(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. G01R 33/02 (06.01) G01V 3/ (06.01) G01V 3/16 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet , US, 1 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR (73) Innehaver Geotech Airborne Limited, Suite 2, Building No. 4 Manor Lodge Complex Lodge Hill, BB102 St. Michael, Barbados (72) Oppfinner KUZMIN, Petr Valentinovich, 62 Millcliff Circle, Aurora,Ontario L4G 1N4, Canada MORRISON, Edward Beverly, 2 Eden Vale Drive, King City,Ontario L7B 1L8, Canada (74) Fullmektig Plougmann & Vingtoft, Postboks 03 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Kompensasjonsspole samt system og apparat for måling av B-felter for elektromagnetiske målinger i tidsdomenet (6) Anførte publikasjoner US-A US-A US-A US-A US-A US-B US-B WO-A2-07/04963 SMITH, R. S.,ANNAN, A. P.: "Using an induction coil sensor to indirectly measure the B-field response in the bandwidth of the transient electromagnet method", GEOPHYSICS, vol. 6, October 00 (00-), pages , XP ,

2 1 Beskrivelse [0001] Denne søknaden tar prioritet fra US-patentsøknaden 12/1,, innlevert 29. august 08. Område [0002] Denne oppfinnelsen vedrører generelt området geofysiske elektromagnetiske målinger, og mer spesifikt en fremgangsmåte og et system for å frembringe et B-felt ved anvendelse av elektromagnetiske målinger i tidsdomenet generert ved hjelp av et apparat som innbefatter en kompensasjonsspole og en signalbehandlingsinnretning Bakgrunn [0003] Geofysiske elektromagnetiske (EM-) teknikker kan være nyttige for å bestemme den elektriske konduktiviteten til jordsmonn, bergarter og annet elektrisk ledende materiale ved dyp fra overflaten på opptil omtrent tre kilometer. Konduktivitetsfordeling ved slike dyp er av stor interesse for de som er involvert i kartlegging av basemetaller og uranforekomster, vannførende sjikt og andre geologiske formasjoner. [0004] Geofysiske EM-metoder innbefatter måling av tidsvarierende magnetfelter nær jordens overflate generert av et primært magnetfelt samt modellering av konduktivitetsfordelingene i grunnen. Disse magnetfeltene genereres enten av en periodisk strøm som påtrykkes på en sender, eller av naturlig forekommende elektromagnetfelter med opphav hovedsakelig fra lyn i jordens atmosfære. EM-felter kan ha et karakteristisk inntrengningsdyp i grunnen som er proporsjonalt med den inverse av kvadratroten av både grunnens konduktivitet og frekvens. [000] I kjente metoder måles magnetfeltsignalet ved anvendelse enten av et system av mottakerspoler (som kan måle opptil tre ortogonale komponenter av magnetfeltets tidsderiverte, db/dt), eller av et magnetometer (som måler magnetfeltet B). Det mottatte analoge signalet blir så forsterket, filtrert, og digitalisert av en høyhastighets analog-til-digital-(ad)-omformer med høy oppløsning, og dataene kan bli lagret sammen med posisjonsinformasjonen innhentet fra et globalt posisjoneringssystem (GPS). Postprosesseringen av dataene inkluderer elektrisk og fysisk modellering av grunnen for å generere de geofysiske konturkartene over konduktiviteten. [0006] Eksisterende geofysiske kartleggingsmetoder krever typisk et høyt signal/støyforhold (SNR), god skjelning mellom konduktiviteter og høy romlig oppløsning både sideveis og i dyp. [0007] Eksisterende EM-systemer omfatter både bakkebaserte og luftbårne målinger. Luftbårne målinger innhentes ved hjelp av flymaskiner og helikoptere. Luftbårne metoder er nyttige for kartlegging av store områder og kan bli anvendt for utforsking av elektrisk ledende jernlegemer begravet i resistiv fjellgrunn, geologisk kartlegging,

3 hydrogeologi og miljøovervåkning. Kjente luftbårne elektromagnetiske (AEM - Airborne ElectroMagnetic) systemer fungerer slik at dataene blir samlet inn mens flymaskinen eller helikopteret flyr med nær konstant hastighet (f.eks. henholdsvis opptil 7 m/s eller m/s) langs tilnærmet parallelle, uniformt atskilte linjer (f.eks. 0 m til 0 m) ved nær konstant høyde over bakken (f.eks. henholdsvis omtrent 1 m eller m). Målinger innhentes med jevne intervaller, typisk i området 1m opp til 0m. [0008] Et ytterligere trekk ved kjente EM-målinger er at de kan innhentes enten i frekvensdomenet eller i tidsdomenet. I FDEM-målinger sender senderspolen kontinuerlig ut et elektromagnetisk signal ved flere faste frekvenser, mens mottakerspolen måler signalet kontinuerlig over tid. Størrelsene som måles er signalets amplitude og fase som funksjon av frekvens, eller ekvivalent, innfase- og kvadraturamplitudene som funksjon av frekvens. I disse målingene avtar signalfølsomheten med økende konduktivitet, og med det reduseres avbildningen av konduktivitetskontrastene. [0009] Ved innsamling av tidsdomene TDEM-målinger med kjente metoder blir en strømpuls påtrykket på senderspolen under en på-periode og skrudd av under avperioden, typisk med en repetisjonshyppighet lik et odde multiplum av halve den lokale kraftlinjens frekvens (f.eks. typisk 0Hz eller 60Hz). Signalet blir målt ved mottakeren som funksjon av tid. Tilbakegangen av signalamplituden under av-perioden, kombinert med modellering av konduktiviteten og geometrien til geologiske legemer i grunnen, gir konturkartene over konduktiviteten. [00] I kjente TDEM systemer, under strøm på-perioden, genererer dårlige ledere svake db/dt-signaler ved mottakerspolen mens gode ledere genererer store innfasesignaler, selv om de er nokså små sammenliknet med det uønskede primære EM-feltet som genereres av senderspolesystemet. Under strøm av-perioden genererer dårlige ledere et stort db/dt-signal ved mottakerspolen fra et raskt tilbakegående EM-felt, mens gode ledere genererer små signaler fra et langsomt tilbakegående EM-felt. Målinger blir typisk innhentet under av-perioden, og mens måling av db/dt er nyttig for å kartlegge dårlige ledere, kan målingen av magnetfeltet, omtalt som B-feltet, øke nøyaktigheten til informasjon som tilveiebringes for gode ledere. [0011] I kjente metoder kan magnetfeltet B finnes enten gjennom direkte måling ved anvendelse av et magnetometer eller gjennom tidsintegrasjon av signalet db/dt målt med en mottakerspole. Når magnetfeltet B skal finnes ved integrasjon, må db/dtresponsen over hele bølgeformen måles, inkludert under på-perioden, for å bestemme den integrasjonskonstanten som gir null DC-komponent over hele perioden (se Smith, R.S. og Annan 4.P., "Using an induction coil sensor to indirectly measure the B-field response i the bandwidth of the transient electromagnet method", Geophysics, 6, s ).

