СИСТЕМА АЭРОЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СЪЕМКИ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ БУКСИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРОЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СЪЕМКИ Российский патент 2012 года по МПК G01V3/165 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится преимущественно к области аэрогеологического картографирования, в частности к устройствам для проведения геологической съемки с использованием электромагнитного метода во временной области.

Предпосылки создания изобретения

Электромагнитная съемка во временной области является быстро развивающейся областью геофизической съемки. Применение находит как наземная съемка, так и авиасъемка. Геологическое картографирование с использованием электромагнитной съемки во временной области включает уравнение для расчета величин зависящих от времени электромагнитных полей. Исходя из параметров электромагнитных полей, основанных на факторах сопротивления, известным способом получают геологические данные.

Метод электромагнитной съемки во временной области заключается в генерировании периодических импульсов магнитного поля, проникающих под поверхность земли. При отключении этого магнитного поля в конце каждого импульса в геологическом пространстве возникают вихревые токи. Далее происходят постепенное затухание этих токов и изменение их расположения и направления в зависимости от электрического сопротивления и геометрии геологических тел. Затем производятся измерение электромагнитных полей указанных вихревых токов (также называемых переходными или вторичными полями) над поверхностью земли и их использование для картографирования и перспективного геологического интерпретирования известным способом.

Известным техническим средством для генерирования импульсов магнитного поля является передатчик, как правило, состоящий из проволочной петли или многовитковой катушки, соединенной с выходом известного генератора импульсов электрического тока или формирователя передатчика. Обычно размер катушки передатчика составляет несколько метров в диаметре для бортового устройства и до сотен метров для наземных систем. В основном чем больше диаметр катушки передатчика, тем сильнее его магнитный момент, который в последующем приводит к более глубоким и более точным исследованиям.

Дополнительная многовитковая катушка или система катушки x-y-z обычно служит в качестве приемника или датчика вторичного электромагнитного поля. С этой целью также применяются магнитометры. Принятые сигналы оцифровываются известным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), обрабатываются и хранятся в памяти компьютера.

Преимущество систем аэромагнитной съемки во временной области заключается в скорости, с которой производится охват площади земли при проведении геологической съемки. Тем не менее, существует ряд технических проблем при проектировании систем аэромагнитной съемки во временной области, основанных на известном уровне техники.

Переданное электромагнитное поле обычно генерирует вихревые токи не только в земле, но также и в близлежащих металлических элементах, включая элементы системы и корпуса летательного аппарата. Вторичные поля этих токов ведут себя как шумы ввиду типичной нестабильности конфигурации системы и термических изменений в проводниках. Этот шум влияет на снимаемые параметры, в результате, как правило, снижается их надежность при экстраполировании из них геологических данных.

Наиболее распространенным способом минимизации упомянутого шума является расположение приемника на достаточно большом расстоянии от формирователя передатчика. В результате такого пространственного разнесения формирователя передатчика и приемника вторичные поля вихревых токов в земле сопоставимы с вторичными полями металлических элементов, в результате уровень шума является незначительным. Такое решение используется в известных системах аэромагнитной съемки во временной области, например, GEOTEM и MEGATEM (FURGO AIRBORNE SURVEYS LTD, GEOTERREX PTY LTD), которые включают гондолу с геофизическими приборами, буксируемую воздушным летательным аппаратом с неподвижным крылом, на буксирном тросе длиной приблизительно 130 метров.

Другая известная из уровня техники система аэромагнитной съемки во временной области, производимая компанией Т.Н.Е.М. Geophysics Inc, состоит из буксируемой вертолетом системы, в которой используется наполненный гелием шар для удержания ее датчиков в подвешенном состоянии на расстоянии от системы передатчика.

Один из недостатков этой системы известного уровня техники заключается в относительно низкой горизонтальной разрешающей способности системы ввиду относительно большого расстояния между катушкой передатчика и датчиком приемника. Еще одним недостатком являются трудности механического управления системой при взлете, посадке и маневрировании в полете.

Еще один известный из уровня техники способ, используемый в настоящее время для минимизации шума такого рода, заключается в подавлении первичного поля передатчика, локализованного в металлических элементах системы, посредством применения специальной катушки, создающей в этой локальной зоне магнитное поле, противоположно направленное основному полю катушек передатчика. Такое техническое решение используется, например, в системе AEROTEM™ компании Aeroquest Ltd с целью минимизации вторичных полей в металлических элементах электронной аппаратуры передатчика, которую размещают в буксируемой гондоле. Однако данное решение требует высокой механической прочности системы, что в свою очередь приводит к утяжелению рамной конструкции. Более тяжелая рама обуславливает ряд недостатков, в частности затрудняет буксировку гондолы для аппаратуры. Также относительно высокими являются производственные издержки и расходы на топливо.

