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Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Relaxationszeit gyromagnetischer
Körper eines Stoffes Die Erfindung betrifft im allgemeinen die Wechselheziehung
gyromagnetischer Eigenschaften von Atomen zu ihren Nachbaratomen zwecks Identifizierung
chemischer Verbindungen und im besonderen die Bestimmung der Gegenwart bestimmter
Verbindungen oder Stoffe auf Grund der Wechselwirkung ihrer gyromagnetischen Körper
oder Resonatoren mit magnetischen Feldern, wobei die Erfindung besonders nützlich
im Zusammenhang mit der Erforschung von Erdöl- oder Petroleumbohrungen ist.
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Bis jetzt wurden bei der Untersuchung von Erdölbohrungen verschiedene
indirekte Verfahren zur Ermittlung des Vorhandenseins von Öl verwendet, wie beispielsweise
elektrische Widerstandsmessungen in dem Bohrloch oder Probebohrungen des Materials
in verschiedenen Tiefen. Jedoch sind alle diese Verfahren nicht einwandfrei, weil
sie beispielsweise entweder ungenaue Ergebnisse liefern oder weil damit übermäßig
hohe Kosten verbunden sind usw. In der USA.-Patentschrift 2 561 490 mit dem Titel
»Verfahren und Vorrichtung, um die Kerneigenschaften von Atomen und magnetische
Felder miteinander in Wechselwirkung zu bringen« ist bereits ein Gerät zur Bestimmung
der chemischen Zusammensetzung irgenXdeiner beliebigen Substanzprobe beschrieben.
Dieses Gerät arbeitet so, daß ein polarisierendes -magnetisches Feld auf die Probe
einwirkt, dieses Feld beseitigt wird und dann die Präzessionsfrequenz der gyromagnetischen
Resonatoren dieser Probe in dem Erdmagnetfeld ermittelt oder angezeigt wird. Die
Richtung dieses polarisierenden magnetischen Feldes muß einen Winkel zur Richtung
des vorhandenen Erdfeldes aufweisen.
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Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine neue
Vorrichtung zur Bestimmung der Gegenwart gesuchter chemischer Verbindungen mittels
der Wechselwirkung ihrer gyromagnetischen Resonatoren, wie beispielsweise der Kerne,
mit magenetischen Feldern zu schaffen. Hierbei wird erfindungsgemäß die Relaxationszeit
für das Abklingen des von den in mehr oder weniger kohärente Präzessionsbewegung
befindlichen Körpers herrührenden Signals gemesen.
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Die Erfindung geht davon aus, daß auf den gyromagnetische Körper
enthaltenden Stoff zunächst ein polarisierendes magnetisches Feld in einer Richtung
-zur Einwirkung gebracht, dieses Feld dann schnell beseitigt oder aufgehoben und
den Körpern die zu messende Präzessionsbewegung in einem anderen magnetischen Feld
ermöglicht wird.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren kann erfindungsgemäß nicht
nur ein bestimmter Kern in einer zu analysierenden chemischen Substanz ermittelt,
sondern darüber hinaus infolge Auswertung der Ab-
klingzeit des Präzessionssignals
der der Wechselwirkung mit der Umgebung überlassenen gyromagnetischen Körper auch
festgestellt werden, ob andere Substanzen mit den gleichen Kernen vorhanden sind
sowie gegebenenfalls das relative Verhältnis der Menge einer chemischen Substanz
zu der anderen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht auch die Ermittlung der
Gegenwart von Erdöl oder Petroleum unterhalb der Erdoberfläche dadurch, daß in eine
in die Erde getriebene Bohrung eine Vorrichtung eingeführt wird, die zur Erzeugung
und Anzeige von Kernpräzessionen geeignet ist und dadurch die Gegenwart von Erdöl
auf Grund von charakteristischen Präzessionseigenschaften der darin enthaltenen
Atomkerne genauzu bestimmen vermag.
