CN108350734B - 钻孔测试装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量至少地面开口诸如钻孔开口的壁、挖掘洞和浆体壁的条件的检查系统，该检查系统包括被配置成被下降到相关联的钻孔内的头部单元且具有下降安装件，该下降安装件被配置成被操作性地和选择性地连结到一个相关联的下降单元以便于在数据收集阶段期间使该头部单元下降到该相关联的钻孔内，该数据收集阶段包括下降阶段和上升阶段中的至少之一，在该下降阶段，通过该相关联的下降单元该头部单元在该相关联的钻孔内朝向该钻孔的相关联的底部界限下降，在该上升阶段，该头部单元在该相关联的钻孔内上升远离该相关联的底部界限，在该数据收集阶段期间关于该相关联的钻孔的一个或多个物理特性的至少一组测试数据被收集，该头部单元包括内部测量系统和传感器布置，该传感器布置具有从头部轴线径向地面向外的多个传感器，该头部轴线大体平行于相关联的钻孔轴线的至少一部分，所述多个传感器允许在该数据收集阶段期间移动该头部单元而不绕该头部轴线旋转，所述多个传感器至少部分地产生在该数据收集阶段期间收集的所述至少一组测试数据。

Description

钻孔测试装置

本申请要求享有于2015年8月14日提交的美国临时专利申请序列号62/205,335的优先权。

本申请的发明涉及一种测量装置，该测量装置可以被部署在钻孔(borehole)或任何深挖掘洞或开口内以检查钻孔和/或挖掘洞，特别是检查挖掘洞的底部和/或侧壁并且提供关于钻孔和/或挖掘洞的品质、形状和/或竖直度的快速且可靠的信息。

通过引用纳入

McVay等人的No.6,533,502公开了一种用于分析桩(pile)的无线设备和方法并且通过引用纳入本文以用于示出所述内容。另外，Mullins等人的No.6,783,273公开了一种用于测试混凝土竖井(shaft)的完整性的方法并且也通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。Piscsalko等人的No.6,301,551公开了一种远程桩驱动分析器并且通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。Likins Jr.等人的No.5,978,749公开了一种桩安装记录系统并且通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。Piscsalko等人的No.8,382,369公开一种桩感测装置以及其使用方法并且通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。Dalton等人的出版物No.2012/0203462公开了一种桩安装和监测系统以及其使用方法并且通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。

Ding的No.8,151,658公开一种用于检查钻孔的内部底部的检查装置并且通过引用纳入本文以用于示出所述内容。Tawfiq等人的7,187,784公开了一种用于钻探竖井检查的管道镜(borescope)并且通过引用纳入本文以用于示出所述内容。另外，Tawfiq等人的8,169,477公开了一种用于钻探竖井检查的数字视频管道镜并且通过引用纳入本文以用于示出所述内容。Hayes的7,495,995公开了一种用于使用井径仪(caliper)来调查钻孔的方法和设备并且通过引用纳入本文以用于示出所述内容。

Glenning等人的No.6058874公开了用于水下装置的射频通信并且通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。An等人的No.7872947公开一种用于水下装置的水下无线通信的系统和方法并且也通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。Mccoy的美国出版物No.20060194537公开了用于水下装置的射频通信并且通过引用纳入本申请以用于示出所述内容。

发明背景

申请人已经发现本申请的发明对钻探桩竖井或钻孔的钻探和检查特别地有效，其中在整个本申请中使用引用“钻孔”。然而，本申请不限于钻探桩竖井或钻孔，其中在本申请中提及桩和/或钻孔将不限制本申请的范围。在这方面，本申请的发明可以与任何深挖掘洞结合使用，其中所述深挖掘洞需要确定和/或测量品质、形状、半径和/或竖直度。此外，本申请的发明还可以被用于测量其他开口，诸如浆体壁或任何其他延伸开口。类似地，“桩”同样可以指钻探桩或其他深地基元件。因此，钻孔同样可以指层(诸如地面层)中的任何开口和任何其他挖掘洞(诸如浆体壁)。应用于浅地基和/或开口也是有用的。