Еще один важный недостаток заключается в том, что ввиду необходимости создания более прочной рамы, имеющей относительной большой вес, на раму устанавливается, в основном, катушка передатчика меньшего диаметра, что приводит к снижению дипольного момента передатчика. В результате обычно создается недостаточный дипольный момент передатчика, не позволяющий проводить более глубинные измерения.

Еще одной проблемой указанных систем известного уровня техники является то, что они не позволяют использовать оптимальную конфигурацию системы с расположением приемника в центре катушки передатчика. В катушке приемника каждым из импульсов магнитного поля индуцируется относительно высокое напряжение, которое, в свою очередь, приводит к работе предусилителя приемника в режиме насыщения и таким образом делает неэффективной его работу во время проведения измерений в течение короткого периода после такого импульса. Это время является важным и необходимым для проведения измерения характеристик земли.

При использовании существующих систем решение указанной проблемы заключается в размещении приемника на расстоянии от передатчика, при котором мощность передаваемых импульсов намного меньше, так как сила этого поля уменьшается как обратная кубическая величина расстояния. Однако это приводит к несоблюдению оптимальной конфигурации системы.

В системе AEROTEM™ решение проблемы импульсов высокого напряжения при одновременном сохранении оптимальной конфигурации системы, т.е. при расположении приемника в центре катушки передатчика, заключается в размещении катушки приемника внутри компенсационной катушки, по которой протекает противофазный ток передатчика, с целью подавления значительной части импульсов напряжения, индуцированных в катушке приемника во время нахождения передатчика в режиме «ON TIME», т.е. оказывающего существенное отрицательное воздействие на прием вторичного поля от земли.

Этот метод является эффективным для решения проблемы импульсов напряжения «on time» - времени включенного состояния. Тем не менее, процесс точного понижения напряжения этого сигнала требует жесткой конфигурации всех элементов, включая катушку приемника. Такое жесткое крепление препятствует созданию надлежащей виброизоляции катушки приемника, в результате нежелательная механическая вибрация оказывает влияние на катушку приемника, индуцируя электрические помехи и, следовательно, снижая чувствительность.

Технической проблемой является также создание максимального магнитного момента в катушке передатчика при минимальном весе, габаритах и электрической мощности. В вышеупомянутых системах значительная доля общего веса приходится на конструкцию и источники электропитания.

Еще одна проблема заключается в аэродинамическом сопротивлении во время полета. Сложная несущая конструкция с большими эффективными площадями поверхности создает исключительно сильное аэродинамическое сопротивление. Это снижает возможную скорость полета и увеличивает стоимость съемки.

Также существенным недостатком вышеупомянутых систем является ограничение по максимальному диаметру передатчика и, как следствие, по получаемому дипольному моменту. Обычно максимальный диаметр таких систем достигается относительно быстро, так как критерий жесткости требует значительного увеличения веса конструкции. Коэффициент жесткости вынуждает создавать конструкции с максимально допустимым весом, который способен поднять вертолет, не позволяя ввиду этого достичь желаемого диаметра.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является создание системы аэромагнитной съемки во временной области, устраняющей вышеуказанные недостатки и обеспечивающей более высокую разрешающую способность датчиков.

Поставленная цель достигается предложенной системой аэроэлектромагнитной съемки во временной области, состоящей из буксируемого устройства, присоединяемого к летательному аппарату и включающего секцию передатчика, содержащую гибкую несущую раму передатчика и катушку передатчика, расположенную внутри несущей рамы передатчика, а также секцию приемника, содержащую несущую раму приемника и сенсорный контур, гибко соединенный с несущей рамой приемника с целью снижения вибрации.

Также поставленная цель достигается тем, что буксируемое устройство для аэроэлектромагнитной съемки во временной области содержит гибкую секцию передатчика, состоящую из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы секции передатчика, обеспечивающих сборку и разборку секции передатчика, при этом элементы рамы секции передатчика определяют многоугольный профиль рамы, и секцию приемника, расположенную, в основном, вдоль центральной оси секции передатчика, при этом в элементах рамы секции передатчика размещена катушка передатчика, и в секции приемника размещен не жестко подвешенный сенсорный контур, секция передатчика и секция приемника соединены с помощью нескольких соединительных тросов, равномерно распределенных по окружности секции передатчика и секции приемника, причем буксируемое устройство выполнено с возможностью соединения с летательным аппаратом с помощью, как минимум, одного троса, соединенного с секцией передатчика в нескольких точках, а конструкция гибкой несущей рамы передатчика выполнена с возможностью увеличения эффективной площади поверхности, в основном, при низком аэродинамическом сопротивлении во время полета.

