Brevet FR2138440A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne la détection à dis tan- ce des éléments conducteurs contenus dans le 8ol, en particulier des minerais métalliques, et les installations de prospection aérienne utilisées à cet effet. PluB particulièrement, l'invention concerne la technique de prospection à distance dite "INPLIT" qui se trouve décrite dans les brevets français nO 1 280 846 et 1 463 643 ainsi que dans les brevets américains n0 2 660 703, 3 020 471 et 3 105 934. Dans cette technique, on crée un champ électromagnétique en envoyant un courant intense (de l'ordre de plusieurs centaines d'aspères), très bref (de tordre de la milliseconde) dans au moins une boucle émettrice montée sur la voiture d'un avion qui survole le territoire à prospecter. Â l'aide d'un système récepteur, comprenant un ou plusieurs bobinages récepteurs, monté de préférence sur un planeur ou "oiseau" remorqué par l'avion, on détecte des réémissions provenant dea conducteurs du sol, qui se traduisent par une tension induite dans chaque bobinage récepteur. La particularité de la méthode réside essentiellement dans le régime d'émission à impulsions et dans le fait que la détection se fait uniquement entre les impulsions d'émission (détection des réponses des conducteurs en régime transitoire). On exploite la tension induite dans chaque bobinage récepteur en prélevant un certain nombre de traces (par exemple 6 traces) en des instants repérés par rapport à la fin de chaque impulsion d'émission. Les signaux recueillis correspondent à l'évolution des courants de Soucault créés dans le sol par chaque impulsion émise, et sont ainsi représentatifs des propriétés des formations survolées. L'avantage essentiel de cette méthode de prospection réside en ce que la détection se fait en dehors des instants d'émission et que, par conséquent, se trouvent radicalement supprimés les effets primaires des impulsions d'émission sur le système récepteur : aucun champ ne se trouve induit directement par la boucle émettrice dans les bobinages récepteurs. De ce fait, la méthode s'est révélée très supérieure aux métho- des plus anciennes utilisant une émission entretenue. Un inconvénient apparatt cependant subsister, qui est d'ailleurs inhérent à toutes les méthodes de prospection aérienne dans lesquelles on utilise au moins une boucle émettrice associée à la voilure d'un avion : cette dernière étant métallique, le passage d'un courant généralement très intense dans la boucle émettrice induit des courants de )?oucault dans la voilure et ces courants de Foucault perturbent les informations recueillies au niveau du système récepteur. Dans la pratique, notamment pour les installations du type précité faisant appel à une détection en régime transitoire, on a jusqu'8 présent compensé l'effet des courants de boucault de la voilure en incorporant au système récepteur des dispositifs compensateurs appropriés. La présente invention concerne une solution nouvelle à ce problème de l'effet perturbateur au niveau du récepteur des courants de Poucault créés dans la voilure de l'avion, cette solution étant préférentiellement applicable à une installation du type INPUT, mais également aussi à toute installa tion de prospection aérienne dans laquelle on utilise un sys- tème émetteur monté sur un avion et fonctionnant par impulsions. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, on associe à la boucle émettrice au moins une boucle de compensation (constitude d'une ou plusieurs spires), la boucle de compensation étant ouverte lors des instants d'émission et mise en court-circuit en dehors des instants d'émission. Autrement dit, la boucle de compensation est mise en court-circuit en synchronisme avec le régime d'émission, sa mise en court-circuit suivant la fin de chaque impulsion d'émission et son ouverture précédant le début de chaque impulsion d'émission0 La mise en court-circuit de la boucle fait apparaitre, -au lieu d'un circuit simple pouvant représenter les courants de Foucault dans la voilure de avion et dont la constante de temps T a une valeur gènante (parce que du même ordre que celle du signal utile et donc du meme ordre que la durée d'ouverture du récepteur)- un système de deux circuits étroitement couplés. Ce système possède deux constantes de temps dont l'une est beaucoup plus grande que T et l'autre beaucoup plus petite que T. La première se rapporte à un champ magnétique lentement variable qui induit dans chaque bobine réceptrice une faible tension. La deuxième se rapporte à un champ magnétique rapidement variable, qui a cessé