感测设备已经在建筑业中使用了许多年。这些感测设备包括在实地为了多种不同原因而使用的多种不同装置。这些装置包括与支撑元件的安装和使用结合使用的感测装置，所述支撑元件诸如是用来支撑上层结构的重量(诸如但不限于支撑建筑物和桥梁的重量)的桩。如可以理解的，重要的是，既确保支撑地基元件(诸如桩)已经被恰当地形成和安装，又确保在结构上桩在其在实地的整个使用过程中处于恰当条件。还必须具有足够的岩土承载能力以支撑施加的负荷而无过度沉降。

关于桩的安装，重要的是这些结构被恰当地构造以使得桩可以支撑建筑物或上层结构的重量。因此，多年来，系统已经被设计成与桩的安装结合工作，以确保桩满足该结构的建筑要求。这些包括与桩的驱动结合工作的感测装置，如Piscsalko等人的No.6,301,551中示出的。再次，该Piscsalko专利通过引用纳入本文作为与感测和驱动结构桩有关的背景材料。这些装置帮助工人驱动这些桩以确定已经在土壤内恰当地驱动桩，而在驱动过程期间没有对桩施加过多的应力，并使监理工程师确信桩满足全部设计要求，所述设计要求包括足够的岩土承载能力。

类似地，用来在桩被驱动之后对桩进行监测的装置是已知的。这包括Piscsalko专利，该专利包括可以被用来甚至在驱动过程之后监测桩的装置。此外，Mcvay等人的No.6,533,502还公开了一种用来在驱动过程期间或在驱动过程完成之后监测桩的装置。通过所述系统产生的信息可以被用来确定桩的当前状态(包括岩土承载能力)以及被用于确定可能响应于许多事件(包括自然灾难)中的任何一个而已经引发或尚未引发的缺陷和/或损坏(诸如结构损坏)。

另外，本领域中已知的是，装置可以被用来帮助确定灌注的桩的结构完整性，其中一旦灌注材料(像混凝土)已经固化，桩的灌注和此灌注的品质便可以确定桩的结构完整性。Mullins等人的No.6,783,273试图通过公开一种用于通过测试混凝土竖井的完整性的系统和方法来测量灌注的桩的此完整性，测试混凝土竖井的完整性是通过在灌注的桩内的混凝土固化周期期间在测井管(logging tube)内上下移动单个热传感器装置来进行。Piscsalko的No.8,382,369公开了Mullins装置的一种替代方案，并公开了热桩感测装置，该热桩感测装置包括一个或多个传感器串，每个传感器串具有多个热传感器，所述多个热传感器能够大致同时地且在一个时间周期内监测整个桩并且可以基于灌注材料的固化来实时地产生二维或三维图像以评价结构完整性和/或其他结构特性。

然而，虽然上文公开的现有技术能够在灌注桩期间或之后有效地测量桩的完整性和钻孔的某些方面，但是桩的承载能力还取决于且更通常地取决于在灌注桩之前在竖井的长度周围以及在底部钻孔下方的土壤条件。在钻孔的底部处的承载能力与在钻孔的底部处的土壤条件有关，其中松散土壤具有的承载能力低于未受扰动的或致密的土壤。松散土壤还会不期望地增加被支撑的结构的沉降。因此，最好是减少在钻孔的底部处的松散土壤的量。鉴于查看钻孔的底部(其可能在地面表面下方许多米，且经常在由在水中混合的悬浮粘土颗粒或可能地液体聚合物混合物组成的不透明浆体条件下)困难，习惯做法是采用所谓的“清扫桶(clean-out bucket)”来减少竖井底部处的不合适的承载材料(诸如松散土壤)的量。此过程需要将钻探装备替换成清扫桶，该清扫桶然后被下降到钻孔内。然而，无法确保成功地清洁底部，且可能需要几道此工作或几轮此工作。该不确定性可能导致不必要的工作，且因此导致不必要的成本。在本申请的整个剩余说明书中，术语“碎料层”和/或“碎料”通常将被用来定义承载层上方的不合适的承载材料。该不合适的承载材料包括但不限于松散土壤、松散材料、软材料和/或一般碎料。碎料在一起形成该碎料层。对于钻孔壁的条件同样如此，其中钻孔壁的条件和形状也是灌注桩的承载能力中的一个因素。