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Zur Erleichterung des Ärerständuisses der Erfindung sollen zunächst
die Hauptgrundsätze der gyromagnetischen Resonanz unter Bezugnahme auf die obenerwähnte
USA.-Patentschrift 2 561 490 dargelegt werden. Da sich diese Patentschrift auf Kerne
bezieht, wird auch hierbei dieses Beispiel gewählt. Es wird aber darauf hingewiesen,
daß sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf die gyromagnetische Resonanz der
Außenelektronen und alle anderen Arten gyromagnetischer Resonanz sowie auch auf
die gyromagnetische Kernresonanz bezieht. In dieser Beschreibung bedeuten die Begriffe
»gyromagnetische
Körper« oder »gyromagnetische Resonatoren« solche
Körper, welche die Eigenschaften des gyroskopischen Moments und des magnetischen
Moments besitzen, wobei diese beiden Eigenschaften im folgenden zusammengefaßt als
gyromagnetisches Moment bezeichnet werden, während der Begriff »gyromagnetische
Resonanz« die Resonanz gyromagnetischer Körper bedeutet.
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Es gibt in der-Hauptsache zwei voneinander unabhängige und verschiedene
Quellen von Dämpfung kräften bei der gyromagnetischen Kernresonanz. Die erste dieser
Quellen ist die Wechselwirkung der die Präzessionsbewegung ausführenden Kerne mit
der umgebenden Materie, die bewirken kann, daß der Kern seine Präzessionsenergie
auf die Bewegung nahe gelegener Atome überträgt. Diese Dämpfungskraft ist eine echte
Reibungskraft, denn sie wandelt die kinetische Energie in Wärmeenergie um wie im
Falle makroskopischer Reibung. Die zweite Dämpfungsquelle bei der kohärenten Präzession
der Kerne entsteht dadurch, daß sich nicht alle Kerne in genau demselben magnetischen
Feld befinden und infolgedessen nicht genau dieselbe Präzessionsfrequenz haben.
Infolgedessen können Kerne, welche die Präzessionsbewegung zu einem gegebenen Zeitpunkt
in Phase oder kohärent, d. h. ihre Achsen weisen alle in dieselbe Richtung, ausführen,
nach einem ausreichenden Zeitraum die Präzession in verschiedenartigen Phasen oder
inkohärent beenden. In diesem Falle ist es unmöglich. die Existenz der Präzessionen
festzustellen, sogar wenn die einzelnen Kerne wie vorher mit ihren Drehimpulsachsen
umklappen. Obgleich diese Dämpfungswirkung nicht eigentlich als Reibungskraft angesprochen
werden kann, so wirkt sie wie eine Reibungskraft auf das Aufnahme- oder Anzeigegerät,
und es wird als zweckmäßig empfunden, die beiden Dämpfungswirkungen mit denselben
Begriffen zu bezeichnen.
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Ganz besondere Bedeutung für die vorliegenden Zwecke hat der Zeitraum,
der erforderlich ist, damit diese Dämpfungskräfte wirken und ein Abklingen des Signals
hervorrufen, das in einer Empfangs- oder Aufnahmespule durch die Präzessionsbewegungen
ausführenden Kerne induziert wird. Wenn sich die Kerne in diesem Sinne kohärent
bewegen, hat das induzierte Signal seine größte Stärke, während die Signalstärke
abnimmt, wenn die Kerne immer weniger kohärent präzedieren. Diese Zeit nennen wir
die Relaxationszeit. Versuche zeigen, daß die Relaxationszeit Werte zwischen 10-
Sekunden oder noch weniger und vielen Minuten oder mehr haben kann. Aus der obigen
Erläuterung hinsichtlich der Quelle der Dämpfungskräfte ergibt sich .deutlich, daß
die Relaxationszeit von den Umgebungen der einzelnen Kerne abhängt. Somit sind die
Natur der den Kern enthaltenden chemischen Verbindung, die Homogenität des magnetischen
Feldes, der Zustand der Substanz, d. h. ob fest, flüssig oder gasförmig, die Gegenwart
gelöster Fremdstoffe und die Temperatur einige Faktoren, welche die Relaxationszeit
beeinflussen. Jeder Stoff in reinem Zustand hat seine eigene charakteristische Relaxationszeit.
