DE3628087A1 - Verfahren und vorrichtung zum schuetzen einer magnetometeranordnung vor dem einfluss von in der naehe erzeugten magnetischen feldern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen einer Magnetometeranordnung vor den Einflüssen von in der Nähe fließenden elektrischen Strömen.

Die Verwendung von Magnetometern zum Messen der Anteile des Erdmagnetfeldes ist bekannt. Eine besonders wichtige Anwen­ dung finden Magnetometer beim Aufzeichnen der Position und Richtung von Bohrlöchern im Erdboden. Dazu wird eine Gruppe von wenigstens drei Magnetometern in einer Sonde zusammen­ gebaut, um das Erdmagnetfeld in drei zueinander senkrechten Richtungen zu messen. Während normalerweise derartige Anord­ nungen völlig ausreichend sind, treten dann Schwierigkeiten auf, wenn eine Energieversorgung in der Sonde über die Magne­ tometer hinaus benötigt wird, was es erforderlich macht, Stromleitungsdrähte vorzusehen, die in unmittelbarer Nähe der Magnetometer verlaufen. Der durch diese Drähte fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, das die Ausgangssignale der Magneto­ meter beeinflußt. Bisherige Versuche das Auftreten eines der­ artigen Fehlers zu vermeiden, schließen die Verwendung von abgeschirmten Kabeln oder Koaxialkabel ein. Diese Kabel sind jedoch mit einer Vielzahl von Schwierigkeiten einschließlich der räumlichen Anordnung des abgeschirmten Drahtes oder Kabels in der Sonde und Erdungsproblemen verbunden, was zu einem teilweise unausgeglichenen Strom durch die Segmente der Kabel führt.

Durch die Erfindung werden die Schwierigkeiten der bekannten Anordnung dadurch überwunden, daß ein langgestrecktes durch­ gehend zylindrisches Element aus einem gleichmäßig starken leitenden Material vorgesehen ist, in dem die Magnetometer­ anordnung aufgenommen ist und das seinerseits in einem Druck­ gehäuse einer Sonde elektrisch isoliert angebracht ist. Der leitende Zylinder leitet den Strom gleichförmig an den Magne­ tometern vorbei, so daß im wesentlichen keine störenden Mag­ netfelder im Zylinder erzeugt werden. Für die erfindungsge­ mäße Ausbildung ist es wichtig, daß zwischen der Innen- und der Außenwand des leitenden Zylinders eine Konzentrizität be­ steht, d. h. daß der Zylinder über seine gesamte Länge eine gleichmäßige Stärke hat. Der leitende Zylinder ist durchgehend ausgebildet, d. h. er weist keine Mündungen oder andere Öffnun­ gen in der Wand auf und kann offen enden oder gleichmäßig an einem Ende oder beiden Enden konisch oder halbkreisförmig ver­ jüngt ausgebildet sein. Der leitende Zylinder ist mit einer elektrischen Anschlußeinrichtung versehen, die einen elektri­ schen Strom gleichförmig an den Zylinder legt und vom Zylinder aufnimmt. Die Magnetometeranordnung sollte im Zylinder in einem Abstand vom nächstgelegenen offenen Ende des Zylinders angeordnet sein, der wenigstens das Dreifache des Zylinder­ durchmessers beträgt.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein beson­ ders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht eine bekannte Sonde,

Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht eine Sonde gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch die in Fig. 2 dargestellte Sonde.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Ausbildung wird zu­ nächst die bekannte Anordnung beschrieben, um die Schwierig­ keiten darzustellen, die gemäß der Erfindung überwunden wer­ den sollen. Bekannte Anordnungen bestehen im allgemeinen aus einer Gruppe von Magnetometern 10, 12, 14, die in einem Druck­ gehäuse 16 senkrecht zueinander so angeordnet sind, daß sie das Magnetfeld in drei Ebenen anzeigen. Während das normaler­ weise keine besonderen Schwierigkeiten bereitet, treten dann Probleme auf, wenn ein Strom von einer Energiequelle, beispiels­ weise von Batterien auf einer Seite der Magnetometer zu elek­ tronischen Einrichtungen auf der gegenüberliegenden Seite der Magnetometer geleitet werden muß. Das erfolgte bisher dadurch, daß ein Kabel 18 an der Außenseite des Druckgehäuses 16 ange­ ordnet wird, das von der nicht dargestellten Energiequelle zu den gleichfalls nicht dargestellten elektronischen Einrich­ tungen führt. Natürlich bewirkt ein einzelner Draht, daß ein Magnetfeld erzeugt wird, wenn Strom über ihn geleitet wird. Wenn das Kabel ein Koaxialkabel oder ein anderes abgeschirmtes Kabel ist, kann jedoch dieses Feld zum Verschwinden gebracht werden, wenn der Rückstrom vollständig entlang der Rückfüh­ rungsabschirmung fließt. Aufgrund der asymmetrischen Anordnung des Drahtes und der Rückführungsabschirmung bezüglich der Mag­ netometer und Erdungsproblemen, die zu Mehrfachrückleitungs­ wegen bei der bekannten Anordnung führen können, bestand bis­ her immer die Möglichkeit, daß unausgeglichene oder unsymmetri­ sche Drahtsegmente auftreten, die ein Magnetfeld erzeugen, das ausreicht, um in den Magnetometern zu Fehler zu führen.

Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch vermie­ den, daß ein langgestrecktes durchgehendes zylindrisches Ele­ ment 20 aus einem gleichmäßig starken leitenden Material vor­ gesehen ist, das die Gruppe von Magnetometern 22, 24, 26 um­ schließt und in einem Druckgehäuse 28 über isolierende Ab­ standseinrichtungen 30 angeordnet ist. Das Druckgehäuse 28 liefert den Rückleitungsweg. Das zylindrische Element 20 ist an beiden Enden mit einer Vielzahl von elektrischen An­ schlüssen 32, 34 versehen, die über Drähte 36, 38 mit An­ schlußkästen 40, 42 verbunden sind. Die Drähte 36, 38 bilden einen konischen Käfig, der koaxial vom jeweiligen Ende des Elementes 20 ausgeht. Die Anschlüsse sind vorzugsweise gleich­ mäßig an den jeweiligen Enden des zylindrischen Elementes 20 beabstandet. Es sei daran erinnert, daß das zylindrische Ele­ ment 20 durchgehend ist, d. h. keine Löcher oder Öffnungen aufweist, eine gleichmäßige Stärke hat, d. h. konzentrische Innen- und Außenwandflächen hat und keine inneren Blasen oder Oberflächenfehler aufweist, was einzeln oder in Kombination zur Erzeugung eines internen magnetischen Feldes beim Fließen eines Stromes durch das zylindrische Element führen könnte.

Es versteht sich, daß der entlang des zylindrischen Elementes bei der erfindungsgemäßen Anordnung fließende Strom gleich­ mäßig um die Magnetometer herum verteilt ist, so daß kein magnetisches Feld in dem Hohlraum erzeugt wird, der von dem leitenden Element begrenzt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß das zylindrische Element 20 wesentlich länger als die Magnetometeranordnung ist. Vorzugsweise liegen die Magnetometer im Element 20 in einem Abstand von beiden offenen Enden der wenigstens das Dreifa­ che des Durchmessers des Zylinders beträgt. Das zylindrische Element 20 ist mit einer Vielzahl von elektrischen Anschlüs­ sen versehen, um eine gleichmäßige Verteilung des Stromes im Element insbesondere in der unmittelbaren Umgebung der Magne­ tometer sicherzustellen. Die Zuleitungen zu den Anschlüssen sind gleichmäßig bezüglich der Achse des zylindrischen Ele­ mentes verteilt.

Während das Element 20 bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein offen endender Zylinder ist, können eines oder beide Enden des Elementes entweder halbkreis­ förmig oder konisch verjüngt ausgebildet sein, und kann dazu ein elektrischer Anschluß verwandt werden, der koaxial mit dem zylindrischen Element verläuft.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Magneto­ meter jeweils als kurze Zylinder dargestellt, die auf einer jeweiligen Achse ausgerichtet sind. Bei der in Fig. 3 dar­ gestellten Schnittansicht ist die Magnetometeranordnung schematisch in Form eines Blockes dargestellt, um zu zeigen, daß die Magnetometer nicht koaxial im zylindrischen Element angebracht werden müssen. Das Element 20 ist in einem Druck­ gehäuse 28 angebracht, das beispielsweise aus Edelstahl mit einer Stärke von etwa 2,5 cm besteht. Isolierende Zentrie­ rungseinrichtungen 30 halten das Element 20 im Druckgehäuse 28.

