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Institut für Geophysik der TU Clausthal |
Das Feld eines magnetischen Dipols
Applet ( in separatem Fenster )
Bedienungsanleitung
DEMO-Version : Keine Ein- / Ausgabe, nur Beispiel Daten oder Messdaten als Appletparameter
VOLL-Version : Ein- / Ausgabe eigener Daten möglich
( Funktioniert mit dem Appletviewer aus einem JDK_1.1.x, wenn in
.hotjava/properties mit acl.read= und acl.write= der Pfad
für die Daten- / Modell-Files angegeben wird. )
Die Sicherheitseinschränkungen von Applets, insbesondere unter einem
Browser wie Netscape, Explorer etc., entfallen bei einer Application, die
unter einem Java Runtime System ( JRE ) abläuft.
s. Download
Das Applet simuliert eine geomagnetische Feldaufnahme auf einem Profil beliebiger Richtung und in einer Ebene ( Erdoberfläche ) über einem Dipol beliebiger Orientierung und Tiefenlage.
Es soll die Anomalien veranschaulichen, die in den verschiedenen Komponenten
des Magnetfeldes für unterschiedliche Messkonfigurationen und
Dipolparameter zu beobachten sind,
und es erlaubt die Justierung von Position und magnetischen Eigenschaften eines
Dipols zur Anpassung brechneter Werte an eine Profilmessung.
( Praktikumsversuch : Verschiebung eines mag. Dipols entlang einer Profillinie 0 ... 7 [m], Messung der Vertikal- und Horizontalkomponente des Dipolfeldes mit einem Fluxgate-Magnetometer in fester Position bei ca. 3.5 [m] und ca. 1.3 [m] über dem Profil ).
Erläuterungen :
HOWTO :
Applet / Dialog-Fenster
Messhöhe ...
Dialog DATA I/O
Dialog MODEL I/OGraphik :
Komponenten des Magnetfeldes :
Dem entspricht eine Vertikalkomponente von
Z = T * sin(INC), positiv n. unten,
und eine Horizontalkomponente von
H = T * cos(INC), nach magnetisch Nord zeigend.
Die Horizontalkomponente kann in eine ( geographische ) Nord- und eine Ost-Komponente zerlegt werden
N = H * cos(DEC) und E = H * sin(DEC),
was in der praktischen Anwendung eine sehr genaue absolute Ausrichtung des Messgerätes erfordert ( bei H = 20000 [nT] muß das Gerät auf ca. 10 Bogensekunden genau augerichtet werden, um den Fehler in der Ostkomponente kleiner als 1 [nT] zu halten ).
Innerhalb der Dimensionen eines Messgegiets wird das lokale Erdfeld als konstant angenommen, und die Abnahme des Betrages mit der Höhe von ca. -15 [nT/km] am magnetischen Äquator, ca. -30 [nT/km] an den magnetischen Polen, sowie die Zunahme mit der magnetischen Breite von ca. +4.5 [nT/km] ( in mittleren Breiten ) werden vernachlässigt.
Bei Geländemessungen in der Angewandten Geophysik wird meistens der Betrag des Feldes ( Totalintesität, T, ! ohne Information über die Orientierung des Feldvektors ! ) beobachtet, und / oder die Änderung der Vertikalkomponente DEL_Z bezüglich eines Basispunktes ( was für jeden Messpunkt lediglich die über Libellen vergleichsweise einfach und schnell durchzuführende Horizontierung des Gerätes erfordert ).
Zur Messung von Änderungen DEL_H der Horizontalkomponente wird das Messgerät meist nach magnetisch Nord ( z.B. Kompass ) ausgerichtet, wobei geringe lokale Variationen dieser Richtung aufgrund des überlagerten Feldes eines Störkörpers im Untergrund vernachlässigt werden.
Bei Messungen zur Erfassung sehr oberflächennaher Strukturen können "langsame" zeitliche Schwankungen des Erdfeldes ( Tagesgang ) und großräumige regionale Feldänderungen weitgehend eliminiert werden durch die Bildung eines räumlichen Differenzenquotienten als Näherung für den Gradienten des Feldes :
Die Gradienten der Vertikal- und der Horizontalkomponente können im
Appletmenue zwar zur Information angewählt werden, haben aber wegen der
aufwendigen Geräteausrichtung nur geringe praktische Bedeutung.
Lediglich der Horizontalgradient kann ggf. nach einer hinreichend genauen
Tagesgangkorrektur und bei hinreichender Punktdichte aus den Profildaten
berechnet werden.
Applet / Dialog-Fenster ( Screenshot ) :
DATA I/O öffnet / schließt ein Dialogfenster zum Einlesen und Auflisten der Geometriedaten und der Messwerte eines Profils.
Mit NO INP / CMP 1 ... wird eine von max. 3 Komponenten des Datensatzes ausgewählt zur graphischen Darstellung und zum Vergleich mit für ein Untergrundmodell brechneten Werten.
Die beiden Textfelder rechts daneben beschreiben den eingelesenen Datensatz ( Filename / Beispiel xx / Applet Param. ) und die ausgewählte Komponente ( Name, Messhöhe etc. ).