de produire son effet avant le pre mier instant d'échantillonnage de la courbe de décroissance de la tension induite dans la bobine réceptrice. Le calcul mathématique et l'expérience confirment d'ailleurs ces phénomènes. Dans une variante de l'invention, c'est la boucle d'émission elle-même qui est utilisée en tant que boucle de compensation, cette boucle unique étant ainsi utilisée dans le régime suivant s alimentation sous forme d'une impulsion -coupure de l'alimentation et mise en court-circuit de la bouclenouvelle alimentation en impulsion. La description qui va suivre en se référant aux dessins annexés fera mieux comprendre comment l'invention peut entre réalisée. On décrira préférentiellement la mise en oeuvre de l'invention dans le contexte du système INPUT. Sur les dessins annexés - la figure 1 représente schématiquement une installation de prospection comportant une boucle d'émission, la figure a représentant les impulsions de courant dans cette boucle. - la figure 2 représente schématiquement le circuit d'alimentation en impulsions de la boucle d'émission. - la figure 3 représente schématiquement le système de commande d'alimentation de la boucle d'émission. - la figure 4 représente le diagramme des signaux des différents organes du système de commande de la figure 3. - la figure 5 représente schématiquement le système de mise en court-circuit d'une boucle de compensation auxiliaire. - la figure 6 représente le diagramme de fonctionnement du système de mise en court-circuit de la figure 5. - la figure 7 représente une variante du système de mise en court-circuit d'une boucle de compensation auxiliaire. - la figure 8 représente le système de mise en courtcircuit d'une boucle d'émission qui sert également de boucle de compensation. - la figure 8a représente un détail de la figure 8. Sur la figure 1, on voit un avion A sur la voilure duquel est montée une boucle d'émission 100, la figure la représentant schématiquement les impulsions de courant qui sont envoyées à la boucle 100 dans le cas d'une installation de prospection par analyse des transitoires, du type précité. I1 s'agit d'impulsions très brèves de l'ordre de une milliseconde. Le récepteur 300 est monté loin de l'avion, par exemple sur un planeur remorqué. Il détecte les réémissions des conducteurs a, a du sol. I1 s'agit de supprimer l'influence des courants de Foucault induits dans la voilure de l'avion A sur le système récepteur 300. La figure 2 montre le montage d'alimentation de la boucle 100. Ce montage fait intervenir un condensateur C en série avec la boucle 100 et quatre thyratrons au silicium I19 22 T3, 4 dans un montage en pont alimenté par l'intermédiaire dtune batterie B. La résistance R portée sur la figure correspond à la résistance équivalente comprenant la résistance de la boucle, le câblage les résistances des thyratrons et de contact. La figure 3 représente le circuit logique de commande des thyratrons. il comprend un diapason 50, un oscillateur 51, un premier diviseur de fréquence 52, un second diviseur de fréquence 53, deux bascules monostables 54 et 55 donnant naissance à deux impulsions de commande I1 et I2 qui viennent commander les thyratrons T1 è T4. Ce montage est d'ailleurs classique, tout comme celui de la figure 2. On comprend facilement que les impulsions traversant la boucle 100 (figure la), dont le maximum s'établit à plusieurs centaines d'ampères, produisent dans la voilure de 4 des courants de Foucault dont l'effet perturbateur nuit à la bonne détection des ré émissions provenant du sol qui sont porteuses d'informations concernant les formations conductrices. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose d'associer à la voilure et à la boucle d'émission 100 une boucle de compensation 200 (figure 1). Cette boucle de compensation est mise en court-circuit dans les intervalles séparant les impulsions d'émission, De ce fait, il y a disparition rapide des courants induisant une forte tension dans la bobine réceptrice et il suffit de prélever les informations au récepteur 300 seulement dans les intervalles de temps oU l'effet des courants de Foucault est pratiquement négligeable. La figure 5 représente le système de mise en courtcircuit et d'ouverture de la boucle auxiliaire de compensation 200, dans un mode de réalisation particulier. Le problème est de synchroniser le court-circuit et l'ouverture de la boucle 200 avec le régime des impulsions d'émission. De façon très simple, on utilise un relais 201 comprenant un contact mobile 201a et une bobine 201b dont l'état d'excitation commande le déplacement