Способ обнаружения токопроводящих и ферромагнитных объектов в геологической среде

 

Изобретение относится к способам, которые могут быть использованы в геофизической разведке и при поиске погребенных объектов в условиях экстремальных ситуаций. Способ заключается в построении каналов связи передатчика, приемника и погребенного объекта, которое на стадии формирования этих каналов обеспечивает выделение информативного сигнала. Формирование каналов связи, обладающих указанным свойством, обеспечивают этапным и поочередным манипулированием рамок-антенн с последовательным фиксированием их опорно-подвижных звеньев в сочетании с фиксирующими элементами. Технический результат - увеличение глубины поиска и получение на выходе "очищенного" сигнала. 1 ил.

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.

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.

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.

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.

Аэроэлектромагнитные съемки (источник тот же, стр. 308-305) так же характеризуются громоздкостью используемых средств и очень дорогостоящи.

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.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ, по которому работает "Индуктивный преобразователь металлодетектора" (по патенту 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.

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.

Излучатель (передающая антенна-рамка 1) является магнитным диполем, и это обеспечивает большую глубину проникновения излучаемого поля в среду и, как следствие, большую глубину поиска.

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.

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.

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.

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.

Формула изобретения

Способ обнаружения токопроводящих и ферромагнитных объектов в геологической среде, включающий в себя манипулирование антеннами-рамками путем разнесения их в пространстве, исключая прямую связь между ними, контролирование оптимального их расположения по уровню сигнала с последующим их фиксированием, отличающийся тем, что манипулирование осуществляют этапно, прямую связь между антеннами-рамками устраняют путем расположения оси одной из них в плоскости другой, последующего поочередного вращения их вокруг осей, лежащих в плоскости каждой из них, на малые углы и смещения их вдоль этих осей.

РИСУНКИ

Рисунок 1