4 [0012] Et eksempel på et TDEM HTEM-system som måler magnetfeltets tidsderiverte, db/dt, kan finnes for eksempel i US-patentet 7,17,914. Et eksempel på et TDEMsystem som innbefatter konsentriske, stive sender-, kompensasjons- og mottakerspoler for å måle B-felt under "på-tiden" er vist i US 03/016904A1 (Whitton). [0013] Et TDEM-system som kan opereres effektivt samtidig som det måler B-feltet på en virkningsfull måte er ønskelig. Sammenfatning av oppfinnelsen [0014] Ifølge ett eksempel på utførelse tilveiebringes et tidsdomene elektromagnetisk (TDEM) geofysisk kartleggingssystem for å frembringe en måling av et B-felt, omfattende: en senderspole; en kompensasjonsspole anordnet hovedsakelig konsentrisk med og i samme plan som senderspolen; en mottakerspole anordnet hovedsakelig konsentrisk med og i samme plan som kompensasjonsspolen; en elektrisk strømkilde koblet til senderspolen og kompensasjonsspolen for å påtrykke en periodisk strøm på disse; og et datainnsamlingssystem innrettet for å motta et tidsderivert magnetfeltsignal db/dt fra mottakerspolen og integrere det tidsderiverte magnetfeltsignalet db/dt for å frembringe en måling av et magnetisk B-felt, idet senderspolen, kompensasjonsspolen og mottakerspolen er posisjonert i forhold til hverandre på en slik måte at, på stedet hvor mottakerspolen befinner seg, et magnetfelt generert av kompensasjonsspolen har en kansellerende virkning på et primært magnetfelt generert av senderspolen. [001] Ifølge et annet eksempel på utførelse tilveiebringes en signalbehandlingsfremgangsmåte for å frembringe en måling av et B-felt, omfattende å: innhente et mottakerspolesignal fra en mottakerspole anordnet innenfor en kompensasjonsspole som igjen er anordnet innenfor en senderspole, hvor hver spole er anordnet med en hovedsakelig konsentrisk orientering i forhold til de andre, senderspolen og kompensasjonsspolen genererer periodiske pulser som hver har en positiv på-tid etterfulgt av en av-tid etterfulgt av en negativ på-tid etterfulgt av en av-tid; digitalisere mottakerspolesignalet; midle positive og negative halvsykluser av det digitaliserte mottakerspolesignalet over én eller flere perioder for å finne en integrasjonskonstant; og integrere det digitaliserte mottakerspolesignalet over minst én hel periode for å frembringe B-feltmålingen. I ett aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse et HTEMsystem for å frembringe en B-feltmåling, omfattende: en senderspole; en kompensasjonsspole anordnet hovedsakelig konsentrisk med og i samme plan som senderspolen; en mottakerspole anordnet hovedsakelig konsentrisk med og i samme plan som kompensasjonsspolen; en elektrisk strøm koblet til senderspolen og kompensasjonsspolen; og hvor et db/dt-signal blir generert av mottakerspolen for frembringelse av en B-feltmåling. [0016] I et annet aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse et elektromagnetisk system for innsamling av måledata, omfattende: en mottakerspole anordnet innenfor en

