsklemmen, zwischen den ein entsprechender Kondensator angeordnet ist, mit den Klemmen eines Verstärkers einer an sich bekannten Meßeinrichtung verbunden sind.The additional amplifier stage for distorting the electrical field strength signals is expedient with one shielded from external magnetic fields, for example by mu-metal, in a known manner Realized coil, whose two input terminals with the lines of the two in the earth area attached measuring electrodes are connected and their two output terminals, between the a corresponding capacitor is arranged, with the terminals of an amplifier of a known per se Measuring device are connected.

Die zusätzliche Verstärkerstufe kann grundsätzlich vor oder nach einer Spannungsverstärkung bzw. Leistungsverstärkung über ein zusätzliches Übertragungselement angekoppelt werden, bei dem zwei zueinander koaxiale Spulen auf einem gemeinsamen Luftkern aufgewickelt und durch eine Abschirmung vor der Einwirkung äußerer Felder geschützt sind. Die beiden Anschlüsse der ersten Spule bilden die Eingangsklemmen dieses Elements und stehen mit den Ausgangsklemmen eines gegebenenfalls vorgeschalteten Leistungsverstärkers in Verbindung. Die beiden Anschlüsse der zweiten Spule bilden die Ausgangsklemmen des Elementes und sind mit den Eingangsklemmen des Verstärkers zur Übertragung der zusätzlichen Verzerrungen zu verbinden. Auf diese Weise wird die statische elektrische Feldstärke eliminiert, weil das Zusatzelement eine galvanische Trennung bewirkt und infolgedessen nur Änderungen der Feldstärke überträgt.The additional amplifier stage can in principle before or after a voltage amplification or power amplification be coupled via an additional transmission element, in which two to each other coaxial coils wound on a common air core and in front of a shield are protected from the effects of external fields. The two connections of the first coil form the input terminals this element and are connected to the output terminals of a possibly upstream Power amplifier in connection. The two connections of the second coil form the output terminals of the element and are connected to the input terminals of the amplifier for the transmission of the additional Connect distortions. In this way the static electric field strength is eliminated, because the additional element causes galvanic separation and, as a result, only changes in the Transmits field strength.

In der Zeichnung sind sowohl die bekannten Meßketten dargestellt als auch dazu die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigtThe drawing shows both the known electrodes and the preferred ones Embodiments of the invention. It shows

F i g. 1 das Blockschaltbild der bekannten tellurischen Meßkette für die elektrische Feldstärke,F i g. 1 the block diagram of the known telluric measuring chain for the electric field strength,

Fig. 2 das Blockschaltbild der bekannten Meßkette zur Übertragung der magnetischen Feldstärkeänderungen, 2 shows the block diagram of the known measuring chain for the transmission of changes in the magnetic field strength,

F i g. 3 das elektrische Ersatzschaltbild zur Anordnung nach F i g. 2 undF i g. 3 the electrical equivalent circuit diagram for the arrangement according to FIG. 2 and

F i g. 4 das Prinzipschaltbild zur vorliegenden Erfindung, F i g. 4 the basic circuit diagram for the present invention,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel des Zusatzverstärkers nach F i g. 4,F i g. 5 shows an embodiment of the additional amplifier according to FIG. 4,

Fig. 6 das Blockschaltbild einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung und dazu6 shows the block diagram of a further development of the present invention and in addition

Fig. 7 die Ausführungsform des zusätzlichen Übertragungselements 34 nach F i g. 6.Fig. 7 shows the embodiment of the additional Transmission element 34 according to FIG. 6th

In F i g. 4 sind die beiden im Erdbereich 1 und 1' angeordneten Aufnahmeelektroden 2 und 2' dargestellt, welche über zwei isolierte und abgeschirmte Verbindungsleitungen mit den Eingangsklemmen 3 und 3' eines bekannten Meßverstärkers 4 in Verbindung stehen. Andererseits hat der Meßverstärker 4 zwei Ausgangsklemmen 5 und 5', von denen je eine mit je einer Eingangsklemme 6 und 6' irgendeiner bekannten, graphischen, fotografischen, mit Magnetband arbeitenden oder anderen Registriereinrichtungen 7 verbunden ist.In Fig. 4 shows the two recording electrodes 2 and 2 'arranged in the ground area 1 and 1', which are connected to the input terminals 3 and 3 'of a known measuring amplifier 4 are connected. On the other hand, the measuring amplifier 4 two output terminals 5 and 5 ', one of which each with an input terminal 6 and 6' any one known, graphic, photographic, working with magnetic tape or other recording devices 7 is connected.

In F i g. 2 ist eine Registrierkette für Änderungen des Magnetfeldes dargestellt. Diese Kette enthält einen magnetischen Empfänger, einen Verstärker und ein Registriergerät, die untereinander in dieser Reihenfolge verbunden sind. Der magnetische Empfänger ist aus einem metallischen Kern 8 hoher magnetischer Permeabilität gebildet, auf dem eine Wicklung 9 mit einer großen Anzahl untereinander isolierter Windungen angeordnet ist; in der Zeichnung sind weiterhin magnetische Kraftlinien 10 dargestellt, die dank der hohen Permeabilität von dem Kern 8 abgelenkt und konzentriert sind. Ausgangsklemmen 11 und 11' der Wicklung 9 sind mit Eingangsklemmen 12 und 12' einer Verstärkereinrichtung 13 bekannter Art verbunden, deren Ausgangsklemmen 14 und 14' wiederum mit Eingangsklemmen 15 und 15' einer bekannten Registriereinrichtung verbunden sind.In Fig. 2 shows a registration chain for changes in the magnetic field. This chain contains a magnetic receiver, an amplifier and a recorder, one below the other in that order are connected. The magnetic receiver is made of a metallic core 8 high magnetic Permeability formed on which a winding 9 with a large number insulated from one another Turns is arranged; In the drawing, magnetic lines of force 10 are also shown, the are deflected and concentrated by the core 8 thanks to the high permeability. Output terminals 11 and 11 'of the winding 9 with input terminals 12 and 12' of an amplifier device 13 are known Type connected, the output terminals 14 and 14 'in turn with input terminals 15 and 15' of a known Registration device are connected.

