DE2041079A1 - Vermessungsinstrument - Google Patents

Description

Dr. W, P. Radt

DipL-ing. E E. Rnkener Electrolocation Limited

Dfpl.-Ing. W. Ernest! Bristol/Großbritannien

Patentanwälte

463 B ο c ίι u m

Heinrich-König'Stfäße 12

Fernsprecher 415 SO, 4 23 27

Telegrammadresse: Radtpatent Bochum

70 161

WE/US

Vermessungsinstrument

Die Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument zur Er- g mittlung der Veränderungen des elektromagnetischen Reflexionskoeffizienten eines Bodens, z.B. des Erdbodens, über den das Instrument hinweggeführt wird.

Veränderungen des Eeflexionskoeffizienten ergeben sich, beispielsweise, wenn im Boden Gegenstände hoher elektromagnetischer Leitfähigkeit, wie z.B. Metall, enthalten sind* Ferner treten Veränderungen in der elektromagnetischen Leitfähigkeit des Bodens durch andere Kennzeichen oder Erscheinungen, wie z.B. durch im Boden verlegte Rohre, im Boden vorhandene Hohlräume, Gruben oder aufgefüllte Brunnen und dergleichen auf.

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J)Ie Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Instrument zu schaffen, mittels dessen im Boden befindliche Gegenstände oder andere Kennzeichen des Bodens erfaßt und lokalisiert werden können. ■

Gemäß der Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe ein / Vermessungsinstrument vorgesehen, das eine Sender- und eine Empfängerantenne in Form von jeweils um Ferritkerne gewiekelten Spulen, die mit ihren Achsen im wesentlichen senkrecht zueinander und an entfernten Stellen mit festem Abstand angeordnet sind, und ferner Einrichtungen für die Erzeugung eines niederfrequenten Wechselstromes zur Speisung der Senderspule sowie Einrichtungen zur Anzeige und/

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oder Speicherung der Ausgangssignale der Empfängerspule enthält.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Achsen der Antennenspulen so angeordnet, daß bei normaler Lage des Instrumentes während der Überquerung des Bodens die Achse der Senderspule etwa senkrecht und die Achse der Empfängerspule etwa waagerecht verläuft.

Um ein evtl. vorhandenes gleichförmiges Grundsignal des Empfängers kompensieren zu können, sind nach der weiteren Erfindung Einstellmittel zur begrenzten Veränderung des Winkels zwischen den Achsen der beiden Antennenspulen vorgesehen. Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung zur Feineinstellung bzw. zum Feinabgleich eine durch das Feld der Senderspule beeinflußbare Drosselspule mit einem Ferritkern vorgesehen sein, die mit der Empfängerspule derart verbunden ist, daß ein veränderbarer Anteil ihrer Ausgsngsspannung in Gegenphase zur Ausgangsspannung der Empfängerspule geschaltet ist.

Die Einrichtungen zur Speisung der Senderantenne bestehen nach der weiteren Erfindung aus einem Transistoroszillator, der mit einer Frequenz zwischen 100 und 10 000 Hz, vorzugsweise 4 kHz, arbeitet.

Die Einrichtungen zur Anzeige und/oder Speicherung der Ausgangssignale der Empfängerspule enthalten gemäß der Erfindung einen auf die Senderfrequenz abgestimmten Verstärker, an den ein optisches oder akkustisches Anzeigeinstrument oder ein Tonbandspeicher angeschlossen ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist für das Vermessungsinstrument ein im wesentlichen längliches Gehäuse vorgesehen, in dem die Senderantenne an einem Ende und an

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dem die Empfängerantenne innerhalbeines am anderen Ende vorstehenden Rohres angeordnet ist, wobei ferner Mittel vorhanden sind, an denen das Gehäuse während des Meßvorganges tragbar ist. In dem Gehäuse können gemäß der Erfindung weiterhin die Einrichtungen für dieSpeisung der Scjiderantenne und für die Anzeige der Ausgangs signale der ■.■Empfängerantenne angeordnet sein.

- Έ±η Ausfährungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zei- "

gen: ■ -

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Vermessung sins trumentes ,

Fit^ur 2 in einer schematischen Darstellung einen Längsschnitt des Vermessungsinstrumentes,

Fi^ur 3 ein Blockschaltbild der Stromkreise des Senders, Figui' -ν ein Blockschaltbild der Empfängeranordnung und

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Pigur 5 eine schematische Darstellung des elektromagnetischen Feldes des Senders und die Beeinflussung des Empfängers durch dieses Feld.