Das zylindrische Element 20 besteht vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Messing oder Titan und hat ausreichende Abmessungen, um die Magnetometeranordnung darin in einem Abstand vom offe­ nen Ende aufzunehmen, der wenigstens gleich dem Dreifachen des Durchmessers des Zylinders ist. Es ist gleichfalls bevor­ zugt, daß das Druckgehäuse aus nicht magnetischen Materialien besteht.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eignet sich besonders bei Brunnenbohrungen. Es ist jedoch möglich, die erfindungsgemäße Anordnung in jedem Fall dann zu verwenden, wenn eine Nichtgleichförmigkeit in den Wänden eines Zylinders beispielsweise einer Rohrleitung oder im Kühlrohr eines Dampf­ generators festgestellt werden soll. In diesem Fall wird das zylindrische Element 20, das die Gruppe von Magnetometern ent­ hält, in einem geeigneten Transportmechanismus beispielsweise in einem Seilbahnwagen angeordnet und durch den zu prüfen­ den Zylinder gezogen oder getrieben, während am Zylinder ein Strom liegt. Der im Zylinder fließende Strom bewirkt, daß immer dann ein Magnetfeld erzeugt wird, wenn eine Nichtgleich­ förmigkeit auftritt, was leicht durch die Magnetometer fest­ gestellt werden kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Schützen einer Anordnung von wenig­ stens einem Magnetometer vor Magnetfeldern, die durch elek­ trische Ströme in der unmittelbaren Nähe der Anordnung er­ zeugt werden, gekennzeichnet durch ein lang­ gestrecktes durchgehendes zylindrisches Element (20) aus ei­ nem gleichmäßig starken leitenden Material, das eine wesent­ lich größere Länge als die Magnetometeranordnung (22-26) hat, Einrichtungen zum Anbringen der Magnetometeranordnung (22-26) im zylindrischen Element (20) und Einrichtungen zum Leiten eines elektrischen Stromes durch das zylindrische Element (20) derart, daß der durch das zylindrische Element (20) fließende Strom ein Magnetfeld erzeugt, das im zylindrischen Element (20) im wesentlichen gleich Null ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Leiten eines elek­ trischen Stromes durch das zylindrische Element (20) eine Viel­ zahl von elektrischen Anschlüssen (32, 34) umfassen, die gleich­ mäßig um die gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Ele­ mentes (20) herum verteilt sind, um den Strom darüber im we­ sentlichen gleichförmig anzulegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Ende des zylindrischen Elementes (20) bis zum Verschluß gleichförmig verjüngt aus­ gebildet ist und die Einrichtungen zum Leiten des elektri­ schen Stromes koaxial am geschlossenen Ende angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gleichförmige Verjüngung konisch ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gleichförmige Verjüngung halbkreis­ förmig ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Element (20) konzentri­ sche Innen- und Außenflächen hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innen- und Außenflächen des zylin­ drischen Elementes (20) frei von Oberflächenfehlern sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Element (20) frei von inneren Fehlern ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Element (20) eine Länge hat, die ausreicht, damit die Magnetometeranordnung (22-26) um eine Strecke vom offenen Ende zurückgezogen angeordnet wer­ den kann, die wenigstens das Dreifache des Durchmessers des zylindrischen Elementes (20) beträgt.

10. Verfahren zum Schützen einer Magnetometeranordnung vor dem Einfluß von magnetischen Feldern, die durch benachbarte elektrische Ströme erzeugt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetometeranordnung im Inneren eines langgestreckten Zylinders aus einem gleichmäßig star­ ken leitenden Material angeordnet wird, der Zylinder im Inneren eines Druckgehäuses angebracht wird und ein elektri­ scher Strom in eine erste Richtung durch den Zylinder ge­ leitet wird, wobei der Strom in einer zweiten Richtung durch das Druckgehäuse zurückfließt, so daß das durch den Strom im Zylinder erzeugte Feld in der Nähe der Magnetometeranord­ nung im wesentlichen gleich Null ist.