БОРТОВАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА ПЕТЛИ ПЕРЕДАТЧИКА Российский патент 2013 года по МПК G01V3/16 G01V3/165 

Область техники

Настоящее раскрытие относится в общем к системам петель передатчиков, используемым в области бортовых комплексов для геологического картирования.

Уровень техники

Известны разные электромагнитные способы. Геофизические электромагнитные способы могут быть эффективными при определении электропроводности грунтов, горных пород и других проводящих материалов на глубинах до 1 км. Распределение проводимости по глубине представляет большой интерес при картировании залежей основных металлов и урана, водоносных пластов и других геологических формаций. Активные геофизические электромагнитные способы обычно включают генерацию магнитного поля путем приложения периодического тока к системе петель передатчика, размещенной рядом с земной поверхностью. Это первичное магнитное поле индуцирует электрические токи в почве, и вторичное магнитное поле, создаваемое этими токами, измеряют для получения информации о распределении проводимости в почве.

Сигнал вторичного магнитного поля можно измерить используя либо систему петель приемника (которая может измерять до трех ортогональных компонентов временной производной магнитного поля dB/dt), либо магнетометр (который измеряет магнитное поле В). Принятый аналоговый сигнал затем может быть усилен, отфильтрован и оцифрован скоростным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) высокого разрешения, и данные могут храниться вместе с информацией о местоположении, полученной от Глобальной системы позиционирования (GPS). Последующая обработка данных может включать электрическое и физическое моделирование почвы для создания контурных карт геофизической проводимости.

Электромагнитные измерения могут быть осуществлены в частотной области или в временной области. При частотных электромагнитных (FDEM) измерениях петля передатчика обычно непрерывно передает электромагнитный сигнал на фиксированных кратных частотах, хотя петли приемника может измерять сигнал как функцию времени. Измеренные величины могут включать либо амплитуду и фазу сигнала, либо, эквивалентно, синфазную и квадратурную амплитуды как функцию частоты.

В временных электромагнитных (TDEM) системах импульс тока может быть приложен к петле передатчика во время рабочего периода, генерируя первичное или передаваемое электромагнитное поле, и затем отключен во время периода отключения. Вторичный сигнал может быть измерен на петле приемника как функция времени. Затухание амплитуды сигнала во время нерабочего периода вместе с моделированием проводимости и геометрии геологических тел в почве можно использовать для создания контурных карт проводимости. В патенте США №7,157,914 приведен пример системы TDEM.

Электромагнитные способы могут включать как наземные, так и бортовые применения на самолетах и вертолетах. Бортовые способы могут подходить для аэросъемки больших площадей и используются для разведки проводящих рудных тел в резистивной породе, для геологического картирования, гидрогеологии и мониторинга окружающей среды. В качестве не ограничивающего примера, в некоторых бортовых электромагнитных системах ("БЭМ") данные могут быть получены, когда самолет или вертолет летит на почти постоянной скорости (например, до 75 м/с или 30 м/с, соответственно) вдоль почти параллельных, равномерно разнесенных линий (например, 50 м - 200 м) при близкой к постоянной высоте над землей (например, приблизительно 120 м или 30 м соответственно). Измерения могут выполняться с регулярными интервалами, например, в диапазоне от 1 м до 100 м.

При проектировании вертолетной электромагнитной системы для аэросъемки в временной области используют ряд желательных признаков, включая: высокое отношение сигнал-шум, высокое различение проводимости и высокое пространственное разрешение как по бокам, так и в глубину. Высокое отношение сигнал-шум может быть достигнуто снижением системного шума или увеличением сигнала на петле приемника. Одним способом увеличения сигнала может быть увеличение первичного магнитного поля.

Для какой-то точки, удаленной от петли передатчика, магнитное поле пропорционально магнитному дипольному моменту петли и обратно пропорционально кубу расстояния от петли. Магнитным дипольным моментом петли является произведение N*I*A, где N - количество витков, I - ток, и A - площадь петли. Индуктивность петли пропорциональна N²×D, где N - количество витков, и D - диаметр петли. Напряжение, индуцируемое в петле приемника магнитным полем В, может быть выражено как N*A*dB/dt, где чувствительность петли N×A является произведением количества витков петли N и площади петли A, и dB/dt является производной по времени магнитного поля.

Если целью аэросъемки является картирование проводимости рядом с поверхностью, можно использовать небольшой магнитный дипольный момент с быстрым отключением, и в таком случае количество витков в петле передатчика обычно меньше, что приводит к уменьшению магнитного дипольного момента и индуктивности. И наоборот, для детектирования проводников на больших глубинах может быть желательно иметь более длительный нерабочий период и, что более важно, увеличить магнитный дипольный момент петли передатчика.