Mit IND / REM DIPOLE wird ein Dipol parallel zum lokalen Erdfeld / beliebiger Orientierung angewählt.
Mit SAVE ACT / REST SVD DIP können die aktuellen Parameter des Dipols ( Koordinaten, Betrag und Richtung des magn. Moments ) gesichert und zuvor gesicherte Parameter restauriert werden.
In den beiden Dialogfeldern SENSOR / GRADIENT COMPONENT können max. drei Komponenten des berechneten Feldes zur Darstellung im Fenster PRO (s. unten ) ausgewählt werden.
In der Zeile SCALING lassen sich drei Skalierungsfaktoren für die Profilkoordinaten, die Tiefenlage ( = Z-Koordinate ) des Dipols und die Messhöhe einstellen.
STOP ( im Applet ) schließt alle Fenster,
EXIT ( in der Application ) beendet das Programm.
Zum InhaltsverzeichnisPanel H_SENSOR / Menue SENSOR / GRADIENT COMPONENT :
Um eine graphische Darstellung mehrerer Komponenten in gleicher Skalierung zu ermöglichen ( im Fenster PRO ) werden nur die Abweichungen ( DEL_T, DEL_Z und DEL_H ) vom ungestörten lokalen Erdfeld dargestellt, und die Auswahl im Menue SENSOR / GRADIENT COMPONENT ist auf die Komponenten einer Zeile oder einer Spalte beschränkt.
Dabei geben DEL_Z und DEL_H direkt die entprechenden Komponenten des
Dipolfeldes wieder, während DEL_T als Differenz des
Betrages der Vektorsumme aus Erdfeld und Störkörperfeld und des
Betrages des ungestörten Erdfeldes ( Totalintensität, T ) brechnet
wird.
Die Absolutwerte können durch Addition der im Fenster SRV aufgelisteten
Bezugswerte ( Lokalfeld ) abgeschätzt werden.
! Nach dem Einlesen von Messdaten und der Auswahl einer der gemessenen Komponenten ( s. DATA I/O und CMP 1 ... ) sind das Panel H_SENSOR, die Dialogfelder SENSOR / GRADIENT COMPONENT und die Skalierung von Profil und Messhöhe inaktiv, da die dort einstellbaren Parameter durch die Messdaten festgelegt sind !
Zum Inhaltsverzeichnis
Für die geographischen Koordinaten und die Höhe des
Messgebietes und das Datum der Feldaufnahme wird das lokale
Magnetfeld durch eine Reihenentwicklung nach Kugelflächenfunktionen
( max. Grad / Ordnung = 10 ) angenähert.
Die hier benutzten Koeffizienten des Referenzmodells ( International
Geomagnetic Reference Field, IGRF ) der International Association of
Geomagnetism and Aeronomy, ( IAGA ) werden bereigestellt vom
National Geophysical Data Center
( NGDC ), USA.
Im unteren Teil der Abbildung sind Richtung und Betrag des lokalen Feldes aufgelistet und in einer lokalen Horizontalebene ( links ) und einer lokalen Vertikalebene ( rechts ) graphisch dargestellt.
Der Ursprung des Koordinatensystems ( = 0 [m] E, 0 [m] N ) entspricht der geographischen Länge ( LON ) und Breite ( LAT ) des Messgebiets, die zusammen mit der Deklination ( DEC ) des Lokalfeldes in einer Überschrift aufgelistet sind.
Mit dem Mauszeiger über den Buchstaben DEC werden die aktuellen
Werte für Totalintensität, Horizontal- und Vertikalkomponente des
ungestörten lokalen Erdfeldes angezeigt,
die linke Maustaste zeigt einen roten Nord-Pfeil
( mag. N = Richtung der Horizontalkomponente des ungestörten
Erdfeldes ),
die rechte Taste löscht den Pfeil.
Befindet sich der Mauszeiger über dem Fußpunkt des Dipol-Moments, werden die aktuellen Parameter des Dipols ( Koordinaten und mag. Moment ) aufgelistet.
Menue-Feld ( am oberen Bildrand ) :
- MAP ...
- stellt die in SENSOR / GRADIENT COMPONENT rot markierte berechnete Komponente flächenhaft dar.
- In der Farbskala ( rechts ) kann mit der linken Maustaste ein Amplitudenausschnitt gesetzt und mit der rechten Taste zurückgesetzt werden.
- DIPOLE und PROFILE
- aktivieren die möglichen Mausinteraktionen :
- der Dipol kann parallel und / oder senkrecht zum Profil verschoben werden,
- die Projektion des Moments in die Horizontalebene kann gdreht werden ( nur REM DIPOLE ),
- und
- das Profil kann an beiden Enden verlängert / verkürzt und
- gedreht werden.
- UNDO
- macht die letzte Änderung rückgängig.
! Nach dem Einlesen von Messdaten und der Auswahl einer gemessenen Komponente ( s. DATA I/O und CMP 1 ... ) ist das Profil durch die Messdaten festgelegt und kann nicht mehr verändert werden !
