SkyTEM-nuværende muligheder-fremtidige udviklinger
• Krav til og verifikation af SkyTEM udviklingen i 2002
• SkyTEM system 2009
• Udvalgte tekniske SkyTEM detaljer
• SkyTEM –fremtidige udviklinger
Outline
I
Primary field
Current flow
Basics physics of TEM
How does it work?
A stationary current flows in the transmitter loop
-which sets up a primary magnetic field
The current is shut off abruptly
-which induces currents in the subsurface.
This generates a secondary magnetic field
-which is measured in the receiver coil at the surface
Secondary field
Tx
Sender
Modtager
Rx Central Loop
Sender spole(r)
Rx SkyTEM Loop
Rx Offset Loop
Reference
Rx
Basic instrumentation of TEM
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
• 1D lagdelte strukturer
• Should meet data quality of groundbased TEM methods
• Should reproduce ground based TEM results (refence site)
• No bias correction nor leveling of data sets
• Accurate geometrical parameters for inversion
• Rawdata (“coil data”) available
• Easy operation for “small” areas with fast mob/demob
• 1D lagdelte strukturer
• Samme eller bedre datakvalitet som jordbaserede TEM data
• Should reproduce ground based TEM results (refence site)
• No bias correction nor leveling of data sets
• Accurate geometrical parameters for inversion
• Rawdata (“coil data”) available
• Easy operation for “small” areas with fast mob/demob
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
• 1D lagdelte strukturer
• Samme eller bedre datakvalitet som jordbaserede TEM data
• Reproducere jordbaserede TEM data (reference lokalitet)
• No bias correction nor leveling of data sets
• Accurate geometrical parameters for inversion
• Rawdata (“coil data”) available
• Easy operation for “small” areas with fast mob/demob
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
• 1D lagdelte strukturer
• Samme eller bedre datakvalitet som jordbaserede TEM data
• Reproducere jordbaserede TEM data (reference lokalitet)
• Ingen bias eller drift korrektion af data
• Accurate geometrical parameters for inversion
• Rawdata (“coil data”) available
• Easy operation for “small” areas with fast mob/demob
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
• 1D lagdelte strukturer
• Samme eller bedre datakvalitet som jordbaserede TEM data
• Reproducere jordbaserede TEM data (reference lokalitet)
• Ingen bias eller drift korrektion af data
• Nøjagtige geometriske parametre og system respons til inversionen
• Rawdata (“coil data”) available
• Easy operation for “small” areas with fast mob/demob
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
• 1D lagdelte strukturer
• Samme eller bedre datakvalitet som jordbaserede TEM data
• Reproducere jordbaserede TEM data (reference lokalitet)
• Ingen bias eller drift korrektion af data
• Nøjagtige geometriske parametre og system respons til inversionen
• Rådata til rådighed for kvalitetskontrol
• Easy operation for “small” areas with fast mob/demob
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
• 1D lagdelte strukturer
• Samme eller bedre datakvalitet som jordbaserede TEM data
• Reproducere jordbaserede TEM data (reference lokalitet)
• Ingen bias eller drift korrektion af data
• Nøjagtige geometriske parametre og system respons til inversionen
• Rådata til rådighed for kvalitetskontrol
• Operation mulig for “små” arealer med hurtig mob/demob
Krav til SkyTEM system (-Danmark.2002)
SenderenSkyTEM December 2002
Verifikation af SkyTEM system
• reference målinger med ProTEM47 i en 40x40m Central loop
• reference model fra inversion af reference målinger
• udregne “SkyTEM reference målinger” i operationshøjder
• reproducere “SkyTEM reference målinger” med SkyTEM system i operationshøjder
• checke bias i stor højde
• reference measurements with ProTEM47 in a 40x40m Central loop
• reference model from inversion of reference measurements
• calculate “SkyTEM reference measurements” for operation altitudes
• reproducere “SkyTEM reference målinger” med SkyTEM system i operationshøjder