Es ist interessant, sich zu erinnern, wie in höchst konventioneller Weise der elektrische Stromkreis der magnetischen Registrierkette, wie er in F i g. 2 dargestellt ist, gebildet ist. In Fig. 3 sind mit P und β die physikalischen Enden der Spule 8 des magnetisehen Empfängers bezeichnet; diese Spule kann wie folgt zerlegt werden: In Reihe zwischen den Enden P und Q symbolisiert 17 den Koeffizienten der Selbstinduktion von der Größe L, 18 den Widerstand von der Größe R der Spule des Empfängers, 19 einen in die Spule geschalteten Kondensator der Größe C₁, der zu dem Zweck vorhanden ist, um bei der Aufzeichnung der Erscheinung die Eliminierung der relativ langen Perioden sicherzustellen. Die Größe C₁ kann offensichtlich unendlich sein, wenn man nicht an einer derartigen Filterung interessiert ist. Parallel zu der Selbstinduktion 17, dem Widerstand 18 und dem Kondensator 19 ist ein Kondensator 20 mit der Kapazität C₂ dargestellt, der entweder die von der Spule herrührende Kapazität oder diese letztere zusammen mit einer im Hinblick auf eine mögliche Aussiebung zugefügte Kapazität darstellt. Außerdem ist eine Eingangsimpedanz 21 des Verstärkers 13 dargestellt. Die Größe dieser Impedanz, die die Form eines reinen ohmschen Widerstandes annehmen kann, ist R. In F i g. 3 sind weiterhin die verschiedenen Klemmen, der Verstärker und das Registriergerät der Fig. 2 dargestellt.It is interesting to remember how, in a highly conventional manner, the electrical circuit of the magnetic registration chain, as shown in FIG. 2 is shown, is formed. In Fig. 3, P and β denote the physical ends of the coil 8 of the magnetic receiver; This coil can be dismantled as follows: In series between the ends P and Q , 17 symbolizes the coefficient of self-induction of size L, 18 the resistance of size R of the coil of the receiver, 19 a capacitor of size C _{1 connected to the coil} which is present for the purpose of the elimination of the relatively long periods ensure, when the recording of the phenomenon. The size C ₁ can obviously be infinite if one is not interested in such a filtering. In parallel with the self-induction 17, the resistor 18 and the capacitor 19, a capacitor 20 with the capacitance C _{2 is} shown, which represents either the capacitance originating from the coil or the latter together with a capacitance added with a view to possible screening. In addition, an input impedance 21 of the amplifier 13 is shown. The magnitude of this impedance, which can take the form of a pure ohmic resistance, is R. In FIG. 3 the various clamps, the amplifier and the recorder of FIG. 2 are also shown.

Man wird jetzt zugestehen, daß die Aufzeichnung der Änderungen des Magnetfeldes mit der an Hand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Einrichtung möglich ist, und es wird mit diesen Bedingungen, wobei auf die F i g. 4 und 5 Bezug genommen wird, die Zusammensetzung einer tellurischen Registrierkette beschrieben, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.It will now be admitted that the recording of the changes in the magnetic field with the at hand of Fig. 2 and 3 described device is possible, and it is with these conditions, being on the F i g. 4 and 5, the composition of a telluric registration chain is described, formed in accordance with the present invention.

In F i g. 4 sind die Elektroden 1 und 1' der tellurischen Leitung mit den isolierten Leitern 2 und 2' dargestellt, die diese Elektroden mit Eingangsklemmen 22 und 22' eines Generators 23 für zusätzliche Verzerrungen verbinden, der erfindungsgemäß vorgesehen ist und dessen Ausgangsklemmen 24 und 24' mit den Eingangsklemmen 3 und 3' des Verstärkers 4 der tellurischen Kette verbunden sind; über seine Ausgangsklemmen 5 und 5' ist der Verstärker 4 mit den Eingangsklemmen 6 und 6' der Aufzeichnungseinrichtung 7 verbunden. In Fig. 4 are the electrodes 1 and 1 'of the telluric line with the insulated conductors 2 and 2' shown, which these electrodes with input terminals 22 and 22 'of a generator 23 for additional Connect distortion, which is provided according to the invention and whose output terminals 24 and 24 ' connected to input terminals 3 and 3 'of amplifier 4 of the telluric chain; over his Output terminals 5 and 5 'of the amplifier 4 is connected to the input terminals 6 and 6' of the recording device 7.

In F i g. 5 ist im Detail die Ausgestaltung des Generators 23 nach F i g. 4 für die Verzerrungen dar-In Fig. 5 shows in detail the configuration of the generator 23 according to FIG. 4 for the distortions

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gestellt. Die Einrichtung ist aus einer Spule 25 ge- ziehung untereinander werden, und daß man somitplaced. The device is made up of a coil 25 drawn among one another, and that one thus

bildet, die auf einen geschlossenen Magnetkreis auf- einfach, schnell und mit Sicherheit ausgehend vonforms, which is based on a closed magnetic circuit - simply, quickly and safely based on

gewickelt ist. Ein Kondensator 26 ist parallel zu der den aufgezeichneten Größen am Ausgang der beidenis wrapped. A capacitor 26 is parallel to the recorded quantities at the output of the two

Spule 25 zwischen die Ausgangsleitungen der Spule Ketten das Verhältnis E/H und die PhasendifferenzCoil 25 between the output lines of the coil chains the ratio E / H and the phase difference