因此，仍然需要一种用于在灌注桩之前检查钻孔的表面的系统，该系统降低了系统的复杂性和成本，不会因工作地点长时间需要高度熟练的操作者和在钻孔附近工作而增加劳动成本。还此外，需要一种系统，该系统使检查钻孔底部和/或侧部的成本较低，且减少了对用来清理钻孔底部上的碎料的辅助挖掘系统的需要或减少了所述辅助挖掘系统清理钻孔底部上的碎料所需的时间。

发明内容

本申请的发明涉及一种钻孔和/或深挖掘洞检查装置；且更具体地，涉及一种钻孔和/或深挖掘洞检查装置和系统。

甚至更具体地，本申请的发明涉及一种钻孔检查装置或系统，该钻孔检查装置或系统具有允许“无线地”操作它的配置，但是这不是必须的，“无线地”是如本申请定义的。此外，它能够快速地且准确地测量钻孔的条件，包括但不限于准确地测量和/或确定开口或挖掘洞的底部和/或侧壁的配置，以提供关于钻孔和/或挖掘洞的品质、形状、半径和/或竖直度的快速且可靠的信息。

根据本发明的一方面，提供了一种系统，该系统包括扫描器或传感器布置，可以在钻孔、挖掘洞或竖井洞(shaft hole)内引导所述扫描器或传感器布置，以扫描、感测和/或检测钻孔的底部和/或侧部的表面，以确定开口的一个或多个特性。

根据本发明的另一方面，提供了一种系统，该系统包括传感器布置，该传感器布置可以基本上是可以被引导在钻孔或开口内的独立(self contained)传感器布置。由于该传感器布置可以是独立的，因此该装置可以是“无线”装置，其中该独立装置被引导到钻孔内。

在一组实施方案中，该传感器布置可以与钻孔外部的和/或场外的(off site)操作者和/或系统无线通信。如将在整个本申请中讨论的，“无线”系统可以是如下任何系统，所述系统允许使用该装置的井内(downhole)部分，而无需被硬接线到未下降到钻孔内的外部系统。这可以包括但不限于，a)使用无线操作和/或通信布置，所述无线操作和/或通信布置允许该系统的井内部分独立于外部系统操作和/或不使用通信线与外部系统通信，和b)包括数据管理系统，该数据管理系统允许该系统的井内部分是独立的并且在数据测量循环完成且将该井内部分移出钻孔之后和/或在该井内部分返回到钻孔的表面之后传达数据。将在下文更多地讨论这些布置的优选版本，且这些优选版本仅仅意在是实施例，而非意在限制本申请。

在另一组实施方案中，该传感器布置可以保留数据，然后根据需求传达该数据。这可以包括但不限于在该系统已经循环通过钻孔并且该传感器布置被至少部分地从钻孔移除之后传达数据。虽然不是优选的，但是有线通信系统可以被用于此数据通信。

根据本发明的又另一方面，提供的是一种系统，该系统包括传感器布置，该传感器布置可安装到挖掘洞和/或钻孔中使用的方钻杆、主线路或电缆，和/或工业中已知的对钻孔和/或挖掘洞进行凿挖、挖掘、钻孔和/或清扫的任何其他下降装置。通过使用无线技术和/或独立设计，可以比现有系统更快地部署该系统。此外，任何无线技术和/或数据管理系统可以与本申请的装置一起使用。

根据本发明又另一方面，提供了一种系统，该系统可以包括被配置成用于检查钻孔的独立传感器布置。此外，该系统包括消除了使该装置在钻孔内旋转的需要的传感器布置，使装置在钻孔内旋转是现有技术所必需的。如可以理解的，这可以进一步简化该系统。此外，与现有系统相比，它可以改进准确度和响应时间。

根据本发明的另一些方面，提供了一种用于检查钻孔的系统，该系统包括传感器布置，该传感器布置具有周向间隔开的传感器和/或测试装置，所述传感器和/或测试装置绕装置或头部轴线周向间隔开且从该装置或头部轴线径向向外延伸。已经发现这通过允许该传感器布置同时测试整个传感器装置周围的钻孔壁的至少大部分来进一步减少使该装置旋转的需要。此外，这可以包括多组传感器，所述多组传感器相对于彼此错开以允许同时扫描钻孔壁的更大部分。在一组实施方案中，所述多组传感器可以沿着头部轴线彼此轴向间隔开。