• documentation of no significant bias signal at high altitudes
Verifikation af SkyTEM system
Time [s]1e-05 1e-04 1e-03
Rh
oa
[O
hm
m]
1e+01
1e+02
SkyTEM Altitude 10 m
Reference data set (calculated)
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
Low Tx signal (5.000 Am2, 6 s)
High Tx signal (30.000 Am2, 80 s)
Time [s]1e-05 1e-04 1e-03
Rh
oa
[O
hm
m]
1e+01
1e+02
SkyTEM Altitude 10 m
R: Measured data set
B: Reference data setError bars: B: 2% R: 3%
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
Time [s]1e-05 1e-04 1e-03
Rh
oa
[O
hm
m]
1e+01
1e+02
SkyTEM Altitude 20 m
Reference data set (calculated)
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
Time [s]1e-05 1e-04 1e-03
Rh
oa
[O
hm
m]
1e+01
1e+02
SkyTEM Altitude 20 m
R: Measured data set
B: Reference data setError bars: B: 2% R: 3%
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
Time [s]1e-05 1e-04 1e-03
Rh
oa
[O
hm
m]
1e+01
1e+02
SkyTEM Altitude 30 m
Reference data set (calculated)
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
Time [s]1e-05 1e-04 1e-03
Rh
oa
[O
hm
m]
1e+01
1e+02
SkyTEM Altitude 30 m
R: Measured data set
B: Reference data setError bars: B: 2% R: 3%
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
• reference measurements with ProTEM47 in a 40x40m Central loop
• reference model from inversion of reference measurements
• calculate “SkyTEM reference measurements” for operation altitudes
• reproduce reference measurements with SkyTEM instrumentation in a 40x40m Central loop on ground
• checke bias i stor højde
Verifikation af SkyTEM system
Data fra stor højde skal indikere
• ubetydelige lækage strømme
• ubetydelig Tx – Rx interaktion
• ubetydelig induktion af hvirvelstrømme i helikopter
Verifikation af SkyTEM system
Time [s]
1e-05 1e-04 1e-03
dB
/dt
[V/(
m^
2*s
)]
1e-10
1e-09
1e-08
1e-07
1e-06
1e-05
1e-04
SIT
EM
Vers
ion:
1.2
.4.5
5 D
ate
: 18
-02
-20
04 T
ime:
15
:23
:15
SkyTEM Bias measurements
High Altitude 600 m
Noise signal 600 m
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
Time [s]
1e-05 1e-04 1e-03
dB
/dt
[V/(
m^
2*s
)]
1e-10
1e-09
1e-08
1e-07
1e-06
1e-05
1e-04
SIT
EM
Vers
ion:
1.2
.4.5
5 D
ate
: 18
-02
-20
04 T
ime:
15
:28
:45
Decay signal 600 mNoise signal 600 m
SkyTEM Bias measurements
High Altitude 600 m
High Tx moment only
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
No measurements of decay signal
Noise - heigh altitude
Blue – data heigh altitude
Red – data production altitude
Time [s]
1e-05 1e-04 1e-03
dB
/dt
[V/(
m^
2*s
)]
1e-10
1e-09
1e-08
1e-07
1e-06
1e-05
1e-04
SIT
EM
Vers
ion:
1.2
.4.5
5 D
ate
: 18
-02
-20
04 T
ime:
15
:32
:43
Decay signal operating altitude
Decay signal 600 mNoise signal 600 m
SkyTEM Bias measurements
High Altitude 600 m
High Tx Moment only
No measurements of decay signal
Veri
fica
tion
of
SkyTEM
20
02
SkyTEM 2004 - 2008
Tx, Cooler & Control
GPS &
Radio
Altimeter
Altimiter
Rx C
oils Z &
X
Rx
Generator
16 m
eter
s
28 meters
Tx Coils
SkyTEM 2009
Inclinometers
SkyTEM 2009 Time gates:
• ~ 10 s - til 10 (20) ms
Ingen bias eller drift korrektion
Systemrespons fuldt beskrevet
Reproducerer reference data indenfor 5%
Repeterer testsite data bedre end 3%
Stiv bærekonstruktion• Stabile geometriske parametre
Two-moment system
Lavt moment –overfladenær opløsning• 2.000 -10.000 Am2 • TurnOff ~ 2 - 6 µs
Højt moment –dybde opløsning • 150 -200.000 Am2 • TurnOff ~ 40 - 60 µs
Operationshøjde og -hastighed• ~ 20 - 35 meter• ~ 20 - 90 km/tim
Geometrical parametre målt•Højde, rammevinkler og DPGS
”Stand Alone” (ingen operator i helikopter)
Vægt: 350 - 380 kg
SkyTEM 2009
SkyTEM i dag
Areal: 300 – 500 m2
Sender
Vinkelmåler
Højdemåler
Højdemåler
Modtagerspole
Modtager- & StyreElektronik
Generator
Radiosender
16 meter
28 meter
18:00
SkyTEM 2009
SkyTEM 2009
SkyTEM i dag
Areal: 300 – 500 m2
Sender
Vinkelmåler
Højdemåler
Højdemåler
Modtagerspole
Modtager- & StyreElektronik
Generator
Radiosender
16 meter
28 meter
18:00
Ups..
Was the tree 40 meters high?