Когда можно гарантировать увеличение магнитного дипольного момента, необходимо увеличить или ток I, количество витков N, или площадь А петли передатчика. Подача электропитания на вертолете с одним двигателем может быть ограничена характеристиками генератора вертолета, если только не используется вспомогательный источник электропитания. Также ограничивающим фактором для величины тока в петле передатчика является электрическое сопротивление петли и буксирного троса. Для троса фиксированной длины мощность P от вертолетного источника питания рассеивается приблизительно как квадрат тока, умноженный на сопротивление (P=I*I*R). Уменьшение сопротивления будет увеличить ток на квадратный корень из величины уменьшения. Уменьшение сопротивления петли может быть достигнуто за счет более толстого провода с соответствующим увеличением его массы, так как электрическое сопротивление приблизительно пропорционально длине, умноженной на удельное сопротивление и деленной на площадь поперечного сечения провода. Масса петли передатчика также пропорционально длине троса и поэтому пропорционально количеству витков N или квадратному корню площади A петли передатчика. Поскольку масса петель передатчика увеличивается как квадрат тока I и линейно с количеством витков N и как квадратный корень площади A для какой-то данной способности вертолета в отношении массы, одним путем увеличения магнитного дипольного момента петли передатчика может являться увеличение площади A. Другим учитываемым фактором при оптимизации факторов I, N и A петли передатчика является требование короткого нерабочего периода при временных измерениях, что может требовать низкой индуктивности петли передатчика, причем индуктивность пропорционально квадрату N и квадратному корню площади петли передатчика.

Однако увеличение диаметра петли передатчика может снижать аэродинамику и повышать тормозящую силу. Во время взлета и посадки крупные конструкции могут испытывать напряжение, и поэтому обычно существует лимит по размеру жестких конструкций, которые могут быть использованы без поломки. Упрочнение конструкции для того, чтобы она не сломалась при взлете и посадке может означать увеличение массы конструкции. Кроме того, поддержание формы петли передатчика в полете может быть очень важно для обеспечения фиксированного магнитного дипольного момента, чтобы не ухудшить качество измерений. Таким образом, требование повышенного магнитного дипольного момента может требовать тщательного сбалансирования многих факторов.

Раскрытие изобретения

Согласно одному примеру, вариантом осуществления является буксирный узел для бортовой электромагнитной системы аэросъемки, включающий: полужесткую раму петли передатчика, поддерживающую петлю передатчика, причем рама петли передатчика сформирована из некоторого количества последовательно соединенных секций, образующих петлю, и рама петли передатчика имеет шарнирные соединения в некотором количестве мест на ее окружности, позволяющие раме по меньшей мере частично изгибаться в местах шарнирных соединений, и узел подвески для буксировки рамы петли передатчика сзади летательного аппарата, причем узел подвески включает некоторое количество тросов закрепленных на окружности рамы петли передатчика в разнесенных местах.

Согласно другому примеру, вариантом осуществления является способ предоставления буксирного узла для бортовой электромагнитной системы аэросъемки, включающий: предоставление петли передатчика, предоставление трубчатых элементов рамы, последовательное соединение трубчатых элементов рамы в петлю для формирования рамы петли передатчика, которая служит опорой для петли передатчика, с соединениями между по меньшей мере некоторыми из трубчатых элементов рамы, позволяющими вращательное движение, что дает возможность раме петли передатчика по меньшей мере частично изгибаться в ответ на силы, действующие на опорную раму петли передатчика, предоставление узла подвески для буксировки опорной рамы петли передатчика за вертолетом и подсоединение узла подвески в нескольких местах к раме петли передатчика.

В одном аспекте изобретения раскрыта бортовая электромагнитная система аэросъемки во временной области, содержащая: буксирный узел для подсоединения к летательному аппарату, причем буксирный узел включает: опорную раму, включающую секцию передатчика с передающим средством, причем секция передатчика включает обычно полужесткую модульную опорную конструкцию для поддержки передающего средства, и секцию приемника, включающую опорную раму приемника и датчик.

В другом аспекте изобретения раскрыта бортовая петля передатчика для электромагнитной аэросъемки во временной области, содержащая: секцию передатчика, включающую петлю передатчика, и полужесткую модульную опорную конструкцию, где полужесткая модульная опорная конструкция поддерживает петлю передатчика, и буксирный узел для подсоединения к летательному аппарату, включая опорную раму, где секция передатчика включена в опорную раму; и где конструкция опорной рамы позволяет позиционировать опорную раму в сущности в горизонтальном положении при полете, и увеличение магнитного дипольного момента.

