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