SkyTEM tekniske detaljer
• Multi sender spoler
• Geometrisk reduktion af bias
• Reduceret harmonisk forvrængning
• Analog gating styret digitalt
Tx
Sender
Modtager
Sender Spole(r)
Rx Spole
Reference
Rx
Senderen
V
t
40 kV
”R/L forløb” [e-R/L*t]RG L V
Senderen
RG L V
t
1200 V
R/L forløb
Avalanche forløb [ dI/dt = - V/L ]
V
Senderen
V
t
R/L forløb
Avalanche forløb
Frontgate
Frontgate
Instrument
Primært respons
Jord respons
måling starter
Jord response
Rx
Tx
Senderen og målingen
Magnetisk Moment = areal x vindinger x strøm
Selvinduktion prop. Med:
o Længdeo Vindinger 2
TurnOff tid (Avalanche + R/L) prop. med:
o (Selvinduktion) / (TurnOff spænding)o Strømo Tidskonstant = (Selvinduktion)/ (dæmp. Mod.)
0 Volt
1200 Volt
12 Volt
TurnOff Spænding
Driv-spænding
0 Ampere
100 Ampere
10 milli sek.
30 mikro sek.
StrømTurnOff tidTurnOn tid
TurnOn tid prop. Med:
o (Selvinduktion) / (modstand)o 1 / Driv-spænding
Sender parametre
R/L forløb LM
Lavt Moment, LM (1 v, 150 uH))
Højt Moment, HM (4 v, 1600 uH)
R/L forløb HM
Avalanche forløb LM
Avalanche forløb HM
Højt- og lavt moment sammen
V
t
R/L forløb LM ukoblet
Lavt Moment, LM (1 v, 150 uH))
Højt Moment, HM (4 v, 1600 uH)
Frontgate
R/L forløb LM koblet
Avalanche forløb LM
Kobling
V
t
Højt- og lavt moment sammen
V
t
Lavt Moment, LM (1 v, 150 uH))
Højt Moment, HM (4 v, 1600 uH)
Frontgate
R/L forløb LM koblet
Avalanche forløb LM
Kobling
Jord response
Højt- og lavt moment sammen
LM Tx Coil
HM Tx Coil Coupling!!
LMV
t
HM
Gate center tider fra 10 s til 20 – 30 ms
Tx
Sender
Modtager
Sender spole
Rx Spole
Reference
Rx
Modtageren
Fro
ntg
ate
sample
sample
sample
sampleIntegration of signal
Gatewidth
log V
log t
Rx
Integrator
Sampler
Instrument (Rx)
Frontgate
Digital Control
Problems to encounter___________
•dB/dt provides 107 dynamic ranges
•Analog integrated gates provides less than 104 dynanic range
Gating
107
104
0 - position
Reduktion af primært respons og lækage respons
TX spole
Modtagerspole
Ingen bias korrection
SkyTEM
Ingen bias korrection
Super Lavt Moment (SLM)
Signal i produktionshøjde
Bias begravet i støjen (stor højde)
Rx
Integrator
Sampler
Instrument (Rx)
Frontgate
log V
log t
Digital Control
t-2.5
t-1
harmonic distortion
earth
resp
onse
prim
ary
resp
on
se
120 dB
Frontgate
Fro
ntg
ate
log V
log t
t-1
harmonic distortion
earth
resp
onse
prim
ary
resp
on
se
Rx
Integrator
Sampler
Instrument (Rx)
Frontgate
Digital Control
t-2.5 120 dB
Frontgate
Reference signal
TurnOff tid
TurnOff Tx
10
100
e-05 e-04 e-03 e-02
Efter instrument kalibrering:
Resterende effekter af:
• Synkronisering
• Tx TurnOff
• Frontgate
korrigeres med tidsforskydning til at
matche reference respons
FrontGate
Synkronisering etc.
Modtager spole
RxForstærkere Integratorer
e-05 e-04 e-03
100
1000
40 kHz
100 kHz
400 kHz
Lowpas filtering
Båndpas filtering
Støjreduktion:
mindre båndbredde <<>> større forvrængning
Hæve højt moment (400.000 Am2, dybere indtrængning)
SkyTEM fremtid
Hæve højt moment (400.000 Am2, dybere indtrængning)
Multi moment uden ”huller” i data
SkyTEM future
Hæve højt moment (400.000 Am2, dybere indtrængning)
Multi moment uden ”huller” i data
Forbedre S/N forhold i modtagerspolesystem
SkyTEM future
Hæve højt moment (400.000 Am2, dybere indtrængning)
Multi moment uden ”huller” i data
Forbedre S/N forhold i modtagerspolesystem
Endnu tidligere tider (6 til 8 s!) ved ”on the fly” korrektion af bias (ups..)
SkyTEM future
Hæve højt moment (400.000 Am2, dybere indtrængning)
Multi moment uden ”huller” i data
Forbedre S/N forhold i modtagerspolesystem
Endnu tidligere tider (6 til 8 s!) ved ”on the fly” korrektion af bias (ups..)
Højere operationshastighed (120 til 130 km/tim)
SkyTEM future
end