В еще одном аспекте изобретения раскрыто устройство сети подвески для подвески петли передатчика для электромагнитной аэросъемки, содержащее: сеть подвески, имеющую соединение буксирного троса для прикрепления к летательному аппарату, причем сеть подвески имеет некоторое количество тросов, прикрепляемых к полужесткой модульной конструкции посредством некоторого количества точек крепления между некоторым количеством тросов, и петлю передатчика для сбора данных при аэросъемке, когда петля передатчика прикреплена к сети подвески в месте подсоединения буксирного троса, где расстояние между точками крепления и длина тросов определены так, чтобы обеспечить в сущности горизонтальное позиционирование петли передатчика в полете, и где полужесткая модульная конструкция включает опорную раму передатчика, поддерживающую петлю передатчика и имеющую некоторое количество секций опорной рамы передатчика, соединенных между собой так, чтобы каждая секция опорной рамы передатчика могла вращаться относительно соседних секций вокруг своей оси.

В этом отношении, перед тем как подробно объяснить по меньшей мере один вариант осуществления изобретения, необходимо понять, что изобретение не ограничено в его применении деталями конструкции и расположением компонентов, упомянутых в последующем описании или показанных на чертежах. Изобретение может иметь другие варианты осуществления и может быть осуществлено разными способами. Также необходимо понять, что используемые здесь фразеология и терминология предназначены для целей описания и не должны рассматриваться как ограничивающие.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 - перспективный вид сверху буксирного узла, который включает раму петли передатчика и раму петли приемника, согласно примеру варианту осуществления изобретения. ФИГ. 1А - увеличенный вид части 1A с ФИГ. 1, показывающий раму петли приемника более подробно.

ФИГ.2 - вид в плане, показывающий одну сторону рамы петли передатчика буксирного узла с ФИГ. 1.

ФИГ.3 - вид в плане компонентов стороны рамы петли передатчика.

ФИГ.4 - перспективный вид рамы петли передатчика и рамы петли приемника в бортовом положении при полете на скоростях аэросъемки.

ФИГ.5 - вид сбоку рамы петли передатчика и рамы петли приемника в бортовом положении при полете на скоростях аэросъемки.

ФИГ.6 - вид сбоку рамы петли передатчика и рамы петли приемника в бортовом положении при низкой горизонтальной скорости или при ее отсутствии сразу же после взлета или перед посадкой.

ФИГ.7 - вид сбоку рамы петли передатчика и рама петли приемника в полубортовом положении во время взлета или посадки, когда часть рамы контактирует с землей.

ФИГ.8A и 8B - вид снизу и вид сбоку, соответственно, показывающие опору сети подвески для рамы петли передатчика согласно еще одному примеру варианта осуществления.

ФИГ.9 - перспективный вид сверху, показывающий еще один пример буксирного узла согласно еще одному примеру варианта осуществления изобретения. Варианты осуществления изобретения показаны на чертежах как примеру. Необходимо четко понимать, что описание и чертежи предназначены только для иллюстрации и как помощь в понимании и не должны восприниматься как ограничивающие объем изобретения.

Подробное описание

Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения относятся к большой петле передатчика, которая может быть развернута летательным аппаратом, таким как, но без ограничения, вертолет с одним двигателем, и которая может использоваться в электромагнитной системе в временной области, такой как бортовая электромагнитная система аэросъемки. В области электромагнитных систем аэросъемки существует потребность в петле передатчика с конкретными характеристиками, такими как масштабируемость размеров, и в опорной конструкции для петли передатчика, которая может быть отремонтирована в полевых условиях. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления буксирный узел имеет опорную конструкцию петли передатчика, которая является полужесткой и снижает вероятность отрыва при развертывании с летательного аппарата, такого как дешевый вертолет с маломощным двигателем. Более того, опорная конструкция петли передатчика может быть выполнена из секций, благодаря чему ее можно будет ремонтировать в полевых условиях и обеспечить возможность расширения конструкции.

Бортовая система и устройство буксирного узла по меньшей мере некоторых примеров вариантов осуществления настоящего изобретения могут использоваться при разведке залежей базовых металлов и урана на определенных глубинах, например в диапазоне 1 км, а также на других глубинах. В некоторых вариантах осуществления буксирный узел может иметь один или несколько из следующих признаков: он может включать петлю передатчика, имеющую большой магнитный дипольный момент; он может обеспечивать стабильность при полете; он может быть легким и поэтому совместимым с небольшим летательным аппаратом, таким как вертолет с одним двигателем; его можно легко транспортировать, настраивать и ремонтировать в полевых условиях. Узел рамы петли передатчика в соответствии с вариантами осуществления изобретения может включать полужесткую модульную конструкцию, которая может снижать возможность повреждения или отрыва при взлете или посадке.

Кроме того, некоторые варианты осуществления могут включать большую петлю передатчика, которая может быть развернута небольшим летательным аппаратом, таким как вертолет с одним двигателем, и которая предусматривает петлю приемника с высоким отношением сигнал-шум.

