Компенсирующая цепь для нейтрализации магнитного поля

Компенсирующая цепь для нейтрализации магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

[001] Аспекты этого изобретения относятся, в целом, к компенсирующим системам и способам существенного устранения магнитного поля в точках в пределах объема. Более конкретно, аспекты этого изобретения могут быть использованы в электромагнитной разведке, чтобы устранять действие большого переданного поля на датчик магнитного поля без заметного изменения взаимодействия переданного поля с землей. Текущее изобретение обеспечивает такое устранение, когда датчик смещается относительно передатчика.

Описание предшествующего уровня техники

[002] Электромагнитные способы разведки содержат важную часть геофизических способов, используемых для того, чтобы составлять карту Земли в поисках нефти, газа и полезных ископаемых, водоносных горизонтов и других геологических объектов. EM-способы могут быть широко разделены на две категории, способы с пассивным источником, в которых устройство электромагнитной разведки используется для того, чтобы составлять карту естественно происходящих временных вариаций электромагнитных полей над поверхностью Земли, и способы с активным источником, в которых электромагнитное поле излучается от передатчика, который является неотъемлемой частью устройства разведки.

[003] EM-системы с активным источником содержат несколько частей; передатчик и антенну для того, чтобы создавать электромагнитное поле, датчик и приемник для того, чтобы обнаруживать сигнал от передатчика, и связанную электронику, механические элементы, устройство записи данных и источник питания. Хотя EM-системы также содержат пассивные системы, в которых естественное изменение электромагнитного поля измеряется в отсутствие передатчика, в последующем обсуждении EM-системы должны пониматься как содержащие только такие системы с передатчиком, пока не отмечено иное.

[004] EM-системы с активным источником работают, предоставляя изменяющуюся по времени форму сигнала тока катушке передатчика, или контуру, который создает соответствующее "первичное" изменяющееся по времени магнитное поле. Временные вариации в первичном поле затем индуцируют вихревые токи в земле, приводящие в результате к "рассеянным" магнитным полям. Рассеянные поля, вместе с первичным полем, измеряются с помощью приемника, обычно применяющего катушку, контур или датчик магнетометра. Характеристики рассеянного магнитного поля могут затем быть использованы для того, чтобы определять электрические свойства земли. Эти свойства могут затем быть использованы как основа для геологической интерпретации, такой как вывод заключения о присутствии геологических объектов. Например, характеристика рассеянного поля, которое является синфазным с первичным полем, может быть интересна для обнаружения высокопроводящих руд. Улучшение характеризации рассеянного магнитного поля ведет к улучшенным геологическим заключениям и, следовательно, к успеху какого-либо геологоразведочного предприятия, применяющего систему с активным источником.

[005] В последующем, "катушка" и "контур" могут быть использованы для того, чтобы означать антенну, посредством которой испускается первичное поле, и любое из них может содержать одну или более обмоток (витков) электрического проводника. Результирующие магнитные поля затем обнаруживаются с помощью приемника, который включает в себя один или более датчиков магнитного поля. Датчик магнитного поля может быть катушкой, контуром или элементом схемы, в котором изменения в плотности магнитного потока обнаруживаются в соответствии с законом Фарадея, или он может быть магнетометром. Примеры магнетометров включают в себя устройства, которые применяют феррозонд, катушку обратной связи, эффект Холла и частицы атомных паров с оптической накачкой для обнаружения магнитного поля, а также связанные инструменты.

[006] Контуры и катушки могут содержать круглые, эллиптические, овальные, спиральные или другие аналогичные закругленные формы, или их секции, и могут содержать линейные сегменты, которые вместе формируют замкнутую форму, обычно с внутренними углами менее 180 градусов, примерами которой являются прямоугольники, шестиугольники, восьмиугольники, двенадцатиугольники и т.д. Контуры содержат, по меньшей мере, одну проводящую обмотку, обычно состоящую из электрически проводящего вещества, такого как медь или алюминий, но могут содержать сверхпроводник. Контуры, оформленные как выпуклые симметричные многоугольные формы с множеством сторон, могут рассматриваться как по существу круговые, как если бы представляли собой круговой контур.