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Da sich beispielsweise die molekulare Zusammensetzung des Erdöls
recht wesentlich von der des Wassers unterscheidet, besteht auch ein wesentlicher
Unterschied der Kernrelaxationszeit für den Wasserstoffkern im Erdöl und im Wasser.
Die Erfindung ist so entwickelt, daß infolge dieses Unterschiedes der Relaxationszeiten
Erdöl sogar in Gegenwart von Wasser ermittelt werden kann.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird nun in bekannter Weise
das polarisierende Feld auf den die Kerne enthaltenden Stoff angewandt, um die Atomkerne
unter einem Winkel mit Bezug auf das Präzessionsfeld oder das zu messende Feld zu
polarisieren und das zu polarisierende Feld wird dann schnell abgeschaltet, wobei
die Kerne von dem polarisierenden Feld ausgerichtet bleiben, so daß sie um das Präzessionsfeld
präzedieren. Es ist erforderlich, daß das polarisierende Feld in einem Zeitraum
abgebaut wird, der, verglichen mit der vorher erwähnten Relaxationszeit der Kerne,
kurz ist. Diese Bedingung wird klar, wenn man berücksichtigt, daß wenig oder gar
keine Ausrichtung der Momente zurückbleibt, wenn das polarisierende Feld so langsam
aufgehoben wird, daß die Polarisation abklingen kann, während das Feld abnimmt.
Es ist auch erforderlich, daß das polarisierende Feld von einem Wert, der gleich
dem Präzessionsfeld ist, auf Null in einem Zeitraum vermindert wird, der, verglichen
mit einer Periode der Kernpräzession, kurz ist. Dieses Erfordernis ist nicht ganz
so einleuchtend, und es wird hier auch keine vollständige Erklärung versucht. Es
ist jedoch aus der Theorie der Kreiselpräzession allgemein bekannt, daß die Achse,
um welche die Präzession stattfindet, parallel zu der Richtung der Momente ist,
welche das effektive, die Präzession bewirkende Momentepaar bilden. Falls sich die
Richtung des effektiven Momentepaares nur um einen kleinen Winkel bei jeder Präzessionsperiode
ändert, folgt die Präzessionsachse ganz genau nach. Es ist klar, daß die Richtung
des Momentepaares während des Zeitraumes der Abnahme des Polarisationsfeldes die
Resultierende des polarisierenden Restfeldes und des zu messenden Feldes ist.
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Die Resultierende beginnt erst mit einer schnellen Richtungsänderung,
wenn das abklingende polarisierende Feld und das zu messende Feld vergleichbare
Größenordnung haben. Da die um das resultierende Feld in Präzessionsbewegungen sich
drehenden Kerne in allen Phasen gleich verteilt sind, liegt ihre Durchschnittsrichtung
der Polarisation in der Richtung des resultierenden Feldes. Falls die Ausrichtung
der Drehimpulsachsen der Kerne dem resultierenden Feld folgen kann, bis das zu messende
Feld übrigbleibt, ist diese Ausrichtung langsam in das zu messende Feld umgeschwenkt,
so daß keine Kohärenz in der Präzession auftritt. Zur Vermeidung eines solchen Ergebnisses
muß eine große Richtungsänderung der Resultierenden in einem Zeitraum auftreten,
der, verglichen mit einer Periode der Präzessionsfrequenz, kurz ist. Dies entspricht
der oben aufgestellten Bedingung, daß das polarisierende Feld von einem Wert, der
dem zu messenden Feld gleich ist, auf Null in einem Zeitraum vermindert werden muß,
der, verglichen mit einer Periode der Präzessionsfrequenz, kurz ist. Diesen beiden
Erfordernissen kann in der Praxis leicht Genüge getan werden.