5 kompensasjonsspole som igjen er anordnet innenfor en senderspole, idet hver spole er hovedsakelig konsentrisk med de andre nevnte spoler og er elektrisk sammenkoblet, hvorved et mottakerspolesignal oppnås; en støysvak forforsterker hvorved mottakerspolesignalet blir forsterket for å generere et db/dt-signal; et lavpass antialiasingfilter hvorved db/dt-signalet kan bli filtrert; en AD-omformer hvorved det filtrerte signalet kan bli digitalisert; og en signalbehandlingsinnretning, innlemmet i systemet eller koblet til systemet, for å frembringe en B-feltmåling. [0017] I nok et annet aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en signalbehandlingsfremgangsmåte for å frembringe en B-feltmåling, omfattende å: innhente et mottakerspolesignal fra en mottakerspole anordnet innenfor en kompensasjonsspole som igjen er anordnet innenfor en senderspole, idet hver spole er anordnet med en hovedsakelig konsentrisk orientering i forhold til de andre og er elektrisk forbundet med hverandre for å generere mottakerspolesignalet; kontinuerlig digitalisere mottakerspolesignalet ved hjelp av en AD-omformer som filtrerer signalet; innhente det digitaliserte signalet ved en signalbehandlingsenhet; fjerne forforsterkergenerert "set-off" og temperaturavhengig drift ved å midle signalet ved et gitt punkt i en bølgeform punkt for punkt over et sett av perioder; midle bølgeformen over én eller flere positive og negative halvperioder eller signaler for å frembringe et forskyvningssignal (off-set signal); eventuelt subtrahere et resulterende digitalt signal fra hvert punkt; integrere det digitale signalet over minst én hel periode for å frembringe B-feltmålingen; og dele inn det digitale signalet i porter (gates) med tilnærmet like tidsintervaller på en logaritmisk skala. [0018] I et annet aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse et elektromagnetisk måleapparat, omfattende: en senderspole; en kompensasjonsspole anordnet tilnærmet sentralt inne i senderspolen; en mottakerspole anordnet hovedsakelig sentralt inne i kompensasjonsspolen; et system av én eller flere radialkabler hvorved senderspolen, kompensasjonsspolen og mottakerspolen er sammenkoblet i sine relative posisjoner; et utvendig opphengssystem av én eller flere utvendige kabler løsbart koblet til senderrammen; og én eller flere opphenginnfestingskabler festet til det utvendige opphengssystemet; hvor senderspolen, kompensasjonsspolen og mottakerspolen posisjoneres tilnærmet konsentrisk i forhold til hverandre når innfestingskabelen løftes vertikalt til en høyde tilstrekkelig til å henge opp senderspolen, kompensasjonsspolen og mottakerspolen og spolene posisjoneres slik at de tjener til å innhente elektromagnetiske målinger, hvorved målinger av B-felt avledes i tidsdomenet. [0019] I denne henseende, før minst én utførelsesform av oppfinnelsen blir forklart i detalj, må det forstås at anvendelsen av oppfinnelsen ikke er begrenset til de detaljene i oppbygning og de anordningene av komponenter som vises i beskrivelsen som følger eller er illustrert i tegningene. Oppfinnelsen er mottakelig for andre utførelsesformer og kan praktiseres og realiseres på forskjellige måter. Videre må det forstås at ordlyden og

6 terminologien anvendt her er kun ment for å beskrive og ikke skal anses som begrensende Kort beskrivelse av tegningene [00] Eksempler på utførelser av oppfinnelsen vil bli bedre forstått og formål med oppfinnelsen vil fremgå ved en gjennomgang av den følgende detaljerte beskrivelsen av denne. Denne beskrivelsen henviser til de vedlagte tegningene, hvor: Figur 1 er et riss av HTEM-systemet ifølge et eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelse, og inkluderer et splittriss av mottakerspolen. Figur 2 er et sideriss av HTEM-systemet i figur 1 under flyvning. Figur 3 er et skjematisk toppriss av senderspolens og kompensasjonsspolens elektriske forbindelser i HTEM-systemet i figur 1. Figur 4A er en graf som viser en strømbølgeform påtrykket på senderspolen og kompensasjonsspolen i HTEM-systemet i figur 1. Figur 4B er en graf som viser en spenningsbølgeform målt ved mottakerspolen i et system som ikke innbefatter en kompensasjonsspole. Figur 4C er en graf som viser en spenningsbølgeform målt ved mottakerspolen i et system, så som HTEM-systemet i fig. 1, som innbefatter en kompensasjonsspole. Figur er et skjematisk riss av datainnsamlingssystemet i HTEM-systemet i figur1, i samsvar med eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse. Figur 6 illustrerer en dataanalyseflyt i samsvar med eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse for å bestemme B-feltet. [0021] I tegningene er utførelsesformer av oppfinnelsen illustrert som et eksempel. Det må forstås at beskrivelsen og figurene kun er ment for illustrasjonsformål og som en hjelp til å lette forståelsen, og ikke er ment som en definisjon av oppfinnelsens ramme. Detaljert beskrivelse av eksempler på utførelser [0022] Det er en rekke hensyn som må løses når en forsøker å måle B-feltet i et luftbårent TDEM-kartleggingssystem. For eksempel kan det å samle inn data over hele perioden i et HTEM-system med konsentrisk dipol være utfordrende siden signalet under på-perioden typisk er mange størrelsesordener høyere enn under av-perioden. Siden det dynamiske området bestemmes av forholdet mellom signalstyrken ved mottakerspolen under på-perioden og av-perioden for senderspolestrømmen, er én mulig løsning å øke den fysiske atskillelsen mellom sender- og mottakerspolene. Denne store avstanden har den effekt at den reduserer kravet om et stort dynamisk område for datainnsamlingssystemet. Imidlertid kan atskillelsen som følge av de store avstandene i noen anvendelser resultere i negative trekk, så som tap av romlig oppløsning eller et system som er uhåndterlig og vanskelig å taue i luften, spesielt med