du contact.La bobine 201b est alimentée par l'intermédiaire d'un amplificateur 202 par un circuit monostable 203 qui est commandé par les impulsions li et/ou 12 précitées qui sont, par définition, en synchronisme avec le régime d8im- pulsions puisqu'elles le déterminent. I1 suffit de régler les paramètres du circuit mono stable pour que le court-circuit intervienne entre les impulsions d'émission et en synchronisme avec le régime des impulsions. La figure 6 représente le résultat finalement atteint, la partie supérieure de la figure 6 représente les impulsions d'émission ; les instants cc correspondent au court-circuit de la boucle de compensation 200. La figure 7 représente une variante de montage du système de mise en court-circuit. Ce système est analogue à celui de la figure 5, à ceci près que le relais 201 est remplacé par un montage à deux thyratrons, 210, les deux thyratrons étant commandés à partir du système amplificateur 202. Selon une caractéristique importante de l'invention, on peut utiliser la boucle émettrice 100 elle-même comme boucle de compensation. I1 suffit pour cela de la mettre en courtcircuit en dehors des instants d'émission0 La figure 8 illustre cette possibilité. On retrouve sur cette figure les principaux éléments de la figure 2 et les mimes références ont été utilisées.La mise en court-circuit se fait à l'aide d'un disque rotatif 250 entrarné par un moteur 251 en rotation autour d'un arbre 253. le disque rotatif 250 (figure 8a) comporte une série de secteurs conducteurs 250a séparés par des secteurs non-conducteursO Blarbre 253 est lui-même conducteur et relié aux secteurs 250. Une des bornes de la boucle 100/200 est électriquement reliée à l'arbre 253 par l'intermédiaire d'un contact glissant 2540 L'autre borne de la boucle 100/200 est reliée à un contact glissant 255 coopérant avec la périphérie du disque 250. On voit que lorsque les secteurs conducteurs 250a du disque 250 sont au niveau du contact glissant 255, la boucle 100/200 se trouve en courtcircuit. le synchronisme du régime de court-circuit et du régime d'émission se fait très simplement, par des techniques classiques. On peut par exemple utiliser un contact de synchronisation 260 associé au disque en relation avec les signaux carrés engendrés par les bascules monostables 54 et/ou 55 (figure 4). la solution qui vient d'être immédiatement décrite est une solution de mise en court-circuit de la boucle par des moyens mécaniques. Bien entendu, on peut également utiliser des moyens électroniques, par exemple des montages à thyratrons. Enfin, il doit être bien entendu que l'invention s'étend à tous les systèmes de prospection électromagnétique dans lesquels l'émission est faite par impulsions. REVENDICh2IONS 1) Une installation pour la détection aérienne des conducteurs du sol, du type dans lequel au moins une boucle émettrice est montée sur la voilure d'un avion, ou analogue, l'émission se faisant par impulsions, et dans lequel la détection des formations conductrices se fait en recevant, en un système récepteur éloigné de l'avion, les réémissions des formations conductrices, caractérisée en ce qu'au moins une boucle de compensation se trouve associée à la voilure de l'avion pour minimiser l'effet au niveau du récepteur des courants de Foucault induits dans la voilure par les impulsions d'émission, la boucle de compensation étant ouverte et mise en court-circuit en synchronisme avec le régime d'émission, l'ouverture correspondant aux impulsions d'émission. 2) Une installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la boucle de compensation est constituée par la boucle émettrice elle-meme. 3) Une installation selon l'une des revendications i et 2, caractérisée en ce que les memes impulsions de commande servent à synchroniser le régime des impulsions d'émission dans la boucle d'émission, et le régime de mise en courtcircuit de la boucle de compensation. 4) Une installation selon l'une des revendications i à 3, caractérisée en ce que le régime de court-circuit est réalisé par l'actionnement d'un relais aux bornes de la boucle de compensation. 5) Une installation selon l'une des revendications 1 à 4 > caractérisée en ce que le régime de court-circuit est réalisé par ltexcitation d'un système à deux thyratrons. 6) Une installation selon l'une des revendications i à 5, caractérisée en ce que le régime de court-circuit est réalisé par l'intermédiaire d'un disque rotatif comportant des secteurs conducteurs et des secteurs non-conducteurs, la rotation du disque étant synchronisée avec le régime des impulsions d'émission.