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Bei dem Verfahren nach der erwähnten Patentschrift werden die freien
Präzessionen, die der Aufhebung eines starken Feldes folgen, hinsichtlich ihrer
Frequenz gemessen, um auf diese Weise z. B. die Feldstärke zu ermitteln. Ist jedoch
die Relaxationszeit so kurz, daß sie eine einwandfreie Bestimmung der Frequenz nicht
zuläßt, so ist die Mes-sung nicht möglich. Bei der Erfindung ist dies nicht der
Fall. Die Erfindung berücksichtigt die Frequenzmessung nicht, und die Präzessionsfrequenz
braucht tatsächlich auch nicht bekannt zu sein, ausgenommen den Fall, daß sie zur
Abstimmung des Gerätes zweckmäßig sein kann, um fremde Signale auszuscheiden. Statt
dessen unter
hält die Erfindung Vorrichtungen zur genauen Messung
der Relaxationszeit der Proben, die in den Bereich des Signalkopfes gebracht werden.
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Die folgende Beschreibung gibt an, wie das Gerät zum Gebrauch in
einer Petroleumbohrung ausgebildet ist. Jedoch liegen auch andere Gestaltungen und
Formen, die zur Anwendung auf anderen Gebieten geeignet sind, innerhalb des Rahmens
der Erfindung.
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Andere Aufgaben und Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich,
die im Zusammenhang mit den Zeichnungen steht, in denen die Erfindung in konkreter
Form veranschaulicht ist. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Hauptbestandteile
des Gerätes darstellt, Fig. 2 ein Schaltbild der Bauteile, die so ausgebildet sind,
daß sie in einen Brunnen oder Schacht eingeführt werden können, Fig. 3 eine allgemeine
Ansicht des in einem Brunnen schwebenden Signalgerätes, Fig. 4 ein Schaltbild des
Steuer- oder Folgeschaltkreises, Fig. 5 typische Oszillogramme, die mit dieser Erfindung
erzeugt werden, wenn die Kippschwingung oder Ablenkung linear ist, Fig. 6 typische
Oszillogramme, wenn die Kippschwingung oder Ablenkung eine inverse Exponential funktion
der Zeit ist, und Fig. 7 ein Schaltbild zur Erzeugung einer Exponentialkippschwingungen.
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Zur Bezeichnung entsprechender Teile sind in allen genannten Figuren
gleiche Bezugszeichen verwendet worden.
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In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Signalkopf, der aus
einer Drahtspule besteht und dem doppelten Zweck der Erzeugung eines starken magnetischen
Feldes in der Probe, um die Polarisation der Kerne der Probe zu erzeugen, und der
Aufnahme des Signals dient, das von im Erdfeld in kohärenter Bewegung präzedierenden
Atomkernen erzeugt wird.
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Das Bezugszeichen 35 bezeichnet einen zu der Spule 1 parallel geschalteten,
nicht linearen Widerstand, der eine schnelle Dämpfung oder ein schnelles Abklingen
des polarisierten Gleichstrommagnetfeldes ermöglicht, aber die Spannungswelle oder
den Spannungsstoß begrenzt, wenn der Stromkreis für zulässige Werte geöffnet wird,
wenn die Ab- bzw. Aufnahme der Kernpräzessionen gewünscht wird. Ein Gleichrichter
7 formt den von oberhalb der Erdbodenfläche gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom
um, der durch die Spule 1 fließt, so daß diese Spule ein konstantes Magnetfeld eruzeugt.
Ein Transformator 31 dient dem doppelten Zweck, die von oberhalb des Erdbodens gelieferte
Wechselstromenergie vor Zuführung an den Gleichrichter 7 abwärts zu transformieren
und die schwachen Kerninduktionsspannungssignale aufwärts zu transformieren, so
daß diese Signale auf das empfindliche Anzeigegerät übertragen werden, das oberhalb
des Erdbodens angeordnet ist. Die Schalter 6 und 8 werden dazu verwendet, den Gleichrichter
7 in den Stromkreis der Spule 1 einzuschalten oder aus diesem herauszunehmen, abhängig
davon, ob die Spule i zur Erzeugung eines polarisierenden magnetischen Feldes oder
zur Aufnahme der Kernpräzessionssignale verwendet werden soll oder nicht. Die Betätigung
der Schalter 6 und 8 wird von dem Auftreten oder Fehlen der Versorgungswechselspannung
am Transformator 31 gesteuert und wird in einem anderen Teil dieser Beschreibung
erörtert.
