DE2020098A1

DE2020098A1 - Method and device for the transmission of electrical vibrations through the earth

Info

Publication number: DE2020098A1
Application number: DE19702020098
Authority: DE
Inventors: Brown Graydon Lester
Original assignee: Continental Oil Co
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1970-11-05
Also published as: GB1257299A; AU1203670A

Description

82i6-7O/br.v.B/E82i6-7O / br.v.B / E

üssw 819,271üssw 819.271

Piled: April 25, I969Piled: April 25, 1969

Continental Oil Company Ponca City, Oklahoma, V.St.A.Continental Oil Company Ponca City, Oklahoma, V.St.A.

Verfahren und Einrichtung zur übertragung elektrischer Schwingungen durch die Erde " Method and device for the transmission of electrical vibrations through the earth "

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur übertragung elektrischer Schwingungen durch die Erde, insbesondere zwischen der Erdoberfläche und einem unterirdischen Ort.The present invention relates to methods and devices for the transmission of electrical vibrations through the earth, especially between the surface of the earth and an underground one Location.

Das vorliegende Verfahren und die vorliegende Einrichtung können insbesondere zur Nachrichtenübermittlung, z.B. zur Herstellung einer Sprechverbindung, oder zur Ortung verwendet werden . The present process and facility can be used in particular for the transmission of messages, e.g. to establish a voice connection, or for localization.

Wachrichtenübertragungsoysteme, bei denen die Erde als Ausbreitungsmedium. .oder elektrischer Leiter verwendet wird, sind bekannt. Im allgemeinen sind dabei sowohl der Sender als auch der Empfänger galvanisch mit der Erde gekoppelt. Bei drahtlosen Übertragungssystemen, bei denen die Sendung und der Empfang mittels einer Antenne, z.B. einem Dipol, erfolgt, ist es ferner bekannt, ein sogenanntes Gegengewicht mit der Erde zu koppeln. Bei in jüngerer .Zeit entwickelten Nachrichtenübertragungssystemen ist es bekannt, mit speziellen Trägern zu arbeiten und bestimmte Eigenschaften der Erde, Effekte, die in der Wirkung einer Hochfre-Telecommunications systems that use the earth as the medium of propagation. .Or electrical conductors are used are known. In general, both the sender and the Receiver galvanically coupled to earth. In wireless transmission systems in which the transmission and reception by means of an antenna such as a dipole, it is also known to couple a so-called counterweight to earth. At younger . Time developed communication systems it is known to work with special carriers and have certain properties of the earth, effects that are in the effect of a high frequency

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quenzleitung vergleichbar sind, usw. auszunutzen. Für die Erzeugung und Modulation des Trägers werden dabei jedoch komplizierte elektronische Geräte benötigt und zum Senden und wie zum Empfang ist eine galvanische Kopplung oder Verbindung mit entsprechend verankerten elektrischen Dipolen erforderlich, um die nötige Einbzw. Auskopplung der elektrischen Energie zu gewährleisten. Die bekannten Verfahren und Einrichtungen lassen sowohl hinsichtlich ihrer Eignung zur Nachrichtenübermittlung als auch der Möglichkeit, genauere Ortungen durchzuführen, zu wünschen übrig.quenzleitung are comparable, etc. to be exploited. For the generation and modulation of the carrier, however, complicated electronic devices are required for both transmission and reception a galvanic coupling or connection with appropriately anchored electrical dipoles is required in order to achieve the necessary incorporation. To ensure decoupling of the electrical energy. the known methods and facilities both with regard to their suitability for message transmission and the possibility of to carry out more precise localizations left something to be desired.

Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und ein Verfanren sowie eine Einrichtung zur Übertragung elektrischer Schwingungen durch die Erde oder den Erdboden angegeben werden, die einfach und zuverlässig sind und zumindest auf der Empfangsseite keine direkte Verbindung mit der Erde benötigen.The present invention is intended to avoid these disadvantages and to mislead and a device for transmission electrical vibrations through the earth or the ground are given, which are simple and reliable and at least on the receiving side do not need a direct connection to the earth.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine elektrische Wechselspannung mit einer im Tonfrequenzbereich liegenden Frequenz erzeugt und an einem ersten Ort leitend, oder galvanisch in die Erde gekoppelt wird, daß diese Spannung an einan zweiten Ort von der Erde induktiv empfangen wird und daß aus der ^ empfangenen Spannung durch Leistungsverstärkung ein nutzbares Signal und eine nutzbare Anzeige erzeugt werden.According to the invention, this object is achieved in that an electrical alternating voltage with an audio frequency range generated frequency and conductive at a first location, or is galvanically coupled into the earth, that this voltage is inductively received at a second location from the earth and that from the ^ received voltage by power amplification a usable signal and a usable display can be generated.

Das vorliegende Verfahren eignet sich sowohl zur Nachrichtenübermittlung durch die Erde als auch zur Bestimmung des Ortes einer innerhalb der Erde befindlichen Schwingungsquelle.The present method is suitable for both message transmission through the earth as well as to determine the location of a vibration source located within the earth.