В одном варианте осуществления рама петли передатчика включает полужесткую модульную конструкцию, состоящую из электроизолирующих многоугольных трубок, имеющих самосмазывающиеся соединения, и систему подвески троса. Петля приемника может быть закреплена по центру рамы петли передатчика, имеющей отдельную сетчатую систему подвески на тросах.

Возможны разные варианты осуществления изобретения с разными конструкциями рамы, включая набор конфигураций, размеров, материалов и масс.

На ФИГ.1 и 4 показан буксирный узел для системы электромагнитной аэросъемки согласно вариантам осуществления изобретения. Как показано на ФИГ. 1 и 4, буксирный узел включает раму 10 петли передатчика, которая представляет собой многоугольник, например, двенадцатиугольник, сформированный из трубок 18, выполненных из стекловолокна, кевлара или других подходящих легких и долговечных материалов, обладающих электроизолирующими свойствами. Многоугольная рама 12 петли приемника, которая может по форме быть, например, восьмиугольной, расположена в центре рамы петли передатчика 10. Эти две рамы могут быть соединены радиальной системой тросов 14. В показанном варианте осуществления тросы 14 проходят радиально наружу под натяжением их общей центральной ступицы 9 в соответствующие места, которые равномерно распределены по периметру или окружности рамы 10 петли передатчика. Рама 12 петли приемника прикреплена и поддерживается тросами 14, концентрическими к раме 10 петли передатчика. В патенте США №7,157,914 (содержание которого включено в настоящий документ путем ссылки) описан один подходящий пример того, как можно использовать радиальную систему тросов для соединения рамы петли передатчика и поддержки рамы петли приемника. Обе рамы петли 10, 12 могут быть подвешены почти в горизонтальном положении с помощью системы подвески 11, которая прикреплена к многоугольной раме 10 петли передатчика. Система подвески 11, которая подсоединена к опорной раме 10 петли передатчика, включает трос 15 для крепления подвески, который может быть прикреплен к летательному аппарату для подвешивания рамы 10 петли передатчика 10 в бортовом положении. Нижний конец троса 15 для крепления подвески соединен с узлом 13 опорных тросов, который в свою очередь соединен с множественными точками соединений на окружности рамы 10 петли передатчика.

В варианте осуществления, показанном на ФИГ.1 и 4, узел 13 опорных тросов включает тросы 16, нижний конец каждого из которых прикреплен к соответствующей точке крепления на окружности рамы 10 петли передатчика, и верхний конец каждого из которых прикреплен к нижнему концу троса 15 подвески для крепления буксирного троса. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления каждый из тросов 16 прикреплен к соответствующему углу рамы петли передатчика. В патенте США №7,157,914 (содержание которого включено в настоящий документ путем ссылки) описан один подходящий пример узла 13 опорных тросов 13, который может быть использован для поддержки рамы петли передатчика 10. В другом варианте осуществления узел опорных тросов системы подвески 11 может быть выполнен из тросов, образующих коническую сетку или сетчатую конструкцию, такую как показана на ФИГ.8A и 8B и описана в патентной заявке США №11/610,556, поданной 14 декабря 2006 года и опубликованной под номером US 2008/0143130 (содержание которого включено в настоящий документ путем ссылки). Также возможны и другие конструкции системы подвески.

На ФИГ. 2 показан пример одной стороны 18 рамы 10 петли передатчика, и на Фиг.3 показаны компоненты стороны 18. Как показано на ФИГ. 2 и 3, в одном варианту осуществления каждая сторона 18 многоугольника может включать прямые секции 20 трубчатой рамы и коленчатые секции 22 трубчатой рамы. Секции 20 и 22 последовательно соединены между собой, чтобы образовать замкнутую петлю. Кривая 21, или колено, на стороне 18 необязательно должно быть расположено по центру в коленчатой секции 22. В показанном варианте осуществления сторона 18 включает три последовательно соединенные прямые трубчатые секции 20, за которыми следует коленчатая трубчатая секция 22. Использование нескольких прямых трубчатых секций для получения одной стороны 18 позволяет расширять размер рамы 10 петли передатчика путем добавления прямых трубчатых секций к сторонам или уменьшать размер путем удаления прямых трубчатых секций из сторон.

В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 3, каждая из трубчатых секций 20 и 22 имеет охватываемую вставную концевую трубку 24, имеющую наружный диаметр 26 на одном конце и приемную охватывающую трубку 25 на другом конце, так что секции 20, 22 могут быть собраны для формирования рамы петли передатчика. Охватываемая вставная концевая трубка 24 может быть изготовлена из углеродного волокна, смазываемого стекловолокна или любого другого материала, который позволяет подсоединять каждую трубчатую секцию 20, 22 к охватывающему концу 25 соседней секции, поворачивая ее. При сборке конструкции рамы 10 петли передатчика каждую трубчатую секцию можно поворачивать относительно смежных с ней трубчатых секций по ее оси вдоль стороны 18 многоугольника. Чтобы обеспечить или усилить смазку, выступающую вставную конечную трубку 24 можно смазать распыляемой смазкой на основе углерода или молибдена или любой другой смазкой, которая позволяет осуществлять необходимое вращение. В некоторых вариантах осуществления некоторые трубчатые секции могут иметь два охватывающих конца, чередуясь с трубчатыми секциями, имеющими два охватываемых конца.