7 helikopter. Én mulig løsning på problemet knyttet til dynamisk område er å innlemme en kompensasjonsspole for å redusere amplituden til primærfeltet ved mottakeren. [0023] Eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse vedrører et luftbårent system eller HTEM-system som innbefatter en semistiv kompensasjonsspole og et middel for å bestemme magnetfeltet B fra det målte magnetfelt-tidsderivertsignalet db/dt. Kompensasjonsspolen kan være anordnet konsentrisk med og i samme plan som en senderspole og en mottakerspole, for å minimere uønskede signaler ved mottakerspolen under datainnsamlingsperioden. Signaler innsamlet av systemet kan bli viderebehandlet av en signalbehandlingsinnretning. Videre kan målinger som utføres på data generert av systemet bli utført gjennom hele perioden til en strømbølgeform påtrykket på sender- og kompensasjonsspolene. [0024] Innlemmelse av en kompensasjonsspole kan øke opphengningens mekaniske kompleksitet og strukturelle vekt, men har den mulige fordelen at den holder signalet innenfor AD-omformerens dynamiske område, blant annet. Posisjoneringen av og stabiliteten til kompensasjonsspolen muliggjøres i eksemplene på utførelser av foreliggende oppfinnelse ved å plassere kompensasjonsspolen i senteret til hovedsenderspolen for å minimere magnetfeltet ved mottakerspolen. [002] Middelet for å bestemme magnetfelt B kan realiseres som et programvareverktøy, som kjører på en datamaskin som er koblet til eller en del av HTEM-systemet, som anvender en algoritme så som algoritmen beskrevet nedenfor. Det må også forstås at datamaskinen og det tilhørende programvareverktøyet kan bli anvendt i en prosesseringsfase etter innsamling av feltdataene. [0026] Måling av B-feltet kan bistå undersøkelse av mineralforekomster, for eksempel ved dyp ned mot én kilometer, og deteksjon av gode ledere i jordgrunnen. Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan påtrykke et lite magnetisk dipolmoment med hurtig "turn-off", som er hensiktsmessig for undersøkelser som kartlegger konduktivitet nær overflaten. Dette aspektet ved oppfinnelsen kan påvirke senderspolen slik at i noen anvendelser, det nødvendige antall vindinger i senderspolen kan reduseres og resultere i redusert magnetisk dipolmoment og induktans. Omvendt, for deteksjon av ledere ved større dyp, kan i noen anvendelser som anvender systemet ifølge foreliggende oppfinnelse antallet vindinger økes for å øke senderspolens magnetiske dipolmoment i kombinasjon med en lengre av-periode. [0027] Eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse kan gi noen mulige fordeler. For eksempel kan bruken av en kompensasjonsspole i det minste i noen løsninger redusere AD-omformerens nødvendige dynamiske område. Virkningen av denne reduksjonen kan være å muliggjøre at målingen kan inkludere hele perioden til strømbølgeformen påtrykket på sender- og kompensasjonsspoler, eller en økt tidsperiode av nevnte strømbølgeform. Innsamling av data gjennom hele senderstrømperioden kan ellers være utfordrende siden signalet under på-perioden typisk er mange

8 størrelsesordener høyere enn under av-perioden. Eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse kan derfor tilveiebringe et fordelaktig EM-verktøy. Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan innlemmes i et HTEM-system med konsentrisk dipol, som for eksempel er omtalt i US-patentet 7,17,914, eller VTEM (Versatile Time domain ElectroMagnetic) HTEM-systemet, som opereres av Geotech. HTEMsystemkomponentene i eksempler på utførelser av foreliggende oppfinnelse kan forenkle dataanalyse. For eksempel kan posisjonering av kompensasjonsspolen konsentrisk med eller i senteret til hovedsenderspolen i noen anvendelser øke kompensasjonsspolens stabilitet og kan minimere det primære magnetfeltet ved mottakerspolen. Avvik i posisjonen til kompensasjonsspolen og mottakerspolen fra en perfekt konsentrisk anordning kan produsere et uønsket DC-signal, og derfor kreve et stort dynamisk signalområde. Mekanisk bevegelse av kompensasjonsspolen kan også resultere i en måling med lavere SNR ved mottakerspolen. Posisjoneringen av kompensasjonsspolen med et HTEM-system som omtalt her kan i noen anvendelser øke målingenes nøyaktighet. [0028] En typisk oppbygning av HTEM-systemet ifølge eksempler på utførelser kan være å ha sender- og mottakerspolen tilnærmet konsentriske og i tilnærmet samme plan. Denne konsentriske løsningen kan muliggjøre en mindre konstruksjon og kan gi overlegen symmetri for lysspredningsresponsen, som igjen kan muliggjøre enklere tolkning av sprederens geometri og bedre sideveis oppløsning. Som et ikkebegrensende eksempel, i utførelsesformer av et HTEM-system med konsentrisk dipol, kan det dynamiske området nødvendig for forforsterkeren og AD-omformeren typisk være i området 1db, bestemt av forholdet mellom den maksimale signalamplituden og inngangsstøyen til forforsterkeren. [0029] I HTEM-systemer med konsentrisk dipol, for å øke det dynamiske området, kan en plassere mottakerspolen flere meter over senderspolen for å redusere signalet generert av senderspolen ved mottakeren. Alternativt kan en enten anvende en autoskalerende forforsterker eller veksle forforsterkerens vinning mellom lav vinning under på-perioden og høy vinning under av-perioden. Bruk av forsterkere med justerbar vinning gjør datainnsamling mer komplisert, men har den fordelen at senderog mottakerspolene holdes konsentriske og således minimerer avvikende kartleggingsprofiler. For eksempel, for en forforsterker med 40dB justerbar vinning, er en 16-bits AD-omformer tilstrekkelig til å digitalisere signalet, mens dersom en 24-bits ADomformer blir anvendt, systemet kan anvende en forforsterker med fast vinning. [00] Kildene for elektrisk støy ved mottakerspolen er mange. De uønskede signalene kan være generert av flere kilder som forårsaker støy, så som: både helikopteret og andre metalliske deler i systemet; lynaktivitet i atmosfæren; lokal interferens i vekselkraftlinjen; VLF-radiobølger innenfor frekvensområdet 1-2 khz; og termisk støy fra spolen og elektronikken. Ved lave frekvenser, for eksempel 0-0 Hz, er