[007] Когда EM-система разворачивается в воздухе, обычно применяется одна из двух конфигураций. В первой конфигурации передатчик и приемник могут быть расположены на одной и той же платформе, структуре или "носителе", в то время как во второй конфигурации приемник может буксироваться на некотором расстоянии позади передатчика. В первой конфигурации передатчик и приемник могут быть установлены на "носителе"-летательном аппарате, примеры которого включают в себя систему, однажды задействованную Геологической службой Финляндии, и систему Hawk, построенную компанией Geotech Ltd. Также возможно устанавливать передатчик и приемник на платформе или шасси "носителя", который буксируется с летательного аппарата. Такие носители, как правило, буксируются под вертолетами и зачастую называются "гондолами", "зондами" или "бомбами". В таких случаях гондола может типично буксироваться в 30-60 метрах ниже вертолета на высотах около 30-60 метров над землей. В таких случаях, поскольку передатчик и приемник располагаются в непосредственной близости, первичное поле в приемнике может иметь величины, большие, чем рассеянное поле.

[008] Когда первичное поле гораздо больше рассеянного поля, средство разделения первичного и рассеянного поля требуется для того, чтобы предоставлять возможность точного обнаружения гораздо меньшего рассеянного поля. Одним обычным способом выполнения этого является разделение по времени, посредством чего, первичное поле транслируется как последовательность имеющих форму импульсов с чередующейся полярностью, при этом каждый импульс отделяется временем выключения, в течение которого ток не течет в контуре передатчика. Если рассеянные поля измеряются в течение этого времени выключения, первичное поле не будет присутствовать, и очень чувствительные измерения рассеянного поля возможны. Недостатком ограничения измерения временем выключения является потеря информации. В частности, синфазный компонент рассеянного ответного сигнала может быть плохо выражен, с результатом в том, что некоторые высокопроводящие руды могут быть необнаруживаемыми. Поскольку высокопроводящие руды зачастую намечаются целью в воздушных электромагнитных ("AEM") исследованиях, точные измерения во время включения могут быть весьма важными для успеха AEM-предприятий. Следовательно, полезным является получение синфазных AEM-данных хорошего качества.

[009] Множество AEM-систем использовали измерения во время выключения в качестве средства отделения рассеянного поля от первичного поля. Самой заметной из них была система ввода Беррингера и системы, полученные из нее, такие как Geotem, Megatem и Questem.

[0010] Компенсирование обеспечивает альтернативное средство разделения первичного и рассеянного поля. Когда синфазная составляющая первичного поля является большой, например, когда передатчик и приемник располагаются в непосредственной близости, компенсирующий контур может быть использован либо для того, чтобы непосредственно устранять первичное поле в приемнике посредством активного компенсирования, либо устранять его действие на приемник посредством пассивного компенсирования. Активное компенсирование подразумевает создание компенсирующего магнитного поля, которое будет, по существу, устранять первичное поле, видимое датчиком магнитного поля EM-системы. Обычно, компенсирующее магнитное поле создается посредством прохождения изменяющегося по времени сигнала тока, используемого для того, чтобы возбуждать контур передатчика или антенну посредством второго меньшего контура, который находится рядом с датчиком магнитного поля. При пассивном компенсировании дополнительный датчик магнитного поля используется для того, чтобы обнаруживать отличающуюся комбинацию первичного и рассеянного полей от видимой посредством единственного датчика магнитного поля. Сигналы от двух датчиков затем объединяются таким образом для того, чтобы нейтрализовать первичное поле в объединенном сигнале. Компенсирование может, поэтому, быть преимущественно использовано для получения синфазных AEM-данных хорошего качества в присутствии большого первичного поля.

[0011] Дополнительное преимущество для компенсирования получается в результате последовательности подавления первичного поля в присутствии приемника. Когда первичное поле компенсируется, приемник может быть задействован с более высокой интенсивностью, чем когда поле не должно компенсироваться. Более тонкие аномалии рассеянного поля могут, поэтому, быть обнаружены, таким образом, разрешая обнаружение меньших геологических объектов с более слабыми контрастами физических свойств без насыщения приемника.

