BE1001218A3 - Detectie-inrichting voor een boorkop. - Google Patents

Abstract

De detectie-inrichting voor de orientatie en positie van de boorkop (1) van een boorinrichting (1,2,3) waarbij de boorkop (1) voorzien is van een spuitkop (3) en op een flexibele boorbuis (2) is gemonteerd, bevat een elektromagnetische spoel (4) die met zijn as volgens de hartlijn van de boorkop (1) is gemonteerd en in een bovengrondse flexibele slang (8) ondergebrachte Hall-elementen (7). De inrichting bevat een hellingmeter (12) en een torsiemeter (11) die elk een schijfvormig huis, dat over zijn omtrek verdeelde sensoren bevat, en in dit huis een cirkelsector-vormige slinger, die op zijn omtrek een signaalgever bevat, bevatten.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Detectie-inrichting voor een boorkop. 



   De uitvinding heeft betrekking op een detectieinrichting voor de orientatie en de positie voor de boorkop van een boorinrichting waarbij de boorkop, welke is uitgerust met grond-vrijmaakmiddelen aan het einde van een flexibele boorbuis in de grond wordt gedreven. 



   Een dergelijke boor, in het bijzonder voor het in de grond maken van een tunnel voor zgn. nutsleidingen, is beschreven in het Belgische octrooi 906. 079 en heeft voorzieningen in de boorkop om deze, op afstand bediend, van richting te veranderen. Het is duidelijk dat het voor het sturen van de boorkop vanaf het bovengrondse werkpunt nodig is dat op elk tijdstip nauwkeurig de positie en de orientatie van de boorkop bekend is. 



  Verder is het van belang om de in de flexibele boorbuis optredende torsie te kennen om bij dreigende boorbuisbreuk geëigende maatregelen te kunnen nemen. 



   Bekende middelen voor het bepalen van de orientatie en positie van voorwerpen op een onbereikbare plaats ondergronds berusten op onderling verschillende meetprincipes. Zo is het b. v. bekend om voor het bepalen van de horizontale, ten opzichte van een verticaal vlak gemeten richting, voortaan compasrichting te noemen, gebruik te maken van een gyroscoopinrichting. Deze geeft weliswaar uiterst nauwkeurige meetresultaten, echter is zeer kostbaar en gecompliceerd en vergt te veel ruimte voor montage in een boorkop met beperkte diameter. 



  Het meten van de diepte geschiedt gewoonlijk door in de boorkop een radiozender aan te brengen en bovengronds twee radio-ontvangstspoelen op te stellen, derhalve een soort elektronische driehoeksmeting uit te voeren. 



   Het doel van de onderhavige uitvinding is een constructief eenvoudiger en daardoor goedkopere, echter volkomen bedrijfszeker en continu werkende detec- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 tie-inrichting te verschaffen waarbij tenminste zowel de compasrichting als de diepte van een boorkop continu kan worden waargenomen en indien gewenst, bovengronds op een beeldscherm of grafisch kan worden weergegeven. 



   Hiertoe omvat de detectie-inrichting volgens de uitvinding in een boorkop tenminste   een   signaalgever en wordt bovengronds een reeks richting-gevoelige sensoren toegepast, waarbij de orientates van opeenvolgende sensoren een hoek van bij voorkeur   900   insluiten. 



   De door de signaalgever uitgezonden signalen worden door de opeenvolgende, verschillend georienteerde sensoren opgevangen met sterkten die varieren afhankelijk van de afstand en van de invalshoeken bij de sensoren en de aldus in de reeks sensoren opgewekte verschillende pulsen kunnen in een rekeneenheid direkt worden verwerkt tot een dieptegegeven en een richtinggegeven van de boorkop. 



   In een constructief sterke en compacte uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de signaalgever een elektromagnetische spoel zijn die met een as volgens de hartlijn van de boorkop is georienteerd. 
 EMI2.1 
 



  Daarbij kunnen de sensoren zgn. Hall-elementen zijn, d. plaatjes van geleidend materiaal met uitgangsaansluitingen loodrecht op de veldrichting, die in een magnetisch veld een uitgangsspanning geven die proportioneel is met de veldsterkte. 



   De sensoren kunnen zijn ondergebracht in een soepele slang die bovengronds over het gewenste ondergrondse boortraject kan worden uitgelegd. 



   Eventueel kan de boorkop twee op afstand van elkaar geplaatste, axiale signaalgeefspoelen bevatten en kan door de rekeneenheid ook de helling worden berekend. 