Поставленная цель достигается также предложенным способом получения данных аэроэлектромагнитной съемки, который включает осуществление полета летательного аппарата с легким буксируемым устройством, присоединенным к нему, при этом буксируемое устройство включает гибкую секцию передатчика, содержащую передающее устройство, в которой секция передатчика состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы секции передатчика, обеспечивающих сборку и разборку секции передатчика, и секцию приемника, содержащую сенсорное устройство, в которой секция приемника, в основном, совмещена с центральной осью секции передатчика, формирователь передатчика, соединенный с устройством передатчика и расположенный на расстоянии от секции передатчика, и компенсирующее устройство; генерирование импульсов электромагнитного поля в направлении земли, являющихся эффективными для проведения геологической съемки во время интервала «ON»; использование компенсирующего устройства для снижения остаточных токов во время интервала «OFF»; детектирование ответного сигнала с земли на импульс электромагнитного поля в интервале «OFF», используя сенсорное устройство секции приемника; и получение данных геофизической съемки из ответного сигнала с земли.

Краткое описание чертежей

Ниже со ссылками на чертежи представлен один из возможных вариантов осуществления предложенного изобретения, который, однако, приведен исключительно в иллюстративных целях и для более полного понимания изобретения, но не является ограничивающим и не предназначен для определения объема изобретения.

На фиг.1 показан внешний вид системы для аэроэлектромагнитной съемки во временной области, находящейся в воздухе, в данном случае буксируемый вертолетом;

Фиг.2 - внешний вид буксируемого устройства;

Фиг.3 - вид буксируемого устройства в вертикальной проекции;

Фиг.4 - вид буксируемого устройства сверху и вид снизу секции приемника и передатчика буксируемого устройства;

Фиг.5 - частичный поперечный разрез секции приемника буксируемого устройства;

Фиг.5а - частичный вид секции приемника буксируемого устройства;

Фиг.5b и 5с - конструкция секции приемника в разрезе;

Фиг.6 - конструкция стабилизатора буксируемого устройства;

Фиг.7 - график, иллюстрирующий данные съемки, полученные посредством заявленного способа;

Фиг.8 - структурная схема системы аэроэлектромагнитной съемки во временной области.

Фиг.9 - схема, иллюстрирующая ресурсы программного обеспечения в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительного примера реализации изобретения

Заявленная система 10 аэромагнитной съемки во временной области включает летательный аппарат 12 и буксируемое устройство 14. На Фиг.1 показан летательный аппарат, представляющий собой вертолет. Тем не менее, также могут быть использованы самолеты, имеющие приемлемые с точки зрения геологической съемки взлетные и посадочные характеристики.

Одной из особенностей настоящего изобретения является то, что буксируемое устройство 14 отделено от летательного аппарата 12, но присоединяется к нему с помощью приемлемого соединительного устройства. При условии обеспечения гибкой несущей конструкции буксируемого устройства 14, о которой речь пойдет ниже, последнее может быть объединено с летательным аппаратом 12 для создания летательного аппарата для геологической съемки, включающего буксируемое устройство 14 в соответствии с настоящим изобретением.

Буксируемое устройство 14, в соответствии с настоящим изобретением, включает гибкую раму 15, показанную на Фиг.2. Гибкая рама 15 включает секцию передатчика 16 и секцию приемника 18.

Секция передатчика 16 содержит гибкую несущую раму 20 передатчика и катушку 28 передатчика. Несущая рама 20 передатчика может быть составлена из нескольких, преимущественно трубчатых, элементов 22, выполненных с возможностью их взаимного соединения с образованием многоугольного профиля рамы (на Фиг.4 показана восьмиугольная несущая рама передатчика). В качестве катушки 28 передатчика может быть использована известная многовитковая катушка. В соответствии с настоящим изобретением для возможности генерирования импульсов электромагнитного поля в направлении земли катушка 28 передатчика располагается внутри несущей рамы 20 передатчика и питается от известного электронного формирователя 32 передатчика, установленного в летательном аппарате 12. Формирователь 32 передатчика соединен с катушкой 28 передатчика (Фиг.8) с помощью провода, идущего вдоль центрального буксировочного троса, соединяющего буксируемое устройство 14 с летательным аппаратом 12.

В соответствии с другим вариантом катушка 28 передатчика натянута вдоль нижней части несущей рамы 20 путем прикрепления катушки передатчика в нескольких точках вдоль несущей рамы 20 с помощью приемлемых фиксирующих устройств.

Благодаря другой особенности конструкции несущей рамы в соответствии с настоящим изобретением также обеспечивается гибкость, позволяющая изменять количество витков петли приемника и площади петли, а также добавлять катушки приемника по другим осям, не изменяя конфигурации описываемого буксируемого устройства 14.

Секция приемника 18 включает несущую раму 45 приемника и сенсорный контур 50, причем с целью снижения вибрации сенсорный контур 50 гибко соединен с несущей рамой 45 приемника.