根据本发明的其他方面，提供了一种用于检查钻孔的系统，该系统包括传感器布置，该传感器布置包括针对钻孔内发现的不同条件而配置的多组传感器。在这方面，一组传感器(其包括一个或多个第一传感器)可以被配置成用于干燥环境，而一个或多个其他组传感器(其包括一个或多个第二传感器等)可以被配置成用于潮湿环境或浆体环境。

根据本发明的其他方面，提供了一种用于检查钻孔的系统，该系统包括传感器布置，该传感器布置包括以已知的间距间隔开的传感器、接收器和/或参考构件，这些传感器、接收器和/或参考构件可以被用来在使装置下降到钻孔内时测量浆体密度和/或波速的改变。

根据本发明的其他方面，提供了一种用于检查钻孔的系统，该系统包括深度测量系统和/或深度控制系统。该深度测量系统和/或深度控制系统可以包括多个压力传感器。在一个优选布置中，此系统包括至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器彼此以已知的间距间隔开且彼此轴向间隔开一个已知的间距。该深度测量系统可以包括一个或多个加速度计、一个或多个高度计、计时器、时钟、旋转编码器或已知的用于计算和/或测量传感器布置的深度的任何其他深度测量系统。就该系统和/或布置的其他方面来说，计算/测量的深度可以被存储和/或被选择性地传达到该系统的其他部分。

根据本发明的另一些方面，该系统可以包括一个或多个加速度计和/或一个或多个高度计，以确定该系统在钻孔内的竖直度。此外，扫描器系统的竖直度测量可以被用来补充扫描器系统测量。此外，该系统还可包括相对于方钻杆(或其他下降装置)固定的旋转编码器，该旋转编码器可以独立地和/或与其他装置组合地测量深度，所述其他装置包括但不限于压力传感器、加速度计、计时器、时钟和/或高度计。当组合使用时，该旋转编码器可以与压力传感器、加速度计、计时器、时钟和/或高度计同步以进一步改进深度测量的准确度。

根据本发明的其他方面，可以使用具有已知的竖直间距的两个或更多个压力传感器来至少部分地计算该系统在钻孔内的深度，其中所述压力传感器可以一起工作来检测深度。基于浆体密度的改变来检测该深度，且这可以被用来确定传感器布置的深度。

根据本发明的另一些方面，将旋转编码器、压力传感器、加速度计、计时器、时钟和/或高度计与本发明的其他方面和/或无线技术组合使用消除了在数据收集期间将该下降装置连接到现场或场外监测钻孔检查的表面系统和/或操作者的线和/或线路的需要。

根据本发明的其他方面，可以包括计时系统以使该传感器系统的一个或多个部件同步，从而允许该系统是“无线的”。在这方面，该系统可以包括下降布置，该下降布置被配置成使传感器布置下降到钻孔内。该下降布置可以包括下降计时器，且该传感器布置可以包括传感器计时器。该下降计时器和该传感器计时器可以被同步。此外，传感器数据可以作为时间的函数被测量，且深度可以作为时间的函数被测量，其中然后可以使传感器数据和深度数据相对于时间同步以确定传感器数据的深度。然后可以在测试期间和/或之后有线和/或无线传达此数据，以在数据收集阶段期间允许无线操作。

根据本发明的另一些方面，将旋转编码器、加速度计、计时器、时钟和/或高度计与无线技术组合使用更好地允许检查过程的半自动和/或全自动。此外，可以用本申请的装置和系统由单个操作者和/或单个操作系统同时检查多个钻孔。

根据本申请的发明的另一方面，本申请的装置也可以与其他用于钻孔检查的系统组合工作。这可以包括但不限于被用来测量在竖井底部下面的土壤的承载能力和/或竖井开口的侧壁的承载能力的装置。

更具体地，在一组实施方案中，该系统可以与被配置成通过利用反应负荷来测量土壤阻力的装置组合工作，此反应负荷可以是由已经存在且巨大的钻探装备的重量产生的相当大的反应负荷。

根据本申请的发明的另一方面，该系统可以与如下装置组合工作，所述装置能够测量反应负荷以确定在钻孔底部的底部表面上的碎料层的深度和测量碎料层下方的钻孔承载层的负荷能力。

根据本申请的发明的另一方面，该系统可以与如下装置组合工作，所述装置能够测量侧壁的承载能力，且因此能够通过无可非议地减少安全裕度(其被更好地称为承载能力)而潜在地节省更多金钱。