Insbesondere wird eine tonfrequente Wechselspannung durch einen elektrischen Dipol direkt* in die Erde gekoppelt, so daß sie sich durch die Erde ausbreitet,und mit der Erde sind an einem entfernten Ort eine magnetische Empfangsvorrichtunp" und ein Empfänger-Verstärker induktiv gekoppelt, um die elektrische Energie zu empfangen, die sich vorn Sendeort aus ausgebreitet hat, und die empfangene Energie zu verstärken sowie in geeigneter Weise wiederzugeben. In particular, an AC voltage with an audio frequency is coupled directly * into the earth by an electric dipole, so that it spreads through the earth, and are at one with the earth remote location a magnetic receiving device and a receiver amplifier inductively coupled to receive the electrical energy that has propagated from the transmitting location, and the to amplify received energy and to reproduce it in a suitable manner.

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Bei einer speziellen Anwendung des vorliegenden Verfahrens .-wird eine magnetische Empfängerspule an der Erdoberfläche oder auch beispielsweise in einem Stollen geradlinig bewegt und die von einem unterirdischen Senderverstärker und einem elektrischen Dipol erzeugte Feldstärke wird gemessen und gegebenenfalls aufgezeichnet j um den Sendeort zu bestimmen, z.B. um bei einem Bergwerksunglück die Richtung für eine Säuerstoffzuführungs- oder Versorgungsbohrung zu bestimmen.In a special application of the present method .-becomes a magnetic receiver coil on the earth's surface or, for example, moved in a straight line in a tunnel and that of an underground transmitter amplifier and an electrical one The field strength generated by the dipole is measured and, if necessary, recorded in order to determine the transmission location, e.g. for a Mining disaster set the direction for an oxygen supply or To determine supply bore.

Die Einrichtungen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens sind einfach, leicht und billig, sodaß sie sich ausgezeichnet für Vermessungsarbeiten sowie HiIfs-und Rettungsgeräte für Bergwerksunglücke und dgl. eignen. Die vorliegenden Einrichtungen sind nämlich auch mit ihrer Energieversorgung leicht tragbar und können in Stollen und Schächten ohne Schwierigkeiten gehandhabt werden. Auch für viele andere Nachrichtenübermittlungs- und Ortungszwecke sind die vorliegenden Verfahren und Einrichtungen hervorragend geeignet. ■ - ■ ■ ■The facilities for carrying out the present proceedings are simple, light and cheap, making them excellent Suitable for surveying work as well as auxiliary and rescue equipment for mining accidents and the like. The present facilities are namely easily portable and can also with their energy supply can be handled without difficulty in tunnels and shafts. The present methods and devices are also excellent for many other communication and location purposes suitable. ■ - ■ ■ ■

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:Embodiments of the invention are based on the following explained in more detail in the drawing, it shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Bergwerks mit Querstollen;Fig. 1 shows a section through part of a mine with Cross tunnels;

Fig; 2 eine Draufsicht des Bergwerks gemäß Fig. 1, in der die unterirdischen Stollen und der Anschluß eines Sendedippls dargestellt sind; :Fig; 2 is a plan view of the mine according to FIG. 1, in which the underground tunnels and the connection of a transmission dippl are shown are; :

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Signalamplitude in Abhängigkeit vom Abstand, wie .sie mit der Einrichtung gemäß Fig. 1 gemessen v/erden kann;Fig. 3 is a graphic representation of the signal amplitude in Depending on the distance, as you can with the device according to Fig. 1 can be measured;

Fig.. k eine Fig. 1 entsprechende Ansicht mit einer Einrichtung, die mit einer anderen Empfangvorrichtung arbeitet;FIG . K shows a view corresponding to FIG. 1 with a device which operates with another receiving device;

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Pig. 5 eine graphische Darstellung der Signalamplitude in Abhängigkeit vom Ort längs der Erdoberfläche, wie sie mit der Einrichtung gemäß Pig. 4 gemessen werden kann;Pig. 5 shows a graph of the signal amplitude in FIG Dependence on the location along the surface of the earth as they are with the facility according to Pig. 4 can be measured;

Fig. 6 eine Schnittansicht, die einen Teil der Erdoberfläche mit einer dort angeordneten Sende- und Empfangsstation, die mit einer entsprechenden Station in einem Stollen in Verbindung steht, zeigt, undFig. 6 is a sectional view showing part of the earth's surface with a transmitting and receiving station located there, which is connected to a corresponding station in a tunnel, shows, and

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Bergwerks übervrachungs an lage, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.7 is a plan view of an embodiment of a mine Surveillance system that is made in accordance with the teachings of this Invention is constructed.

In Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Schnitt durch den Erdboden 10, die Erdoberfläche 12 und eine Anzahl von Querstollen 1*1, 16 und 18 dargestellt. Die Querstollen können durch Längsstollen 20 verbunden sein, wie die Draufsicht gemäß Fig. 2 zeigt. Im Längsstollen 20 befindet sich ein Sender 22, der durch die örtliche Energieversorgung des Bergwerks gespeist sein kann und mit seinem Ausgang an einen elektrischen Dipol 24 angeschlossen ist, der aus Leitern 26, 28 besteht, die jeweils an beabstandeten Punkton durch einen elektrisch leitenden Verankerungepflock 30 verbunden sind. Die Verankerungspflöcke "50 sind in die Erde 10 eingeschlagen oder auf andere Weise eingeführt und stehen in elektrischem Kontakt mit dieser.In Fig. 1 and 2 is a schematic section through the ground 10, the surface of the earth 12 and a number of transverse tunnels 1 * 1, 16 and 18 shown. The transverse tunnels can go through longitudinal tunnels 20 be connected, as the plan view of FIG. 2 shows. In the longitudinal tunnel 20 is a transmitter 22, which is through the local Energy supply of the mine can be fed and with its output is connected to an electrical dipole 24, which consists of conductors 26, 28, each connected at spaced-apart points by an electrically conductive anchoring peg 30 are. The anchoring pegs 50 are driven into the ground 10 or otherwise inserted and are electrically Contact with this.