   Bij voorkeur wordt echter voor hellingmeting een slinger toegepast, nl. een schijfvormig huis met daarin een cirkelsector-vormige slinger die bij zijn omtrek is uitgerust met tenminste   een   signaalgever, 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 terwijl het huis is voorzien van over de omtrek verdeeld aangebrachte sensoren die pulsen via elektrische leidingen naar de rekeneenheid bovengronds kunnen doorgeven. De signaalgevers kunnen magneten zijn en de sensoren Hallelementen. 



   Door het huis met de slinger dwars op de langsrichting van de boorkop te monteren zal bij verandering van de helling van de boorkop de slinger in het huis kantelen, hetgeen door de sensoren wordt gedetecteerd. 



   Eenzelfde slinger kan worden toegepast met de rotatie-as van de slinger volgens de hartlijn van de boorkop om daarmee torsie te bepalen. 



   Hoewel binnen het raam van de uitvinding diverse varianten mogelijk zijn,   b. v.   in de hellingen torsiemeters in plaats van magneten en Hall-sensoren lichtbronnen en lichtgevoelige cellen kunnen worden toegepast en in plaats van sensoren op de omtrek van de schijfvormige huizen en magneten op de omtrek van de slinger, ook een sensor op de slingeras en signaalgevers op de binnenomtrek van het huis kunnen worden toegepast,

   blijft het voordeel van de detectie-inrichting volgens de uitvinding dat met constructief eenvoudige middelen en gebaseerd op eenzeifde meetprincipe vier verschillende gegevens van een ondergrondse boorkop kunnen worden verkregen waarbij de meetpulsen van dezelfde of soortgelijke sensoren afkomstig zijn en derhalve eenvoudig in een rekeneenheid verwerkbaar zijn waarbij eventueel automatisch koerscorrecties aan de stuurmiddelen van de boorkop kunnen worden doorgegeven. 



   Tevens is het mogelijk om een plaats van een signaalgever in de vorm van een spoel een mini camera toe te passen die via een coaxiaal kabel die zich door de boorbuis uitstrekt, beelden van standswijzigingen van de boorkop doorgeeft aan een bovengronds opgestelde monitor. 



   Ter verduidelijking van de uitvinding zal, onder verwijzing naar de tekening, een uitvoeringsvoor- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 beeld van de detectie-inrichting voor een boorkop worden beschreven. 



   Fig. 1 toont schematisch in gedeeltelijk opengewerkt zijaanzicht een boorkop waarbij de detectieinrichting volgens de uitvinding is toegepast ; fig. 2 is een dwarsdoorsnede van een hellingsof torsiemeter ; en fig. 3 is een doorsnede volgens de lijn 111-111 in fig. 2. 



   Volgens de tekening is een boorkop 1, b. v. van het type zoals beschreven in het Belgische octrooi 906. 079 bevestigd aan het einde van een flexibele boorbuis 2 en is voorzien van een spuitkop 3. 



   In de afgebeelde uitvoering zijn in de boorkop een spoel 4, een hellingmeter 12 en een torsiemeter 11 ondergebracht, waarbij de spoel 4 samenwerkt met een bovengronds aangebrachte ontvanger 5. 



   De spoel 4 is een elektromagnetische spoel die met zijn as volgens de hartlijn van de boorkop 1 opgesteld en wordt gevoed via elektrische leidingen 6. De ontvanger 5 omvat een reeks achter elkaar opgestelde richtinggevoelige sensoren zoals Hall-elementen 7 met afwisselend over 900 versprongen orientatie. Deze elementen 7 zijn ondergebracht in een flexibele buis 8 en zijn met hun uitgangsaansluitingen via geleiders 9 verbonden met een niet afgebeelde rekeneenheid die uit de van de opeenvolgende Hall-elementen ontvangen pulsen, opgewekt door het veld van de elektromagnetische spoel 4, verwerkt tot gegevens omtrent de diepte van de boorkop 1 en ook omtrent de compasrichting van de boorkop 1 ten opzichte van de ontvangerbuis 8.

   Bij afwijkingen van het gewenste, door de ontvangerbuis 8 bepaalde boortraject kan de rekeneenheid stuurpulsen geven aan een, eveneens niet   afgebeelde, stuurinrich-   ting voor de boorkop 1. 



   De rekeneenheid ontvangt tevens pulsen van 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 de hellingmeter 12 en van de torsiemeter 11. Omdat deze meters identiek kunnen zijn uitgevoerd zal uitsluitend de torsiemeter 11 onder verwijzing naar fig. 2 en 3 worden beschreven. 