根据本申请的发明的另一方面，该系统可以包括多个传感器，且这些多个传感器可以检测和测试钻孔的不止一个特性。如上所述，使用多个传感器还可以防止需要使该装置旋转。

根据本申请的发明的另一方面，该系统可以被配置成快速地连接到钻探装备，其中不需要单独且独立的下降系统，从而消除对设置笨重的附加装备的需要并减少钻探过程结束和混凝土浇注开始之间的最小任何时间延迟。

根据本申请的发明的另一方面，该系统可以与如下装置组合工作，所述装置包括力传感器和位移传感器二者，从而测量碎料的量和/或钻孔底部和/或侧部的承载层的承载能力。

根据本发明的其他方面，该系统可以包括在被下降到钻孔内的头部单元上感测和表面系统(现场或场外)，该表面系统可以与该头部单元通信且该表面系统可以显示可由装置的操作者、现场人员和/或场外人员查看的实时数据，从而对于在钻孔底部上测试的每个位置防止该系统从钻孔移除，因此提高效率且减少测试所需的时间。

在阅读下文参考将在下一个部段中描述的附图所阐述的本发明的具体方式时，本发明的这些和其他目标、方面、特征、优点和发展将对本领域技术人员变得明显。

附图说明

本发明可以在某些部分和部分布置方面采取物理形式，将在附图中详细描述和例示其一个优选实施方案，所述附图形成本发明的一部分，且其中：

图1是定位在孔和/或挖掘洞内的根据本发明的某些方面的钻孔检查装置的侧正视图；

图2是在浆体内下行的在图1中示出的钻孔检查装置的侧正视图；

图3是定位在孔和/或挖掘洞内的根据本发明的某些其他方面的又另一个钻孔检查装置的侧正视图；

图4是包括非竖直部段的又另一个钻孔的侧正视图；

图5是在第一定向上传感器阵列的放大示意性视图；

图6是图5中示出的传感器阵列在第二定向上的放大的示意性视图；

图7是另一个传感器阵列的放大示意性视图；

图8是又一个传感器阵列的放大示意性视图；

图9是本申请的具有双压力传感器的钻孔检测装置的另一个实施方案的侧正视图；以及，

图10是用于所述系统的一部分的测量系统的示意性表示。

具体实施方式

现在参考附图，其中示出内容仅仅是为了例示本发明的优选实施方案和替代实施方案的目的，而不是为了限制其目的，示出的是钻孔检查装置或系统10，该钻孔检查装置或系统包括如下一个或多个部件，所述部件是可安装的、相对于下降装置诸如方钻杆KB或下降电缆固定和/或安装到所述下降装置。在这方面，虽然结合方钻杆描述本申请的发明，但是该检查装置可以被连接到用来对开口进行挖掘、钻孔、下降和/或检查的任何装备或系统，包括但不限于，可安装到方钻杆、主电缆线、主链线、挖掘洞和/或钻孔装备、和/或工业中已知的用来对钻孔和/或挖掘洞进行凿挖、挖掘、钻孔、下降和/或清扫的任何其他下降装置。因此，虽然本发明被描述为用于与方钻杆结合使用，但是它不限于方钻杆。方钻杆KB或其他下降装置可以包括安装布置MA，该安装布置允许安装件20使装置或系统10中的一些或全部相对于下降装置KB固定。该安装件的尺寸可以是使得在方钻杆的端部上滑动且可以包括锁定特征(诸如销22)以将该装置固定到该杆，这将在下文更详细地讨论。然而，在不有损于本申请的发明的前提下，可以使用任何附接配置。

更详细地，钻孔检查装置或系统10包括可以被下降到钻孔BH内的井内测试头部单元或头部组件、单元或布置30，其中该钻孔具有在地面层G的顶部开口O和底部界限(bottomextent)BE之间延伸的一个或多个侧壁SW。底部界限BE限定钻孔底部。系统10可以进一步包括可以与头部单元30直接通信的一个或多个表面控制和/或显示单元40，但是这不是要求的，这将在下文更多地讨论。

在不有损于本申请的发明的前提下，头部单元30可以是任何配置。如所示出的，头部单元30包括顶部31和相对的底部32。头部单元30还包括从头部单元轴线34径向向外延伸的一个或多个侧部33。头部单元30还包括外层或壳35和一个或多个水密内部区域36，这将在下文更多地讨论。如下文更多地讨论的，头部单元30可以被定位在钻孔内，使得头部单元轴线34是垂直的，其中系统10还可检测钻孔的竖直度以确定该钻孔在地面表面内沿着其长度是否垂直。

