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Patent Searching and Data


Title:
ARRANGEMENT FOR OPERATING A GEOPHYSICAL LOCATING UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/002946
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an arrangement for operating a geophysical locating unit by evaluating magnetic field changes, comprising flux gate sensors, an amplifying circuit and an evaluating and display unit. According to the invention, two flux gate sensors are located in a probe, which are interspaced and oriented in the same direction. The sensors furnish output voltages that are identical with regard to polarity. The output signals are led to a level alignment circuit and to a low-pass filter. A connection to an input of a differential amplifier, which is connected to the input of a limiting amplifier, exists on the output side of the low-pass circuits. The evaluation signal can be tapped at the output of the limiting amplifier for a subsequent processing.

Inventors:
Krauss, Andreas? (Geibelstrasse 207, Chemnitz, 09127, DE)
Application Number:
PCT/EP2005/007117
Publication Date:
January 12, 2006
Filing Date:
July 01, 2005
Export Citation:
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Assignee:
OKM ORTUNGSTECHNIK KRAUSS & MÜLLER GMBH (Am Fünfminutenweg 6, Windischleuba, 04603, DE)
Krauss, Andreas? (Geibelstrasse 207, Chemnitz, 09127, DE)
International Classes:
G01R33/022; G01V3/08; (IPC1-7): G01V3/08; G01R33/022
Foreign References:
US5902238A1999-05-11
US4427943A1984-01-24
US3040248A1962-06-19
US5537038A1996-07-16
GB2236399A1991-04-03
Other References:
See also references of EP 1763686A1
Attorney, Agent or Firm:
Kruspig, Volkmar (Meissner, Bolte & Partner GbR Geschwister-Scholl-Str. 15, Gera, 07545, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Anordnung zum Betreiben eines geophysikalischen Ortungsgeräts mittels Auswertung von Magnetfeldänderungen, umfassend FluxGateSensoren, eine Verstärkerschaltung sowie eine Bewertungs und Anzeigeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Sonde zwei beabstandete, in gleicher Richtung orientierte Flux GateSensoren befindlich sind, wobei die Sensoren von der Polarität gleiche Ausgangsspannungen liefern, die Ausgangssignale auf je eine Pegelanpassschaltung sowie je einen Tiefpass geführt sind, ausgangsseitig der Tiefpassschaltungen diese je auf einen Eingang eines Differenzverstärkers gelangen, welcher mit dem Eingang eines Begrenzerverstärkers in Verbindung steht, wobei am Ausgang des Begrenzerverstärkers das Auswertesignal zur weiteren Verarbeitung anliegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsstabilisierungsschaltung für die Stromversorgung der FluxGate Sensoren vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgleich der Anordnung eine niederohmige Referenzspannungsquelle mit dem Referenzeingang des Differenzverstärkers verbindbar ist.
4. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen zwischen den FluxGateSensoren und dem Eingang der Pegelanpassschaltung geschirmt ausgeführt sind.
5. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal bei nicht vorhandenem Magnetfeld auf die Hälfte der Betriebsspannung der FluxGateSensoren eingestellt und kalibriert ist.
6. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückkopplungszweig des Begrenzerverstärkers eine Parallelschaltung eines Widerstands und einer Diodengruppe vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodengruppe aus mindestens zwei antiparallel geschalteten Dioden besteht.
Description:
Anordnung zum Betreiben eines geophysikalischen Ortungsgerätes

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines geophysikalischen Ortungsgeräts mittels Auswertung von Magnetfeldänderungen, umfassend Flux- Gate-Sensoren, eine Verstärkerschaltung sowie eine Bewertungs- und Anzeigeeinheit gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Geophysikalische Ortungsgeräte auf der Basis der Erfassung von Magnetfeld¬ änderungen bzw. Magnetfeldanomalien gehören zum Stand der Technik.