[0012] Примерами систем, использующих компенсирование, являются вертолетная система частотной области Dighem, которая применяет пассивное компенсирование, как предложенная система Виттона (патентная заявка США 20031690451A1); и VTEM (патентная заявка США 2011/0148421 A1) и вертолетные системы во временной области Aerotem, которые применяют активное компенсирование.

[0013] В системах, применяющих активное компенсирование, задачей является нейтрализация первичного поля в приемнике без заметного воздействия на индукцию вихревого тока, вызванную передатчиком в Земле. Соответственно, компенсирующий контур выбирается, чтобы быть геометрически меньше контура передатчика, но ближе к датчику. В результате, диапазон позиций приемника, касательно которых поле может быть компенсировано, обычно также является небольшим. Из-за этого, любое относительное смещение датчика магнитного поля относительно этих контуров может сильно влиять на степень, до которой первичное поле устраняется в датчике. Соответственно, на текущем уровне техники, качество компенсирования улучшается, когда система становится все более жесткой.

[0014] Преимуществом активного компенсирования является то, что первичное поле поблизости от приемника подавляется, несмотря на тот факт, что поле полностью не устраняется во всех близких местоположениях. При этом, индукция вихревого тока вследствие изменений в первичном поле в каких-либо металлических компонентах приемника и его шасси сильно уменьшается.

[0015] На текущем уровне техники компенсирование было наиболее эффективным, когда относительные геометрии контура передатчика, датчика магнитного поля и компенсирующего контура почти неподвижно зафиксированы. Всякий раз, когда геометрии контура изменяются либо по форме, либо в позиции относительно друг друга, некомпенсированные остаточные явления первичного поля будут появляться как сигналы в приемнике. Остаточные явления, как правило, неотличимы от синфазного рассеянного поля, и, таким образом, могут снижать качество измеренного рассеянного ответного сигнала. Системы AEROTEM и Dighem применяют почти жесткую геометрию и, таким образом, минимизируют вариативность в некомпенсированных остаточных явлениях первичного поля, вызванных посредством движения контура. Тем не менее, некоторые некомпенсированные остаточные явления, могут возникать даже в системе с номинально почти жесткой геометрией. Эти остаточные явления могут получаться в результате небольших изменений в геометрии контура, часто приписываемых тепловому расширению, создавая явление, называемое "дрейфом".

[0016] Несмотря на преимущества жесткой геометрии для точного компенсирования и, таким образом, для точного измерения синфазной составляющей рассеянного поля, может быть необходимым или полезным предоставлять возможность некоторой вариативности в относительной геометрии контура передатчика, датчика магнитного поля и компенсирующего контура. VTEM-система является иллюстративной AEM-системой, которая является, по существу, неподвижной в диапазоне EM-исследования, все еще имеет гибкую геометрию. Легкий вес шасси ее передатчика предоставляет возможность большего контура передатчика и, следовательно, момента, чем будет возможно, когда система должна быть почти неподвижной. Поскольку контур передатчика является деформируемым, с ним можно обращаться с большей легкостью во время этапов взлета и посадки каждого полета. Конструкция шасси контура в секциях облегчает транспортировку, и поломку более легко восстановить. Столкновения не подразумевают катастрофическую потерю единственного неподвижного шасси с его ценными компонентами. Компромиссом, привнесенным в результате повышенной гибкости, является то, что точность компенсирования является меньшей, чем может быть обеспечена посредством сравнимой почти жесткой системы.

[0017] Пользер и др. (международная патентная заявка WO 2011/085462 A1) отметили второе преимущество, чтобы предоставлять возможность некоторой гибкости в геометрии контура передатчика, датчика магнитного поля и компенсирующего контура. Пользер отметил, что вращение EM-датчика в фоновом магнитном поле Земли, в частности, в низкочастотном диапазоне 1-25 Гц, создает шум, который ранее предотвратил получение высокоточных воздушных электромагнитных данных в этом диапазоне. Применяя систему стабилизации для изоляции движения, в которой датчик магнитного поля движется относительно гондолы, в которой он размещен, могут быть получены высокоточные воздушные электромагнитные данные в диапазоне 1-25 Гц. При этом, геометрия AEM-системы должна быть гибкой.