在一组实施方案中，头部单元30通过一个或多个无线通信系统48与表面单元40直接通信。此直接连接可以根据需要和/或根据要求而是实时的和/或间歇的。在这些实施方案中，无线通信系统48是包括连接到头部单元30的第一无线天线(内部的和/或外部的)50和连接到表面控制单元40的第二无线天线(内部的和/或外部的)52的无线通信系统。这些天线可以利用本领域中已知的任何技术并且优选地是既发送数据又接收数据的收发器。此外，天线技术可以取决于钻孔是填充有空气还是填充有液体L(诸如浆体)。在一组实施方案中，控制单元40可以包括至少部分地浸没在钻孔内的液体L中的天线52a。还此外，无线技术也可以利用方钻杆中的中央开口以在填充有液体L的钻孔中传输数据，从而允许通过空气而不是钻孔液体传输。如可以理解的，通过浆体传输排除了许多无线技术，其中使用方钻杆的内部腔可以允许使用这些无线技术，诸如使用光无线技术。无线通信系统48允许头部单元或组件30无需线地在数据收集阶段和/或数据传输阶段期间与表面控制单元40通信，从而进一步简化系统10的设置，简化该系统的操作，但是这不是要求的。如可以理解的，数据收集期间的有线通信可以包含长度长的通信线或线路，必须在工作地点处对这样的通信线或线路进行管理。此外，工作地点的线可能被损坏，这可能产生停工期。此外，表面控制和/或显示单元40可以是位于钻孔处或附近、在任何现场位置处的现场单元，或可以是位于遥远位置处的场外单元，其中通过场外工程师来完成对一个或多个钻孔的钻孔工作。此外，该系统还可包括单独的场外控制和/或显示单元41，所述单独的场外控制和/或显示单元与现场表面控制和/或显示单元40一起工作或直接与头部单元30一起工作。本领域中已知的任何通信系统可以被用来通信到场外位置或从场外位置通信。

头部单元30还可包括独立电源56以提供电力来操作头部单元的内部测量系统58，这将在下文更详细地讨论。电源56可以是包括可再充电电力系统的本领域中已知的任何电源。此外，电源56可以包括使用允许电池系统的操作寿命更长的可互换和/或可再充电电池组。由于可再充电电池系统通常是已知的，因此为了简洁，将不更详细地讨论这些可再充电电池系统。

表面单元40和/或41可以是被配置成操作系统和/或收集数据的任何控制单元，包括但不限于，计算机系统、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、手持系统、手腕安装系统和/或诸如此类。由于这些类型的系统是本领域中已知的，因此为了简洁，在本申请中不包括这些细节。

在本申请的不同实施方案中，在不有损于本申请的发明的前提下，系统的不同部分可以是在井内头部单元30内。就单元40和/或41而言同样如此。在这方面，用于系统10的操作系统中的一些或全部可以是头部单元30的内部测量系统58的整体部分，其中单元40可以具有显示、数据传输和/或数据存储功能中的多个。在其他实施方案中，表面单元40是显示和控制单元，其中头部单元30基于从表面单元40接收的指令来操作。因此，该操作系统可以是在任一个装置内和/或在两个装置内。在任何布置中，整个装置可以包括被配置成自动地执行一个或多个期望的测试例程和/或在钻孔内导引该系统的一个或多个预编程操作模式。这可以包括在数据收集阶段期间用于单元30的一个或多个操作步骤。此外，此预编程操作可以包括基于来自于一个或多个传感器的输入来导引该系统，将在下文更多地讨论所述传感器。该无线通信系统可以是本领域中已知的任何无线系统，包括但不限于，高频超声技术。此外，该无线技术可以基于它通信穿过的材料而在不同的频率上操作。这可以包括例如在潮湿条件或浆体条件下以在大约0.5至2MHz的范围内操作和在干燥条件下以在大约10至100KHz的范围内操作。在一组实施方案中，在潮湿条件或浆体条件下在大约1MHz下操作，在干燥条件下在大约20至60KHz下操作；优选地大约40KHz。此外，该无线通信系统可以包括一个或多个液体传感器54以确定头部单元是在潮湿条件下还是在干燥条件下，这可以被用来自动地或手工地将该系统切换到潮湿模式或干燥模式以及从潮湿模式或干燥模式切换。液体传感器54可以是内部测量系统58的一部分。在一组实施方案中，传感器54可以包括超声传感器和/或使用下文更详细地讨论的超声传感器之一。

