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

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)

Senderen SkyTEM 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

SkyTEM Altitude 10 m Reference data set (calculated) Verification of SkyTEM 2002 Low Tx signal (5.000 Am 2, 6  s) High Tx signal ( Am 2, 80  s)

SkyTEM Altitude 10 m R: Measured data set B: Reference data set Error bars: B: 2% R: 3% Verification of SkyTEM 2002

SkyTEM Altitude 20 m Reference data set (calculated) Verification of SkyTEM 2002

SkyTEM Altitude 20 m R: Measured data set B: Reference data set Error bars: B: 2% R: 3% Verification of SkyTEM 2002

SkyTEM Altitude 30 m Reference data set (calculated) Verification of SkyTEM 2002

SkyTEM Altitude 30 m R: Measured data set B: Reference data set Error bars: B: 2% R: 3% Verification of SkyTEM 2002

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-051e-041e-03 dB/dt [V/(m^2*s)] 1e-10 1e-09 1e-08 1e-07 1e-06 1e-05 1e-04 SITEM Version: Date: Time: 15:23:15 SkyTEM Bias measurements High Altitude 600 m Noise signal 600 m Verification of SkyTEM 2002

Decay signal 600 m Noise signal 600 m SkyTEM Bias measurements High Altitude 600 m High Tx moment only Verification of SkyTEM 2002 No measurements of decay signal

l Noise - heigh altitude l Blue – data heigh altitude l Red – data production altitude Time [s] 1e-051e-041e-03 dB/dt [V/(m^2*s)] 1e-10 1e-09 1e-08 1e-07 1e-06 1e-05 1e-04 SITEM Version: Date: Time: 15:32:43 Decay signal operating altitude Decay signal 600 m Noise signal 600 m SkyTEM Bias measurements High Altitude 600 m High Tx Moment only No measurements of decay signal Verification of SkyTEM 2002

SkyTEM

Tx, Cooler & Control GPS & Radio Altimeter Altimiter Rx Coils Z & X Rx Generator 16 meters 28 meters Tx Coils SkyTEM 2009 Inclinometers

SkyTEM 2009 l Time gates: ~ 10  s - til 10 (20) ms l Ingen bias eller drift korrektion l Systemrespons fuldt beskrevet l Reproducerer reference data indenfor 5% l Repeterer testsite data bedre end 3% l Stiv bærekonstruktion Stabile geometriske parametre

l Two-moment system l Lavt moment –overfladenær opløsning Am2 TurnOff ~ µs l Højt moment –dybde opløsning Am2 TurnOff ~ µs l Operationshøjde og -hastighed ~ meter ~ km/tim l Geometrical parametre målt Højde, rammevinkler og DPGS l ”Stand Alone” (ingen operator i helikopter) l Vægt: kg SkyTEM 2009

SkyTEM i dag Areal: 300 – 500 m2 Sender Vinkelmåler Højdemåler Modtagerspole Modtager- & StyreElektronik Generator Radiosender 16 meter 28 meter 18:00 SkyTEM 2009

SkyTEM i dag Areal: 300 – 500 m2 Sender Vinkelmåler 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 ] R G L V Senderen

R G L V t 1200 V R/L forløb Avalanche forløb [ dI/dt = - V/L ] V Senderen

V t R/L forløb Avalanche forløb 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: oLængde oVindinger 2 TurnOff tid (Avalanche + R/L) prop. med: o( Selvinduktion) / (TurnOff spænding) oStrøm oTidskonstant = (Selvinduktion)/ (dæmp. Mod.) 0 Volt 1200 Volt 12 Volt TurnOff Spænding Driv-spænding 0 Ampere 100 Ampere 10 milli sek. 30 mikro sek. Strøm TurnOff tid TurnOn tid TurnOn tid prop. Med: o( Selvinduktion) / (modstand) o1 / 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!! LM V t HM Gate center tider fra 10  s til 20 – 30 ms

Tx Sender Modtager Sender spole Rx Spole Reference Rx Modtageren

Frontgate sample Integration of signal Gatewidth log V log t Rx Integrator Sampler Instrument (Rx) Frontgate Digital Control Problems to encounter___________ dB/dt provides 10 7 dynamic ranges Analog integrated gates provides less than 10 4 dynanic range Gating

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 response primary response 120 dB Frontgate

log V log t t -1 harmonic distortion earth response primary response Rx Integrator Sampler Instrument (Rx) Frontgate Digital Control t dB Frontgate

Reference signal Efter instrument kalibrering: Resterende effekter af: Synkronisering Tx TurnOff Frontgate korrigeres med tidsforskydning til at matche reference respons FrontGate Synkronisering etc.

Modtager spole Rx Forstærkere Integratorer Rhoa (Ohmm) Båndpas filtering Støjreduktion: mindre båndbredde > større forvrængning

Hæve højt moment ( Am 2, dybere indtrængning) SkyTEM fremtid

Hæve højt moment ( Am 2, dybere indtrængning) Multi moment uden ”huller” i data SkyTEM future

Hæve højt moment ( Am 2, dybere indtrængning) Multi moment uden ”huller” i data Forbedre S/N forhold i modtagerspolesystem SkyTEM future

Hæve højt moment ( Am 2, 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 ( Am 2, 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