В вариантах осуществления рама 10 петли передатчика образует непрерывный канал петли передатчика, в котором размещена петля передатчика (показана пунктирной линией 7 на ФИГ. 2). По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления петля 7 передатчика состоит из одного или нескольких (например, четырех) витков рассчитанного на высокие нагрузки алюминиевого электропровода, размещенного внутри трубчатых секций 20 и 22 и соединенного рассчитанными на высокие нагрузки медными кабелями с источником электропитания, расположенным в летательном аппарате 28, на котором подвешена рама 10 петли передатчика в бортовом положении, например, вертолете. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления рамы 10 петли передатчика алюминиевый провод дает облегченную конструкцию при сравнимой мощности тока чем альтернативные проводящие материалы, такие как медь. В некоторых вариантах осуществления полная масса буксирного узла представляет величину, которая позволяет летательному аппарату 28, такому как дешевый вертолет с одним двигателем, буксировать такой узел.

В одном не ограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения петля 7 передатчика может быть рассчитана на максимальный ток, например, 250 А при рабочем цикле до 50%. Магнитный дипольный момент петли передатчика может составлять, например, 500,000А.m² и иметь индуктивность, например, 1,5 мГн. Петля приемника может иметь чувствительность N*A, например, 500 м², где N - количество витков провода петли, и A - площадь петли.

Понятно, что магнитный дипольный момент петли передатчика 7 и другие признаки могут быть изменены в соответствии с внешними параметрами, такими как максимальная мощность буксирующего летательного аппарата.

Рама 12 петли приемника также может быть выполнена из трубчатых элементов, которые определяют внутренний канал для размещения петли 5 приемника, как показано пунктирными линиями на ФИГ.1A. В вышеупомянутом патенте США №7,157,914 описан подходящий пример того, как петля приемника может быть установлена в раме 12 петли приемника.

На ФИГ.4 и 5 показаны основная рама 10 петли передатчика и рама 12 петли приемника 12 так, как они расположены в полете для целей аэросъемки.

Как показано на Фиг.5, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления узел опорных тросов 13 имеет такую конфигурацию, чтобы в полете на скоростях аэросъемки основная рама 10 петли передатчика и рама 12 петли приемника 12 были расположены в сущности в горизонтальном положении, и чтобы система подвески 11 поддерживала петлю 7 передатчика и петлю 5 приемника при в сущности вертикальных осях соответствующих диполей. Длина каждого кабеля или троса 16 подвески может быть такой, чтобы в полете рама 10 петли передатчика и рама петли приемника могли находиться в горизонтальном положении, а точка подвески могла находиться под некоторым углом к вертикали. Для достижения этого положения более длинные кабели или тросы 30 могут быть расположены на задней или хвостовой стороне узла 13 опорных тросов, и более короткие кабели или тросы 32 были расположены на передней стороне узла 13 опорных тросов системы подвески 11.

По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления система многоточечной подвески 11 может способствовать достижению повышенной стабильности в удержании желательного полетного положения. Более конкретно, структура системы многоточечной подвески 11 может создавать тормозящую силу, которая удерживает раму 10 петли передатчика в сущности в горизонтальном положении. Хотя подвеска может создавать общую небольшую тормозящую силу, более длинные тросы 30, расположенные на задней стороне, могут создавать более значительную тормозящую силу чем более короткие тросы 32, расположенные в передней части. Это удерживает раму 10 петли передатчика в требуемом положении и предотвращает ее вращение вокруг вертикальной оси. Также на задней стороне конструкции буксирного узла может быть расположен небольшой аэродинамический стабилизатор 19, как показано на ФИГ. 4, чтобы обеспечивать дополнительную стабильность при поворотах между линиями аэросъемки.

В некоторых вариантах осуществления рама 10 петли передатчика 10 может иметь относительно большой общий диаметр, например, больше 25 м. В некоторых применениях раскрытая механическая конфигурация может способствовать минимизации вызываемых ветром колебаний и поддержанию формы петли передатчика в полете, что позволяет поддерживать стабильный магнитный дипольный момент и улучшать отношение сигнал-шум на петли приемника.