25 nach den Klemmen 24 und 24' geschaltet. Ein 5 zwischen den natürlichen Signalen am Eingang abzweiter Kondensator 27 ist in Reihe mit der Wick- leiten kann. Man sieht sofort, daß in dem im Detail lung der Spule 25 geschaltet. Der Generator 23 ist in mit Bezug auf die Figuren beschriebenen Ausfüheiner magnetischen Abschirmung 28 angeordnet, die rungsbeispiel das Verhältnis der Amplituden des teldazu bestimmt ist, parasitäre Induktionswirkungen zu lurischen Feldes zu dem magnetischen Feld mit a · T vermeiden, die von Änderungen des äußeren Magnet- io multipliziert ist, wenn man das natürliche Eingangsfeldes auf den zwischen den Klemmen 22 und 22' signal dem registrierten Ausgangssignal zuführt, woeinerseits und 24 und 24' andererseits angeordneten bei α eine von T unabhängige, einzig und allein von elektrischen Stromkreis abhängig sind. In gleicher den die beiden Ketten bildenden Elementen abhän-Weise ist in Fig. 5 die Eingangsimpedanz 29 des gige, numerische Konstante bezeichnet. Der Wert Verstärkers 4 der F i g. 4 dargestellt. 15 dieser Konstanten kann mit Hilfe der folgenden For-25 connected to terminals 24 and 24 '. A 5 between the natural signals at the input second capacitor 27 is in series with the winding can conduct. You can see immediately that in the development of the coil 25 is switched in detail. The generator 23 is arranged in relation to the embodiment of a magnetic shield 28 described with reference to the figures, the example of the ratio of the amplitudes of the field is intended to avoid parasitic induction effects to the Lurian field to the magnetic field with a T , which is caused by changes in the external magnetic field. io is multiplied when the natural input field on the signal between the terminals 22 and 22 'is fed to the registered output signal, where on the one hand and 24 and 24' on the other hand arranged at α an independent of T and solely dependent on the electrical circuit. In the same way as the elements forming the two chains, the input impedance 29 of the numerical constant is designated in FIG. 5. The value amplifier 4 of FIG. 4 shown. 15 of these constants can be

Die Elemente des Generators 23 für die zusatz- mel berechnet werden:The elements of the generator 23 are additionally calculated for:

liehen Verzerrungen der Verstärker4 und die Auf- _ _m ν·ο/ο_-ι
zeichnungsgerate 16 (F 1 g. 2 und 3) und 7 (F 1 g. 4)lent distortion of the amplifier4 and the _{recording _ m} ν · ο / ο_-ι
drawing devices 16 (F 1 g. 2 and 3) and 7 (F 1 g. 4)

sind wie folgt bestimmt. Dabei ist die beim Gegen- in der m die Permeabilität, die am Kern der die stand der magnetischen Registrierkette der Fig. 2 20 Änderungen des Magnetfeldes erfassenden Spule er- und 3 verwendete Notation wiederaufgenommen. scheint, N die Zahl der Windungen dieser Spule, Wenn K ein numerischer Koeffizient ist, der beliebig S die Oberfläche der mittleren Windung dieser Spule, sein kann, ist die Selbstinduktion der Spule 25 gleich und 1 die Entfernung ist, welche die Endelektroden KL und ihr Widerstand, in den einerseits der zwi- der tellurischen Leitung trennt. Es soll daraufhinschen den Elektroden 1 und 1' herrschenden Wider- 25 gewiesen werden, daß man den Wert der Konstanstand und andererseits derjenige der Leitungen 2 ten α durch einfache Eichung bestimmen kann: Die und 2' einbezogen ist, gleich KR. Der Kondensator Eichung kann es offensichtlich werden lassen, daß a are determined as follows. The notation used for the counterpart in the m, the permeability that is used at the core of the coil that detects changes in the magnetic field in the magnetic recording chain in FIG. 2, and 3 is used again. If K is a numerical coefficient which can be arbitrarily S the surface of the middle turn of this coil, N is the number of turns of this coil, the self-induction of the coil 25 is equal and 1 is the distance which the end electrodes KL and her Resistance in which on the one hand the inter-telluric line separates. Thereupon it should be pointed out to the electrodes 1 and 1 'that the value of the constant and on the other hand that of the lines 2th α can be determined by simple calibration: which and 2' are included, equal to KR. The capacitor calibration can show that a

26 erhält eine Kapazität C₂IK, wobei C₂ die Kapa- nicht ganz genau konstant ist, sondern geringfügig zität des Kondensators 20 ist, die in F i g. 3 parallel von einer Konstanten abweicht. Das ist ohne Einfluß zu der Spule 17 mit der Selbstinduktion L, dem Wi- 30 auf die mit der Erfindung erzielten Vorteile, denn es derstand 18 von der Größe R und dem Kondensator genügt, zur Not den rohen Werten eine sehr kleine 19 mit der Kapazität C₁ liegt. Ebenso enthält der Korrektur zuzufügen. Ebenso findet sich in dem wei-Kondensator 27 eine Kapazität C₁IK, wobei C₁ die ter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ein VorKapazität des Kondensators 19 in Reihe mit der eilen der Phase des natürlichen tellurischen Feldes E Spule 17 mit der Selbstinduktion L und dem Wider- 35 bezogen auf das magnetische Feld H einfach um π/2, stand 18 vom Wert R der F i g. 3 ist. Der Wert der wenn man die am Ausgang registrierten Signale be-Eingangsimpedanzen 29 des Verstärkers 4 ist gleich trachtet. Eine Eichung kann offensichtlich machen, KRe gewählt. Andererseits ist der Verstärker 4 der- daß diese Änderung der Phasenlage nicht vollständig art ausgelegt, wobei die Eingangsimpedanzen 29 un- konstant ist, aber eine derartige Eichung ist einfach berücksichtigt gelassen sind, daß der Verstärker 13 40 und die zusätzliche Korrektur, die sie den Messungen (Fig. 2 und 3) einerseits und der Verstärker 4 zuzufügen gestattet, ist in jeder Beziehung genau.26 is given a capacitance C ₂ IK, where C _{2 is} the capacitance not exactly constant, but rather is a slight rate of the capacitor 20, which is shown in FIG. 3 deviates from a constant in parallel. This has no effect on the coil 17 with the self-induction L, the Wi- 30 on the advantages achieved with the invention, because the size 18 of the size R and the capacitor is sufficient, if necessary the raw values a very small 19 with the capacitance C ₁ lies. Likewise, the correction includes adding. Similarly, the phase of the natural telluric field E coil is given in the white-capacitor 27 has a capacitance C ₁ IK, where C _1, the ter embodiment described above, a VorKapazität of the capacitor 19 in series rush with the 17 with the self-inductance L and the resistance 35 based on the magnetic field H simply by π / 2, 18 stood from the value R of FIG. 3 is. The value of the input impedances 29 of the amplifier 4 when the signals registered at the output are considered is the same. A calibration can make it obvious that KRe is chosen. On the other hand, the amplifier 4 is designed in such a way that this change in the phase position is not completely designed, the input impedances 29 being inconstant, but such a calibration is simply taken into account that the amplifier 13 40 and the additional correction that it makes to the measurements (Figs. 2 and 3) on the one hand and the amplifier 4 allowed to add is precise in every respect.