Так же, как и секция передатчика 16, секция приемника 18 состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов 44 (Фиг.4), в предпочтительном варианте - трубчатых, вместе составляющих несущую раму приемника 45, которая имеет значительно меньшую площадь поверхности по сравнению с площадью поверхности несущей рамы 20 передатчика. Указанные трубчатые элементы 44 приемника выполнены из пластика.

Секция приемника 18, как правило, расположена в центре секции передатчика 16, благодаря чему обеспечивается оптимальная конфигурация буксируемого устройства 14 системы 10 аэроэлектромагнитной съемки во временной области.

Предложенная конструкция системы 10 аэроэлектромагнитной съемки обуславливает простоту сборки, разборки и транспортировки буксируемого устройства 14 с одного места на другое. Еще одним преимуществом предложенной конструкции является то, что, благодаря модульной конструкции несущей рамы 20 передатчика, существует возможность регулировки размера гибкой рамы 15 для соответствия конкретным условиям его использования.

С этой целью, как показано на Фиг.4, трубчатые элементы 22 рамы передатчика соединены с помощью коленчатых элементов 24. Причем за счет добавления дополнительных трубчатых элементов 22 или нескольких элементов, вместе образующих одну из трубчатых секций 22, и коленчатых элементов 24 обеспечивается формирование несущей рамы 20 передатчика, имеющей достаточно большую площадь поверхности. Иными словами, посредством добавления или удаления трубчатых элементов 22 и коленчатых элементов 24 несущей рамы 20 передатчика осуществляется увеличение или уменьшение площади поверхности несущей рамы 20 передатчика.

Как и несущая рама 20 передатчика, несущая рама 45 приемника имеет модульную конструкцию (Фиг. 5а и 5b). Путем добавления трубчатых элементов 44 и коленчатых элементов 46 может быть сформирована несущая рама 45 приемника, имеющая большую или меньшую площадь поверхности.

Несущая рама 20 передатчика, показанная на чертежах, имеет восьмиугольную форму, однако в соответствии с настоящим изобретением, предусмотрены также несущие рамы передатчика, имеющие другие многоугольные формы, хотя многоугольная форма, приближающаяся к круговой, является предпочтительной. Понятно, что модульные элементы, образующие вместе несущую раму передатчика, могут быть модифицированы с целью создания несущей рамы, в целом имеющей круговой профиль. Кроме того, в случае, когда не требуются транспортировка и регулировка размера гибкой рамы 15, несущая рама 20 может быть выполнена в виде единой цельной конструкции в противоположность модульной конструкции, описанной выше.

Аналогичным образом несущая рама 45 приемника может иметь различную многоугольную или фактически круговую конструкцию, а также вместо модульной конструкции может быть выполнена цельная конструкция несущей рамы 45 приемника.

Трубчатые элементы 22 и 44 могут состоять из одного элемента или нескольких взаимосоединяемых элементов, выполненных из композитного материала, например фибергласа или кевлара. Также элементы несущей рамы 20 передатчика и несущей рамы 45 приемника могут быть изготовлены из углеродного волокна для повышения прочности, предпочтительно с непроводящими участками по длине одного или более компонентов с целью предотвращения аномалий, которые могли бы быть вызваны полным проводящим контуром.

Притом, что описанная конструкция несущей рамы 20 передатчика обеспечивает достижение относительно большой площади поверхности, при этом она обладает относительно малым весом. Так, в результате практического использования заявленной системы, выполненной в соответствии с представленным выше примером, было обнаружено, что описанная конструкция обеспечивает быстрое увеличение диаметра петли передатчика до 26 метров и более, при этом позволяя летательному аппарату 10 осуществлять маневрирование с буксируемым устройством 14.

Поскольку элементы секций передатчика и приемника состоят, в основном, из трубчатых фиберглассовых деталей, как описывалось выше, то в результате более половины веса буксируемого устройства приходится на проволоку катушки передатчика.

В основном используется катушка 28 передатчика, содержащая относительно толстую проволоку с низким сопротивлением, обеспечивающая более высокую интенсивность передающего магнитного поля. Несомненно, общий вес не должен превышать значений, которые могли бы привести к перегрузке летательного аппарата 12 или отрицательно повлиять на его маневренность.

Для соединения секций приемника 18 и передатчика 16 в буксируемом устройстве 14, а также для соединения последнего с летательным аппаратом 12 используются, преимущественно, тросы, которые, в отличие от пластиковых или металлических спиц, оказывают гораздо меньшее аэродинамическое сопротивление и обеспечивают повышение скорости полета.

В соответствии с настоящим изобретением буксируемое устройство 14 соединяется с летательным аппаратом 12 с помощью, как минимум, одного троса 26, соединенного с секцией передатчика 16 в нескольких точках. В случае многоугольной конструкции несущей рамы 20 передатчика такими точками являются углы несущей рамы 20 передатчика (Фиг.3), при круговой конструкции - равноотстоящие точки по ее окружности.