Der Sender 22 kann ein verhältnismäßig starker Audioverstärker, z.B. mit einer Ausgangsleistung in der Größenordnung von ?00 W sein. Die Leistung des Senders hängt sowohl von der Dicke der Schicht, die mit der Übertragung überbrückt werden soll als auch von den Eigenschaften des Erdbodens ab, z.B. der Anisotropie und von Inhomogenitäten, die die Übertragungseigenschaften beeinflussen können. Bei einer speziellen Anwendung wird ein unterscheidbnres .'lignal konstanten Pegels verwendet, z.B. eino sogenannte Sweep-.'jchwingung, deren Frequenz sich linear von HOO aufThe transmitter 22 can be a relatively powerful audio amplifier, for example with an output power on the order of? 00 W. The power of the transmitter depends both on the thickness of the layer that is to be bridged with the transmission and on the properties of the ground, for example the anisotropy and inhomogeneities that can influence the transmission properties. In a special application, a distinctive signal of constant level is used, e.g. a so-called sweep oscillation, the frequency of which varies linearly from HOO

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ilz ändert und die während der ganzen Sendezeit mit der Maximalleistung erzeugt wird, so daß sie möglichst gut empfangen bzw. gehört werden kann. Eine in die Erde 10 gekoppelte Tonfrequenzleistung von 200 W dürfte für-die meisten Anwendungen in Bergwerken und dgl. mehr als ausreichend sein. ilz changes and which is generated during the entire transmission time with the maximum power, so that it is received or received as well as possible. can be heard. An audio frequency power coupled into the earth 10 of 200 W should be more than sufficient for most applications in mines and the like.

An der Erdoberfläche 12 ist ein Empfänger 32 angeordnet, dessen Eingang 34 mit einer induktiven Empfangsvorrichtung 36 gekoppelt ist. Der Empfänger 32, der z.B. aus einem Audioverstärker üblicher Bauart bestehen kann, enthält vorzugsweise eine automatische Verstärkungsregelung (AVR) und eine automatische Geräuschsperre. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht die induktive Empfangsvorrichtung 36 aus einer Magnetspule, deren Achse in Richtung des Pfeiles 36 verläuft. Die Spule 36 ist mit der Erde induktiv gekoppelt und steht in magnetischer Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Energie, die von unterirdischen Orten ausgeht. Die Orientierung der Achse 38 ist für die Ortung des Senders wesentlich, wie noch erläutert werden wird. Bei einem Versuchsmodell wurde eine zylindrische Empfangsspule mit ungefähr 400 kreisförmigen Windungen, deren.Durchmesser 30 cm betrug, verwendet. Die Empfindlichkeit kann durch Vergrößern der Spule weiter erhöht werden und in geeigneten Fällen kann man auch speziellgewickelte Ferritkernspulen verwenden. ' ■ ■On the earth's surface 12, a receiver 32 is arranged, the Input 34 coupled to an inductive receiving device 36 is. The receiver 32, which may for example consist of an audio amplifier of conventional design, preferably includes an automatic gain control (AGC) and an automatic noise blocker. In the embodiment according to FIG. 1, the inductive receiving device 36 consists of a magnetic coil, the axis of which runs in the direction of arrow 36. The coil 36 is with the Earth is inductively coupled and is in magnetic interaction with the electromagnetic energy coming from underground locations goes out. The orientation of the axis 38 is for locating the transmitter essential, as will be explained. In a test model a cylindrical receiving coil with approximately 400 circular turns, the diameter of which was 30 cm, was used. The sensitivity can be further increased by enlarging the coil can be increased and in appropriate cases one can also use specially wound Use ferrite core coils. '■ ■

Wenn der Empfänger 32 und die Spule 36 bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung des elektrischen Dipols 24 und derWhen the receiver 32 and the coil 36 in the case of FIG and FIG. 2, the arrangement of the electrical dipole 24 and the

Spulenachse 38 in Richtung des Pfeiles JlO senkrecht zum elektrischen Dipol .24 über die Erdoberfläche' 12 bewegt werden, ergibt sich das in Fig· 3 dargestellte Feldstärkediagramm. In Fig.-3 sind die Signalamplitude längs der Ordinate 42 und der Abstand von einem i3ezugijpunkt auf der Abszisse 44 aufgetragen. Die Feldstärkekurve 46 hat im Bereich 48 ein Maximum. Durch Anisotropien und Inhomogenitäten der Erdformation kann dar, Maximum im Bereich 48 verzerrt werden, so daß eine Unsicherheit von einem oder mehreren i'lotern längs der Erdoberfläche 12 auftreten kann. In die- Coil axis 38 in the direction of arrow J10 perpendicular to the electrical Dipole .24 are moved over the surface of the earth '12, results the field strength diagram shown in FIG. 3. In Fig. -3 the signal amplitude is plotted along ordinate 42 and the distance from a reference point is plotted on abscissa 44. The field strength curve 46 has a maximum in area 48. Due to anisotropies and inhomogeneities of the earth formation can represent a maximum in the area 48 are distorted, so that an uncertainty of one or more i'loters along the earth's surface 12 can occur. In the-