(F i g. 4 und 5) andererseits dieselben Übertragungs- Man sieht, daß die vorliegende Erfindung unab-(Figs. 4 and 5), on the other hand, the same transmission It can be seen that the present invention is independent

funktionen besitzen und denselben Steuerungen un- hängig davon, daß sie die Möglichkeit eröffnet, sehr terworfen sind. In gleicher Weise sind die Registrier- einfache Ausdrücke bezüglich der Phasenverschieeinrichtung 16 (F i g. 2 und 3) und die Registrierein- 45 bungen und der Beziehungen der Amplituden verrichtung 7 (Fig. 4) identisch gewählt und denselben wenden, es ermöglicht, direkte magnetische Eichun-Steuerungen unterworfen. gen zu vermeiden, die schwierig und kompliziert sindfunctions and have the same controls, regardless of the fact that they open up the possibility, very are subject to. In the same way, the registrations are simple expressions relating to the phase shifter 16 (Figs. 2 and 3) and the registration exercises and the relationships of the amplitudes 7 (Fig. 4) are chosen identically and turn the same, it enables direct magnetic calibration controls subject. avoid genes that are difficult and complicated

Weiter oben ist ausgeführt worden, daß die Ver- und die man niemals mit den Realteilen der Größen Zerrungen der Amplituden und der Phasen, die auf der magnetischen Änderungen, die man zu messen die Einheit der magnetischen Aufzeichnungskette ein- 50 hat, durchführen kann. Die Erfindung erfordert nur wirken und zwischen dem natürlichen Eingangssignal Messungen, die auf den Koeffizienten der Selbst- und dem registrierten Ausgangssignal hervorgerufen induktion, auf der Permeabilität, auf der mittleren sind, von den verschiedensten Elementen bestimmt Oberfläche der Windung des magnetischen Empfänsind, die die Kette bilden, und komplizierte Funk- gers, auf der Anzahl der Windungen dieses Empfäntionen der Periode T sind. Die von der tellurischen 55 gers, auf der Entfernung zwischen den Elektroden der Aufzeichnungskette ausgehenden Verzerrungen sind tellurischen Leitung und auf der Periode der Erscheifür ihren Teil ebenfalls mehr oder weniger kompli- nung beruhen.It has been stated above that one can never perform distortions of the amplitudes and phases on the magnetic changes that one has to measure the unit of the magnetic recording chain with the real parts of the quantities. The invention requires only to act and between the natural input signal measurements that are on the coefficient of self and the registered output signal induced induction, on the permeability, on the mean, determined by the most varied of elements surface of the winding of the magnetic sensor that make up the chain form, and complex Funkger, on which the number of turns of this sensation of the period T are. The distortions emanating from the telluric 55 gers, on the distance between the electrodes of the recording chain, are telluric conduction and on the period of the eruption are also based on their part, more or less complication.

zierte Funktionen der Periode T, diese tellurischen Es muß noch angegeben werden, daß das Problemgraced functions of the period T, these telluric It must still be stated that the problem

Verzerrungen sind von vornherein ohne einfache Be- noch weiter vereinfacht ist in dem Fall, wo man als ziehung mit den magnetischen Verzerrungen, wenn 60 magnetischen Empfänger eine Spule verwendet, die man nicht besondere Vorkehrungen trifft, um diese Windungen von relativ großem Durchmesser besitzt, herbeizuführen. Die vorliegende Erfindung gestattet was es ermöglicht, die Verwendung eines metallischen es dank der noch zu beschreibenden Mittel genau, Kerns mit hoher magnetischer Permeabilität zu verdie als in einfacher Beziehung zueinander stehend be- meiden: In diesem Fall ist die auftretende Permeabilizeichneten Verzerrungen für jede isoliert betrachtete 65 tat gemäß der Definition gleich 1. Die Vereinfachun-Periode T derart herbeizuführen, daß die magne- gen und die Genauigkeit, die so erzielt werden, sind tischen und tellurischen Verzerrungen, wenn nicht nachfolgend im Zuge der Beschreibung des Ausfühidentisch, so doch zumindest zu einer einfachen Be- rungsbeispiels angegeben.Distortions are simplified from the outset without any simple constraints, which is even further simplified in the case where one is called draw with the magnetic distortions when using a coil that 60 magnetic receiver no special precautions are taken to have these coils of relatively large diameter, bring about. The present invention allows what makes it possible to use a metallic thanks to the means to be described, it is precisely to earn a core with high magnetic permeability than to avoid standing in a simple relationship to one another: In this case the occurring permeability is shown Distortions for each 65 considered in isolation did, by definition, equal 1. The simplification period T must be brought about in such a way that the magne- tes and the accuracy that are achieved in this way are table and telluric distortions, if not identical in the course of the description of the execution, so at least given for a simple example.