[0018] Таким образом, на текущем уровне техники в AEM-исследованиях, используются одиночные контуры, чтобы компенсировать первичное поле. Почти неподвижные системы обеспечивают относительно устойчивое компенсирование и предоставляют возможность точных синфазных измерений рассеянного поля, жертвуя моментом передатчика, легким весом и некоторыми логистическими преимуществами. Гибкие системы предоставляют возможность большего момента передатчика и логистические преимущества, но с менее точным компенсированием и менее точным измерением синфазной составляющей рассеянного поля как следствие. Менее точные синфазные измерения могут приводить в результате к более плохому разрешению высокопроводящих геологических объектов, многие из которых являются целями EM-исследований, назначенных для шахтной разведки. Менее точное компенсирование может также означать, что изменения магнитного поля большей амплитуды могут быть встречены, чем в случае системы с хорошим компенсированием, и что, как следствие, EM-данные могут быть получены с более низким разрешением.

[0019] Компенсирующие катушки необязательно используются с намерением нейтрализации поля передатчика. Например, патентная заявка США 2011227578 A1 Хэлла и др. описывает прибор индукционного каротажа, который использует множество компенсирующих катушек, чтобы перенаправлять поле, созданное передатчиком, под любым углом от оси вращения каротажного прибора.

[0020] Майлз и др., в патенте США 7,646,201 B2, раскрыли AEM-систему, имеющую неподвижный контур передатчика, концентричный с внутренним и внешним контуром приемника. Посредством нулевого соединения контура приемника с передатчиком контур приемника может быть сделан, главным образом, чувствительным к рассеянному полю Земли, сгенерированному в кольцевом пространстве, определенном контуром приемника.

[0021] Кузьмин и др. (патентная заявка США 2010/0052685) раскрывают систему с активным компенсированием для VTEM AEM-системы, которая имеет гибкую геометрию. Система состоит из внешнего контура передатчика и внутреннего, копланарного и концентрического компенсирующего контура, оба из которых центрируются на контуре приемника. Компенсирующий контур и контур передатчика соединяются последовательно, так что первичное поле в приемнике почти нейтрализуется. Однако, изгиб в геометрии контура вызывает сдвиги в измеренных полях, получающиеся в результате нескомпенсированных остаточных явлений первичного поля в датчике. В случае систем, таких как система Кузьмина, где контуры передатчика и компенсирования являются почти концентрическими вокруг датчика магнитного поля, осевое магнитное поле, HZ, через центр каждого контура может быть вычислено, для хорошей аппроксимации, из следующей формулы:

H_Z(Z)=i/{2*a*(1+(z/a)²)^3/2)

[0022] где i - это ток в контуре, a - радиус контура, а z - смещение по оси через контур.

[0023] Будет полезно, в случае AEM-систем, если компенсирующее устройство может быть спроектировано так, чтобы приспосабливаться к относительным перемещениям контура передатчика, датчика магнитного поля и компенсирующих контуров так, чтобы сохранять преимущества гибкости системы, как в случае VTEM-системы, в то же время улучшая компенсирование в объеме, определенном движением датчика магнитного поля относительно контуров передатчика и компенсирования. Такое компенсирующее устройство будет полезным в гибких EM-системах и будет улучшать компенсирование в AEM-системах, применяющих изоляцию движения, как в случае системы Пользера. Первое преимущество такого компенсирующего устройства будет в произведении улучшенных синфазных EM-данных и, таким образом, улучшенной чувствительности к высокопроводящим рудам. Второе преимущество будет в произведении данных, которые могут быть получены с улучшенным разрешением, приводя в результате к большей чувствительности к малозаметным объектам в рассеянном электромагнитном поле.

