TEM mit kleinen Sende- und Empfangsspulen zur Detektion von UXO (PDF)

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Diese Arbeit befasst sich mit Transientenelektromagnetik (TEM) unter Verwendung kleiner Sende- und Empfangsspulen. Übergeordnetes Ziel ist dabei die Entwicklung einer kompakten und mobilen Sende- / Empfangsspuleneinheit zur Detektion von UXO (UneXploded Ordnance).
Als UXO (UneXploded Ordnance) bezeichnet man explosive Munition, die aufgrund einer Fehlfunktion nicht explodiert ist. Wegen des hohen Metallanteils dieser Objekte eignen sich EM-Methoden im Allgemeinen und die TEM Methode im Besonderen zur Auffindung und Charakterisierung von UXO.
Dabei wird durch An- und Abschalten eines Sendestromes in einer quadratischen Spule mit 1m Seitenlänge ein Strom im leitenden Untergrund und speziell in sehr gut leitenden Körpern induziert. Dieser Strom klingt mit der Zeit ab und erzeugt dadurch ein Sekundärfeld.
Typischerweise wird zur Metalldetektion nur der vertikale Anteil dieses Feldes mit einer Induktionsspule vermessen. Um mehr Informationen über die Form und Lage des Störkörpers zu erhalten, werden bei diesem Ansatz auch die beiden horizontalen Magnetfeldanteile mit Induktionsspulen aufgezeichnet. Durch die zusätzlichen dHx/dt- und dHy/dt- Komponenten erhält man eine bessere räumliche Abgrenzung des Metallkörpers und kann Rückschlüsse auf die Form des Körpers ziehen.
Der erste Versuch mit einer selbstkonstruierten Spulenanordnung führte hier zu technischen Problemen, verursacht durch den geringen Abstand zwischen Sende- und Empfangsspule und die große Induktivität der verwendeten Sendespule. Durch das daraus resultierende, zu große Primärfeld wurden die Eingangsverstärker des Messgerätes übersteuert und zeigten als Folge davon nichtlineares Verhalten zu späten Zeiten des Signals.
Im Bezug auf eine Verwendung zur oberflächennahen Bodenerkundung stellt die Verwendung einer größeren Sendespule eine mögliche Lösung dar. Zur Detektion von UXO auf großflächigen Zielgebieten ist eine kompakte, mobile Apparatur unerlässlich und daher die Lösung in einer Begrenzung der Signalstärke vor dem Eingang der Messapparatur zu suchen.
Dazu wurden, zunächst nur für die vertikale Komponente, zwei Ansätze untersucht. Eine identische, aber entgegengesetzt gepolte zusätzliche Empfangsspule koaxial in 50cm Höhe über der ersten zur Aufzeichnung des Feldgradienten lieferte keine zufrieden stellenden Ergebnisse. Die Konstruktion einer neuen, differentiellen Empfangsspule nach Vorbild eines Minendetektors lieferte dagegen gute [...]