在不有损于本发明的前提下，井内头部单元30可以以不同水平的独立性操作。在这方面，当头部单元30在测试的数据收集阶段中时，头部单元30可以独立于单元40和/或41操作，但是当在数据传输阶段中时，头部单元30可以与单元40和/或41一起操作。在本申请中，所述数据收集阶段是当头部单元30在钻孔BH内且正测试该钻孔时。所述数据收集阶段可以包括下降阶段和/或上升阶段，其中在下降阶段，头部单元30在该钻孔内从钻孔开口O朝向底部界限BE下降，在上升阶段，该头部单元在钻孔BH内从底部界限BE朝向开口O上升，并且所述数据收集阶段可以包括下降阶段和/或上升阶段的任何子集。测试数据可以在这些阶段中的任一个阶段或两个阶段中取得。

在一组实施方案中，数据是基于在所述下降阶段中从包括传感器70的传感器布置59取得的传感器读数来获得的，这将在下文更多地讨论。然后，在该头部单元到达下降停止点LSP(其可以是在底部界限BE处或底部界限BE之上的固定点)之后，可以使头部单元30和/或传感器布置59绕系统轴线34旋转。一旦旋转完成，可以在上升阶段期间无旋转地取得数据。参考图5和图6，示出的是头部30的传感器布置59的两个定向，这将在下文更多地讨论。在此实施方案中，该传感器布置包括以45度周向增量的8个传感器70h，所述传感器70h在所述下降阶段期间可以是在第一定向上(图5)，然后在头部单元30到达下降停止点LSP之后被旋转22.5度。然后，在所述上升阶段期间，头部单元30在第二定向上(图6)取得数据读数。这使单个竖直扫描的测量角度分辨率加倍。对于包括4个水平传感器70h的头部单元(图1&图10)，头部单元30可以被旋转45度。此外，该数据收集阶段可以包括具有较小旋转度数的多个下降阶段和上升阶段(“多测量循环”)，以产生对于总体测试数据而言较高程度的角度分辨率。

与井内头部单元30的独立操作有关的无线通信和/或操作可以是并且被定义为在数据收集阶段期间不要求单元40和/或41和头部单元30和/或传感器布置59之间的直接有线连接的任何形式的通信。在这方面，系统10包括测量系统58，该测量系统58允许头部单元30和/或传感器布置59的操作而不需要有线连接。这可以包括但不限于在数据收集阶段期间井内头部单元30和单元40和/或41之间的无线通信系统48，在数据收集阶段期间井内头部单元30和单元40和/或41之间的此无线通信可以仅仅限于从井内头部单元30的数据传输。在另一组实施方案中，无线操作可以包括如下头部单元30，所述头部单元30在数据收集阶段中的一些或全部期间独立于单元40和/或41操作，且在可以独立于数据收集阶段的数据传输阶段期间与单元40和/或41通信。在这方面，井内头部单元30的数据传输阶段可以被限制于在数据收集阶段完成之后，且此传输可以是通过有线传输和/或无线传输，而不改变该系统作为“无线”通信和/或操作系统的指定。这包括在头部30在钻孔的顶部处或顶部附近和/或已经从钻孔移除之后从井内头部单元30的有线和/或无线传输。但是，当在钻孔内时在数据收集阶段期间头部30的操作不需要有线通信，其中操作是“无线的”。

甚至此外，如果头部单元30是如由本申请定义的独立单元，则单元30可以至少部分地独立地操作，其中头部单元30可以甚至不需要现场计算系统和/或仅仅需要现场计算系统是到一个或多个场外系统的管道。例如，头部单元30可以被配置成直接传输到场外位置系统41，诸如在数据收集阶段和/或传输阶段期间基于直接连接(诸如通过头部单元30和蜂窝服务器之间的蜂窝连接)直接传输到云计算位置或系统。