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Die Teile des hier beschriebenen<Gerätes sind so ausgebildet,
daß sie in das Bohrloch gesenkt werden
können. Sie hängen an einem Kabel 4, das auch
elektrische Leitungen zur Zuführung der Wechselstromenergie an die innerhalb des
Brunnens befindlichen Bauteile und zur Übertragung der von diesen aufgenommenen
Kernpräzessionssignale an die Oberfläche enthält. Der übrige Teil des Gerätes kann
oberhalb des Erdbodens angeordnet sein. Diese Einrichtung besteht aus einer Energiequelle
5, welche die gesamte Anlage mit Wechselstrom versorgt, aus einem Steuer- oder Folgeschalter
2, der die zeitliche Reihenfolge der Schaltvorgänge bestimmt, aus Schaltern 3 und
9, aus einem Verstärker 10 und einem Gleichrichter 11, einem Kathodenstrahloszilloskop
und dem diesem zugeordneten Horizontalkippschwingungsgenerator 13.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Zu einer bestimmten
Zeit betätigt der Folgeschalter2 den Schalter 3, so daß das Kabel 4 direkt mit der
Energiequelle5 verbunden wird. Wenn Wechselspannung am Kabel 4 liegt, arbeiten die
Schalter 6 und 8 so, daß sie die Spule 1 mit der Energiequelle über den Gleichrichter
7 und den Transformator 31 verbinden Die Spule 1 erzeugt auf diese Weise ein magnetisches
Gleichfeld in den Wänden des Bohrlochs. Nach einem Zeitraum, der, verglichen mit
der Relaxationszeit der Probe, lang ist, steuert der Folgeschalter 2 den Schalter
3 so, daß das Kabel 4 von Ider Energiequelle 5 getrennt wird. Wenn am Kabel 4 keine
Spannung liegt, wirken die Schalter 6 und 8 in solcher Weise, daß sie die Spule
1 direkt mit dem Transformator 31 verbinden. Die Spule 1 kann dann Kerninduktionssignale
zur Oberfläche über den Transformator 31 und das Kabel 4 übertragen. Nach Ablauf
eines Zeitraums, der für den Schaltvorgang der Schalter6und 8 ausreicht, betätigt
der Folgeschalter 2 den Schalter 9 so, daß das Kabel 4 mit dem Verstärker 10 verbunden
wird. Ein parallel zu dem Eingang des Verstärkers 10 liegender Kondensator 29 bildet
einen abgestimmten Kreis, der aus dem Kondensator, dem Transformator 31 und der
Spule 1 besteht. Dieser abgestimmte Kreis ist angenähert auf die Frequenz der von
der Spule aufzunehmenden Präzessionen abgestimmt. Die in der Spule 1 hervorgerufenen
Kerninduktionssignale werden auf diese Weise dem Verstärker 10 aufgeprägt, und die
verstärkten Signale gelangen an den Gleichrichter 11, der die Wechselspannungskomponente
der Signale gleichrichtet und nur die exponentiell abklingende Hüllkurve beläßt.
Dieses Hüllsignal wird an die senkrechten Platten eines Kathodenstrahloszilloskops
12 angelegt. Die waagerechte Kippschwingung des Oszilloskops 12 wird von einem Kippschwingungsgenerator
13 erzeugt, der die Kippschwingung oder Ablenkung startet, wenn der Schalter 9 betätigt
wird. Auf diese Weise beginnt die horizontale Kippschwingung zu demselben Zeitpunkt
wie das exponentiell abklingende Signal. Die Oszilloskopkurven können unmittelbar
betrachtet oder zwecks Kontrolle zu einem späteren Zeitpunkt fotografiert werden.
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Somit ist es klar, daß die hier beschriebene Vorrichtung zuerst die
Kerne in einer Probe polarisiert, dann die Präzession gleichrichtet, darauf das
exponentielle Abklingen der Präzession der polarisierten Kerne im Erdfeld aufnimmt
und dieses exponentielle Abklingen auf dem Bildschirm eines Oszilloskops darstellt.