9 imidlertid en hovedkilde for støy i den luftbårne mottakerspolen den mikrofoniske støyen forårsaket av at spolen beveger seg i jordens magnetfelt. Bevegelsen skapes av vindpåvirkning på spolen, vibrasjon fra luftfartøyet og/eller gnidning av spolen mot spoleopphengssystemet. [0031] Det mulige middelet for å øke signal/støy-forholdet (SNR) ved mottakerspolen må være avansert som følge av de mange faktorene som kan påvirke målingen. For å minimere støyen som genereres innenfor frekvensområdet av interesse av forskjellige kilder, kan det være nødvendig å iverksette én eller flere av følgende tiltak i utførelsesformer av oppfinnelsen: redusere bevegelsen av mottakerspolen i forhold til jordens magnetfelt; hindre at ytre mekanisk støy når frem til mottakerspolen; og minimere den mekaniske støyen forårsaket av opphengssystemet for mottakerspolen. [0032] I et eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelse kan en semistiv struktur bli anvendt for å bygge opp en stor senderspole og kompensasjonsspole med naturlig stort magnetisk dipolmoment og forbedret SNR. Større strukturer, kombinert med det ytre opphengssystemet, kan også bli anvendt i utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse for å forbedre stabiliteten under flyvning og redusere kravene til SNR. [0033] Som vist i figur 1 innbefatter et HTEM-system ifølge ett eksempel på utførelse en slep-enhet 2 med en senderspole 4, en kompensasjonsspole 6 og en mottakerspole 8, som er understøttet henholdsvis i en senderspoleramme, kompensasjonsspoleramme 12 og mottakerspoleramme 14. Senderspolen 4, kompensasjonsspolen 6 og mottakerspolen 8 er konsentriske ved at de ligger i tilnærmet samme plan og har en felles dipolakse. I det illustrerte utførelseseksempelet er kompensasjonsspolerammen 12 en tolvkantet kompensasjonsspoleramme med en størrelse på for eksempel 6,m (også vist i figur 2). Denne spolerammen kan være plassert med sin akse i, eller nær, senteret til den tolvkantede hovedsenderspolerammen, som har en størrelse på for eksempel omtrent 26m. Mottakerspolerammen 14 kan videre være plassert med sin akse i senteret til kompensasjonsspolerammen 12. De tre spolerammene, 12, 14 kan være forbundet av et system av radialkabler 16, for eksempel omtrent tolv radialkabler. Hver av radialkablene 16 har en indre ende koblet til et felles sentralt nav og en ytre ende koblet til et respektivt sted rundt omkretsen til senderspolerammen, og står under strekk slik at senderspolerammen opprettholder en hovedsakelig konsistent diameter under kartleggingsflyvning. Kompensasjonsspolerammen 12, som har en mindre diameter enn senderspolerammen, og mottakerspolerammen 14, som har en mindre diameter enn kompensasjonsspolerammen 12, er begge festet til og støttet av radialkabler 16, slik at spolerammene, 12 og 14 opprettholdes i forholdsvis stabile konsentriske posisjoner i forhold til hverandre under kartleggingsflyvninger. [0034] I et eksempel på utførelse er hver av spolerammene, 12 og 14 dannet av en sekvens av rørformede elementer som er sammenkoblet ende mot ende for å danne de mangekantede rammene vist i figurene 1 og 2. Hver av sender-, kompensasjons- og

10 mottakerspolene 4, 6, 8 mottas inne i sine respektive rørformede spolerammer, 12 og 14. Sender- og kompensasjonsspolerammene er semistive ved at hver av rammene, selv om de er dannet av forholdsvis stive, rørformede elementer, har en viss evne til å bøye seg om sin omkrets, og tillegg er koblingsforbindelser mellom rammer dannes av radialkabler 16 heller enn stive koblingsstykker. Eksempler på en passende oppbygning som kan bli anvendt for spolerammene, 12 og 14 kan finnes for eksempel i USpatentet 7,17,914, samt US-patentsøknaden 12/036,67 (internasjonal søknad PCT/CA09/000217). [003] Spolerammene kan videre være festet til et ytre opphengssystem 2 dannet av eksterne kabler 18. I ett eksempel på utførelse har hver av opphengskablene 18 en nedre ende løsbart koblet til et respektivt hjørne 22 av den mangekantede senderrammen, og en øvre ende koblet til en opphenginnfestingskabel. Opphenginnfestingskabelen kan videre være løsbart festet til et helikopter 24 eller et annet luftfartøy, så som en flymaskin eller et luftskip, hvorved systemet av rammer som utgjør slep-enheten 2 kan bli tauet av luftfartøyet. I noen eksempler på utførelser kan ytterligere opphengskabler være tilveiebragt, hver med en nedre ende koblet til et respektivt hjørne av kompensasjonsspolerammen 12 og en øvre ende koblet til opphenginnfestingskabelen. I en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan det ytre opphengssystemet 2 utgjøres kabler anordnet som et gitter eller nett, så som vist for eksempel i US 08/01431 A1. [0036] Som vist i figur 2, i én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, kan HTEMrammesystemet som danner slep-enheten 2, omfattende hovedsenderspolerammen, kompensasjonsspolerammen 12 og mottakerspolerammen 14, være opphengt under flyvning tauet av et helikopter 24 som flyr med en konstant kartleggingshastighet. Den konstante kartleggingshastigheten kan, som et ikke-begrensende eksempel, være en hastighet på omtrent m/s. I denne konkrete utførelsesformen kan senderspolerammen være støttet av opphengssystemet 11, for eksempel fra et koblingspunkt 26, som i tillegg til å befinne seg vertikalt over spolerammen også kan befinne seg en horisontal avstand vekk fra senteret til spolerammen. Den horisontale forskyvningsavstanden kan, som et ikke-begrensende eksempel, være omtrent 1m vekk fra spolesenteret. Opphengningspunktet 26 hvor kablene 18 i opphengssystemet 11 møtes er festet til helikopteret av en lang opphenginnfestingskabel. Innfestingskabelen kan ha en lengde på, som et ikke-begrensende eksempel, omtrent 41m. Det ytre opphengssystemet 11 kan være laget slik at spolene under flyvning kan posisjoneres slik at de er horisontale eller tilnærmet horisontale. I denne forbindelse, under flyvning, kan opphenginnfestingskabelen posisjoneres med en vinkel i forhold til vertikalen. For eksempel kan opphenginnfestingskabelen posisjoneres med vinkel så som omtrent 3 grader i forhold til vertikalen. I en slik utførelsesform er opphengssystemet 11 derfor innrettet slik at spolerammene kan bli holdt i en horisontal eller tilnærmet