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sem Falle läßt sich eine genauere Ortung durch Änderung der Orientierung der Empfangsspule 36 erreichen, wie es anhand von B¹Ig. 4 und 5 erläutert wird. , ■In this case, a more precise location can be achieved by changing the orientation of the receiving coil 36, as it is based on B ¹ Ig. 4 and 5 will be explained. , ■

Die Anordnung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Pig. 1 darin, daß die Spulenachse 38 durch Drehung um yo° senkrecht gestellt worden ist. Die Empfangsspule 36 kann dann wie oben erläutert in Richtung des Pfeiles 40 über die Erdoberfläche geführt werden. Das dabei erhaltene Feldstürkediagramm ρ ist in Pig. 5 dargestellt. Die Feldstärkekurve 50 nat bei senkrechter Orientierung der Empfangsspule 36 zwei ausgeprägte MaXima 52 und 54 beidseits eines scharf definierten Nullpunktes 56. Der Nullpunkt 56 stellt dann eine exaktere Anzeige der tatsächlichen Lage des mit dem Sender 22 verbundenen elektriscnen Dipols 30 unterhalb der Erdoberfläche 12 dar.The arrangement according to FIG. 3 differs from that according to Pig. 1 in that the coil axis 38 by rotation by yo ° has been placed vertically. The receiving coil 36 can then as explained above are guided in the direction of arrow 40 over the surface of the earth. The resulting field strength diagram ρ is in Pig. 5 shown. The field strength curve 50 nat with vertical Orientation of the receiving coil 36 has two distinct MaXima 52 and 54 on both sides of a sharply defined zero point 56. The zero point 56 then provides a more precise indication of the actual Position of the electrical dipole 30 connected to the transmitter 22 below the earth's surface 12.

Die in Fig. 3 und 5 dargestellten Kurven sind stark idealisiert, da in der Praxis aller Wahrscheinlichkeit nach Schwankungen und mehr oder weniger starke Unregelmäßigkeiten auftreten werden. Wenn man jedoch zuerst ein Diagramm gemäß Fig. 3 aufnimmt, um den Maximumbereich 48 grob einzugrenzen, und dann nach Änderung der Orientierung der Spule 36 gemäß Fig. 4 im Bereich ' 48 nach dem Nullpunkt 5ö (Flg. 5) sucht, ist eine sehr genaue und zuverlässige Ortun.g der Schwingungsquelle möglich. Der Sender 22 kann an einen anderen Ort gebracht xirerden, wenn dies wünschenswert oder infolge eines Einflusses von Arbeitern unter der Erde notwendig ist, und der Dipol 24 kann an irgend einem gewünschten Ort innerhalb der Stollen- oder Schachtanlage des Bergwerks elektrisch mit der Erde 10 verbunden werden. Bei der lies-αluii-; längs einer Geraden mit der Empfangsspule 'jü erhält man außerdme nur eine Lagekoordinato des elektrischen Dipol» 24. Es kann dann erforderlich sein, den Sendedipal um ⁽)O° zu drehen und an einer entsprechenden unterirdischen Stolle erneut ku inu ta Liieren, no daß dann durch eine erneute iMeßimru; mit der i\mpfiing.iUipuLe 35 auch iiit* zweite Koordinate und damit der ronauoThe curves shown in FIGS. 3 and 5 are highly idealized, since in practice it is very likely that fluctuations and more or less severe irregularities will occur. If, however, one first records a diagram according to FIG. 3 in order to roughly delimit the maximum area 48, and then after changing the orientation of the coil 36 according to FIG precise and reliable location of the vibration source possible. The transmitter 22 may be relocated if desired or necessary as a result of the influence of underground workers, and the dipole 24 may be electrically connected to the earth 10 at any desired location within the mine shaft will. With the lies-αluii-; along a straight line with the receiving coil 'jü one receives only one position coordinate of the electric dipole »24. It may then be necessary ^{to turn the transmitting dipal by (} ) 0 ° and to connect it again to a corresponding underground tunnel, but then by a renewed iMeßimru; with the i \ mpfiing.iUipuLe 35 also iiit * second coordinate and thus the ronauo

