Die dreidimensionale Positionsbestimmung unter Tage ist eine in der bergbautechnischen Praxis häufig gestellte Aufgabe. Die derzeit gebräuchlichen Verfahren basieren überwiegend auf zahlreichen relativen Messungen zwischen Festpunkten an der Erdoberfläche und dem zu bestimmenden Punkt unter Tage. Das hier vorgestellte Verfahren ist ein im geodätischen Sinn absolutes Verfahren. Die Punktbestimmung erfolgt direkt mit Hilfe der Festpunkte über Tage und dem unbekannten Punkt unter Tage. Relative Messungen zu benachbarten Punkten sind nicht notwendig. Die Grundlage des Verfahrens bildet die zeitliche Erfassung transienter elektromagnetischer Felder an einem zu bestimmenden Punkt unter Tage. Die Quellen dieser Felder sind gleichstromdurchflossene Drahtschleifen an der Erdoberfläche, die näherungsweise magnetische Dipole darstellen. Nach Abschalten des Stromes zerfällt das statische Magnetfeld und induziert elektrische Ströme in der leitfähigen Erde. Das transiente Magnetfeld wird unter Tage an einem Punkt für verschiedene Senderpositionen aufgezeichnet. Mit Hilfe eines Inversionsalgorithmus werden letztlich die dreidimensionalen Koordinaten des Messpunktes bestimmt. / Three-dimensional positioning in mines and caves is a common challenge. The methods currently used are based on numerous relative measurements. The method presented here is an absolute procedure in a geodesic sense. The coordinates of the unknown point are directly calculated using the surface points and the point underground. Relative measurements to neighboring points are not necessary. The localization procedure is based on recording transient electromagnetic fields under-ground. They are generated at the surface using direct-current carrying wire loops, which approximately represent magnetic dipoles. After shutoff the static magnetic field decays and induces electric currents in the conductive Earth. The transient electromagnetic field is recorded at an unknown point in the subsurface for different source positions. Finally, the three-dimensional coordinates of this point are reconstructed using an inversion algorithm.

Nearfield Acoustical Holography (NAH) is an acoustic field visualization technique that can be used to reconstruct three-dimensional (3-D) acoustic fields by projecting two-dimensional (2-D) data measured on a hologram surface. However, linear NAH algorithms developed and improved by many researchers can result in significant reconstruction errors when they are applied to reconstruct 3-D acoustic fields that are radiated from a high-level noise source and include significant nonlinear components. Here, planar, nonlinear acoustical holography procedures are developed that can be used to reconstruct 3-D, nonlinear acoustic fields radiated from a high-level noise source based on 2-D acoustic pressure data measured on a hologram surface. The first nonlinear acoustic holography procedure is derived for reconstructing steady-state acoustic pressure fields by applying perturbation and renormalization methods to nonlinear, dissipative, pressure-based Westervelt Wave Equation (WWE). The nonlinear acoustic pressure fields radiated from a high-level pulsating sphere and an infinite-size, vibrating panel are used to validate this procedure. Although the WWE-based algorithm is successfully validated by those two numerical simulations, it still has several limitations: (1) Only the fundamental frequency and its second harmonic nonlinear components can be reconstructed; (2) the application of this algorithm is limited to mono-frequency source cases; (3) the effects of bent wave rays caused by transverse particle velocities are not included; (4) only acoustic pressure fields can be reconstructed. In order to address the limitations of the steady-state, WWE-based procedure, a transient, planar, nonlinear acoustic holography algorithm is developed that can be used to reconstruct 3-D nonlinear acoustic pressure and particle velocity fields. This procedure is based on Kuznetsov Wave Equation (KWE) that is directly solved by using temporal and spatial Fourier Transforms. When compared to the WWE-based procedure, the KWE-based procedure can be applied to multi-frequency source cases where each frequency component can contain both linear and nonlinear components. The effects of nonlinear bent wave rays can be also considered by using this algorithm. The KWE-based procedure is validated by conducting an experiment with a compression driver and four numerical simulations. The numerical and experimental results show that holographically-projected acoustic fields match well with directly-calculated and directly-measured fields.

No description available.

Die dreidimensionale Positionsbestimmung unter Tage ist eine in der bergbautechnischen Praxis häufig gestellte Aufgabe. Die derzeit gebräuchlichen Verfahren basieren überwiegend auf zahlreichen relativen Messungen zwischen Festpunkten an der Erdoberfläche und dem zu bestimmenden Punkt unter Tage. Das hier vorgestellte Verfahren ist ein im geodätischen Sinn absolutes Verfahren. Die Punktbestimmung erfolgt direkt mit Hilfe der Festpunkte über Tage und dem unbekannten Punkt unter Tage. Relative Messungen zu benachbarten Punkten sind nicht notwendig. Die Grundlage des Verfahrens bildet die zeitliche Erfassung transienter elektromagnetischer Felder an einem zu bestimmenden Punkt unter Tage. Die Quellen dieser Felder sind gleichstromdurchflossene Drahtschleifen an der Erdoberfläche, die näherungsweise magnetische Dipole darstellen. Nach Abschalten des Stromes zerfällt das statische Magnetfeld und induziert elektrische Ströme in der leitfähigen Erde. Das transiente Magnetfeld wird unter Tage an einem Punkt für verschiedene Senderpositionen aufgezeichnet. Mit Hilfe eines Inversionsalgorithmus werden letztlich die dreidimensionalen Koordinaten des Messpunktes bestimmt. / Three-dimensional positioning in mines and caves is a common challenge. The methods currently used are based on numerous relative measurements. The method presented here is an absolute procedure in a geodesic sense. The coordinates of the unknown point are directly calculated using the surface points and the point underground. Relative measurements to neighboring points are not necessary. The localization procedure is based on recording transient electromagnetic fields under-ground. They are generated at the surface using direct-current carrying wire loops, which approximately represent magnetic dipoles. After shutoff the static magnetic field decays and induces electric currents in the conductive Earth. The transient electromagnetic field is recorded at an unknown point in the subsurface for different source positions. Finally, the three-dimensional coordinates of this point are reconstructed using an inversion algorithm.