Zur Aufnahme der Änderungen des magnetischen Erdfeldes ist eine Spule mit 153 000 ringförmigen Windungen verwendet worden, von denen die mittlere Windung einen Durchmesser von 52 cm besitzt und das Gesamtgewicht des magnetischen Empfängers einschließlich Gehäuse etwa 250 kg beträgt. Dieser Empfänger ist an die Klemmen einer Aufzeichnungskette angeschlossen, wie es vorstehend angegeben wurde.To accommodate the changes in the earth's magnetic field, a coil with 153,000 is ring-shaped Turns have been used, of which the middle turn has a diameter of 52 cm and the total weight of the magnetic receiver including housing is approximately 250 kg. This Receiver is connected to the terminals of a recording chain as indicated above would.

Die Generatoreinrichtung für die Erzeugung der Verzerrungen nach der Erfindung besitzt die folgende Ausführung:The generating means for generating the distortion according to the invention has the following Execution:

Eine Spule mit etwa 42 000 Windungen, die auf einen geschlossenen Magnetkreis mit einem Querschnitt von 5,65 cm² und einer mittleren Länge von 23 cm gewickelt ist. Als Metall für den Magnetkreis wurde »Anhyster« verwendet, eine hysteresefreie Eisenlegierung der Marktbezeichnung »Anhyster«.A coil with about 42,000 turns wound on a closed magnetic circuit with a cross section of 5.65 cm ² and an average length of 23 cm. "Anhyster", a hysteresis-free iron alloy with the market name "Anhyster", was used as the metal for the magnetic circuit.

Die von der Spule und dem geschlossenen Magnetkreis gebildete Einheit ist von einem doppelten Gehäuse aus Mu-Metall geschützt, dessen Außenseiten 19 cm/ 19 cm/ 15 cm betragen. Das Gewicht der Einheit liegt bei 4,7 kg.
Man kann unter der Voraussetzung, daß die Spannungen, die im Spiel sind, und die Größenordnung der Größe der Selbstinduktion, mit der man zu tun hat, gegeben sind, sehr genau die Selbstinduktion und den Widerstand des Generators für die Verzerrungen justieren, so daß sie praktisch identisch mit denen der Spule sind, die als magnetische Empfänger dient.The unit formed by the coil and the closed magnetic circuit is protected by a double casing made of mu-metal, the outer sides of which are 19 cm / 19 cm / 15 cm. The weight of the unit is 4.7 kg.
Given the voltages involved and the magnitude of the magnitude of the self-induction one is dealing with, one can very precisely adjust the self-induction and the resistance of the generator to the distortions so that they are practically identical to those of the coil that serves as a magnetic receiver.

Der magnetische Empfänger könnte durch Verwendung eines Kondensators bestimmter Kapazität, der parallel zwischen seine Ausgangsklemmen gelegt wird, auf eine gegebene Frequenz abgestimmt werden. Ein mit dem vorstehend genannten Kondensator identischer Kondensator befände sich dann zwischen den Ausgangsklemmen des Generators für die Verzerrungen. Wenn der Generator für die Verzerrungen erfindungsgemäß verwendet und in eine mit der Aufzeichnungskette, die sich zwischen den Klemmen des magnetischen Empfängers befindet, identische Aufzeichnungskette eingeschaltet wäre, wäre der Wert der Konstanten α gleich NS/2nl. The magnetic receiver could be tuned to a given frequency by using a capacitor of certain capacitance placed in parallel between its output terminals. A capacitor identical to the capacitor mentioned above would then be located between the output terminals of the generator for the distortions. If the generator for the distortions were used according to the invention and connected to a recording chain identical to the recording chain located between the terminals of the magnetic receiver, the value of the constant α would be NS / 2nl.

Unter diesen Bedingungen sind die Fehler für N im ungünstigen Fall geringer als Vioo; ebenso sind die Fehler für S nicht schlechter als Vioo. Was die Fehler für 1 angeht, kann man davon ausgeben, daß sie den Wert Vioo nicht überschreiten.Under these conditions the worst case errors for N are less than Vioo; likewise, the errors for S are no worse than Vioo. As for the errors for 1, it can be assumed that they do not exceed the value Vioo.

Schließlich ist das Voreilen der Phasen des tellurischen Feldes E bezogen auf das magnetische Feld H tatsächlich nicht größer als π/2, wenn man die registrierten Ausgangssignale betrachtet.Finally, the lead of the phases of the telluric field E in relation to the magnetic field H is actually no greater than π / 2, if one considers the registered output signals.

In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist es natürlich möglich, einen Kondensator in Reihe einerseits zu der Spule, die als magnetischer Empfänger dient, und andererseits zu dem Generator für die Verzerrungen zu schalten, um im Falle des magnetischen Empfängers die relativ langen Perioden, im Falle des Generators für die Verzerrungen die relativ langen Perioden und die Gleichspannung zu eliminieren. Tatsächlich wurde bei der tellurischen Aufzeichnungskette eine Aussiebung vorgenommen, die es ermöglichte, jegliche sich zwischen den Elektroden der tellurischen Leitung bildenden Gleichspannung zu eliminieren. Dadurch wurde es verhindert, auf zusätzliche Einrichtungen zurückgreifen zu müssen, außerdem ist die Eliminierung dieser Spannung für eine gute Aufzeichnung notwendiig. Das ist der dritte Vorteil der Erfindung, obwohl er von nicht ganz so großer Bedeutung ist wie die schon erwähnten Vorteile. In the example described above it is of course possible to have a capacitor in series on the one hand to the coil, which serves as a magnetic receiver, and, on the other hand, to the generator for the distortions to switch to the relatively long periods in the case of the magnetic receiver, in the case of the Generator to eliminate the distortions the relatively long periods and the DC voltage. In fact, a screening was carried out on the telluric record chain that made it possible to to eliminate any DC voltage developing between the electrodes of the telluric line. This prevented having to resort to additional facilities, as well Elimination of this voltage is necessary for a good record. This is the third Advantage of the invention, although it is not quite as important as the advantages already mentioned.

