Brevet FR2503874A1 — publié le 19821015

-1- La présente invention concerne un émetteur pour un système de prospection électromagnétique. Un tel système est utilisé pour détecter ou déceler des corps conducteurs éloignés présents dans une zone. Des exemples de tels corps conducteurs sont des métaux comme le cuivre, le plomb ou le zinc. Une telle détection ou découverte à distance est utilisée comme méthode d'exploration minière. Elle peut être effectuée par un système aéroporté ou au sol émettant des signaux vers la zone concernée et recevant des signaux induits, produits par les corps conducteurs. Une telle méthode est basée sur le fait que de nombreux gisements minéraux contiennent une concentration suffisante de minerais pour être fortement conducteurs par rapport à ce qui les entoure. On connaît déjà des systèmes de prospection électro- magnétique géophysique pour détecter de tels gisements. Ces systèmes utilisent des champs électromagnétiques inductifs produits par des bobines émettrices dans les- quelles passent des courants alternatifs, qui provoquent des courants de Foucauld avec les corps conducteurs sou- terrains. Ces courants de Foucauld produiront des champs électromagnétiques secondaires qui se combineront avec le champ inducteur primaire pour produire des champs électro- magnétiques résultants. Ces champs électromagnétiques résultants peuvent être détectés par des dispositifs de détection appropriés et de cette manière on peut obtenir une indication de la présence de corps conducteurs. D'autres systèmes ont été développés produisant un champ électromagnétique primaire défini par un signal périodique modulé en fréquence. Ce signal peut être un signal rapidement balayé. On peut produire un tel champ pri- maire en faisant passer un courant produit par un émetteur dans un cadre à spires multiples, qui est installé sur un aéronef ou sur un autre véhicule. La production d'un tel signal (balayé) est en elle-même connue et ne sera pas 2503 874 -2- décrite en détail Ces systèmes connus ont plusieurs limitations, en particulier en ce qui concerne la largeur de bande du système et la capacité de découvrir des corps conducteurs à une grande profondeur. La largeur de bande des sources électromagnétiques utilisées est trop étroite, et souvent la réponse est assurée seulement à deux ou trois fréquences déterminées. Comme résultat, les présents systèmes électromagné- tiques sont limités en profondeur. En fait, dans les con- ditions les plus favorables, leur pénétration est de 200 m au maximum tandis qu'une couverture conductrice peut quel- quefois masquer complètement des anomalies plus profondes. Une séparation sûre entre les anomalies de la roche de fond et les parasites proches de la surface est gênée par leur étroite bande de fréquence. L'établissement préliminaire de modèles géométriques suggère que les émetteurs électro- magnétiques devraient avoir un certain moment dipolaire et une largeur de bande comprise entre 100 Hz et plusieurs kHz. Ce moment dipolaire résulte de l'exigence pratique que l'on puisse détecter un conducteur compact tridimensionnel au moins à une profondeur égale à son plus grand diamètre. La présente invention a pour but de fournir un système d'émetteur électromagnétique ayant un spectre à large bande avec le moment dipolaire requis. Elle a aussi pour but de fournir un système d'émetteur très utilisable pour détecter des corps conducteurs à diverses profondeurs, fournissant une amélioration notable de la pénétration en profondeur. L'invention concerne donc un émetteur, à utiliser dans un système de prospection électromagnétique aéroporté ou au sol pour détecter des corps conducteurs dans une zone, ce système étant prévu pour produire un signal modulé en fré- quence et pour l'envoyer vers ladite zone, caractérisé en ce que l'émetteur est pourvu d'une source de courant prévue pour ú533 87 -3- être reliée par un moyen de commutation à au moins deux circuits, chaque circuit comprenant un moyen de rayonnement, ces moyens de rayonnement étant prévus en outre pour être reliés à la source de courant, de façon que des moyens de rayonnement assemblés soient présents, chaque circuit com- prenant un moyen de rayonnement étant relié par son propre interrupteur à la source de courant. Comme on l'a déjà indiqué ci-dessus, l'invention est basée sur le fait que pour que l'on obtienne des signaux appropriés pour détecter ou découvrir des corps conducteurs éloignés dans une zone, il est nécessaire que l'on trouve des émetteurs ayant un moment dipolaire déterminé, ces émetteurs utilisant une forme d'onde