Также буксируемое устройство может быть соединено с летательным аппаратом с помощью центрального троса, который одним концом соединен с летательным аппаратом, а противоположным концом - с несколькими соединительными тросами, которые в свою очередь соединены с несколькими точками секции передатчика, равномерно распределенными по его окружности.

Соединение несущей рамы 45 приемника с несущей рамой 20 передатчика осуществляется с помощью нескольких натяжных тросов 40, которые, в предпочтительном варианте осуществления, равномерно распределены по окружности несущей рамы 45 приемника и несущей рамы 20 передатчика.

В примере осуществления, показанном на Фиг.4, в различных точках к несущей раме передатчика прикреплены натяжные тросы 40, которые также присоединены к соответствующим точкам несущей рамы приемника путем пропускания натяжных тросов 40 через ряд петель 48, расположенных на несущей раме 45 приемника, и дополнительно закреплены на центральном диске 42. В конкретном примере осуществления несущей рамы 20, показанной на Фиг.4, имеющей восьмиугольную форму, натяжные тросы 40 прикреплены к углам несущей рамы 20. Натяжные тросы 40 обеспечивают определенную жесткость несущей рамы передатчика.

Для стабилизации движения буксируемого устройства во время полета гибкая рама 20 снабжена стабилизатором 36, как показано на Фиг 1.

Стабилизатор 36, более детально показанный на Фиг.6, включает раму 37 стабилизатора, поддерживающую стабилизаторную трубку 38 обтекаемой формы. Стабилизатор 36 обычно выполнен из пластика и соединен с несущей рамой 20 передатчика в точке с помощью приемлемых крепежных элементов.

В соответствии с настоящим изобретением сенсорный контур 50 размещен внутри несущей рамы приемника. Предпочтительно, чтобы сенсорный контур был не жестко подвешен внутри оболочки 52, размещенной внутри рамы 45 приемника, как показано на Фиг.5b и 5с. Оболочка 52 выполнена в виде пластиковой трубки, аналогичной трубкам трубчатых секций 44 приемника и коленчатым секциям 46 приемника, но меньшей окружности. Кроме того, оболочка 52 упруго подвешена с помощью ряда упругих элементов 54 (показан только один), прикрепленных к точкам 56 вдоль внутренней стенки трубки несущей рамы 45 приемника и упруго поддерживающих оболочку 52. В свою очередь, сенсорный контур 50 упруго поддерживается рядом упругих элементов 54, прикрепленных к точкам 56 вдоль внутренней стенки оболочки 52 (или несущей рамы приемника 45).

Такая конструкция, при которой сенсорный контур 50 упруго подвешен внутри оболочки 52, значительно снижает воздействие вибрации.

В конкретном примере осуществления настоящего изобретения выход сенсорного контура 50 соединен с нелинейным предварительным усилителем 63, установленным в ящике на внешней поверхности оболочки 52 (на Фиг.5b не показан, см. Фиг.8).

Благодаря такой конструкции, при которой металлические детали, за исключением проводов и предварительного усилителя 63, в основном, расположены в летательном аппарате 12 на достаточно большом расстоянии от генерирующих полей и чувствительных элементов гибкой рамы 15. В результате этого индуцируются относительно малые паразитные вихревые токи без подавления полезных сигналов.

Данные аэроэлектромагнитной съемки с использованием заявленной системы аэроэлектромагнитной съемки во временной области получают следующим образом.

Как было указано выше, катушка 28 передатчика, расположенная внутри несущей рамы 20 секции передатчика 16 и связанная с формирователем 32 передатчика, генерирует импульсы электромагнитного поля в направлении земли. Генерирование импульсов происходит во время интервала «ON», а во время интервала «OFF» с сенсорного контура 50 секции приемника 18 снимается ответный сигнал с земли, который через предварительный усилитель 63, усилитель 62 и низкочастотный фильтр поступают в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 60, где аналоговые данные известным образом преобразовываются в цифровые данные и поступают в компьютер 58 для последующей обработки (Фиг.8).

Компьютер 58 снабжен микропроцессором (не показан), соединенным с запоминающим устройством. На компьютере 58 установлена компьютерная программа 66 для проведения анализа цифровых данных с целью генерирования данных съемки, которые имеют вид, приведенный на Фиг.7. Посредством использования компьютерной программы 66 создаются произвольные формы кривой выходного сигнала, включая квадратные, трапециевидные и треугольные, с целью соответствия конкретным требованиям съемки. Также компьютерная программа 66 позволяет динамично изменять частоту следования импульсов до более низких частот следования, являющихся более приемлемыми для целей с высокой проводимостью, или до более высоких частот для целей с меньшей проводимостью. На Фиг.9 проиллюстрированы ресурсы указанной компьютерной программы.

Параметры сенсорного контура 50 приемника определяют необходимую чувствительность таким образом, чтобы сигнал не превышал диапазон входного сигнала нелинейного предварительного усилителя 63.

