RU2168746C2

RU2168746C2 - Method detecting current-conducting and ferromagnetic objects in geological environment

Info

Publication number: RU2168746C2
Application number: RU97100957A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Кролевец; В.К. Павлюков; Л.А. Аксенов
Original assignee: Кролевец Александр Николаевич; Павлюков Владимир Константинович; Аксенов Леонид Александрович
Priority date: 1997-01-09
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: geophysical prospecting, search for buried objects under extreme conditions. SUBSTANCE: method includes construction of communication channels of transmitter, receiver and buried object which provides for extraction of informative signal at stage of formation of these channels. Formation of communication channels displaying mentioned property is ensured by stage and sequential manipulation by loop antennas with consistent fixation of their bearing-mobile links in combination with fixing members. EFFECT: increased depth of search, generation of clear signal across output of system. 1 dwg

Description

Способ может быть использован при поиске токопроводящих и ферромагнитных объектов, погребенных в труднодоступных местах: под слоем непроводящего и непрозрачного материала, в условиях экстремальных ситуаций. Материалом может быть снег лавинных выносов. Особенность такого поиска обуславливается необходимостью получения оперативной информации о наличии или отсутствии погребенных объектов с помощью компактной и удобной в эксплуатации аппаратуры. The method can be used in the search for conductive and ferromagnetic objects buried in hard to reach places: under a layer of non-conductive and opaque material, in extreme situations. The material may be avalanche snow. The peculiarity of such a search is determined by the need to obtain operational information on the presence or absence of buried objects using compact and convenient equipment in operation.

Способы поиска, базирующиеся на принципе электромагнитной индукции, в основном различаются сложными приемами, направленными на "очищение " полезной информации от шума. По этой же причине усложнены и приборные средства, с помощью которых ведут поиск. Search methods based on the principle of electromagnetic induction are mainly distinguished by complex techniques aimed at "cleaning" useful information from noise. For the same reason, the instrumentation used to search is complicated.

По способу фазовых измерений (кн. П. Кири, М. Брукс "Введение в геофизическую разведку". М.: "Мир", 1988, стр. 305-307) о наличии или отсутствии проводника в геологической среде можно судить лишь после обработки полученных в измерениях данных о фазовых и амплитудных соотношениях между первичным, вторичным и суммарным полями. Прием "очищения" информативного сигнала применяют на стадии обработки данных, что усложняет метод поиска в целом и приборные средства, в частности приемная антенна - рамка работает в сочетании с компенсатором и схемой разделения сигналов. Такой усложненный поиск в условиях экстремальных ситуаций неэффективен, а степень точности такого способа зависит от многочисленных геологических ситуаций. By the method of phase measurements (Prince P. Kiri, M. Brooks, “Introduction to Geophysical Exploration.” M .: Mir, 1988, pp. 305-307), the presence or absence of a conductor in the geological environment can be judged only after processing the received in measurements of data on phase and amplitude relationships between primary, secondary and total fields. The reception of the “purification” of the informative signal is used at the data processing stage, which complicates the search method as a whole and the instrumentation, in particular, the receiving antenna — the frame works in combination with a compensator and a signal separation circuit. Such a sophisticated search in extreme situations is inefficient, and the degree of accuracy of this method depends on numerous geological situations.

Так называемый "Метод углов наклона" (источник тот же, стр. 299-302) более динамичен и прост, поскольку операция, исключающая сигнал, обусловленный первичным полем, перенесена на стадию настройки. Путем ортогонального ориентирования передающей и приемной рамок прямую связь между ними разрывают. На стадии функционирования метода остается отделить неинформативную компоненту вторичного сигнала от информативной. Осуществляют этот прием математически, оценив угол падения проводника по амплитуде изменений на графике углов наклона и определив в результате асимметрию графика углов. Прием разделения компонент вторничного сигнала по данному способу налагает и здесь ограничения на оперативность получения информации. The so-called "Method of tilt angles" (the same source, pp. 299-302) is more dynamic and simple, since the operation excluding the signal caused by the primary field is transferred to the setup stage. By orthogonal orientation of the transmitting and receiving frames, the direct connection between them is broken. At the stage of functioning of the method, it remains to separate the non-informative component of the secondary signal from the informative one. Carry out this technique mathematically, evaluating the angle of incidence of the conductor by the amplitude of the changes in the graph of the slope angles and determining the asymmetry of the graph of angles as a result. The reception of separation of the components of the secondary signal by this method also imposes restrictions on the efficiency of obtaining information.