11 1 2 3 horisontal stilling under flyvning. Denne flyvningsstillingen kan oppnås gjennom en betraktning av flere faktorer, inkludert luftmotstanden forårsaket av vinden, vekten til konstruksjonen og de ytre opphengskablene eller nettene. [0037] I et eksempel på utførelse er systemelektronikk 7 anordnet i helikopteret 24 og er koblet til spolene i slep-enheten 2 av ledere som ligger langs opphengskabelen. Systemelektronikken 7 innbefatter en sender- og kompensasjonsspoledriver 9 som en strømkilde for å drive sender- og kompensasjonsspolene 4, 6 på en måte som vil bli beskrevet nedenfor, og et datainnsamlingssystem 13 for å måle og behandle signaler fra mottakerspolen 8. [0038] Som vist i figur 3 kan i én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse hovedsenderspolen 4 ha en total størrelse, som et ikke-begrensende eksempel, på omtrent 26m og kan for eksempel omslutte fire trådvindinger. Disse vindingene kan være plassert inne i senderspolerammen. I den samme utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse kan kompensasjonsspolen 6 ha en total størrelse, som et ikkebegrensende eksempel, på omtrent 6,m og omslutte én trådvinding plassert inne i kompensasjonsspolerammen 12. Antallet vindinger innlemmet i senderspolen eller kompensasjonsspolen angitt over er utelukkende ment som eksempler. Vindingene i senderspolen og kompensasjonsspolen kan være færre eller flere enn antallet foreslått i samsvar med kravene i spesifikke utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, eller spesifikke anvendelser av foreliggende oppfinnelse. [0039] Kompensasjonsspolen 6 og hovedsenderspolen 4 kan være elektrisk sammenkoblet. Denne elektriske forbindelsen kan være dannet i serie, med strømmer sirkulerende i motsatte retninger a, b. Magnetfeltet i senteret til en spole er proporsjonalt med strømretning og antallet trådvindinger, og omvendt proporsjonalt med spolens totale diameter. For konsentriske sender- og kompensasjonsspoler kan det primære magnetfeltet målt ved mottakerspolen plassert i senteret til disse spolene være omtrent null ettersom for hver spole, strømmen multiplisert med antallet trådvindinger dividert med spolens radius er omtrent den samme. [0040] Å ha et magnetfelt i senteret til senderspolen og kompensasjonsspolen, som er beliggende i samme plan, som er nær null kan være fordelaktig siden magnetfeltet kan øke raskt ut fra senteret. Dersom sender- og kompensasjonsspolene ikke er konsentriske med mottakerspolen, kan derfor et uønsket primært bakgrunnsmagnetfelt bli generert ved mottakerspolen. Det er derfor ønskelig at nevnte spoler er konsentriske eller tilnærmet konsentriske. Et annet hensyn i forhold til målingen er at manglende stabilitet under flyvning kan forårsake et sterkt uønsket signal ved mottakerspolen fordi det primære magnetfeltet er mange størrelsesordener større enn det sekundære magnetfeltet under på-perioden. [0041] For å tillate bruk av en semistiv kompensasjonsspolekonstruksjon for å redusere bakgrunnsmagnetfeltet ved mottakerspolen under på-perioden, når EM-målingene blir

12 gjort i tidsdomenet, må signalet midlet over flere perioder være null. Primærfeltet som genereres av senderspolen og kompensasjonsspolen ved mottakerspolen må være null. Dersom et signalgjennomsnitt forskjellig fra null blir målt, kan denne verdien bli subtrahert fra det målte signalet. Dette trekket kan resultere i en lempning på kravet om et stort dynamisk signalområde. [0042] Som vist i figur 4A kan i én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse en elektrisk strøm bli påtrykket på sender- og kompensasjonsspolene av driveren 9. Disse spolene kan være koblet i serie, som vist i figur 3. Hver strømsyklus eller -periode inkluderer en positiv på-periode og en av-periode, etterfulgt av en negativ på-periode og en av-periode. I ett, ikke-begrensende eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelse kan strømbølgeformen 34 være symmetrisk med en DC-komponent som er null, eller tilnærmet null, ha en frekvens omtrent på Hz og ha en maksimalamplitude på omtrent 0A. En fagmann som leser dette vil se at andre bølgeformer kan bli anvendt i alternative utførelsesformer eller anvendelser av foreliggende oppfinnelse. [0043] Figur 4B illustrerer signalamplituden som kan foreligge i på-perioden ved mottakerspolen 8 i fravær av kompensasjonsspolen 6 - som illustrert kan mottakerspenningen være omtrent 3V uten kompensasjonsspole. Innlemmelsen av kompensasjonsspolen i samsvar med utførelsesformer av oppfinnelsen kan gjøre at signalet reduseres betydelig, for eksempel til omtrent mv som vist i figur 4C. Signalet i senderens av-periode kan ha en amplitude på omtrent mv. Kompensasjonsspolen kan således, i det minste i noen anvendelser, ha den effekten at den i betydelig grad reduserer signalet i på-perioden på stedet hvor mottakerspolen befinner seg, og således gjør at signal/støy-forholdet kan maksimeres ved å forsterke mottakerspolesignalet. Den maksimale forsterkningen kan begrenses av ADomformerinngangens signalområde. En fagmann som leser dette vil vite at andre signaler kan bli anvendt i utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse. [0044] Et eksempel på utførelse av datainnsamlingssystemet 13 vil nå bli beskrevet med støtte i figur. I ett, ikke-begrensende utførelseseksempel kan mottakerspolens 8 signal bli forsterket, for eksempel omtrent 0 ganger, av en støysvak forforsterker 40. Forforsterkeren 40 kan befinne seg på slep-enheten 11, mens de andre komponentene i systemet 13 befinner seg i luftfartøyet. Forforsterkeren 40 kan generere et topp-tiltopp-signal, for eksempel, så som et topp-til-topp-signal på omtrent 6V. Signalet kan så bli filtrert av et lavpass antialiasingfilter 42, for eksempel, så som et filter på omtrent KHz. Det kan i tillegg bli digitalisert av en topolet AD-omformer 44, for eksempel en 24-bits AD-omformer, med en fast frekvens, for eksempel en frekvens på omtrent 0K eller 0K sampler pr. sekund. Dataene som trekkes ut gjennom digitaliseringen kan så bli sendt til en prosesserings- og lagringsenhet 46 i stand til digitalt å prosessere og lagre dataene. En fagmann som leser dette vil forstå at forsterkningen og andre