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Ort für z.B. eine Versorgungs- oder Rettungsbohrung usw. bestimmt werden können. Der Befehl für die Änderung der Orientierung des Dipols kann von der Erdoberfläche zu den eingeschlossenen Bergleuten durch eine ähnliche oder die gleiche Audiofrequenz-übertragungsanlage übertragen werden, wie. noch erläutert wird, da
durch die vorliegende Einrichtung nicht nur die Ortung sondern
auch eine liaciirichteriverbindung ermöglicht werden.Location for e.g. a supply or rescue borehole, etc. can be determined. The command to change the orientation of the dipole can be transmitted from the surface of the earth to the trapped miners by an audio frequency transmission system similar or the same as that. will be explained since
by the present facility not only the location but
a liaciirrector connection can also be made possible.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild eines vollständigen Nachricht en verbindungen·- und Rettungssystems. 60. Die an der Erdoberfläche befindliche Station des Systems 60 kann aus einem Tonfrequenzsender 62 und einem Tonfrequenzempfänger 64 bestehen, während die Untergrundstation einen Tonfrequenzsender 66 und einen Tonfrequenzempfänger 68 enthält. Der an der Erdoberfläche installierte Sender 62' wird durch ein Steuersignal von einer Tonfrequenzquelle 70 gesteuert und liefert eine Ausgangsspannung über_v Leitungen 72 und 74 an/geeignetem Abstand voneinander angeorndete elektrisch leitende Dipolariker 76 bzw. 783 die fest in die Erde 10 eingesetzt sirid. Die Dipolanker können die verschiedensten
Formen haben, z.B. die eines Dorns oder spitzen Kegels 78b oder die Form eines Pfostens 78c, je nachdem wie sich die beste Ener-■ gieeinkopplung bei der betreffenden Bodenformation ergibt. Die
Energiekopplung kann außerdem durch mehrere, in nahem Abständen voneinander angeordnete Verankerungspflöcke an den Dipolenden
verbessert werden, wie die Erdanker 78, 78b und 78c zeigen. Die Tonfrequenzquelle 70 kann ein Sprachsignal liefern und dann z.B. aus einem .likrophon bestehen, oder sie kann ein frequenzveränderlicher Tonfrequenzgenerator oder Wobbelgenerator usw. sein.6 shows the block diagram of a complete message connection and rescue system. 60. The surface station of the system 60 may consist of an audio frequency transmitter 62 and an audio frequency receiver 64, while the underground station includes an audio frequency transmitter 66 and an audio frequency receiver 68. The transmitter 62 'installed on the earth's surface is controlled by a control signal from an audio frequency source 70 and supplies an output voltage via _v lines 72 and 74 electrically conductive dipolar devices 76 and 783, respectively, which are arranged at a suitable distance from one another and which are permanently inserted into the earth 10. The dipole anchors can be of the most varied
Have shapes, for example that of a spike or a pointed cone 78b or the shape of a post 78c, depending on how the best energy coupling results from the relevant soil formation. the
Energy coupling can also be achieved through several closely spaced anchoring pegs at the dipole ends
be improved, as the ground anchors 78, 78b and 78c show. The audio frequency source 70 can supply a speech signal and then consist, for example, of a microphone, or it can be a variable frequency audio frequency generator or wobble generator, etc.

Der Empfangsteil an der· Erdoberfläche enthält einen Tonfrequenzempfänger 64, dessen Eingang mit einer Empfangsspule 80 verbunden ist, wcilche in magnetischer Kopplung mit der Erdoberflache 12 steht und über Leitungen 82 und 8*1 mit dem Empfänger 64 verbunden ist. Uas Ausgangsoignal des Empfängers 64 wird einen! geeigneten Anzeigegerät 86, z.B. einem Oszillographen, Spannungs-The receiving part on the earth's surface contains an audio frequency receiver 64, the input of which is connected to a receiving coil 80, wcilche in magnetic coupling with the earth's surface 12 and connected to the receiver 64 via lines 82 and 8 * 1 is. The output signal of the receiver 64 will be a! suitable Display device 86, e.g. an oscilloscope, voltage

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meßgerät, Schreiber oder dgl. zugeführt, welches eine Anzeige oder Aufzeichnung der Signalstärke liefert. Die Empfangsspule 80 kann während der Messung längs einer Meßstrecke 88 bewegt werden.measuring device, writer or the like. Supplied, which has a display or Provides recording of the signal strength. The receiving coil 80 can be moved along a measuring section 88 during the measurement.

Die unterirdische Station des Systems 60 ist ähnlich aufgebaut wie die oberirdische Station, um sowohl eine Nachrichtenverbindung als auch eine Ortung in Notfällen zu ermöglichen. Sie enthält einen Tonfrequenzsender 66 ausreichender Leistung, dessen Ausgang mit Leitungen 90 und 92 einer elektrischen DipolanordnungThe system 60 underground station is constructed similarly like the above-ground station, to enable both a communication link and location in emergencies. It contains an audio frequency transmitter 66 of sufficient power, the output of which is connected to lines 90 and 92 of an electrical dipole arrangement

i| verbunden ist. Pur den Anschluß der Leitungen gibt es selbstverständlich verschiedene Möglichkeiten, so ist z.B. in Fig. 6 die Ausgangsleitung 90 mittels einer Krokodilklemme 9^ an einen bereits vorhandenen Dachstrebbolzen 96 angeschlossen, also ein übliches Verbindungs- und Trägerelement, wie es in vielen Stollen verwendet wird; die Ausgangsleitung 92 ist mit einem schraubenförmigen Erdanker 98 verbunden dargestellt, der im Abstand von dem Strebbolzen 96 in die Stollendecke 100 eingesetzt ist, um die erforderliche Dipolwirkung zu ergeben. Es hat sich gezeigt, daß in der Pra-xismie meisten Anwendungen in Bergwerken ein Dipolabstand zwischen 30 und I50 m eine genügende Strahlungsleistung ergibt. Die von der Erdoberfläche gesendete Energie wird durch eine Empfangsspule 102 aufgenommen, die induktiv mit der Stollendeckei | connected is. It goes without saying that there is only one connection for the lines different possibilities, for example in Fig. 6 the Output line 90 by means of an alligator clip 9 ^ to an already existing roof strut bolts 96 connected, so a common one Connection and support element, as used in many studs; the output line 92 is helical Ground anchor 98 is shown connected at a distance of the strut bolt 96 is inserted into the tunnel ceiling 100 to the to result in the required dipole effect. It has been shown that in practice most applications in mines use a dipole spacing between 30 and 150 m results in sufficient radiation power. The energy sent from the earth's surface is fed by a Receiving coil 102 added inductively to the tunnel ceiling