Dem Gegenstand des zweiten Ausführungsbeispiels ist noch hinzuzufügen, daß die Aufzeichnungen der Änderungen des Magnetfeldes durch die Einrichtung sichergestellt ist, die am Gegenstand der F i g. 2 und 3 beschrieben wurde; unter diesen VoraussetzungenThe subject of the second embodiment should also be added that the records of the Changes in the magnetic field is ensured by the device which is based on the subject of FIG. 2 and 3 has been described; Under these conditions

ίο wird mit Bezugnahme auf die F i g. 6 und 7 die Zusammensetzung einer Variante der tellurischen Aufzeichnungskette beschrieben, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.ίο is with reference to the F i g. 6 and 7 the composition a variant of the telluric recording chain described, which according to the present Invention is formed.

In F i g. 6 sind die Elektroden 1 und V der tellurischen Leitung mit den isolierten Leitern 2 und 2' dargestellt, die die Elektroden mit Klemmen 30 und 30' einer Verstärkereinrichtung 31 bekannter Art verbinden, der z. B. durch eine Stufe eines Spannungsverstärkers gebildet sein kann, der eine geeignete Verstärkerstufe für die Leistung nachfolgt. Die Ausgangsklemmen 32 und 32' des Verstärkers 31 sind mit Eingangsklemmen 33 und 33' eines ersten Elementes 34 des Generators für die zusätzlichen Verzerrungen verbunden, der erfindungsgemäß ausgebildet ist und der nachfolgend beschrieben werden wird. Die Ausgangsklemmen 35 und 35' des Elementes 34 sind mit den Eingangsklemmen 22 und 22' des zweiten Elementes 23 des Generators für die zusätzlichen Verzerrungen verbunden. Die Ausgangsklemmen 24 und 24' des Elementes 23 sind mit den Eingangsklemmen 3 und 3' des Verstärkers 4 der tellurischen Kette verbunden; über seine Ausgangsklemmen 5 und 5' ist der Verstärker 4 mit den Eingangsklemmen 6 und 6' der Aufzeichnungseinrichtung 7 verbunden. In Fig. 6, the electrodes 1 and V of the telluric line are shown with the insulated conductors 2 and 2 ', which connect the electrodes to terminals 30 and 30' of an amplifier device 31 of a known type, the z. B. can be formed by a stage of a voltage amplifier, which follows a suitable amplifier stage for the power. The output terminals 32 and 32 'of the amplifier 31 are connected to input terminals 33 and 33' of a first element 34 of the generator for the additional distortions, which is designed according to the invention and which will be described below. The output terminals 35 and 35 'of the element 34 are connected to the input terminals 22 and 22' of the second element 23 of the generator for the additional distortions. The output terminals 24 and 24 'of the element 23 are connected to the input terminals 3 and 3' of the amplifier 4 of the telluric chain; The amplifier 4 is connected to the input terminals 6 and 6 'of the recording device 7 via its output terminals 5 and 5'.

In F ig. 7 ist im Detail die Einrichtung 34, die das erste Element des Verstärkers für die zusätzlichen Verzerrungen bildet, dargestellt. Die Einrichtung ist aus einer ersten Spule 36 gebildet, deren beide Enden mit den Klemmen 33 und 33' verbunden sind. Diese Spule 36 ist durch eine Selbstinduktion L₁ und einen Widerstand R₁ bestimmt. Das Element 34 enthält eine zweite Spule 37 koaxial zu der Spule 36. Diese Spule 37 hat eine Selbstinduktivität L₂, einen WiderstandR₂; ihre beiden Enden sind mit den Ausgangsklemmen 35 und 35' verbunden.In Fig. 7 shows in detail the device 34 which forms the first element of the amplifier for the additional distortions. The device is formed from a first coil 36, both ends of which are connected to the terminals 33 and 33 '. This coil 36 is determined by a self-induction L ₁ and a resistor R ₁ . The element 34 contains a second coil 37 coaxial with the coil 36. This coil 37 has a self-inductance L ₂ , a resistance R ₂ ; both ends of which are connected to output terminals 35 and 35 '.

Die Spulen 36 und 37 sind auf einen Luftkern gewickelt. Zwischen den Spulen 36 und 37 existiert eine Gegeninduktivität M. Um parasitäre induktive Wirkungen, die von Änderungen des äußeren Magnetfeldes herrühren, zu vermeiden, ist eine magnetische Abschirmung 38 vorgesehen, die so ausgeführt ist, daß ihre Gegenwart nicht die Selbstinduktivitäten L₁, L₂ und die Gegeninduktivität M beeinflußt.The coils 36 and 37 are wound on an air core. A mutual inductance M exists between the coils 36 and 37. In order to avoid parasitic inductive effects resulting from changes in the external magnetic field, a magnetic shield 38 is provided which is designed so that its presence does not affect the self-inductances L ₁ , L ₂ and the mutual inductance M influences.