Aus der Kurvenform auf dem Oszilloskopschirm und der Geschwindigkeit der waagerechten
Kippschwingung oder Ablenkung des Oszilloskops kann die Relaxationszeit der Probe
leicht berechnet werden.
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Ein Schaltbild des in dem Brunnen befindlichen elektrischen Gerätes
ist in Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt. Infolge der Tatsache, daß dieses Gerät
unter Bedingungen hoher Temperatur und hohen Druckes arbeiten muß, werden vorzugsweise
keine Elemente, die einen Rauschpegel liefern, sondern nur einfache mechanische
Relais und Trockengleichrichter verwendet. Wenn dem Kabel 4 Wechselspannung zugeführt
wird, wird der Wechselstromschalter 8 so betätigt,;daß dessen Zungen die Kontakte
41 berühren.
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Der Schalter 6, der als polarisiertes Relais ausgebildet ist, wird
auch betätigt, wenn eine seiner beiden Arbeitsspulen 32 von der Wechselstromquelle
über einen kleinen Gleichrichter 33 erregt wird, so daß seine Zungen die Kontakte
42 berühren. Wenn beide Schalter auf diese Weise betätigt sind, wird Energie über
den Transformator 31 auf den Gleichrichter 7 übertragen, der seinerseits die Spule
1 mit gleichgerichtetem Wechselstrom über den Schalter 6 speist.
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DieInduktivität der Spule 1 reicht aus, um den gleichgerichteten Wechselstrom
in den erforderlichen Gleichstrom zu sieben. Durch die Betätigung des Schalters
6 wirdauchderS tromkreis fürseineHaltespule34geschlossen, die auf Spannungen parallel
zur Spulel anspricht.
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Wenn Wechselstromenergie von der Leitung 4 durch die obenerwähnte
Wirkung des Schalters 3 abgetrennt wird, werden die Kontakte43 des Schalters 8 betätigt,
worauf der Gleichrichter 7 von dem Transformator 31 abgetrennt wird. Der Gleichrichter
7 ist so ausgebildet, daß kein Gleichstrom durch den Transformator 31 fließt und
somit keine unerwünschten Ausgangs- oder Übergangsspannungen parallel zum Transformator
31 durch diesen Schaltvorgang hervorgerufen werden. Das Abklingen des Stromes in
der Spule 1 wird durch die Verlustleistung des nichtlinearen Widerstandes 31 beschleunigt,
der parallel zu der Spule 1 geschaltet ist. Das schnelle Abklingen des Stromes durch
die Spule 1 erzeugt an dieser große Ausgleichs- oder Ubergangsspannungen.
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Um diese daran zu hindern, den Transformator 31 zu erreichen und möglicherweise
zu beschädigen, hält eine auf parallel zur Spule 1 liegende Spannungen ansprechende
Haltespule 34 den Schalter 6 mit den Kontakten 42 in Berührung, da in dieser Stellung
die Spule 1 mit dem Gleichrichter 7 verbunden bleibt, der jetzt von dem Transformator
31 abgetrennt ist. Wenn die Ausgleichs- oder Übergangsspannung nahezu abgeklungen
ist, kann die Haltespule34 den Halte schalter 6 nicht länger halten, und nach einem
kurzen, durch Viskositätsdämpfung bestimmten Zeitraum verbinden sich die messer
des Schalters 6 mit den Kontakten 44> wodurch die Spule 1 direkt an den Transformator
31 angeschlossen wird, so daß Kerninduktionssignale direkt nach der Oberfläche über
tragen werden können.