В качестве предварительного усилителя 63 согласно заявленному изобретению используется, как правило, дифференциальный усилитель с быстро восстанавливающимся нелинейным усилением, который обладает высоким линейным усилением сигнала в установленном диапазоне, равным ожидаемому уровню сигнала измерений при импульсах “OFF”, и преобразует усиленный сигнал в единичное усиление при превышении сигналом указанного предела при импульсе "ON". Таким образом, предварительный усилитель ограничивает выходное напряжение в течение «ON TIME», обеспечивает низкое искажение и обладает быстрым восстановлением и высоким усилением в течение «OFF TIME» (время нахождения в выключенном состоянии).

Это, в свою очередь, позволяет установить сенсорный контур 50 приемника 18 в оптимальном положении - в центре секции передатчика 16 без необходимости подавления первичного переданного импульса. В данном случае используется виброизоляция только для сенсорного контура 50 (как указывалось выше), благодаря чему повышается отношение сигнал-шум.

Использование указанного способа нелинейного усиления вместо метода подавления позволяет легко и на месте подобрать диаметр петли передатчика и соответствующий размер несущей рамы, а также количество витков петель для соответствия конкретным геологическим целям.

Изменение указанных параметров при использовании системы подавления в целом исключено, так как система подавления потеряет эффективность при проведении таких изменений. Таким образом, метод подавления в основном является менее гибким по сравнению с методом настоящего изобретения.

При этом особенностью изобретения является то, что несущая рама 20 передатчика также используется для измерения сигнала во время «on-time» с целью получения синфазной информации. Это позволяет улучшить результаты съемки, например, в случае с рудными телами относительно высокой проводимости, в частности никеля. С этой целью заявленная система аэроэлектромагнитной съемки дополнительно содержит устройство приемника (не показано), соединенное с секцией передатчика для сбора синфазной информации в интервале «ON». Как правило, упомянутое устройство приемника представляет собой отдельную катушку приемника, прочно закольцованную с катушкой передатчика.

Другой особенностью настоящего изобретения является использование компенсирующего устройства, выполненного, например, в виде измерителя тока (не показан). Компенсирующее устройство служит для измерения остаточных токов, циркулирующих в катушке 28 передатчика во время интервала "OFF", благодаря чему обеспечивается минимизация искажений в системе, вызываемых этими остаточными токами при ответном сигнале с земли на импульс электромагнитного поля. Это исключительно важно в период непосредственно после передачи импульса, когда в течение непродолжительного периода времени могут существовать утечки тока и колебания тока. Указанные токи приводят к ошибке в принятых сигналах. Измеритель тока согласно одному из примеров реализации включает трансформатор без сердечника и предварительный усилитель, соединенный с аналого-цифровым преобразователем. Трансформатор предпочтительно сконструирован в виде катушки Rogowski, характеризующейся широким динамическим и частотным диапазонами, высокой стабильностью и линейностью характеристик и легкостью калибровки. Первичная обмотка трансформатора соединена последовательно с катушкой передатчика таким образом, чтобы ток, протекающий по катушке, генерировал emf=M*dl/dt во вторичной обмотке трансформатора. Компьютер 58 для обработки сигналов соединен с трансформатором, при этом дискретизованный сигнал с него аналогичен сигналу приемника, и компьютер использует эти данные для дальнейшей коррекции сигнала приемника.

В конкретном примере осуществления измеритель тока может размещаться в ящике (не показан), установленном на буксировочном тросе.

Возможны и другие модификации заявленной системы аэроэлектромагнитной съемки во временной области. Например, система может быть дополнена катушками приемника, ориентированными по оси Х и(или) оси У. Может быть использована механически гибкая взаимосвязь между катушкой передатчика и катушкой приемника. Это в значительной степени снижает необходимый вес несущей конструкции, и, кроме того, пользователи могут получать петлю значительно большего диаметра, создавая в системе более высокий дипольный момент. Буксируемое устройство может быть выполнено с возможностью вращения всей конструкции на 90° таким образом, чтобы перемещение передатчика в полете происходило в направлении оси X, что обеспечивало бы более эффективное обнаружение вертикальных проводящих тел.

Изобретение относится к области аэрогеологического картографирования, в частности к устройствам для проведения геологической съемки с использованием электромагнитного метода во временной области. Сущность: система состоит из летательного аппарата и присоединяемого к нему буксируемого устройства, включающего секцию передатчика и секцию приемника. Секция передатчика содержит гибкую несущую раму передатчика и катушку передатчика, расположенную внутри несущей рамы передатчика. Секция приемника содержит несущую раму приемника и сенсорный контур, гибко соединенный с несущей рамой приемника. Предпочтительно секция передатчика совмещена с центральной осью секции передатчика. Несущая рама передатчика имеет легкую модульную конструкцию, позволяющую увеличивать и сокращать площадь поверхности секции передатчика для выполнения конкретных задач съемки. 7 н. и 31 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области, состоящая из буксируемого устройства, присоединяемого к летательному аппарату, при этом буксируемое устройство включает:
(a) секцию передатчика, содержащую в целом гибкую несущую раму передатчика и контур передатчика, в которой контур передатчика расположен в несущей раме передатчика; и
(b) секцию приемника, содержащую несущую раму приемника и сенсорный контур, в которой сенсорный контур гибко соединен с несущей рамой приемника с целью снижения вибрации.

2. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой контур передатчика генерирует интервал «ON» импульса электромагнитного поля в направлении земли, и система дополнительно включает компьютер, предназначенный для генерирования данных съемки на основе измерений сигналов, полученных по сенсорному контуру секции приемника в интервале «OFF».

3. Система электромагнитной съемки во временной области по п.2, дополнительно включающая устройство приемника, соединенного с секцией передатчика для сбора синфазной информации в интервале «ON».

4. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой секция приемника, в основном, совмещена с центральной осью секции передатчика.

5. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой несущая рама передатчика состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы, обеспечивающих сборку и разборку секции передатчика.

6. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.5, в которой взаимосоединяемые элементы рамы являются трубчатыми.

7. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.6, в которой взаимосоединяемые элементы рамы определяют многоугольный профиль.

8. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой несущая рама передатчика обеспечивает относительно большую эффективную площади поверхности, в основном, при низком аэродинамическом сопротивлении во время полета.

9. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой буксируемое устройство соединено с летательным аппаратом с помощью, как минимум, одного троса, соединенного с секцией передатчика в нескольких точках.

10. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой буксируемое устройство соединено с летательным аппаратом с помощью центрального троса, своим первым концом соединенным с летательным аппаратом, при этом центральный трос включает второй, противоположный первому, конец, и в которой несколько соединительных тросов соединены между вторым концом центрального троса и несколькими точками, в целом равномерно распределенными по окружности секции передатчика.

11. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой несущая рама приемника соединена с несущей рамой передатчика с помощью нескольких соединительных тросов.

12. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.11, в которой соединительные тросы в целом равномерно распределены по окружности несущей рамы приемника и несущей рамы передатчика.

13. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой сенсорный контур эластично подвешен внутри несущей рамы приемника.

14. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, дополнительно включающая оболочку, эластично подвешенную внутри несущей рамы приемника, в которой сенсорный контур эластично подвешен внутри оболочки.

15. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, в которой несущая рама приемника состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы секции приемника.

16. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.15, в которой взаимосоединяемые элементы рамы секции приемника несущей рамы приемника выполнены сборно-разборными.

17. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области по п.1, дополнительно включающая стабилизатор для стабилизации движения буксируемого устройства во время полета.

18. Буксируемое устройство для электромагнитной съемки во временной области, включающее:
(a) гибкую секцию передатчика, состоящую из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы секции передатчика, обеспечивающих сборку и разборку секции передатчика, при этом элементы рамы секции передатчика определяют многоугольный профиль рамы; и
(b) секцию приемника, расположенную, в основном, вдоль центральной оси секции передатчика;
в котором в элементах рамы секции передатчика размещен контур передатчика, и в секции приемника размещен эластично подвешенный сенсорный контур;
в котором секция передатчика и секция приемника соединены с помощью нескольких соединительных тросов, равномерно распределенных по окружности секции передатчика и секции приемника;
в котором буксируемое устройство соединено с летательным аппаратом с помощью, как минимум, одного троса, соединенного с секцией передатчика в нескольких точках; и
в котором конструкция гибкой несущей рамы обеспечивает относительно большую эффективную площадь поверхности при, в основном, низком аэродинамическом сопротивлении во время полета.

19. Буксируемое устройство для системы электромагнитной съемки, включающее:
конструкцию передатчика круговой формы или приближающейся к круговой, образованную из нескольких элементов рамы, разъемно скрепленных между собой, при этом конструкция передатчика обеспечена передающим устройством для генерирования первичного магнитного поля в направлении земли;
устройство подвесного каната и буксирный трос для подвешивания конструкции передатчика с летательного аппарата, при этом конструкция передатчика подвешивается по окружности при помощи устройства подвесного каната, имеющего один конец, соединенный с буксирным тросом; и
центральный узел, от которого отходят несколько натяжных тросов для сцепления с конструкцией передатчика в соответствующих точках по ее окружности.

20. Буксируемое устройство по п.19, в котором элементы рамы включают несколько прямых трубчатых секций и коленчатых трубчатых секций, разъемно соединенных между собой, при этом конструкция передатчика имеет многоугольную форму.

21. Буксируемое устройство по п.19, в котором конструкция передатчика включает контур передатчика, расположенный внутри трубчатых секций.