Die Ausbildung des zweiten Elements 23 des Generators für die zusätzlichen Verzerrungen ist genau identisch mit derjenigen des vorstehend mit Bezug auf die F i g. 5 beschriebenen Generators 23 für die Verzerrungen; dasselbe trifft zu für den Verstärker 4 und die Aufzeichnungseinrichtungen 16 (Fig. 2 und 3) und 7 (F i g. 4). Diese verschiedenen Elemente sind hier in der selben Weise bestimmt, wie es mit Bezug auf das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben wurde; jedoch ist im vorliegenden Fall die Summe des Widerstandes der Spule 25 und des Widerstandes der Spule 37 gleich KR, und die Summe der Selbstinduktivitäten der Spule 25 und der Spule 37 gleich KL, wobei L und R The design of the second element 23 of the generator for the additional distortions is exactly identical to that of the above with reference to FIG. 5 described generator 23 for the distortions; the same is true for the amplifier 4 and the recording devices 16 (Figs. 2 and 3) and 7 (Fig. 4). These various elements are determined here in the same way as was indicated with reference to the first embodiment of the invention described above; however, in the present case the sum of the resistance of the coil 25 and the resistance of the coil 37 is equal to KR, and the sum of the self-inductances of the coil 25 and the coil 37 is equal to KL, where L and R

durch die Schaltsymbole 17 und 18 der F i g. 3 wiedergegeben sind.by the circuit symbols 17 and 18 of FIG. 3 are reproduced.

Die Spulen 37 und 36 sind derart ausgeführt, daß das tellurische Erregersignal nach Durchgang in dem Verstärker 31 und in der Spule 36 in der Spule 37 eine Erregung erzeugt, die für das für die Verwendung interessante Frequenzband proportional etwa einem Hundertstel z. B. der Ableitung des elektrischen Feldes nach der Zeit ist. Man sieht sofort, daß im vorstehenden Ausführungsbeispiel (F i g. 6 und 7) die Beziehung der Amplituden des tellurischen Feldes zum magnetischen Feld mit einer Kontastanten b multipliziert wird, wenn man von dem natürlichen Eingangssignal zu dem registrierten Ausgangssignal übergeht. Die numerische Konstante b ist unabhängig von T, hängt vielmehr allein von den die zwei Ketten bildenden Elementen ab. Der Wert dieser Konstanten ist durch die Formel auszudrücken:The coils 37 and 36 are designed in such a way that the telluric excitation signal after passing through the amplifier 31 and in the coil 36 in the coil 37 generates an excitation which is proportional to about a hundredth z for the frequency band of interest for use. B. the derivation of the electric field with respect to time. It can be seen immediately that in the previous embodiment (FIGS. 6 and 7) the relationship of the amplitudes of the telluric field to the magnetic field is multiplied by a constant b when moving from the natural input signal to the registered output signal. The numerical constant b is independent of T, but depends solely on the elements that make up the two chains. The value of this constant is expressed by the formula:

b = mNSRJMlPb = mNSRJMlP

2020th

in der M, N, S und L die selbe Bedeutung haben, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in der .R₁ der Widerstand der Spule 36, M die Gegeninduktivität zwischen den Spulen 36 und 37 und P der der ersten Stufe des Verstärkers 31 gegebene Verstärkungsfaktor ist.in which M, N, S and L have the same meaning as in the first embodiment of the invention, and in the .R ₁ the resistance of the coil 36, M the mutual inductance between the coils 36 and 37 and P of the first stage of the Amplifier 31 is given gain factor.

Man kann hier die Konstante b durch eine einfache Eichung bestimmen: Die Eichung kann es offensichtlieh machen, daß b nicht genau konstant ist, jedoch nur sehr wenig von einer Konstanten abweicht. Das ist ohne Einfluß auf die mit der Erfindung erzielten Vorteile, denn es genügt, den rohen Werten dann eine geringe Korrektur zuzufügen. Ebenso bleibt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung die zwischen dem natürlichen elektrischen FeIdE und dem Magnetfeld H existierende Phasenverschiebung konstant, wenn man die registrierten Ausgangssignale betrachtet, und ist daher nicht mehr an den Wert der Periode gebunden. The constant b can be determined here by a simple calibration: The calibration can make it obvious that b is not exactly constant, but deviates only very little from a constant. This has no effect on the advantages achieved with the invention, because it is sufficient to then add a slight correction to the raw values. Likewise, in the second exemplary embodiment of the invention, the phase shift existing between the natural electrical field and the magnetic field H remains constant when the registered output signals are considered, and is therefore no longer tied to the value of the period.

Alle mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung genannten Vorteile finden sich somit wieder, es ergeben sich jedoch noch zusätzliche Vorteile. Tatsächlich sind die dem vorliegenden Beispiel anhaftenden Vorteile, sowohl was die Amplitudenbeziehungen als auch was die Phasenverschiebungen anbetrifft, auf Ausgangssignale zu verallgemeinern, die den Ansprechzeiten der beiden Aufzeichnungsketten entsprechen, wenn das Niveau der Erscheinung sich plötzlich ändert. Das macht eine sehr große Selektivität in der Analyse der natürlichen Erscheinungen möglich, ohne daß Fehler in die Berechnung der Amplitudenbeziehungen und der Messung der Phasenverschiebungen eingeführt werden müßten. Es wird somit möglich, in diese Rechnungen nicht nur Messungen, die Amplitude für Amplitude durchgeführt wurden, eingehen zu lassen, sondern auch Integrale, die durch Ausgangssignalspannungen als Funktion der Zeit definiert sind, und dieses für ein gegebenes Zeitintervall und eine gegebene Periode. Die Werte der Beziehungen E/H und der Phasenverschiebungen sind somit über statische Messungen aufgestellt, was ebenso eine größere Geschwindigkeit als auch eine größere Sicherheit bei der Untersuchung der Meßergebnisse ermöglicht.All the advantages mentioned with reference to the first exemplary embodiment of the invention are thus found again, but there are still additional advantages. Indeed, the advantages inherent in the present example, both in terms of amplitude relationships and phase shifts, can be generalized to output signals corresponding to the response times of the two recording chains when the level of the phenomenon suddenly changes. This enables a very high degree of selectivity in the analysis of natural phenomena, without errors having to be introduced into the calculation of the amplitude relationships and the measurement of the phase shifts. It is thus possible to include in these calculations not only measurements carried out amplitude by amplitude, but also integrals, which are defined by output signal voltages as a function of time, and this for a given time interval and a given period. The values of the relationships E / H and the phase shifts are thus established using static measurements, which also enables greater speed and greater reliability when examining the measurement results.