Das Vermessungsinstrument besteht aus einem länglichen Gehäuse 10 mit einem Traggurt 11, an dem das Instrument: ■ mit einer Hand von der Person, die den zu vermessenden Boden überquert, getragen werden kann. -Eine Senderantenne „ 12 ist entsprechend der Darstellung ,in Figur 2 am rechten Ende in dem Gehäuse 10 angeordnet. Diese Antenne besteht aus 300 Windungen eines -0,515 mm starken·Drahtes^ der um drei mit ihren Achsen senkrecht angeordneten·Ferritstäben mit einem Durchmesser von etwa 10 mm und.einer Länge von

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etwa 200 mm gewickelt ist. Weiterhin ist ein Transistoroszillator 14- vorgesehen, der über einen Schalter 141 aus einem Satz Trockenbatterien 15 (z.B. 8 HP2-Zellen) gespeist wird. Der Oszillator, schwingt mit einer Frequenz von 4- kHz und ist über einen 1 Watt-Verstärker 1G, dessen Verstärkungsgrad mittels eines St e.I !knopf es 161 verün/lerbar ist, an die Senderantenne 12 angeschlossen.

An dem anderen Ende des Gehäuse::. 10 befindet sich eine Empfängerantenne 1?', die beispielsweise aus 500 - 1000 Windungen eines 0,152 mm starken Drahtes besteht, der ir einer einzigen Lage um einen Ferritstab von etwa 200 mm Länge und 10 mm Stärke im Durchmesser gewickelt ist. Der Ferritstab sitzt in der Nähe des Endes im Inneren eines Rohres 18 aus Epoxyharz, das mit seinem anderen Enue an dem Gehäuse 10 befestigt ist.

Die Senderantenne 12 erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das ohne Reflexion oder anderweitige Beeinflussung die Empfängerantenne 17, wie es in Figur 1 dargestellt ist, senkrecht schneidet und somit in der Empfangerantenne kein Ausgangssignal hervorruft.

Da der Boden unterhalb des Vermessungsinstrumentes im allgemeinen eine geringe Reflexion bzw. Störung des vom Sender erzeugten Feldes hervorruft, verlaufen die Feldlinien nicht genau senkrecht zur Empfängerantenne 17, so daß in der Empfängerantenne ein gleichfürmiges Ausgangssignal erzeugt wird, obwohl der Boden einheitlich und homogen ist, welches der Normalfall ist, wenn im Boden und den darunterliegenden Schichten keine Störungen verursachende Einschlüsse enthalten sind.

Es kann zweckmäßig sein, das gleichförmige Ausgangssignal so weit wie möglich zu eliminieren, so dab irgendein

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wirkliches Signal alb Ursache für das Vorhandensein eines Fremdkörpers in dem zu vermessenden Boden leicht erkennbai" ist* Für diesen Zweck ist die Senderantenne 12 mit Hilfe von Schrauben 19 verstellbar gelagert, so daß der Winkel zwischen den Achsen der Antennen 12 und 17 in bestimmten Grenzen verändert werden kann. Mit dieser Winkelveränderung kann selbstverständlich nur eine grobe Einstellung vorgenommen werden. Eine feinere Einstellung ist durch eine Drossel 20 mit einem Ferritkern möglich, die in dem Ge-

. häuse so angeordnet ist, daß sie durch das Feld der Sen- " \ derantenne 12 beeinflußt wird. Ein veränderbarer Betrag

ι des Ausgangssignals der Drossel 20 wird mit Hilfe eines

Potentiometers 21, das durch einen Stellknopf 211 zu be-

• tätigen ist, abgenommen und in Gegenphase an den Ausgang

: der Empfängerantenne 17 angelegt. Das Potentiometer 21

: kann so eingestellt werden, daß das gesamte gleichförmige

; Ausgangssignal des Empfängers auf Null reduziert wird.

Die Empfängerantenne ist an einen frequenzselektiven Verstärker 22 mit hohem Verstärkungsgrad angeschlossen, der auf die Frequenz von 4 kHz des Oszillators 14 abgestimmt ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 22 wird an ein |

Meßgerät 2$ angelegt, das in der oberen Wandung des Gehäuses 10 angeordnet ist. Anstelle eines Meßgerätes kann auch ein Lautsprecher verwendet werden. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 22 kann durch einen Stellknopf 221 verändert werden (Figur 1). Bei maximaler Verstärkung hat der Verstärker 22 eine solche Empfindlichkeit, daß eine Spannung von 0,1 Mikrovolt am Ausgang der Em.pfängerantenne einen vollen Skalenausschlag des Zeigers des Meßgerätes 23 verursacht. '

Anstelle einer ständigen Beobachtung des Meßgerätes 23 kann auch eine Speicherung der Ausgangssignale vorgenommen werden, indem der Verstärker 22 an ein tragbares

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Tonbandgerät angeschlossen wird, das von der mit der Vermessung beauftragter Person gesondert getragen wird. Die auf dem Tonbandgerät gespeicherten Signale können mit Hili'o eines Gerätes entsprechend der Patentanmeldung P 20 37 802.3 cLer gleichen Anmelderin auf einem Blatt ο. dgl. aufgezeichnet werden.