™ 100 gekoppelt und über Leitungen 104, 106 mit einem als Empfänger dienenden Tonfrequenzverstärker 68 verbunden ist. Der Tonfrequenzverstärker 68 liefert das ausreichend verstärkte Signal an einen Verbraucher 108, z.B. einen Kopfhörer, Lautsprecher usw.™ 100 coupled and via lines 104, 106 with one as a receiver serving audio frequency amplifier 68 is connected. The audio frequency amplifier 68 provides the sufficiently amplified signal to one Consumers 108, e.g. headphones, loudspeakers, etc.

Das in Fig. 6 dargestellte Nachrichtenverbindungssystem 60 kann im normalen Bergwerksbetrieb als Nachrichtenverbindung zwischen der Erdoberfläche 12 und bestimmten unterirdischen Stellen (oder auch zwischen verschiedenen unterirdischen Stellen) Verwendung finden. Es kann auch sowohl als Nachrichtenverbindungssystem als auch als Ortungssystem verwendet werden, wenn bestimmte Teile des Stollensystems durch Explosionen, Gasausbrüche, Stolleneinsturz usw. abgetrennt werden.The communication system 60 shown in FIG. 6 can be used as a communication link between the earth's surface 12 and certain subterranean locations (or between different subterranean locations) use Find. It can also be used as both a communications system and a location system when certain parts of the tunnel system can be severed by explosions, gas eruptions, tunnel collapses, etc.

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Normalerweise'-erfolgt die Verbindung zwischen der Erdoberfläche und dem Stollen mittels der Tonfrequenzquelle 70 des Tonfrequenzsenders 62. Der Tonfrequenzsender 62 liefert eine hochverstärWe Tonfrequenzspannung, die den leitenden Erdankern 76_a78 direkt zugeführt wird, welche einen elektrisch leitenden Dipol über einem Bereich der Oberfläche 12 der Erde 10 bilden. Die Tonfrequenzenergie breitet sich dann nach unten durch die Erde 10 aus und wird schließlich durch die Empfangsspule 102 empfangen, die mit" dem Eingang des Tonfrequenzverstärkers 68 verbunden ist. Der Tonfrequenzverstärker 68 verstärkt die empfangenen Tonfrequenzschwingungen verhältnismäßig stark, so daß die übertragenen Mitteilungen oder anderen Informationen durch die Einrichtung einwandfrei wiedergegeben wird.Normalerweise'-the connection between the surface and the stud by means of the Tonfrequenzquelle 70 of Tonfrequenzsenders 62. The audio frequency transmitter 62 provides a hochverstärWe audio frequency which is fed directly to _a 78 to the conductive ground anchors 76, which an electrically conductive dipole over a portion of surface 12 the earth 10 form. The audio frequency energy then propagates down through the earth 10 and is ultimately received by the receiving coil 102 which is connected to "the input of the audio amplifier 68. The audio amplifier 68 amplifies the received audio frequency oscillations relatively strongly, so that the transmitted messages or other information is reproduced properly by the facility.

Die Verbindung vom Stollen zur Oberfläche erfolgt in entsprechender Weise mittels des Tonfrequenzsenders 66, der eine Tonfrequenzspannung zur Ausstrahlung an den Dipol liefert, der " durch den leitenden Dachstrebbolzen 96 und den leitenden Erdanker 98 gebildet wird. Die an der Erdoberfläche ankommende Tonfrequenzenergie wird durch die Empfangsspule 80 empfangen, durch den Tonfrequenzverstärker 64 verstärkt und schließlich durch die Anzeigevorrichtung 68 wiedergegeben, die nichtdargestellte Kopfhörer oder dgl. enthalten kann.The connection from the tunnel to the surface takes place in a corresponding manner by means of the audio frequency transmitter 66, the one Audio frequency voltage supplies for emission to the dipole, which " through the conductive roof strut bolt 96 and the conductive ground anchor 98 is formed. The audio frequency energy arriving at the earth's surface is received by the receiving coil 80, amplified by the audio amplifier 64 and finally by the Display device 68 reproduced, which may contain headphones or the like, not shown.

Wenn es ein Notfall erfordert und die Verbindung mit den eingeschlossenen Bergleuten hergestellt ist, diese jedoch nicht in der Lage sind, anzugeben, wo sie sich befinden, kann dasSystem 60 zur Ortsbestimmung verwendet werden, um die Rettungsaktionen zu unterstützen. Das System 60 kann also dazu dienen, einen speziellen unterirdischen Ort zu ermitteln, wo ein oder mehrere eingeschlossene Bergleute einen Sender zu installieren vermochten und es kann dann eine Bohrung niedergebracht werden, um die Eingeschlossenen mit Sauerstoff, Lebensmitteln, Medikamenten unddgl. zu versorgen. Außer für Rettungsarbeiten kann die vorliegende Einrichtung auch für RoutineVermessungen von Bergwerken verwendet werden, bei denen die genaue Lage unterirdischer Posi-If an emergency calls for it and the trapped miners are connected but unable to tell where they are, the location system 60 can be used to aid rescue operations. The system 60 can also be used to determine a particular underground location where one or more trapped miners were able to install a transmitter and a borehole can then be drilled to provide the trapped with oxygen, food, medicine and the like. In addition to rescue work, the present device can also be used for routine measurements of mines, in which the exact location of underground positions

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tionen oder Bezugspunkte bestimmt werden müssen.functions or reference points must be determined.