   De meter 11 is voorzien van een schijfvormig huis met een cilinderwand 13 en twee deksels of eindwanden 14. Centraal in de deksels 14 is middels legers 16 en 17 een rotatieas 15 bevestigd voor een in het algemeen cirkelsectorvormige slinger 18 waarvan het zwaartepunt zieh onder de rotatieas 15 bevindt. In de uitvoeringsvorm volgens fig. 2 en 3 is de slinger 18 bij zijn omtrek voorzien van een signaalgever 19 die een magneet kan zijn en waarvan er meerdere op de omtrek van de slinger 18 kunnen zijn aangebracht. Over de cilinderwand 13 van het huis gespreid, zijn sensoren 21 aangebracht, b. v. Hall-sensoren met uitgangsgeleiders 22. Het huis kan via vulopeningen 20 worden gevuld met een slingerdempvloeistof, b. v. olie.

   Bij rotatie van het huis om de rotatieas 15, hetgeen bij de hellingmeter 12 wordt veroorzaakt door een hellingverandering van de boorkop 1 en bij de torsiemeter 11 door het roteren van de boorkop 1 om zijn hartlijn, verplaatst de slinger 18 ten opzichte van het huis en de verplaatsing van de magneet 19 wordt door een aantal opeenvolgende sensoren 21 waargenomen. De meetpulsen worden via de leidingen 22 doorgegeven naar de oppervlakte, bij voorkeur naar dezelfde rekeneenheid die ook de gegevens uit de ontvanger 5 verwerkt. 



   De rekeneenheid kan met behulp van de ontvangen pulsen correctiesignalen doorgeven aan diverse besturingen van de boorkop 1, in het geval van overmatige torsie   b. v.   vertraging van de voortbeweging van de boorkop en/of vergroting van het spoelvloeistofdebiet door de spuitkop 3, waardoor de boorkop ondergrons minder wrijving ondervindt. 



   Het is duidelijk dat de uitvinding niet tot 

 <Desc/Clms Page number 6> 

   de beschreven uitvoeringsvorm is beperkt maar dat diverse wijzigingen binnen het raam van de uitvinding mogelijk   zijn.

Claims (1)

1. CONCLUSIES 1. Detectie-inrichting voor de orientatie en de positie van de boorkop (1) van een boorinrichting (1, 2, 3) waarbij de boorkop (1), welke is uitgerust met grond-vrijmaakmiddelen (3), aan het einde van een flexibele boorbuis (2) in de grond wordt gedreven, daardoor gekenmerkt dat de detectie-inrichting in een boorkop (1) ten minste één signaalgever (4, 11, 12) omvat en bovengronds een reeks richtinggevoelige sensoren, waarbij de orientatieas van opeenvolgende sensoren een hoek van bij voorkeur 900, insluiten.

   2. Inrichting volgens conclusie l, daardoor gekenmerkt dat de signaalgever (4) een elektromagnetische spoel is die met zijn as volgens de hartlijn van de boorkop (1) is georienteerd.

   3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de sensoren zgn. Hallelementen (7) zijn.

   4. Inrichting volgens een van de conclusies 2 en 3, daardoor gekenmerkt-dat de sensoren (7) zijn ondergebracht in een flexibele slang ze die bovengronds over het gewenste ondergrondse boortraject kan worden uitgelegd. EMI7.1

   5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, dat de boorkop (1) twee op afstand van elkaar geplaatste, axiale signaalgeefspoelen (4) bevat.

   6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, gekenmerkt door een hellingmeter (12) voorzien van een schijfvormig huis (13, 14) dat met zijn hartlijn dwars op de hartlijn van de boorkop <Desc/Clms Page number 8> (1) is gemonteerd en waarin een cirkelsector-vormige slinger (18) is aangebracht die bij zijn omtrek is uitgerust met ten minste een signaalgever (19), terwijl het huis (13, 14) is voorzien van over de omtrek (13) verdeeld aangebrachte sensoren (21) die pulsen via elektrische leidingen (22) naar de rekeneenheid bovengronds kunnen afgeven. i. Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de signaalgevers (19) magneten zijn en de sensoren (21) Hall-elementen.

   8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, gekenmerkt door een torsiemeter (11) met dezelfde uitvoering als de hellingmeter volgens conclusie 6 of 7, echter met de as van het huis (12, 13) volgens de hartlijn van de boorkop (l) gemonteerd.

   9. Detectie-inrichting voor de orientatie van de boorkop van een boorinrichting, waarbij de boorkop, welke is uitgerust met grond-vrijmaakmiddelen, aan het einde van een flexibele boorbuis in de grond wordt gedreven, daardoor gekenmerkt dat de detectie-inrichting ten minste een mini camera omvat die via een geleider in de boorbuis beelden doorgeeft aan een bovengronds opgestelde monitor.