В вышеописанных вариантах осуществления изобретения рама 10 петли передатчика является шарнирно-сочлененной трубчатой сегментированной многоугольной конструкцией, удерживаемой в стабильном состоянии во время полета благодаря сочетанию системы подвески 11 и оптимальной массы электрических кабелей петли передатчика. Конструкция буксирного узла может быть выполнена достаточно тяжелой, чтобы не менять положение при ветре во время полета, но достаточно легкой, чтобы ее буксировал летательный аппарат 28, такой как вертолет с одним двигателем. Для примера, масса буксирного узла может составлять около 500 кг. Более того, трубчатые конструкции 20 и 22 могут быть достаточно жесткими, чтобы конструкция не ломалась и могла выдерживать сжимающие силы системы подвески 11 и силы, действующие на эту конструкцию при полете летательного аппарата 28. Скорости полета могут составлять, например, от 25 м/с до 50 м/с.

На Фиг.6 показан буксирный узел и положение рамы 10 петли передатчика и рамы петли приемника 12, когда летательный аппарат 28, такой как вертолет, движется не по горизонтали. Такое положение может иметь место во время взлета и посадки. В этих ситуациях рама 10 петли передатчика может быть не горизонтальной по центральной оси и скорее может находиться под углом к вертикали. Во время посадки, когда петля передатчика касается земли, трубчатые секции 20 и 22 рамы 10 петли передатчика могут вращаться относительно друг друга. В этом отношении на ФИГ.7 также показано, как стороны 18 конструкции буксирного узла могут регулировать форму полужесткой рамы 10 петли передатчика во время посадки, изгибая раму в шарнирно-сочлененных соединениях трубчатых секций 20, 22 рамы 10 петли передатчика. Способность "складывания" опорной рамы петли передатчика может помочь минимизировать напряжения в конструкции.

По меньшей мере в некоторых применениях модульная полужесткая рама 10 петли передатчика может иметь преимущества перед жесткой механической конструкцией. Например, в традиционной большой жесткой раме могут развиваться механические напряжения, которые приводят к поломкам во время посадки. При полужесткой конструкции, вращающейся в местах смазанных шарнирных соединений напряжения в конструкции могут быть снижены, и вероятность мягкой посадки возрастает. Полужесткая модульная конструкция также дает возможность посадки петли передатчика на пересеченной местности. Это может быть важным аспектом при аэросъемке в гористой или пересеченной местности, где зоны посадки могут быть расположены на неровном грунте.

В некоторых вариантах осуществления петля 10 передатчика и петля 12 приемника могут иметь относительно большие размеры, приблизительно 25 м или больше по габаритам. Гибкость полужесткой конструкции в сочетании с ее многоугольной формой и габаритами отдельных деталей, которые могут быть выбраны так, чтобы буксирный узел можно было бы разобрать и поместить для транспортировки в стандартный контейнер, может помочь в создании систем с очень большими петлями, которые могут быть собраны в полевых условиях и способны совершать взлеты и посадки без повреждений конструкции.

В одном варианте осуществления модульная конструкция рамы петли передатчика может быть разобрана. Каждая из сторон 18 может состоять из секций 20 и 22 с длиной и шириной, которые позволяют транспортировать их, например, стандартным грузовым авиарейсом без специальной обработки, так что компоненты рамы 10 петли передатчика могут транспортироваться в контейнерах, таких как стандартные грузовые контейнеры для авиаперевозок, и собраны на месте. Если рама петли передатчика 10 будет повреждена, ее можно будет отремонтировать путем замены поврежденных деталей в полевых условиях. Специалистам в данной области будет понятно, что в описанные здесь варианты осуществления могут быть внесены изменения, не нарушающие объем изобретения. Поэтому возможны разные модификации. Например, конструкция может быть расширена для получения увеличенных магнитных дипольных моментов, совместимых с требованиями конкретной аэросъемки с использованием вертолетов с тяговым усилием больше чем у вертолета с одним двигателем, чтобы осуществлять зондирование земли на требуемых глубинах. Более того, конструкция петли передатчика может быть выполнена из разных материалов, как и система подвески, позволяющая достигнуть прочность на растяжение, способность вращения со смазкой и небольшую массу конструкции, описанной выше. Кроме того, описанная конструкция может быть применена для систем частотной электромагнитной аэросъемки. В некоторых вариантах осуществления петля приемника или датчик может быть расположен не в центре рамы петли передатчика - например, его можно буксировать сзади рамы петли передатчика, или он может быть смещен от центра в пределах окружности рамы петли передатчика.

Кроме того, рама 10 петли передатчика может быть выполнена из изогнутых трубчатых секций так, что рама 10 будет иметь круглую, а не многоугольную форму, которая приближается к кругу.