Описание изобретения

[0024] Настоящее изобретение улучшает качество компенсированного первичного поля по сравнению с одноконтурной компенсацией текущего уровня техники, где датчик магнитного поля может изменять свое положение в определенном объеме, расположенном относительно контура передатчика. Настоящее изобретение может также улучшать качество компенсированного первичного поля, где позиция контура передатчика, или его частей, может изменяться относительно компенсирующего контура.

[0025] Настоящее изобретение использует множество катушек или контуров, которые возбуждаются электрическим током, чтобы создавать "компенсирующее поле", которое, по существу, противопоставляется первичному полю на датчике магнитного поля. Применяя множество контуров, существенное устранение первичного поля может быть выполнено в большем объеме, чем может быть достигнуто с помощью единственного контура. При этом, компенсированное поле менее чувствительно к изменениям в геометрии системы, чем когда используется единственная компенсирующая катушка.

[0026] Используя множество контуров в "компоновке компенсирующего контура", геометрическое изменение первичного поля в датчике может быть почти согласовано (и противопоставлено) в большем объеме, чем возможно с единственным контуром. Поскольку контуры, используемые, чтобы компенсировать первичное поле, не являются геометрически идентичными контуру передатчика, диапазон объема, в котором поле компенсируется, и степень, до которой первичное поле нейтрализуется, будут зависеть от конкретной прикладной задачи, в которой настоящее изобретение применяется. Целью настоящего изобретения не является идентичная нейтрализация первичного поля во всех точках в интересующем объеме, а, главным образом, противодействие первичному полю на датчике магнитного поля в определенном объеме в сравнении с тем, что может быть выполнено с помощью единственного компенсирующего контура.

[0027] В качестве предмета для определения, слова "компенсация" и "обнуление" и "нейтрализация", и их варианты, ссылаются на действие существенного уменьшения первичного магнитного поля контура передатчика в интересующем объеме. Конкретная величина компенсации, и объем, в котором компенсация должна происходить, понимаются как определенные требованиями конкретного способа или устройства, которые могут использовать настоящее изобретение.

[0028] Отметим, что в случае, когда компенсирующие контуры, по существу, устраняют магнитное поле вдоль оси, компенсация проходит радиально от оси в результате бездивергенционного свойства магнитного поля, если оно не имеет очень высокую частоту. Таким образом, когда существенная компенсация происходит вдоль такой оси обнуления, существование такой "оси обнуления" подразумевает существенную компенсацию в объеме, содержащем упомянутую ось обнуления. Как предмет для определения, такой объем, содержащий ось обнуления, определяется как "компенсированный объем".

[0029] В настоящем изобретении набор из множества контуров создает компенсирующее поле, которое противоположно соответствует форме первичного поля, а именно, его амплитуде, полярности, временному и пространственному изменению, в практически неподвижном объеме в пространстве относительно антенны передатчика. Компенсация будет более эффективной для данного количества контуров, когда изменение первичного поля в пределах компенсированного объема является небольшим.

[0030] Посредством такого согласования действия компенсирующих контуров с действием передатчика вдоль оси обнуления вместо точки, как в случае с единственным контуром, существенная компенсация может быть получена, когда датчик магнитного поля перемещается относительно передатчика в компенсированном объеме, по существу, центрированном на такой оси обнуления.

[0031] Небольшие изменения в геометрии контура передатчика могут вызывать небольшие сдвиги в пространстве, занимаемым компенсированным объемом. Предоставленная геометрия контура передатчика является, по существу, неподвижной, так что эти сдвиги являются небольшими, датчик магнитного поля с ограниченным диапазоном перемещения будет поддерживаться в компенсированном объеме. В воздушных электромагнитных исследованиях, например, существенная жесткость может обеспечиваться либо посредством композитных структурных элементов, которые поддерживают контуры, либо посредством комбинаций таких структурных элементов и кабелей, любой из которых может быть использован как опорный каркас на текущем уровне техники, в то время как структуры, которые почти неподвижны, как правило, сконструированы как оболочки из композитных материалов.