13 målinger som oppgis kun er ment som eksempler, og at andre forsterkninger og målinger kan bli anvendt i utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse. [004] I ett eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelse utfører datainnsamlingssystemet 13 signalbehandling, så som den vist i figur 6. I en slik utførelsesform kan mottakerspolesignalet bli mottatt ved den topolede AD-omformeren 44 i figur hvorved det kan bli kontinuerlig digitalisert (trinn 0). Denne digitaliseringen kan for eksempel skje ved en frekvens så som 24-bits AD-omforming ved 0K til 0K sampler pr. sekund. Det digitaliserte signalet blir så sendt til prosesserings- og lagringsenheten 46 for videre behandling. For å fjerne den forsterkergenererte forskyvningen (off-set) og temperaturavhengig drift, kan signalet i et gitt punkt i bølgeformen bli midlet punkt for punkt over minst én periode eller syklus (trinn 2). For eksempel kan i én utførelsesform et sett av senderpulssykluser bli midlet. Bølgeformen kan i tillegg bli midlet over de positive og negative semiperiodene, eller signalene. Disse midlingene kan bli anvendt for å bestemme forskyvningssignalet. Det resulterende DC-signalet kan så bli subtrahert fra hvert målepunkt over settet av perioder (trinn 2), hvorved forskyvningssignalet kan bli subtrahert fra hvert punkt. [0046] Alternativt kan i trinn 2 bølgeformen bli behandlet ved å subtrahere, fra hvert punkt, verdien til bølgeformpunktet en halv periode tidligere. I den resulterende bølgeformen vil DC-forskyvningen være kansellert og en lineær drift i den opprinnelige bølgeformen vil være redusert til en fast forskyvning i den resulterende bølgeformen. Den resulterende bølgeformen kan så bli anvendt som innmating til den samme prosesseringsalgoritmen, for å frembringe en andre resulterende bølgeform der en lineær drift i den innmatede bølgeformen vil være helt kansellert. Med gjentatt utførelse av algoritmen kan ytterligere resulterende bølgeformer frembringes der høyere ordens polynomdrift vil være helt kansellert. En fagmann som leser dette vil se at den gjentatte bruken av denne algoritmen alternativt kan innlemmes i én enkelt algoritme som er matematisk ekvivalent og genererer tilnærmet identiske resultater. [0047] Det digitaliserte db/dt-signalet blir så integrert over hele perioden (dvs. på-tiden og av-tiden) av prosesserings- og lagringsenheten 46 for å frembringe en representasjon av B-feltet (trinn 4). Denne integrasjonen kan begynne fra et vilkårlig punkt i syklusen. For å bestemme den ukjente konstanten etter integrasjonen (også kjent som integrasjonskonstanten), kan det inndelte signalet bli midlet over minst én periode. Dette kan gjøres på en punktvis måte, hvorved en midling over de positive og negative semiperiodene finner sted (trinn 6). Det resulterende DC-signalet, som kan være en integrasjonskonstant, kan så bli subtrahert fra hvert målepunkt over settet av perioder (trinn 6). [0048] I prosedyren over kan DC-signalet bli beregnet ved å midle over hele bølgeformen, eller alternativt kan det finnes ved å midle over deler av av-tiden. Dette vil redusere feil introdusert av fluktuasjoner i amplituden til primærsignalet detektert

14 av mottakeren. Slike fluktuasjoner kan være forårsaket av deformasjoner i den semibøyelige rammen. [0049] Som et ytterligere trinn kan det digitale signalet bli delt inn i porter under avperioden (trinn 8). I én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan for eksempel 24 porter med like eller tilnærmet like tidsintervaller på den logaritmiske skalaen bli anvendt. Den logaritmiske skalaen kan inkludere inndelinger fra 0μs til ms, atskilt av trinn på omtrent 1db. [000] I én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan integrasjonen av db/dtsignalet bli utført i sann tid ved hjelp av mikroprosessorer i datainnsamlingssystemet 13. I en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan integrasjonen av db/dtsignalet bli utført etter flyvning i henhold til de loggførte tidsseriene av digitaliserte punkter lagret av prosesserings- og lagringsenheten 46. [001] B-feltdata frembragt ved hjelp av systemet 2 kan bli behandlet som funksjon av posisjon for å produsere avbildninger av konduktiviteten i grunnen. Måling av B-feltet, som omtalt her, kan i noen anvendelser bedre systemets evne til å mate ut et signal innenfor AD-omformerens dynamiske område. Dette gjør det i sin tur mulig å forbedre signal/støy-forholdet gjennom forsterkning av mottakerspolesignalet. I noen utførelseseksempler kan derfor det dynamiske området til mottakerspolesignalet reduseres slik at hele bølgeformen inkludert på-tiden kan oppnås samtidig som eventuelle svekkelser i nøyaktighet eller støynivået under datainnsamlingen reduseres under av-tiden. [002] Det vil forstås av fagmannen at andre variasjoner av utførelsesformene beskrevet her også kan praktiseres uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme. Spesielt kan variasjoner i størrelse, frekvens og andre foreslåtte målinger bli anvendt i utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse ettersom de angitte målingene kun er ment som et eksempel. Andre modifikasjoner er derfor mulig. For eksempel kan størrelsen til kompensasjonsspolen varieres for å påvirke primærfeltet ved mottakeren. Dersom AD-omformeren kan digitalisere signalene under både på-tiden og av-tiden med tilstrekkelig oppløsning til å opprettholde signal/støy-forholdet, kan variasjon av størrelsen til kompensasjonsspolen føre til at primærfeltet ved mottakerspolen får en annen verdi enn omtrent null. I tillegg kan kompensasjonsspolens størrelse styre innvirkningen av en endring i antallet vindinger i senderspolen, hvorved endring av kompensasjonsspolens størrelse kan bidra til å opprettholde et EM-felt som er tilnærmet null under på-tiden for senderstrømmen. 3