На ФИГ.9 показан буксирный узел 100 согласно другому варианту осуществления изобретения. Буксирный узел 100 подобен буксирному узлу, описанному выше со ссылками на ФИГ.1-8b, за тем исключением, что буксирный узел 100 также включает трубчатую раму 117 компенсирующей петли, поддерживающую компенсирующую петлю 119, чтобы аннулировать вблизи петли 5 приемника эффекты первичного поля, генерируемого петлей 7 передатчика. В одном варианте осуществления рама 117 компенсирующей петли в сущности идентична по конструкции и механической работе раме 10 петли передатчика, но меньше по размеру. Так, рама 117 компенсирующей петли также выполнена из нескольких последовательно соединенных секций, образующих петлю и имеющих шарнирные соединения в нескольких местах на ее окружности, позволяющие раме компенсирующей петли по меньшей мере частично изгибаться в шарнирных соединениях. В одном варианте осуществления компенсирующая петля поддерживается узлом опорных тросов 113, включая тросы 127, нижний конец каждого из которых прикреплен к соответствующей точке на окружности рамы 117 петли передатчика, и верхний конец прикреплен к нижнему концу троса 15 подвески для крепления буксирного троса. В некоторых вариантах осуществления опорные тросы 127 компенсирующей петли прикреплены в нижней точке к буксирному тросу 15, а не к опорным тросам 16 петли передатчика. Рама 117 компенсирующей петли может, например, быть равна приблизительно ¼ диаметра рамы 10 петли передатчика и также может быть подсоединена на соответствующих углах к радиально проходящим тросам 14, чтобы компенсирующая петля 119 удерживалась в сущности в концентрическом отношении с петлей 7 передатчика и петлей 5 приемника. Для поддержки рамы компенсирующей петли также может быть использована сеть подвески, аналогичная показанной на ФИГ.8A и 8B.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для аэроэлектроразведочных работ. Заявлен буксирный узел для бортовой электромагнитной системы аэросъемки, включающий полужесткую раму петли передатчика, поддерживающую петлю передатчика, и узел подвески для буксировки рамы петли передатчика за летательным аппаратом. Рама петли передатчика сформирована из некоторого количества последовательно соединенных секций рамы, образующих петлю. Рама петли передатчика имеет шарнирные соединения в некотором количестве мест на ее окружности, позволяющие раме петли передатчика по меньшей мере частично изгибаться в шарнирных соединениях. Узел подвески включает некоторое количество тросов и прикреплен к окружности рамы петли передатчика в разнесенных местах. Технический результат - минимизация напряжений в конструкции опорной рамы петли передатчика. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Буксирный узел для бортовой электромагнитной системы аэросъемки, включающий
полужесткую раму петли передатчика, поддерживающую петлю передатчика, причем рама петли передатчика сформирована из некоторого количества последовательно соединенных секций рамы, образующих петлю, и рама петли передатчика имеет шарнирные соединения в некотором количестве мест на ее окружности, позволяющие раме петли передатчика по меньшей мере частично изгибаться в шарнирных соединениях; и
узел подвески для буксировки рамы петли передатчика за летательным аппаратом, причем узел подвески включает некоторое количество тросов и прикреплен к окружности рамы петли передатчика в разнесенных местах.

2. Буксирный узел по п.1, отличающийся тем, что буксирный узел включает некоторое количество соединительных тросов, каждый из которых проходит наружу от общей ступицы до соответствующего места на окружности рамы петли передатчика.

3. Буксирный узел по п.2, включающий раму петли приемника, поддерживающую петлю приемника, причем рама петли приемника поддерживается упомянутым некоторым количеством соединительных тросов, и петля приемника расположена, в сущности, концентрично петле передатчика.

4. Буксирный узел по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что узел подвески имеет меньшую вертикальную высоту на его ведущей стороне, чем на его хвостовой стороне, этим поддерживая раму петли передатчика, в сущности, в горизонтальном положении на требуемой скорости полета.

5. Буксирный узел по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тросы буксирного узла включают буксирный трос для прикрепления к летательному аппарату и некоторое количество тросов подвески, причем каждый из тросов подвески имеет верхний конец, прикрепленный к концу буксирного троса, и нижний конец, соединенный с соответствующим одним из разнесенных мест на окружности рамы буксирного узла.

6. Буксирный узел по п.5, отличающийся тем, что длины тросов подвески, прикрепленных к хвостовой части рамы петли передатчика, больше тросов подвески, прикрепленных к ведущей части рамы петли передатчика.

7. Буксирный узел по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тросы узла подвески включают буксирный трос для прикрепления к летательному аппарату и некоторое количество тросов, образующих сетчатую структуру, имеющую первый конец, прикрепленный к концу буксирного троса, и второй конец, прикрепленный в разнесенных местах на окружности рамы буксирного узла.

8. Буксирный узел по п.1, отличающийся тем, что шарнирные соединения рамы петли передатчика являются шарнирными соединениями между по меньшей мере некоторыми из последовательно соединенных секций рамы.

9. Буксирный узел по п.8, отличающийся тем, что шарнирные соединения между по меньшей мере некоторыми из последовательно соединенных секций рамы смазаны.