fondamentale qui consiste en une onde presque carrée. On utilise cette onde presque carrée pour produire un spectre à large bande en modifiant sa période avec le temps. Pour obtenir une forme d'onde presque carrée, il est nécessaire que l'on obtienne des passages appropriés au point nul du signal. L'émetteur selon l'invention fournit de tels signaux. L'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple plus en détail avec référence aux dessins annexés, o: la figure 1 représente schématiquement un exemple d'un circuit fondamental, qui est utilisé dans un émetteur pour un système de prospection électromagnétique; les figures 2a à 2d montrent les intensités et les tensions présentes dans le circuit de la figure 1; la figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1 et les figures 2a à 2d, on a représenté un circuit émetteur fondamental constitué d'un circuit de commande à bobine électromagnétique symétrique et ses inten- sités et tensions. L'émetteur est pourvu d'une source d'alimentation Vs qui d'un côté est connectée par des 2503 87et -4- moyens appropriés quelconques à un commutateur S (repré- senté schématiquement) et de l'autre côté à un circuit de commande comprenant un condensateur C et une bobine L. On fait fonctionner le commutateur S d'une manière appropriée quelconque suivant une certaine succession de positions, dans le présent exemple A - ouvert - B - ouvert A... etc. La résistance de la bobine a été représentée schématiquement comme étant RL, tandis que la résistance de la source a été représentée schématiquement comme étant R. La bobine L a été pourvue d'une prise de manière qu'il existe deux moitiés égales de bobine, ayant chacune une résistance RL (repré- sentée schématiquement). 2 Quand le commutateur est dans la position A, à l'instant t = -0, une intensité (IA)O v R RL passe dans la demi-bobine supérieure. Quand le commutateur est dans la position "ouvert", à l'instant t = +0, le même courant passe dans le circuit L-C et est divisé entre les deux moitiés de bobine. Ce courant passe aussi à travers le condensateur C. Comme connu de l'homme de l'art, de cette manière un champ magnétique est maintenu (IA)+o = (IB)+O Ic (voir figures 1 et 2a-d) Si le commutateur est dans la position "ouvert", le courant à travers le circuit est un "sinus amorti" ayant un amortissement qui est déterminé par la résistance série RL de la bobine et par d'autres contributions à l'amortissement, par exemple: résistance en parallèle de la bobine et du con- densateur; résistance série du condensateur; résistance de rayonnement de la bobine, etc. Ainsi, si le commutateur restait dans la position "ouvert", les intensités I et I et la tension VA (voir les A B a figures 2a-d> seraient amorties après un certain temps. 2-5 _ 3 87; -5 - Sur les figures 2a-d, les axes horizontaux repré- sentent le temps, tandis que les axes verticaux repré- I + I sentent IA' 'B' IL = A B et VA, respectivement. L'intensité dans la bobine change de signe quand le com- mutateur est dans la position "ouvert". Toutefois, seu- lement une demipériode de l'oscillation amortie est présente. Après cette demi-période, le commutateur S est mis à sa position B. Quand il est dans cette position B, le circuit accordé, composé de la bobine d'émission à prise L et du condensateur d'accord C, est si fortement amorti que l'intensité IB monte apériodiquement à la valeur IM = Vs tandis que l'intensité IA = I diminue A C R _ R jusqu'à zéro. Cette transition peut se produire avec une oscillation amortie à haute fréquence, qui est causée par des conden- sateurs parasites dans les moitiés de la bobine. Si on fait passer le commutateur de la position B à la position "ouvert", l'opération suivante commence pour une autre demi-période du circuit L-C accordé et se termine si on passe à la position A. Dans ce qui précède, on suppose que les périodes dans les positions A et B sont telles que pour IA et -IB, respec- V tivement, on obtienne la valeur IM = s R R + 2 Cela n'arrivera pas toujours. Donc, la valeur maximale résultante de l'intensité sera plus faible à de hautes fréquences de répétition qu'à de basses fréquences de répétition. La mise du commutateur aux positions B et A, respec- tivement, doit être synchronisée avec le passage à zéro de la tension V A et VB, respectivement. Cela peut être obtenu au moyen de commutateurs de courant électroniques tels que des transistors de commutation appropriés et en associant _5"3 874 -6- une diode en série à chaque collecteur de ce transistor. Il sera évident pour l'homme de l'art que n'importe quel moyen de commutation