Wenn bei einer Rettungsoperation einmal eine wechselseitige Verbindung zwischen der Sende-Empfangsstation an der Erdoberfläche 12 und der innerhalb des Stollens oder einer anderen Einschlußstelle (z.B. dem Stollen 16 in Pig. I) hergestellt worden ist, kann der unterirdische Sender bei entsprechenden Weisungen hinsichtlich der verschiedenen Änderungen der Sendeparameter rasch geortet und die Bedingungen, die an der Einschlußstelle herrschen, können ermittelt werden.If in a rescue operation once a reciprocal Connection between the transceiver station on the earth's surface 12 and that within the stud or other containment site (e.g. stud 16 in Pig. I) is, the underground transmitter can with appropriate instructions regarding the various changes to the transmission parameters quickly located and the conditions prevailing at the containment site can be determined.

Im Falle eines Unglückes werden die Eingeschlossenen zuerst eine elektrische"Dipolantenne aufbauen, die als Quelle wirkt. Wie in den Fig. I₉ 2 und 4 dargestellt' ist, wird dann der Sender 22 durch ein Handaggregat oder eine tragbare Energiequelle gespeist, um den elektrischen Dipol 24, der z.B. galvanisch mit der Stollendecke gekoppelt ist (siehe Fig. 1) zu erregen. Mit dem Empfänger 32 an der Erdoberfläche und der Empfangsspule 36, die mit ihrer Längsachse 38 quer zum Stollen oder der anderweitig bekannten oder ermittelten Dipollage angeordnet ist, wird das gesendete Signal dann empfangen. Bewegt man dann die Empfangsspule 36 längs der strichpunktierten Linie 40 (Fig. 1 und 2), so erhält man beim Messen der Signalamplitude in Abhängigkeit vom Ort längs der Oberfläche 12 der Erde 10 eine Kurve, wie sie durch die Kurve 46 in Fig. 3 dargestellt ist. Der Maximumbereich 48 der Kurve 46 gibt den ungefähren Bereich an, in dem sich der unterirdische Sendeort befinde und nach Drehung der Empfangsspule 36 um 90° in die in Fig. 4 dargestellte Lage wird erneut eine Messung längs der strichpunktierten Strecke 40 vorgenommen und der Punkt ermitteis, an dem das empfangene Signal Null ist. Der Nullpunkt 56 der Kurve 50 in Fig. 5 gibt dann die genaue Lage des elektrischen Dipols und damit der eingeschlossenen Bergleute an.In the case of an accident, the trapped be build first electrical "dipole antenna as the source acts. As shown in Figs. I ₉ 2 and 4 'is shown, the transmitter 22 is then fed by a hand-held unit, or a portable power source, electric around the Dipole 24, which is, for example, galvanically coupled to the tunnel ceiling (see Fig. 1). With the receiver 32 on the surface of the earth and the receiving coil 36, which is arranged with its longitudinal axis 38 transversely to the tunnel or the otherwise known or determined dipole position, If the receiving coil 36 is then moved along the dash-dotted line 40 (FIGS. 1 and 2), when the signal amplitude is measured as a function of the location along the surface 12 of the earth 10, a curve is obtained as it is through the curve 46 is shown in Fig. 3. The maximum area 48 of the curve 46 indicates the approximate area in which the subterranean transmission location is located and after rotation of the receiver With the coil 36 by 90 ° into the position shown in FIG. 4, another measurement is made along the dash-dotted line 40 and the point at which the received signal is zero is determined. The zero point 56 of the curve 50 in FIG. 5 then indicates the exact position of the electric dipole and thus the enclosed miners.

Erforderlichenfalls können die Eingeschlossenen über die Nachrichtenverbindung instruiert werden, den elektrischen DipolIf necessary, those trapped can use the Communication line instructed to use the electric dipole

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24 um 90° zu drehen und dann wird mit dem Empfänger 32 und der Empfangsspule 36 im rechten Winkel zur ursprünglichen Meßstrecke 40 eine neue Messung vorgenommen, um beide Koordinaten des Sendeortes zu bestimmen. In manchen Fällen wird eine Schwenkung des Dipols um 90° nicht möglich sein, aber auch bei kleineren Schwenkwinkeln ist eine mehr oder weniger genaue Ortsbestimmung nach zwei Koordinaten möglich.24 to rotate 90 ° and then with the receiver 32 and the Receiving coil 36 at right angles to the original measurement section 40 a new measurement is made to both coordinates of the transmission location to determine. In some cases, panning the Dipoles around 90 ° may not be possible, but also with smaller swivel angles is a more or less precise location determination two coordinates possible.