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Fig. 3 zeigt die Teile des Gerätes, die in die Brunnenbohrung eingeführt
werden und sich tatsächlich in dem Brunnen oder Schacht befinden. Die Spule 1 ist
der unterste Teil des Gerätes. Sie ist als Solenoid ausgebildet, wobei ihre Achse
parallel zu der Brunnenachse verläuft und ihr Durchmesser an genähert gleich dem
Brunnendurchmesser ist. Die »Probe«, welche die Kerupräzessionen liefert, ist bzw.
sind in diesem Falle die Erdwände 14 des Brunnens, und da ein Signal von der signalerzeugenden
Materie innerhalb der Spule sowie außerhalb der Spule erzeugt werden könnte, darf
der Wickelkörper. auf dem die Spule angeordnet ist, kein Material enthalten, das
ein solches Störsignal hervorruft. Der Wickelkörper muß auch nichtleitend sowie
widerstandsfähig
gegen hohe Temperaturen und Drücke sein, die in einem tiefen Brunnen oder Schacht
auftreten. Die anderen Bauteile des Gerätes innerhalb des Brunnens sind in ein Gehäuse
15 eingebaut, von dem die Spule 1 an einem kurzen Kabel herabhängt, das in Form
von Zuführungsdrähten 16 dargestellt ist. Der Abstand zwischen dem Gehäuse 15 und
der Spule 1 muß so groß sein, daß ferromagnetische Stoffe in dem Behälter 15 nicht
merklich -die magnetischen Felder um die Spule 1 stören, darf jedoch nicht so groß
sein, daß beträchtliche Energieverluste in dem Kabel 16 auftreten. Das Kabel 4 verläuft
zur Erdoberfläche oberhalb des Behälters 15.
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Fig. 4 zeigt ein Schaltbild, zu dem der Steuer- oder Folgeschalter
2, der Schalter 3 und der Schalter 9 gehören. Der Folgeschalter 2 besteht aus einem
beweglichen Bürstenkontakt 36, der von einem Uhrwerk oder einem Synchronmotor (nicht
dargestellt) in Umdrehungen versetzt wird und nacheinander in Kontakt mit den Ringsegmenten
37 und 38 kommt. Wenn der Kontakt mit dem Segment 37 hergestellt ist, wird der Schalter
3 durch Strom von der Stromquelle 5 betätigt, wodurch die Kontakte 45 eingeschaltet
werden.
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Wenn die Bürste 36 das Segment 38 berührt, wird in ähnlicher Weise
der Schalter 9 betätigt, so daß die Kontakte 46 eingeschaltet werden. Die Zeitverzögerung
zwischen der Auslösung des Schalters 3 und der Betätigung des Schalters 9 (oder
umgekehrt) ist durch einen Leerzwischenraum zwischen den Segmenten 37 und 38 berücksichtigt.
Obgleich die in dieser Beschreibung dargestellten Schalter mechanische Kontakte
haben, sind auch elektronische Sperrvorrich tungen in gleicher Weise geeignet.
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Fig. 5 zeigt typische Oszillogramme, die mit der Erfindung erzielt
werden, wenn die waagerechte Kippschwingung oder Ablenkung eine lineare Funktion
der Zeit ist. Die Spur oder Kurve 17 stellt das exponentielle Abklingen dar, das
von einem mit A bezeichneten Stoff erzeugt wird, und die Spur oder Kurve 18 zeigt
das von einem Stoff B hervorgerufene Abklingen, der eine zehnmal so große Relaxationszeit
hat wie der Stoff A. Die Bilder oder Kurven. 19 und 20 sind Ergebnisse von Gemischen
der beiden Stoffe 2/3S+t/3B bzw. V3A+2/3B. Auf diese Weise kann man leicht erkennen,
wie man das Mischungsverhältnis der beiden Stoffe verschiedener Relaxationszeiten
durch Vergleich der Abklingkurve mit genormten oder bekannten Abklingkurven für
jeden Stoff allein bestimmen kann.