Menue-Feld ( am oberen Bildrand ) :
- SHOW FIELD
- zeigt den Verlauf der Feldlinien ( hellgrau ).
- ADJ DIPOLE
- aktiviert die möglichen Mausinteraktionen :
- der Dipol kann vertikal verschoben werden,
- der Betrag des Moments und
- die Inklination ( nur REM DIPOLE ) können verändert werden.
- UNDO
- macht die letzte Änderung rückgängig.
Das Fenster zeigt eine graphische Darstellung von Messdaten und / oder von Daten, berechnet mit den aktuellen Parametern von Messgebiet, Profil und Dipol.
Wenn keine Messdaten für die graphische Darstellung ausgewählt sind ( s. DATA I/O und CMP 1 ... ), können bis zu drei berechnete Komponenten aus dem Menue SENSOR / GRADIENT COMPONENT dargestellt werden.
Menue-Feld oben :
- ADJ MOD
- ermöglicht das Verschieben des Dipols parallel zum Profil ( Q_DIP = const. ),
- und
- aktiviert die Menuepunkte AUTO und APPLY, wenn berechnete und gemessene Werte gemeinsam dargestellt sind ( s. unten OBS + CALC ).
- AUTO passt im dargestellten Profilausschnitt ( s. Zoom ) die berechnete Komponente an die Messwerte an, und bestimmt einen Betrag des magn. Moments, der mit
- APPLY auf den Dipol angewandt wird.
- UNDO
- macht die letzte Änderung rückgängig.
Wenn Messdaten eigelesen sind und eine der gemessenen Komponenten ausgewählt ist, erscheint ein zweites
Menue-Feld unten :
- Mit OBS / CALC DATA / OBS + CALC werden
- Messdaten als blaue Rechtecke
- und / oder
- berechnete Werte als rote Kurve
- dargestellt.
Ein den Messwerten evtl. überlagertes Regionalfeld, verursacht durch großräumige / tiefer liegende Strukturen, kann durch ein Polynom max. 6. Grades ( REG FIELD POLYNOME NONE / DEG 0 ... ) angenähert werden.
Die Eingangswerte für die Bestimmung der Polynomkoeffizienten werden mit der linken Maustaste ausgewählt ( graues Rechteck ) und durch ausgefüllte blaue Quadrate gekennzeichnet,
mit der rechten Taste können Messwerte ausgenommen werden.Die Darstellung des Regionalfeldpolynoms wird festgelegt durch
SHOW FCT = kein Polynom, Daten wie eingelesen / berechnet,
SHOW REG = Messdaten wie eingelesen sowie Polynom + berechnete Daten,
FCT - REG = Messdaten - Polynom sowie berechnete Daten.
Download :
Die benötigten Class-Files sind verfügbar
für die DEMO-Version ( Applet )
als
zip-File und als
.tar.gz-File,
und
für die VOLL-Version ( Applet + Application )
incl. Beispiel-Files für Modell und Messdaten
als
zip-File und als
.tar.gz-File.
Das für die Application benögte Java Runtime Environment ( JRE ) ist bei Sun Microsystems, Inc. für verschiedene Plattformen verfügbar.
Bei beiden Versionen ist ein HTML-File enthalten, das mit
Beispiel : Profilmessung als Applet Parameter
<PARAM name="MES" value="Die mit "#XXX>" beginnenden Header-Zeilen enthalten überwiegend Benutzerinformationen.
Lediglich das mit "#DAT>" angegebene Messdatum wird an SRV zur Berechnung des lokalen Normalfeldes übergeben
und
- "#SOD>" beschreibt das Format der Messdaten :
- "S=1=15."
=> Profilkoordinate S_Pro in Spalte 1, Azimuth A_S2n = N 15 [deg] E,- "C=2-3=DEL_Z=1.38=DEL_S=1.38"
=> gemessene Komponenten in den Spalten 2 bis 3,
=> Spalte 2 = Delta_Z, Messhöhe H_Mes = 1.38 [m],
=> Spalte 3 = Delta_H in Profilrichtung, Messhöhe H_Mes = 1.38 [m],
- ( alternativ "C=2,3" ... , und für Delta_H :
"DEL_H" = "DEL_M" => magn. N,
"DEL_G" => geogr. N,
"DEL_Q" => senkrecht zum Profil ),- "L=CLZ"
=> Koordinaten und Normalfeld für Clausthal, s. Fenster SRV,
- ( alternativ :
"L=10.3=51.8=600." => Koordinaten des Messgebiets, hier Clausthal,
und / oder
"N=48700.=0.=67.0" => Totalintensität, Deklination und Inklination im Messgebiet, hier Clausthal ),- "CPL=3"
=> Daten-Liste mit 3 Spalten/Zeile.
Weitere Applets : Keller-clz.de
Rev. 27-Jul-2005
Wie auch bei Produkten von Weltkonzernen üblich, wird der Benutzer / Anwender als unfreiwilliger Tester eingesetzt.
Daher:
Kommentare bitte an
Fritz Keller
( ned gschempfd isch globd gnueg )
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