Pig. 7 zeigt eine Weiterbildung des Systems gemäß Fig. 6, bei der mehrere Sendedipole 110 an verschiedenen strategischen Punkten des Bergwerks und der Stollenanlage vorgesehen sind. Jeder der verschiedenen Dipole 110 kann dabei galvanisch mit der Decke der Stellen 14, l6 und l8 gekoppelt sein und die verschiedenen Dipole können verschiedene, rechte Winkel miteinander bildende Orientierungen haben. Die Dipole sind über entsprechende Kabel IIS mit einem Wahlschalter H6 verbunden, der einen beliebigen Dipol mit einem einzigen Sender-Empfänger zu verbinden gestattet. Jedes Kabel l8 kann über ein Impedanzanpassungsnetzwerk 20 mit dem zugehörigen Dipol 110 verbunden sein, um beim Senden eine einwandfreie Energieübertragung zu gewährleisten.Pig. 7 shows a further development of the system according to FIG. 6, in which several transmission dipoles 110 are provided at different strategic points of the mine and the tunnel system. Everyone of the various dipoles 110 can be galvanically connected to the Be coupled to the top of the locations 14, 16 and 18 and the various dipoles can have different orientations that form right angles with one another. The dipoles are about appropriate Cable IIS connected to a selector switch H6, which can be any Dipole allowed to connect to a single transceiver. Each cable l8 can pass through an impedance matching network 20 to be connected to the associated dipole 110 in order to ensure proper energy transfer during transmission.

Mit den beschriebenen Verfahren und Einrichtungen läßt sich ein Sicherheits- und Nachrichtensystem realisieren, das mit relativ kleinem Kostenaufwand in Bergwerken, Tunnels, Schachtanlagen und ähnlichen unterirdischen Räumen installiert werden kann. Sie ermöglichen sowohl eine Sprech- als auch Telegraphieverbindung zwischen der Erdoberfläche und unterirdischen Räumen und außerdem besteht "die Möglichkeit, in Notfällen den Ort der die Tonfrequenzenergie abstrahlenden Dipole zu erzeugen. Die gesendete und übertragene Tonfrequenzenergie wird mittels einer induktiv gekoppelten Empfangs"- oder Meßspule auf genommen. Die Meßspule hat eine starke Richtcharakteristik und Polarisationsempfindlichkeit, die für genaue Feldstärkenbestimmungen in der Erde ausgenutzt werden können. .With the methods and devices described, a security and communication system can be implemented that with can be installed at relatively low cost in mines, tunnels, shafts and similar underground spaces can. They enable both a voice and telegraphic connection between the surface of the earth and underground spaces and there is also "the possibility of the location of the generate dipoles radiating audio frequency energy. The sent and transmitted audio frequency energy is picked up by means of an inductively coupled receiving or measuring coil The measuring coil has a strong directional characteristic and polarization sensitivity, which is essential for precise field strength determinations in the Earth can be exploited. .

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Claims

1. Method of transmitting electrical vibrations through the earth, especially between the earth's surface and an underground one Place, characterized in that an electrical alternating voltage with an audio frequency range generated lying frequency and coupled to a first location conductive into the earth; that this tension on a second Place from the earth is inductively received, and that from the received voltage through, power amplification for display or reproduction usable signal is generated.

2. The method according to claim I _9, characterized in that the electrically conductive coupling of the audio frequency voltage takes place by means of a dipole which has a predetermined orientation and that the inductive reception along a predetermined linear path with constant reception polarization. Takes place j to display the shortest distance between the two places to generate. . .

3. The method according to claim 2, characterized geke nnze ichnet that then a second conductive coupling, which forms a second electrical dipole and forms an angle with the first conductive coupling, is produced and that ice is second inductive measurement with constant received polarization along a second linear path is made of an angle with the path whose üie first measurement was taken along, _s forms around along a second coordinate of the point smallest distance between the two loci to be determined.

k. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a generator (22) for generating an audio-frequency electrical alternating

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voltage with a coupling device (26, 28, 30) to conductive or galvanic coupling of the alternating voltage to the. underground place connected to the earth; through a with receiving device inductively coupled to the earth's surface (36), which has a polarization-dependent output signal supplies to an amplifier (32), the output signal of which is fed to a display or playback device *

"5. Device according to claim 4, since you roh ge ken η ζ eich η et that the coupling arrangement is an electric dipole (24) which is inserted in a predetermined orientation in the earth that the receiving device (38) on the earth's surface along a "linear path which is perpendicular to the predetermined orientation of the dipole, _a movable and that to the amplifier a device for indicating the smallest distance -.zwischen''dem- dipole and the linearly moving receiving device is connected.

6. Device according to claim 4, d a you r c h ge k e η η ζ ei c h η e t that the generator has an audio frequency source (70) and an amplifier (62) connected to this contains, which supplies the audio-frequency electrical alternating voltage.

7. Device according to claim 4, characterized in that g e -

k e η η ζ e lehn et that the generator is a discrete electrical It is possible to generate alternating voltage which has a predetermined frequency content during a predetermined period of time.

8. Device according to claim 5 »dad ure h g ekennzeichne t, that the measuring device (36) is oriented in such a way that the polarization causes the slightest at the point Abatandes the greatest possible coupling for the electrical AC voltage from earth gives,,.

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9. Device according to claim 5, characterized in that that the measuring device is oriented so that there is the smallest distance for the AC voltage at the point from earth results in zero coupling.

10. Device according to claim 7j, characterized in that the selected frequency in the audible Audio area.

11. Device according to claim 4, characterized in that that the generator can be controlled by a microphone and that with the amplifier .a device is connected to generate an audible signal.

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