Außerdem gestattet die Anordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (F i g. 6 und 7) nicht nur in absoluter Weise jede tellurische Gleichspannung zu eliminieren, so groß sie auch sein mag, sondern gestattet auch jede in kontinuierlicher Weise abgeleitete Spannung zu eliminieren in dem Maß, in dem man z. B. die Kondensatoren 27 und 19 verwendet.In addition, the arrangement according to the second embodiment (Figs. 6 and 7) does not only allow to eliminate in an absolute way every telluric direct voltage, however large it may be, but rather also allows any continuously derived voltage to be eliminated to the extent that one z. B. the capacitors 27 and 19 are used.

Andererseits ist es bekannt, daß für Perioden, die größer sind als eine Sekunde, das Maß des natürlichen elektrischen Feldes mit der Periode wächst. Aus diesem Grunde sind, dank der Tatsache, daß die Ausgangssignale der tellurischen Aufzeichnungskette nicht mehr von Änderungen des tellurischen Feldes abhängen, sondern von Änderungen der Ableitung dieses tellurischen Feldes nach der Zeit, die in den Aufzeichnungsgeräten von dem tellurischen Weg für eine gegebene Steuerung annähernd konstant in diesem Bereich des Spektrums: Eine sehr viel einfachere und sehr viel wirksamere Filterung der verschiedenen interessanten Perioden ist somit für den Forscher möglich.On the other hand, it is known that for periods greater than one second, the measure of the natural electric field grows with the period. Because of this, thanks to the fact that the Output signals of the telluric recording chain no longer reflect changes in the telluric field depend, but on changes in the derivative of this telluric field with respect to time, which in the Recorders of the telluric path for a given control approximately constant in this Range of the spectrum: a much simpler and much more effective filtering of the various interesting periods is thus possible for the researcher.

In dem folgenden praktischen Beispiel hat man den magnetischen Empfänger des ersten Zahlenbeispiels verwendet und als zweites Generatorelement für die Erzeugung der Verzerrung den in diesem Beispiel verwendeten Generator für die Verzerrung; das erste Element des Generatos für die Verzerrung besitzt folgende Abmessungen:In the following practical example one has the magnetic receiver of the first numerical example and used as the second generator element for generating the distortion in this example used generator for distortion; the first element of the generation for distortion has the following Dimensions:

Die Spule 36 ist eine zylindrische Spule, die 1050 Windungen eines Drahtes mit einem Durchmesser von 0,25 mm enthält. Ihr äußerer Durchmesser beträgt 9,25 cm und ihre Länge 2 cm.
Die Spule 37 besitzt zylindrische Form und ist koaxial mit der ersten angeordnet. Sie besitzt einen äußeren Durchmesser von 7 cm, 36 000 Windungen aus einem Draht mit V100 Durchmesser und eine Länge von 2 cm. Die Gegeninduktivität beträgt somit 1,27 Henry. Das Gewicht der beiden Spulen einschließlich Gehäuse beträgt etwa 500 g. Die durch diese beiden Spulen gebildete Einheit ist in einem Gehäuse aus Mu-Metall gelagert, dessen Außenabmessungen 36 cm / 36 cm / 14 cm betragen.The coil 36 is a cylindrical coil containing 1050 turns of wire with a diameter of 0.25 mm. Its outer diameter is 9.25 cm and its length is 2 cm.
The coil 37 has a cylindrical shape and is arranged coaxially with the first. It has an outer diameter of 7 cm, 36,000 turns of a wire with a V100 diameter and a length of 2 cm. The mutual inductance is thus 1.27 henry. The weight of the two coils including the housing is around 500 g. The unit formed by these two coils is mounted in a housing made of mu-metal, the external dimensions of which are 36 cm / 36 cm / 14 cm.

Für Perioden innerhalb einer Sekunde wurde das elektrische Feld angenähert mit V100 abgeleitet. Die Werte für R₁, M und P konnten leicht mit etwa V100 bestimmt werden. Man hat somit in sehr befriedigender Weise die für diese zweite Ausführungsart angekündigten Vorteile erzielen können.For periods within one second, the electric field was derived approximately with V100. The values for R ₁ , M and P could easily be determined to be about V100. The advantages announced for this second embodiment have thus been achieved in a very satisfactory manner.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for determining the thickness and quality of layers by surface measurement by comparing two more interdependent according to Maxwell's field equations Field strength components, especially the horizontal component of the magnetic surface field and a horizontal component of the electric field strength perpendicular thereto, with the temporal changes associated with one another both field strengths each over a certain spectral range from the whole Frequency spectrum sorted out, transmitted via two separate electrodes and then used for determination their amplitude and phase dependence are compared with each other, thereby characterized in that the measured values are at least in one transmission chain, preferably in the electric chain, additionally derar; are distorted that their distortions the from the complex transfer factor of others

Distortions caused in the transmission chain are adapted.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that that between the receiving electrodes (2, 2 ') of the electrical electrode and the input terminals (3, 3 ') of a downstream measuring amplifier (4) additionally switched on a transformer stage (23) is what the electrical to be transmitted

A signal distortion corresponding to the magnetic electrode (13, 16) is superimposed on the signal values, so that the phase shift of the electrical signals at the output of the electrical chain (7) as Functions of the observed spectral range the phase shifts at the output of the magnetic Measurement chain (16) and the two amplitude values as a simple numerical ratio of the measurands appear.

1 sheet of drawings