15 14 P a t e n t k r a v Geofysisk tidsdomene elektromagnetisk (TDEM) kartleggingssystem for å frembringe en B-feltmåling, omfattende: en senderspole (4); en kompensasjonsspole (6) anordnet hovedsakelig konsentrisk med og i samme plan som senderspolen; en mottakerspole (8) anordnet hovedsakelig konsentrisk med og i samme plan som kompensasjonsspolen (6); en elektrisk strømkilde (9) koblet til senderspolen (4) og kompensasjonsspolen (6) for å påtrykke en periodisk strøm til disse; hvor senderspolen (4), kompensasjonsspolen (6) og mottakerspolen (8) er anordnet i forhold til hverandre på en slik måte at, på stedet hvor mottakerspolen (8) befinner seg, et magnetfelt generert av kompensasjonsspolen (6) har en kansellerende virkning på et primært magnetfelt generert av senderspolen (4); k a r a k t e r i s e r t v e d at senderspolen (4) er støttet av en semistiv senderspoleramme () og kompensasjonsspolen (6) er støttet av en semistiv kompensasjonsspoleramme (12); og et datainnsamlingssystem (13) innrettet for å motta et tidsderivert magnetfeltsignal db/dt fra mottakerspolen (8) og integrere det tidsderiverte magnetfeltsignalet db/dt for å frembringe en magnetisk B-feltmåling; en opphenginnfestingskabel festet til opphengssystemet for å henge opp spolerammene fra et luftfartøy. 2. Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge krav 1, hvor kompensasjonsspolerammen har en mindre diameter enn senderspolerammen og mottakerspolen er støttet av en mottakerspoleramme som har en mindre diameter enn kompensasjonsspolerammen, systemet omfattende et flertall radialkabler som strekker seg radialt utover fra et sentralt punkt til respektive steder på senderspolerammen, idet både kompensasjonsspolerammen og mottakerspolerammen er koblet til radialkablene. 3. Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge krav 2, omfattende et opphengssystem koblet til et flertall steder rundt en periferi til senderspolerammen, og en 3 4. Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge krav 3, hvor opphengssystemet er innrettet for å holde spolene i en hovedsakelig horisontal orientering under flyging.

16 Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, hvor hver av senderspolen og kompensasjonsspolen omfatter trådvindinger hvorved den elektriske strømmen fra strømkilden går gjennom senderspolen til kompensasjonsspolen elektrisk koblet til denne, idet den elektriske kontakten er i serie og har strømmer som sirkulerer i motsatte retninger. 6. Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge krav, hvor et senter av senderspolen og av kompensasjonsspolen fremviser et magnetfelt som er proporsjonalt med den elektriske strømretningen og antallet trådvindinger og omvendt proporsjonalt med spolenes samlede størrelse, og med det danner et hovedsakelig konsentrisk system med et primært magnetfelt som når det blir målt ved mottakerspolen er tilnærmet null. 7. Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, hvor strømkilden påtrykker et periodisk signal på senderspolen og kompensasjonsspolen som innenfor hver periode har en positiv på-periode og en av-periode, etterfulgt av en negativ på-periode og en av-periode, idet kompensasjonsspolen har den virkning at den reduserer signalet under på-perioden ved mottakerspolen slik at signal/støyforholdet forbedres gjennom forsterkning av mottakerspolesignalet. 8. Geofysisk TDEM-kartleggingssystem ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, hvor datainnsamlingssystemet omfatter: en støysvak forforsterker koblet til mottakerspolen for å forsterke det tidsderiverte magnetfeltsignalet db/dt fra mottakerspolen; et lavpass antialiasingfilter som filtrerer det forsterkede signalet db/dt; en AD-omformer for å digitalisere det filtrerte signalet db/dt; og en signalbehandlingsenhet som integrerer det digitaliserte signalet db/dt for å frembringe B-feltmålingen Elektromagnetisk system for innsamling av måledata ifølge krav 8, hvor signalprosesseringsenheten kan aktiveres til å: integrere det digitaliserte signalet db/dt over minst én hel periode; midle positive og negative halvsykluser av det integrerte db/dt-signalet over én eller flere perioder for å bestemme en integrasjonskonstant og frembringe B- feltmålingen.. Signalbehandlingsfremgangsmåte for å frembringe en B-feltmåling, omfattende å:

17 16 1 innhente et mottakerspolesignal fra en mottakerspole anordnet innenfor en kompensasjonsspole som igjen er anordnet innenfor en senderspole, hvor senderspolen er støttet av en semistiv senderspoleramme og kompensasjonsspolen er støttet av en semistiv kompensasjonsspoleramme, hver spole er anordnet med en hovedsakelig konsentrisk semistiv orientering i forhold til de andre, og senderspolen og kompensasjonsspolen genererer periodiske pulser som hver har en positiv på-tid etterfulgt av en av-tid etterfulgt av en negativ på-tid etterfulgt av en av-tid; digitalisere mottakerspolesignalet; integrere det digitaliserte mottakerspolesignalet over minst én hel periode; og midle positive og negative halvsykluser av det integrerte mottakerspolesignalet over én eller flere perioder for å bestemme en integrasjonskonstant og frembringe B- feltmålingen. 11. Signalbehandlingsfremgangsmåte ifølge krav, omfattende å dele inn det digitale signalet i porter med hovedsakelig like tidsintervaller på en logaritmisk skala. 12. Fremgangsmåte ifølge krav eller 11, videre omfattende å henge opp mottakerspolen, kompensasjonsspolen og senderspolen fra et luftfartøy og fly luftfartøyet over et kartleggingsområde mens mottakerspolesignalet innhentes.

18 1/6

19 2/6

20 3/6

21 4/6

22 /6

23 6/6 NO/EP