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Fig. 6 zeigt Oszillogramme, die entstehen, wenn die Geschwindigkeit
der Kippschwingung exponentiell mit der Zeit abklingt. Die Kurven 21, 22, 23 und
24 werden anstatt der Kurven 17, 18, 19 bzw. 20 der Fig. 5 erzeugt, wenn eine exponentielle
Kippschwingungsgeschwindigkeit verwendet wird. In Fig. 6 wurde die Ablenkgeschwindigkeit
so gewählt, daß die Kurve 22 des Stoffes B eine gerade Linie ist. Wenn kleine Mengen
des Stoffes 4 mit dem Stoff B gemischt werden, weicht die Kurve von einer geraden
Linie ab, und da kleine Abweichungen von einer geraden Linie gut meßbar sind, ist
dieses Verfahren besonders nützlich zur Ermittlung oder Anzeige kleiner Mengen eines
Stoffes bei Gegenwart grober Mengen eines anderen Stoffes, beispielsweise des Stoffes
4 in Gegenwart des Stoffes B. Die Zeitkonstante der Kippschwingung kann auch auf
andere Werte eingestellt werden, um eine besondere Anpassung an die MeBbedingun£ren
zu erzielen.
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Fig. 7 zeigt Einzelheiten des Kippschwingungsgenerators 13, der hierbei
so ausgebildet ist, daß er die
Exponentialkippschwingungen nach
Fig. 6 erzeugt.
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Die Schaltung ist lediglich zur Veranschaulichung eines Verfahrens
zur Erzeugung von Exponentialkippschwingungen gezeigt, da diese Schaltung und andere
Schaltungen zur Durchführung derselben Funktion in der Elektronentechnik allgemein
bekannt sind.
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Ein Kondensator wird auf ein Gleichstrompotential von einer Spannungsquelle
geladen, die schematisch durch die Batterie 26 verkörpert ist. Wenn der Schalter
9 von dem Folgeschalter 2 (in Abb. 4) betätigt wird, werden die Kontakte46 eingeschaltet
und die Kontakte 47 ausgeschaltet. Da der eine Kontakt 47 in Reihe mit der Batterie
26 liegt, ist der Batteriekreis nunmehr aufgetrennt, worauf der Kondensator 25 sich
über den Nebenschlußwiderstand 27 mit einer Exponentialgeschwindigkeit entladet,
die von der RC-Konstanten des Kondensators 25 und des Widerstandes 27 bestimmt wird.
Die exponentiell abklingende Spannung am Kondensator 25 wird an den Verstärker 28
gelegt, der sie den waagerechten Platten des Oszilloskops 12 zuführt, wodurch die
Exponentialkippschwingung erzeugt wird. Die Abklingzeitkonstante kann mit dem veränderbaren
Widerstand 27 eingestellt werden.
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Die Energiequellen, Verstärker, Gleichrichter, Schalter und das Oszilloskop
sind vollkommen in der üblichen Art ausgebildet, so daß hier eine diesbezügliche
Erörterung unnötig ist.
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Abänderungen dieser Erfindung können in vielfacher Form vorgenommen
werden. Beispielsweise könnte die zur Erzeugung der Oszillogramme aufgewandte Zeit
dadurch wirtschaftlicher ausgenutzt werden, daß eine Reihe Signalköpfe in dem Bohrloch
angeordnet wird, die so weit voneinander entfernt sind, daß keine Wechselwirkung
zwischen den hintereinanderliegenden Spulen entsteht. In diesem Falle könnte der
Folgeschalter so eingerichtet s,ein, daß Signale von einer Spule aufgenommen werden,
während die Energie des polarisierenden Feldes den anderen Spulen zugeführt wird,
wobei das Verfahren für jede Spule der Reihe nach wiederholt wird. Auf diese Weise
würde ständig ein Bild oder eine Kurve auf dem Oszilloskopschirm auftreten, und
jede Spule würde ausreichend lange den Polarisationsfeldstrom führen, um eine optimale
Ausrichtung der magnetischen Momente in dem Polarisationsfeld zu bewirken.
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PATENTANSPRSCHE 1. Verfahren zur Feststellung von gyromagnetische
Körper enthaltenden Stoffen, bei dem zuerst ein polarisierendes magnetisches Feld
auf den Stoff zur Einwirkung gebracht, dieses polarisierende Feld dann beseitigt
oder aufgehoben und den Körpern die Präzessionsbewegung in einem anode ren magnetischen
Feld ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaxationszeit gemessen wird,
die ein von diesen in Präzessionsbewegung befindlichen Körpern herrührendes Signal
zum Abklingen benötigt.