22. Буксируемое устройство по п.19, включающее сенсорное устройство приемника, поддерживаемое натяжными тросами для детектирования сигналов магнитного поля.

23. Буксируемое устройство по п.19, в котором сенсорное устройство приемника включает контур приемника, который в основном расположен коаксиально относительно контура передатчика.

24. Буксируемое устройство по п.23, в котором контур приемника в основном расположен концентрично относительно контура передатчика.

25. Буксируемое устройство по п.19, в котором конструкция передатчика является гибкой.

26. Буксируемое устройство по п.19, в котором устройство подвесного каната включает соединительные тросы, при этом каждый трос имеет первый конец, на котором подвешен соответствующий участок окружности конструкции передатчика, и конец, противоположный первому концу, соединяющийся с буксирным тросом.

27. Буксируемое устройство по одному из пп.19-26, в котором натяжные тросы являются канатами.

28. Способ сборки буксируемого устройства для системы электромагнитной съемки на участке расположения установки, включающий:
установку нескольких трубчатых секций;
установку контура передатчика для генерирования первичного магнитного поля;
установку подвесных канатов и буксирного каната; и сборку нескольких трубчатых секций, контура передатчика и подвесных и буксирных канатов для получения буксируемого устройства, имеющего несущую раму передатчика круговой формы или приближающуюся к круговой, поддерживающую контур передатчика и образованную из последовательно соединенных трубчатых секций, при этом каждый подвесной канат имеет первый конец, соединенный с соответствующей точкой на окружности несущей рамы передатчика, и второй конец, соединенный с первым концом буксирного каната.

29. Способ по п.28, в котором трубчатые секции включают прямые секции и коленчатые секции, при этом установка включает взаимосоединение прямых секций с коленчатыми секциями.

30. Способ по п.28, включающий соединение сенсорного устройства приемника с тросами, прикрепленными к несущей раме передатчика, так что сенсорное устройство приемника расположено в основном концентрично относительно контура передатчика.

31. Способ по п.28, в котором несущая рама имеет многоугольную форму, приближающуюся к круговой.

32. Способ по одному из пп.28-31, включающий заготовку натяжных тросов, в котором установка включает присоединение первых концов натяжных тросов к центральному узлу и присоединение вторых концов каждого натяжного троса к соответствующей точке по окружности несущей рамы передатчика.

33. Система аэроэлектромагнитной съемки во временной области, состоящая из буксируемого устройства для присоединения к летательному аппарату, при этом буксируемое устройство включает:
(a) секцию передатчика, состоящую в основном из гибкой несущей рамы передатчика и контур передатчика, в которой контур передатчика установлен в несущей раме передатчика; и
(b) секцию приемника, состоящую из несущей рамы приемника и контура сенсорного устройства, в которой контур сенсорного устройства упруго подвешен внутри оболочки, упруго подвешенной внутри несущей рамы приемника с целью снижения вибрации.

34. Буксируемое устройство для электромагнитной съемки, включающее:
несущую раму передатчика круговой формы или приближающейся к круговой;
контур передатчика для генерирования первичного магнитного поля в направлении земли, при этом несущая рама передатчика поддерживает контур передатчика;
соединительные тросы и буксирный трос для подвешивания несущей рамы передатчика с летательного аппарата, при этом каждый соединительный трос снабжен первым концом, с помощью которого подвешен соответствующий участок окружности несущей рамы передатчика, и концом, противоположным первому концу, соединяющимся с буксирным тросом;
несколько натяжных тросов, которые отходят от центрального узла к соответствующим участками несущей рамы передатчика;
трубчатую несущую раму приемника, образующую многоугольное или круговое кольцо, поддерживаемой, по меньшей мере, несколькими натяжными тросами;
оболочку, расположенную внутри несущей рамы приемника; и устройство контура сенсорного устройства, подвешенное при помощи упругих элементов внутри оболочки, при этом оболочка подвешена с помощью упругих дополнительных элементов со стороны несущей рамы приемника.

35. Устройство контура в сборе для буксируемого устройства системы электромагнитной съемки, включающее:
трубчатую несущую раму, определяющую внутренний канал;
оболочку, поддерживаемую первыми упругими элементами во внутреннем
канале несущей рамы; и
устройство контура сенсорного устройства, поддерживаемое вторыми упругими элементами со стороны оболочки во внутреннем канале несущей рамы.

36. Устройство контура в сборе по п.35, в котором трубчатая несущая рама приемника образует многоугольное или круговое кольцо.

37. Устройство контура в сборе по п.36, в котором несущая рама состоит из нескольких прямых трубчатых секций, взаимосоединенных коленчатыми секциями, которые в совокупности определяют внутренний канал, где подвешена оболочка.

38. Устройство контура в сборе по одному из пп.35-37, в котором оболочка состоит из нескольких прямых секций, взаимосоединенных коленчатыми секциями.