Аэроэлектромагнитные съемки (источник тот же, стр. 308-305) так же характеризуются громоздкостью используемых средств и очень дорогостоящи. Aero-electromagnetic surveys (the same source, p. 308-305) are also characterized by the bulkiness of the means used and are very expensive.

Индуктивный преобразователь металлодетектора, описанный в патенте SU 1831697 (1993 г.), способен выполнять оперативную геофизическую разведку на небольших глубинах. Компенсацию ЭДС первичного магнитного поля обеспечивают симметричным, но (в противофазе) включением параллельно расположенных генераторных рамок, что превращает такой излучатель в квадруполь. Поле квадруполя быстро спадает с глубиной, и это ограничивает глубину поиска. The inductive metal detector transducer described in the patent SU 1831697 (1993) is capable of performing operational geophysical exploration at shallow depths. Compensation of the EMF of the primary magnetic field is ensured by a symmetric, but (in antiphase) inclusion of parallel-located generator frames, which turns such a radiator into a quadrupole. The quadrupole field quickly decreases with depth, and this limits the depth of the search.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ, по которому работает "Индуктивный преобразователь металлодетектора" (по патенту SU 1831697 (1993)). The closest analogue of the claimed invention is the method by which the "Inductive Converter of the metal detector" (patent SU 1831697 (1993)).

В предлагаемом способе поиска токопроводящих объектов вышеназванные недостатки устраняют путем перестройки схемы извлечения полезного сигнала. Приемы "очищения" полезной информации от шума задают на стадии настройки. Технического эффекта достигают путем этапного и поочередного манипулирования положениями одной генераторной и одной приемной антенн-рамок, добиваясь такого их расположения, при котором исключается прямая связь передатчика с приемником. In the proposed method for searching conductive objects, the above-mentioned disadvantages are eliminated by restructuring the useful signal extraction circuit. Techniques for “clearing” useful information from noise are set at the setup stage. The technical effect is achieved by stage-by-stage and sequentially manipulating the positions of one generator and one receiving antenna-frames, achieving such an arrangement at which direct communication of the transmitter with the receiver is excluded.

На чертеже схематически изображено устройство, обеспечивающее возможность поиска по предлагаемому способу, 1 - передающая антенна-рамка, 2 - приемная антенна-рамка, 3 - подвижные опорно-соединительные звенья в сочетании с фиксирующими элементами, 4 - жесткая несущая опора, 5 - направляющие оси, 6 - приемник. The drawing schematically shows a device that allows searching by the proposed method, 1 - transmitting antenna-frame, 2 - receiving antenna-frame, 3 - movable support and connecting links in combination with locking elements, 4 - rigid bearing support, 5 - guide axes , 6 - the receiver.

Излучатель (передающая антенна-рамка 1) является магнитным диполем, и это обеспечивает большую глубину проникновения излучаемого поля в среду и, как следствие, большую глубину поиска. The emitter (transmitting antenna-frame 1) is a magnetic dipole, and this provides a large depth of penetration of the radiated field into the medium and, as a result, a large search depth.

Степень подвижности приборной системы (передающей антенны-рамки 1 и приемной антенны-рамки 2) на стадии настройки и сохранения их стабильности на стадии поиска обеспечивают с помощью подвижных опорно-соединительных звеньев в сочетании с фиксирующими элементами 3. Способ работает следующим образом. Вначале аппаратуру настраивают в отсутствие токопроводящих и ферромагнитных объектов. Выбирают оптимальное расстояние между передающей 1 и приемной 2 антеннами-рамками, расположенными на жесткой несущей опоре 4 (например, 0,5-3 м). На первом этапе плоскости антенн-рамок устанавливают взаимно перпендикулярно с соблюдением условия, при котором ось одной из них (например, приемной) лежит в плоскости другой (например, генераторной) и проходит через ее центр. По окончании этого этапа манипулирования положение антенн-рамок фиксируют. The degree of mobility of the instrument system (transmitting antenna-frame 1 and receiving antenna-frame 2) at the stage of tuning and maintaining their stability at the search stage is provided using movable support and connecting links in combination with fixing elements 3. The method works as follows. Initially, the equipment is set up in the absence of conductive and ferromagnetic objects. Choose the optimal distance between the transmitting 1 and receiving 2 antennas-frames located on a rigid supporting support 4 (for example, 0.5-3 m). At the first stage, the planes of the antenna frames are installed mutually perpendicularly under the condition that the axis of one of them (for example, the receiving) lies in the plane of the other (for example, the generating) and passes through its center. At the end of this manipulation step, the position of the antenna frames is fixed.