Bei derartigen Geräten wird eine magnetfeldselektive Sensorik, z.B. ein Flux- Gate verwendet, wobei auswerteseitig eine Verstärkung der detektierten Signale erfolgt und die verstärkten Signale auf eine Anzeigeeinheit gelangen. Beim Abschreiten eines bestimmten Suchareals werden einlaufende Signale gespeichert und Zeilen- bzw. spaltenweise aufbereitet, um mikroprozessor¬ unterstützt eine bildliche Darstellung des Untergrunds zu erreichen.

Bei einer einfachen Verstärkung von Flux-Gates-Signalen besteht ein wesentlicher Nachteil darin, dass eine auswertbare Messung nur bei sehr kleinen Feldern bzw. Feldänderungen erfolgen kann, und zwar aufgrund der hohen notwendigen Verstärkung beim Einsatz derartiger Sensoren. Liegen stärkere Magnetfelder, z.B. in Form von Störfeldern vor, besteht die Gefahr, dass der eingesetzte Verstärker übersteuert wird. Aufgrund dieser Übersteuerung ist dann eine Feldänderung, welche für die eigentliche Ortungsaufgabe zu bestimmen ist, nicht mehr erfassbar. Eine naheliegende Möglichkeit besteht darin, die Verstärkung regelbar auszugestalten, wobei hieraus jedoch folgt, dass sehr kleine Magnetfeldänderungen dann nicht mehr oder nur mit sehr großem Aufwand aufgelöst werden können.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterent¬ wickelte Anordnung zum Betreiben eines geophysikalischen Ortungsgeräts auf der Basis der Auswertung von Magnetfeldänderungen anzugeben, wobei die Anordnung unter Verzicht auf eine aufwendige Verstärkungsregelung in der Lage sein soll, sowohl erhebliche Magnetfeldgradienten zu erkennen, als auch kleine Magnetfeldänderungen zur optimalen Ortung auch kleinerer oder in größerer Tiefe liegender Gegenstände zu erfassen. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.

Die erfindungsgemäße Anordnung geht von der Auswertung einer Magnetfeld¬ differenz aus, wobei als Sensoren zwei beabstandete, in gleicher Richtung orientiere Flux-Gate-Elemente vorgesehen sind. Aufgrund der Anordnung der Flux-Gates in derselben Richtung liefern diese dem Vorzeichen nach gleiche Ausgangsspannungen, wobei der absolute Wert der Ausgangsspannung unterschiedlich ist, da das Magnetfeld mit wachsender Entfernung abnimmt.

Durch die Anordnung der Flux-Gate-Sensoren beabstandet, in gleicher Richtung, und zwar in einer abgesetzten Sonde, und die Verwendung eines Differenzverstärkers ist es möglich, nahezu unabhängig von der absoluten Stärke des Magnetfelds eine Änderung desselben nachweisbar zu machen, und zwar auch dann, wenn die Magnetfeldänderung selbst sehr gering ist.

Die Ausgangssignale der Flux-Gate-Sensoren werden erfindungsgemäß auf je eine Pegelanpassschaltung sowie je einen Tiefpass geführt, wobei ausgangs- seitig der Tiefpassschaltungen diese je auf einen Eingang des Differenz¬ verstärkers gelangen, welcher wiederum mit dem Eingang eines Begrenzer¬ verstärkers in Verbindung steht.

Am Ausgang des Begrenzerverstärkers liegt dann das Auswertesignal zur weiteren Verarbeitung an.

Bevorzugt werden die Flux-Gate-Sensoren über eine Spannungsstabilisierungs- schaltung betrieben.

Zum Abgleich bzw. zum Kalibrieren der Anordnung ist eine niederohmige Referenzspannungsquelle vorgesehen, die mit dem Referenzeingang des Differenzverstärkers in Verbindung steht.

Die Verbindungsleitungen zwischen den Flux-Gate-Sensoren und dem Eingang der Pegelanpassschaltung sind bevorzugt geschirmt ausgeführt. Für einen optimalen Betrieb wird das Ausgangssignal bei nicht vorhandenem Magnetfeld in etwa auf die Hälfte der Betriebsspannung der Flux-Gate-Sensoren eingestellt.