In einigen Fällen kann'es wünschenswert sein, mitteIr: der ^ Schrauben 19 eine solche Winkelverstellung der Senderantenne 12 vorzunehmen, daß ein konstantes kleines Ausgangssignal in der Empfängerantenne hervorgerufen wird, ohne daß eine Störung oder Reflexion vorhanden ist. Der Empfänger besitzt dann eine solche Fhasenempfindlichksit, daß vom Boden verursachte gegenphasige Reflexionen das vorhandene Signal verringern und gleichphasige Reflexionen das vorhandene Signal dagegen verstärken.

Die Verwendung von Ferritkern-Spulen für die beiden Antennen hat den Vorteil, daß die Antennen in ihrer Größe kleingehalten werden können und daß im Vergleich zu Luftspulen klar definierte und somit eindeutige Signale ent- ^ stehen.

Der Abstand zwischen den Antennenspulen ist so gewählt, daß er etwa die gleiche Größenordnung hat wie die maximale Tiefe der im Boden enthaltenen Gegenstände, die mit dem Gerät erfaßt werden sollen.

Patentansprüche

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Claims (11)

_ 9 P a. t e η t an s ρ r ü c h e

1./ Vermessungsinstrument zur Ermittlung der Veränderungen des elektromagnetischen Reflexionskoeffizienten eines Bodens, z.B. des Erdbodens, über den das Instrument Mnweggeführt wird, d a du r c h ge k e η η ze ich η et , daß eine Sender- und eine Empfängerantenne in Form VOU jeweils um Ferritkerne gewickelten Spulen vorgesehen uiia mit ihren Achsen im wesentlichen senkrecht zueinander an entfernten Stellen mit festem Abstand angeordnet sind ί

uiid^ daß Einrichtungen für die Erzeugung eines niederfrequenten Wechselstromes zur Speisung der Senderspule sowie Einrichtungen zur Anzeige und/oder Speicherung der Ausder Empfängerspule vorhanden sind.

2. /"■ Vermessungsinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekeiiiizeichnet, daß die Achsen der Antennenspulen so angeordnet sind, daß hei normaler Lage des Instrumentes während der lilDerquerung des Bodens die Achse der Senderspule etwa senkrecht und die Achse der Empfängerspule etwa waagerecht scent.

ö. Vermessungsinstrument nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einstellmittel zur Degrenzten Veränderung des Winkels zwischen den Achsen der beiden Antennenspulen. .

4. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch das Feld der Senderspule beeinflußbare Drosselspule mit einem Ferritkern vorgesehen und mit der Empfängerspule derart verbun-

' den ist, daß ein veränderbarer Anteil ihrer Ausgangsspannung in Gegenphase zur Ausgangsspannung der Empfängerspule geschaltet ist.

5. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden

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Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß uie Einrichtungen zur Speisung der Senderantenne aus einem Transistoroszillator bestehen, der mit einer Frequenz zwischen 100 und 10 000 Hz arbeitet.

6. Vermessungsinstrument nach Anspruch ;>, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz des Oszillators etwa A- kHz beträgt.

7· Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Anzeige und/oder Speicherung der Ausgangssignale der Empfängerspule einen auf die Send.erfreyuenz abgestimmten Verstärker enthalten.

8. Vermessungsinstrument nach Anspruch 7, dadurch, gekennzeichnet, daß ein an den Ausgang des Verstärkers angeschlossenes optisches oder axkustisches Anzeigeinstrument vorgesehen ist.

9· Vermessungsinstrument nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Verstärkers ein Tonbandspeicher angeschlossen ist.

10. Vermessungsinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet'durch ein längliches Gehäuse, in dem die Senderantenne an einem Ende und en dem die Empfängerantenne innerhalb eines am anderen Ende vorstehenden Rohres angeordnet ist, und Mittel, an denen das Gehäuse mittels einer Hand während des Heßvorganges tragbar ist.

11. Vermessungsinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse die Einrichtungen für die Speisung der Senderantenne und die Einrichtungen für die

Anzeige der Ausgangssignale der Empfängerantenne angeordnet sind.

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