На втором этапе отделяют неинформативную компоненту вторичного сигнала. С помощью подвижных опорно-соединительных звеньев 3 антенны-рамки плавно и поочередно поворачивают на малые углы вокруг направляющей оси 5, проходящей через центр соответствующей антенны-рамки и находящейся в ее плоскости, а затем сдвигают их вдоль этих осей, одновременно контролируя сигнал на выходе приемника 6, добиваются оптимального расположения антенн-рамок. Наиболее оптимальным считают расположение, при котором уровень сигнала на выходе приемника минимален при его максимальной чувствительности. Для сохранения выбранного расположения антенн-рамок фиксируют подвижные опорно-соединительные звенья 3. Чувствительность приемника 6 загрубляют до порогового значения, при котором сигнал на выходе отсутствует, но при малейшем увеличении чувствительности приемника сигнал появляется вновь. At the second stage, the non-informative component of the secondary signal is separated. Using movable support and connecting links 3, the antenna frames smoothly and alternately rotate at small angles around the guide axis 5 passing through the center of the corresponding antenna frame and located in its plane, and then shift them along these axes, while simultaneously monitoring the signal at the output of the receiver 6, achieve the optimal location of the antenna frames. The most optimal is the location at which the signal level at the output of the receiver is minimal at its maximum sensitivity. To maintain the selected location of the antenna frames, the movable support and connecting links are fixed 3. The sensitivity of the receiver 6 is roughened to a threshold value at which the output signal is absent, but with the slightest increase in the sensitivity of the receiver, the signal reappears.

Использование предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом позволяет увеличить чувствительность в десятки раз при одинаковой мощности передатчика. Обосновывается это следующим образом. Поле излучателей в ближней зоне излучения можно считать квазистатичным. Напряженность поля квадруполя при этом спадает обратно пропорционально четвертой степени расстояния, диполя же, как третьей (Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц "Теория поля", М. , 1967. 40, 41). Естественной единицей длины является размер (диаметр) передающей рамки. Поэтому на расстоянии, например, 15 метров и диаметре рамки 0,2 м поле квадруполя спадает в (15/0,2)⁴ раз, а диполя лишь в (15/0,2)³, что и дает выигрыш в 75 раз.Using the proposed method in comparison with the prototype method allows you to increase the sensitivity tens of times with the same transmitter power. It is substantiated as follows. The field of emitters in the near radiation zone can be considered quasistatic. The field strength of the quadrupole in this case decreases inversely with the fourth power of the distance, the dipole is the same as the third (L. L. Landau and E. M. Lifshits, “Field Theory,” M., 1967. 40, 41). The natural unit of length is the size (diameter) of the transmission frame. Therefore, at a distance of, for example, 15 meters and a frame diameter of 0.2 m, the quadrupole field decreases (15 / 0.2) ⁴ times, and the dipole only (15 / 0.2) ³ , which gives a gain of 75 times.

Преимущества предлагаемого способа выражаются в увеличении глубины поиска, получении на выходе "очищенного" сигнала. Реализация предлагаемого способа возможна мобильными и переносными средствами с применением маломощных источников питания. The advantages of the proposed method are expressed in increasing the depth of the search, receiving a “cleaned” signal at the output. Implementation of the proposed method is possible by mobile and portable means using low-power sources.

Claims

A method for detecting conductive and ferromagnetic objects in a geological environment, which includes manipulating the antenna frames by spacing them in space, excluding direct communication between them, controlling their optimal location by signal level, followed by their fixation, characterized in that the manipulation is carried out in stages, direct the connection between the antenna-frames is eliminated by placing the axis of one of them in the plane of the other, their subsequent rotation around axes lying in the plane of each oh of them, at small angles and their displacements along these axes.