10. Буксирный узел по п.8 или 9, отличающийся тем, что каждое шарнирное соединение образовано охватываемой частью одной из секций рамы передатчика, заходящей в соответствующую охватывающую часть другой из секций рамы передатчика.

11. Буксирный узел по п.8, отличающийся тем, что секции рамы являются трубчатыми секциями, которые совместно определяют непрерывный внутренний канал, в котором размещена петля передатчика.

12. Буксирный узел по п.11, отличающийся тем, что трубчатые секции включают прямые трубчатые секции и коленчатые трубчатые секции.

13. Буксирный узел по п.12, отличающийся тем, что опорная рама петли передатчика имеет несколько сторон, которые совместно образуют многоугольную форму.

14. Буксирный узел по п.12, отличающийся тем, что в каждую сторону из сторон включено несколько прямых трубчатых секций.

15. Буксирный узел по п.1, включающий:
полужесткую раму компенсирующей петли, поддерживающую компенсирующую петлю, причем рама компенсирующей петли сформирована из некоторого количества последовательно соединенных секций рамы, образующих петлю, и рама компенсирующей петли имеет шарнирные соединения в некотором количестве мест на ее окружности, позволяющие раме компенсирующей петли по меньшей мере частично изгибаться в шарнирных соединениях; и
узел подвески компенсирующей петли для подвески буксируемой рамы компенсирующей петли в некотором положении относительно рамы петли передатчика, причем узел подвески компенсирующей петли включает некоторое количество тросов и прикреплен к окружности рамы компенсирующей петли в разнесенных местах.

16. Способ предоставления буксирного узла для бортовой электромагнитной системы аэросъемки, включающий
предоставление петли передатчика;
предоставление некоторого количества элементов трубчатой рамы;
последовательного соединения упомянутого некоторого количества элементов трубчатой рамы в петлю для формирования рамы петли передатчика, которая поддерживает петлю передатчика, с соединениями между по меньшей мере некоторыми из элементов трубчатой рамы, позволяющими вращательное движение, дающее возможность раме петли передатчика по меньшей мере частично изгибаться в ответ на действие сил на опорную раму петли передатчика;
предоставление узла подвески для буксировки опорной рамы петли передатчика за вертолетом и для подсоединения узла подвески в нескольких местах к раме петли передатчика.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что опорная рама петли передатчика имеет двенадцатиугольную форму.

18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что узел подвески подсоединен для поддержки рамы петли передатчика, в сущности, в горизонтальном положении на полетных скоростях аэросъемки.

19. Узел катушки передатчика для электромагнитной аэросъемки во временной области, включающий
(a) секцию передатчика, включающую:
(ii) катушку передатчика
и
(iii) полужесткую модульную многоугольную раму катушки передатчика, поддерживающую катушку передатчика, причем рама катушки передатчика имеет прямые секции рамы, которые соединены на углах рамы катушки передатчика соединениями, позволяющими прямым секциям рамы по меньшей мере частично поворачиваться по их длинным осям, давая возможность форме рамы катушки передатчика регулироваться при контакте с земной поверхностью во время посадки, чтобы уменьшить напряжение на раму катушки передатчика;
и
(b) узел подвески для буксировки рамы катушки передатчика за летательным аппаратом, причем узел подвески поддерживает раму катушки передатчика в нескольких разнесенных местах.

20. Узел катушки передатчика по п.19, отличающийся тем, что прямые секции рамы катушки передатчика являются трубчатыми, причем катушка передатчика заходит внутрь трубчатых секций.

21. Узел катушки передатчика по п.19, включающий несколько соединительных тросов, каждый из которых отходит наружу из общей ступицы до соответствующего места на раме катушки передатчика.

22. Узел катушки передатчика по п.19, отличающийся тем, что вертикальная высота подвески на ее ведущей стороне больше, чем на ее задней стороне, этим поддерживая узел, имеющий более короткую раму катушки передатчика в, по существу, горизонтальном положении при желательной скорости полета.

23. Узел катушки передатчика по п.19, отличающийся тем, что узел подвески включает буксирный трос для прикрепления к летательному аппарату и несколько тросов подвески, причем каждый из тросов подвески имеет верхний конец, прикрепленный к концу буксирного троса, и нижний конец, соединенный с соответствующим местом рамы катушки передатчика.

24. Узел катушки передатчика по п.23, отличающийся тем, что длины тросов подвески, прикрепленных к задней части рамы катушки передатчика, больше, чем тросы подвески, прикрепленные к ведущей части рамы катушки передатчика.

25. Узел катушки передатчика по п.19, отличающийся тем, что соединения на углах рамы катушки передатчика смазаны.

26. Узел катушки передатчика по п.19, отличающийся тем, что каждое из соединений на углах рамы катушки передатчика образовано охватываемой частью секций рамы передатчика, расположенной в соответствующей охватывающей части другой секции рамы передатчика.