[0032] Почти жесткая структура имеет меньшую гибкость, чем по существу жесткая структура, и ссылки на по существу жесткие структуры в данном документе понимаются как включающие в себя структуры, которые почти жесткие.

[0033] Настоящее изобретение может, по этому, быть использовано, чтобы улучшать качество компенсированного первичного поля в случаях, когда геометрия датчика магнитного поля или контура передатчика изменяется относительно местоположения компенсирующих контуров в сравнении с тем, что может быть достигнуто с помощью единственного компенсирующего контура.

[0034] Степень компенсации и размер компенсированного объема, в пределах которого компенсация может быть достигнута, зависит от количества контуров, используемых, чтобы противостоять первичному полю. Например, компенсирующие контуры могут быть выполнены с возможностью соответствовать градиентам в первичном поле и/или соответствовать кривизне в первичном поле, и т.д. по аналогии с рядом Тейлора. Компенсирующие контуры могут принимать форму наложения вышеупомянутых наборов контуров, в зависимости от желаемой величины компенсации первичного поля и объема, в пределах которого поле должно быть компенсировано. Контуры могут быть собраны в одно целое, чтобы иметь тот же эффект, что и вышеупомянутый ряд Тейлора, без конфигурирования, чтобы моделировать отдельные элементы этого ряда.

[0035] Чтобы добиваться удовлетворительной компенсации в пределах компенсированного объема, набор эффективных параметров компенсирующего контура должен быть тщательно отобран для того, чтобы обеспечивать удовлетворительный результат, в котором первичное поле будет подходящим образом компенсировано. Каждый компенсирующий контур будет иметь количество витков, эффективный радиус и ток, которые, когда объединены, будут формировать компенсирующее магнитное поле с конкретной геометрической вариацией. Тщательно выбирая параметры витков, радиуса и тока, компоновка компенсирующей схемы может быть спроектирована по существу с возможностью нейтрализовать первичное магнитное поле в пределах конкретного объема. Когда контуры компенсации и передатчика размещаются последовательно, ток не является свободным параметром в компенсирующей структуре, и подходящие комбинации витков и радиусов должны быть тщательно подобраны.

[0036] Множество компенсирующих контуров устанавливаются на опору компенсирующих контуров. Более хорошая компенсация достигается, когда опора компенсирующих контуров становится более жесткой, и гарантируя, что эта опора устойчиво располагается относительно геометрических аспектов первичного поля. Контур передатчика и компенсирующие контуры могут быть почти, или в значительной степени, жестко соединены вместе, в то же время предоставляя возможность датчику магнитного поля перемещаться в компенсированном объеме.

[0037] Настоящее изобретение может добиваться эффективной компенсации в пределах компенсированного объема посредством применения нескольких конфигураций. Например, компенсирующий контур может быть выполнен с возможностью компенсировать первичное поле множеством способов, включающих в себя:

a. прямое последовательное соединение со схемой передатчика,

b. индуктивное соединение со схемой передатчика, например, с трансформатором,

c. как схема, электрически независимая от какой-либо схемы передатчика, за исключением цифрового или аналогового управляющего сигнала, который может связывать обе.

[0038] В случаях, когда компенсирующие контуры находятся в последовательном соединении с контуром передатчика, игнорируя емкостные эффекты, ток в каждом витке компенсирующих контуров будет, по существу, таким же, что и ток в витках контура передатчика. Когда контуры соединяются в последовательное соединение, емкости могут вынуждать высокочастотные (или быстро изменяющиеся) составляющие токов в некоторых компенсирующих контурах отличаться от составляющих в токе контура передатчика, влияя на степень, до которой первичное поле может быть эффективно нейтрализовано.