Im Rückkopplungszweig des Begrenzerverstärkers ist bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Parallelschaltung eines Widerstands und einer Diodengruppe vorgesehen. Die Diodengruppe besteht aus mindestens zwei antiparallel geschalteten Dioden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt hierbei ein Prinzipschaltbild mit angedeuteter Anordnung der Flux-Gate-Sensoren in der Sonde und einen typischen Verlauf von Eingangs¬ und Ausgangssignal als Diagramm.

Gemäß der Darstellung im linken Bildteil der Figur befindet sich auf einem Träger eine beabstandete Anordnung, umfassend ein Flux-Gate 1 sowie ein weiteres Flux-Gate 2. Mit den vertikalen Pfeildarstellungen im linken Randteil des Figur ist einerseits ein schwaches, andererseits ein stärkeres Magnetfeld symbolisiert. Die innerhalb der Flux-Gates befindliche Pfeildarstellung symbolisiert die Ausrichtung der Detektoren.

Die Ausgangssignale von Flux-Gate 1 und Flux-Gate 2 gelangen auf je einen Eingang einer Verstärkerschaltung.

Diese Verstärkerschaltung umfasst zunächst eine Pegelanpassbaugruppe sowie eine Tiefpassschaltung.

Konkret werden die Ausgangssignale der Flux-Gates 1 bzw. 2 an OUT+Sx und OUT-Sx angeschlossen. Die OUT-Sx-Ausgänge liefern in etwa die halbe Betriebsspannung.

Die Kombination aus Widerstand R3 und R6 sowie Kondensator C6 sowie Widerstand R5, R7 und Kondensator C5 bilden die vorerwähnte Pegel¬ anpassungsschaltung und filtern höherfrequente Signalanteile aus. Das derart vorverarbeitete Signal gelangt dann auf den Eingang 2 bzw. 3 des Differenz¬ verstärkers IC3.

Die PADX-Anschlüsse und Verbindungen dienen der Einstellung der Aus- gangsspannung des gesamten Verstärkers bei nicht vorhandenem Feld. Üblicherweise ist PADl mit PAD2 verbunden, wobei die Ausgangsspannung bei nicht vorhandenem Feld mit dem Potentiometer R14 in etwa um die halbe Betriebsspannung einzustellen ist.

Der Schaltkreis IC2B stellt eine entsprechende Referenzspannung niederohmig zur Verfügung.

Der Verstärker IC2A ist als Begrenzerverstärker ausgeführt, wobei eine Rückkopplung über die Dioden Dl bis D4 in Verbindung mit den Widerständen R2 und R4 erfolgt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass kleine Ausgangsspannungen mehr verstärkt werden als größere Spannungen, wobei zu beachten ist, dass die , Eingangsspannung an IC2A bereits die Differenz der Flux-Gate-Ausgangssignale darstellt.

Das Ausgangssignal wird zur weiteren Verarbeitung an OUT mit Bezug zu GOUT abgegriffen. Die Pins VCCSx und GNDSx sind die Betriebsspannungsanschlüsse für die Flux- Gates. VIN und GNDIN stellen die Betriebsspannungsanschlüsse für den Verstärker dar, wobei eine optionale Stabilisierung mit Hilfe des Schaltkreises ICl möglich ist. Wenn eine Bestückung der Schaltung mit Rl erfolgt, dann entfällt die Stabilisierung.

Die Anschlüsse SSx bilden den Schirm für die Zuleitungen zu den Flux-Gate- Sensoren 1 bzw. 2.

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung kann in Verbindung mit der Sonde, welche zwei beabstandete, in gleicher Richtung orientierte Flux-Gates-Sensoren aufweist, eine effektive und reproduzierbare Erfassung von Magnetfeldänderungen für die Ortung erfolgen, und zwar im wesentlichen unabhängig von dem Betrag des Magnetfelds selbst.