approprié peut être utilisé. La figure 3 représente schématiquement un dispositif selon l'invention, comprenant un émetteur pourvu de deux circuits, chaque circuit comprenant une bobine à deux spires de manière qu'il y ait deux bobines assemblées de deux spires chacune, chaque bobine commandée par son propre commutateur. Les résistances des commutateurs ont été indiquées schématiquement comme R * La résistance de chaque spire de chaque bobine a été indiquée schématiquement comme Rcoil. De plus, chaque spire de chaque bobine est pourvue d'une résistance série étalonnée et de connexions A1, A2, A3 et Bi. B2 BV respectivement, avec un circuit de mesure de courant (non représenté, car en lui-même connu). Les résistances montées en série avec ces connexions sont re- présentées schématiquement en C1, C2 et D1, D2, respecti- vement. Les commutateurs commandant les bobines sont actionnés simultanément par des moyens appropriés quel- conques (non représentés, car en eux-mêmes connus). Dans ce mode de réalisation, un interrupteur relais C* est présent dans le circuit comprenant le moyen de rayonnement. Il sera évident qu'un nombre approprié quelconque de bobines assemblées est possible. Un nombre avantageux de bobines assemblées est 10. De plus, on a utilisé les mêmes réfé- rences que sur la figure 1. La source de courant Vs peut être une batterie de 12 V. On comprendra que des moyens de rayonnement appropriés quelconques peuvent être utilisés. De plus, il est évident que l'on peut utiliser des bobines ayant un nombre approprié quelconque de spires. On comprendra aussi qu'un commutateur électronique approprié quelconque peut être utilisé. Il sera évident pour l'homme de l'art que plusieurs façons d'obtenir les courants nécessaires sont possibles. L5 î X3 7 -7 - Ainsi, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une bobine à prise. Au lieu de cela, la bobine entière elle-même peut faire alternativement l'objet d'une commutation à ses deux connexions pour fournir les courants nécessaires. Un autre mode de réalisation avantageux de l'invention comprend une source de courant à prise au lieu d'une bobine à prise. Dans ce mode de réalisation, un côté du circuit L-C est relié à son commutateur par des moyens appropriés quelconques, tandis que l'autre côté du circuit L-C est relié à la source de courant, par des moyens appropriés quelconques, de façon qu'il existe deux moitiés égales de source de courant. Il sera évident pour l'homme de l'art que le commutateur aura été relié aussi par des moyens appropriés quelconques aux deux bornes de la source de courant. Dans ce mode de réalisation, on peut utiliser des bobines à une seule spire. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et qu'on peut y apporter toutes variantes. 2503 874 -8 - REVENDICATIONS 1. Emetteur, à utiliser dans un système de prospection électromagnétique pour détecter des corps conducteurs dans une zone, ce système étant prévu pour produire un signal modulé en fréquence et pour l'envoyer vers ladite zone, caractérisé en ce que l'émetteur est pourvu d'une source de courant prévue pour être reliée par des moyens de commu- tation à au moins deux circuits, chaque circuit comprenant un moyen de rayonnement, ces moyens de rayonnement étant prévus en outre pour être reliés à la source de courant, de façon que des moyens de rayonnement assemblés soient présents, chaque circuit comprenant un moyen de rayonnement étant relié par son propre interrupteur à la source de courant. 2. Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de rayonnement est une bobine. 3. Emetteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine est une bobine à prise, la prise de la bobine étant connectée à la source de courant. 4. Emetteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la bobine est une bobine à spires multiples. 5. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par des commutateurs de courant électro- niques. 6. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par des commutateurs de courant à trois positions. 7. Emetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit comprenant le moyen de rayonnement comprend un commutateur relais. 8. Emetteur semon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de courant est une source de courant à prise, la prise de cette source de courant étant connectée au circuit comprenant le moyen de rayonnement. 2503 87 -9- 9. Emetteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de rayonnement est une bobine. 10. Emetteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bobine est une bobine à une seule spire.