[0039] В области воздушных электромагнитных исследований AEM-система часто содержит большой, по существу, круглый контур передатчика с датчиком магнитного поля, расположенным в плоскости контура. В таких случаях может быть полезным нейтрализовать первичное поле по всему объему вокруг номинального местоположения датчика. В системах, где датчик магнитного поля располагается в центре контура передатчика, компоновка компенсирующего контура может содержать два по существу круглых компенсирующих контура, с компенсирующими контурами, размещенными соосно в плоскости контура передатчика, называясь "копланарной" конфигурацией. В такой копланарной конфигурации двух компенсирующих контуров радиус внутреннего компенсирующего контура меньше радиуса внешнего компенсирующего контура, и радиус внешнего компенсирующего контура меньше радиуса контура передатчика. Кроме того, обнаружение магнитного момента внутреннего контура будет параллельно магнитному моменту контура передатчика, в то время как магнитные моменты внутреннего и внешнего компенсирующих контуров будут противоположны.

[0040] Во втором примере компоновки компенсирующей схемы, называемой в данном документе "псевдо-гельмгольцевской" компоновкой, множество контуров могут содержать, по меньшей мере, один набор по существу круглых компенсирующих контуров, размещенных соосно с по существу круглым контуром передатчика, но в плоскостях, сдвинутых в противоположных направлениях от плоскости контура передатчика, и так, что радиус компенсирующих контуров меньше радиуса контура передатчика. В соосной конфигурации обнаружение магнитного момента компенсирующих контуров будет противоположно магнитному моменту контура передатчика.

[0041] В обоих вышеописанных случаях номинальное местоположение приемника находится в центре контура передатчика, и контур передатчика генерирует поле по оси контура, которое имеет стремящийся к нулю осевой градиент в интенсивности. Пара компенсирующих контуров, поэтому, конфигурируется, чтобы компенсировать как осевое поле, так и осевую кривизну контура передатчика рядом с центром контура. Когда это не такой случай, второй компенсирующий контур может быть сконфигурирован с первым, чтобы компенсировать поле и его градиент, или три компенсирующих катушки могут быть применены, чтобы компенсировать поле и его градиент и его кривизну.

[0042] Настоящее изобретение имеет применение к области воздушных электромагнитных исследований, в которых небольшое поле, рассеиваемое от Земли, измеряется в присутствии большого первичного поля. На текущем уровне техники одиночные компенсирующие контуры применяются, чтобы нейтрализовать первичное поле в приемнике. Однако, поскольку более значительные моменты передатчика и более точные и низкочастотные измерения рассеянного поля становятся осуществимы, требуется улучшенное средство измерения рассеянного поля в присутствии большого поля, которое приспосабливается к изменяющейся геометрии передатчик-приемник. В частности, важным аспектом получения показателей рассеянного поля на частотах ниже 25 Гц является предоставление возможности гибкой геометрии передатчик-приемник, как объяснено в патенте WO 2011/085462 A1 Пользера.

[0043] Настоящее изобретение может также преимущественно улучшать измерения рассеянного поля, где присутствует гибкая геометрия передатчик-приемник, увеличивая эффективный объем, в пределах которого первичное поле может быть нейтрализовано, и существует множество способов, которыми настоящее изобретение может быть преимущественно применено для этого эффекта. В качестве одного примера, когда система изоляции движения применяется, чтобы предоставлять возможность получения электромагнитных данных ниже 25 Гц, контур передатчика и множество компенсирующих контуров могут быть соединены вместе, где компенсирующие контуры соединяются с корпусом, содержащим систему изоляции движения, в которой устанавливается датчик магнитного поля. Этот аспект изобретения имеет преимущество предоставления возможности приемнику перемещаться независимо от его шасси, но в пределах компенсированной зоны первичного поля, и, таким образом, подходит для использования в устройствах изоляции движения, таких как устройство, раскрытое в патенте WO 2011/085462 A1.

[0044] Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что индукция вихревого тока вследствие первичного поля в объеме, окружающем приемник, подавляется в сравнении с индукцией единственного компенсирующего контура, таким образом, уменьшая шум в системе. Настоящее изобретение может также быть полезно применено в EM-системах с гибкой геометрией, таких, которые могут быть проиллюстрированы VTEM-системой, где приемник и его компенсирующий контур могут быть установлены в центре по существу круглого, гибкого контура передатчика, посредством чего, дополнительные компенсирующие контуры будут уменьшать непостоянство компенсированного поля вследствие относительных перемещений и изгиба в контурах, и множество компенсирующих контуров может лежать в той же плоскости, что и контур передатчика. В такой гибкой системе вариативность в компенсированном поле может быть уменьшена посредством добавления одного или более дополнительных компенсирующих контуров в плоскость передатчика.

[0045] Вышеупомянутые примеры иллюстрируют различные возможные использования систем настоящего изобретения с гибкой геометрией. Однако, настоящее изобретение может также быть полезно применено в так называемых AEM-системах с жесткой геометрией, в которых геометрия передатчика, контуров компенсации и приемника почти неподвижно установлена относительно друг друга, примерами которой является система Aerotem. Такие системы могут испытывать дрейф, составляющая которого может присутствовать вследствие небольших геометрических вариаций, вызванных, например, небольшими изменениями размеров в жестких опорах. Результат таких изменений может быть уменьшен с помощью настоящего изобретения посредством предоставления возможности увеличения размера компенсированного объема и, таким образом, уменьшения требуемой степени жесткости, поскольку требование жесткости в воздушных системах ограничивает размер системы вследствие веса жестких опор, настоящее изобретение может быть полезно применено в таких жестких системах, либо предоставляя возможность облегчения системы с помощью меньшей жесткости, таким образом, уменьшая операционные затраты, либо расширяя размеры системы, таким образом, улучшая качество EM-данных.

Аспекты текущего изобретения

[0046] Первый аспект настоящего изобретения ссылается на компенсированный передатчик, а именно, передатчик, магнитное поле которого по существу нейтрализуется в пределах компенсированного объема. Компенсирование выполняется с помощью поля, созданного посредством множества компенсирующих контуров, принадлежащих компоновке компенсирующих контуров, таким образом, поле может быть нейтрализовано в пределах объема до большей степени, чем может быть достигнуто с помощью единственного компенсирующего контура.

[0047] Компенсированный передатчик содержит компоновку компенсирующих контуров и передатчик, отправляющий известный сигнал тока в контур передатчика, установленный на по существу жестком каркасе. Компоновка компенсирующих контуров содержит множество отдельных, электрически проводящих компенсирующих контуров, установленных на опору компенсирующих контуров, так что компенсирующие контуры удерживаются на месте относительно друг друга и по существу на месте относительно контура передатчика. Токи, которые возбуждаются в компенсирующих контурах, с помощью контроллера тока, имеющие форму сигнала, по существу аналогичную форме сигнала передатчика, создают компенсирующее магнитное поле, которое по существу нейтрализует первичное магнитное поле в пределах компенсированного объема. В одном варианте этот контроллер тока может обращаться к передатчику, при этом передатчик и компенсирующие контуры соединены последовательно, в то время как в других вариантах каждый контур может возбуждаться посредством отдельного контроллера тока. В любом варианте, компенсирующее магнитное поле существует по существу в направлении, противоположном, и по существу равно по величине, первичному магнитному полю в пределах компенсированного объема, так что компенсирующее магнитное поле по существу нейтрализует упомянутое первичное магнитное поле в пределах большего диапазона, чем может быть выполнено с помощью единственного контура. Токи передатчика и компенсирующие токи могут быть обнаружены с помощью мониторов тока, при этом токи записываются с помощью средства записи данных, такого как компьютер для получения данных. По существу жесткий каркас контура передатчика может предоставлять возможность небольших перемещений контура передатчика из его номинального местоположения, но является достаточно жестким, чтобы компенсированный объем не смещался на значительное расстояние в сравнении с его размерами.

[0048] Во втором аспекте изобретения, относящегося к области электромагнитных исследований, устройство электромагнитного измерения содержит компенсированный передатчик, датчик магнитного поля и приемник, приспособленный для управления упомянутым датчиком магнитного поля так, чтобы предоставлять возможность измерения и записи выходного сигнала датчика. Датчик магнитного поля располагается в компенсированном объеме и устанавливается на опорную раму датчика, содержащую механическое устройство поддержки, приспособленное, чтобы поддерживать и ог