然而，如可以理解的，在不有损于本申请的发明的前提下，独立操作可以采取多种形式，其中在本申请中，独立操作意味着头部单元30可以执行至少一些功能，而不需要有线链接到表面系统(诸如单元40和/或41)。存在许多程度的独立操作，包括但不限于：a)完全独立，其中所有操作系统、命令、数据存储等是头部单元30的内部测量系统58的一部分，其中单元30独立地是全功能系统。在数据收集阶段期间收集的数据因此完全独立于表面系统，诸如单元40和/或41。b)部分独立，其中头部单元30包括独立操作，但是系统10包括至少部分地通过单元40和/或41控制的命令、数据存储等中的一个或多个。这可以包括但不限于，使用单元40和/或41来编程对于头部30的数据收集阶段而言优选的操作模式，在数据收集阶段期间接收数据，提供至少一些操作步骤和/或控制一个或多个同步时钟。c)大体上相依，其中头部单元30在数据收集阶段期间大体上由单元40和/或41控制。再次，虽然已经提供了实施例，但是这些实施例不是穷举的，其中这些操作模式的不同变化是本申请的发明可以预期的。

在不有损于本申请的发明的前提下，头部单元30可以包括宽范围的配置。仅仅为了讨论，其中以下描述不意在限制本申请的发明，头部单元30可以包括头部板和/或组件60，该头部板和/或组件60包括顶部部分31、底部部分32和一个或多个侧部33。头部单元可以是圆形的，如在附图中示出的，但是这不是要求的。头部单元30还包括一个或多个传感器布置59，用于确定钻孔壁的物理特性、钻孔底部的物理特性和/或帮助该系统的操作，这将在下文更多地讨论。这些传感器布置可以具有宽范围的功能和/或用途且可以与其他传感器组合工作或独立自主地工作。

所述传感器布置可以包括上述可以工作以帮助该装置的操作的液体传感器54。所述传感器布置还包括一个或多个扫描器或传感器70，用于测量钻孔的物理特性。在这方面，传感器70被配置成扫描、感测或检测钻孔壁、钻孔底部、钻孔开口和/或液体L的顶部范围(top extent)，以确定这些项相对于头部单元30、传感器布置59和/或板60的位置。在示出的实施方案中，这些传感器可以根据需要定向以获得期望的数据。在这方面，传感器70h是相对于头部轴线34径向地面向外的传感器。由于这些传感器从头部单元轴线34径向向外测量，因此从这些传感器获得的数据被描述为轴线34和从特定传感器70h径向向外定位的侧壁SW的一部分之间的半径间距，这也将在下文更详细地描述。头部单元30还可包括传感器70t和/或70b，传感器70t和/或70b可以被用来扫描底部界限以确定底部界限BE的表面的状况和/或帮助确定单元30相对于钻孔的顶部和/或底部的位置。再次，这可以被用来帮助使单元30形成一个独立系统。

在不有损于本申请的发明的前提下，传感器70可以利用宽范围的扫描技术。由传感器产生的数据可以被用来提供关于钻孔的尺寸数据，包括但不限于，作为半径的钻孔尺寸、对钻孔壁中的瑕疵的检测、钻孔壁的形状、钻孔壁的竖直定向和/或任何其他尺寸特性。并且，多个传感器可以绕轴线34周向间隔开以防止需要旋转头部30和/或组件60和/或改进获得的数据的分辨率。在一组实施方案中，传感器70包括至少一个声纳发送器和/或接收器(或收发器)，所述声纳发送器和/或接收器(或收发器)可以指向待被分析的表面或被指向待被分析的表面。传感器70h指向侧壁SW的一部分。这还可以包括使用一个或多个超声传感器。这可以包括例如在潮湿条件或浆体条件下在大约0.5至2MHz的范围内操作，在干燥条件下在大约10至100KHz的范围内操作。在一组实施方案中，在潮湿条件或浆体条件下以大约1MHz操作，在干燥条件下以大约20至60KHz操作。无论使用何种传感器，传感器布置59中的多个传感器可以一起计算钻孔的大致三维形状和/或钻孔沿着其在开口O和底部界限BE之间的长度的半径，或至少一部分三维形状和/或半径。取决于水平传感器70h的数目，这可以被实现，而不需要在测量的顶部范围和下降停止点LSP之间在下降阶段和上升阶段之间旋转。至少，可以减少期望的分辨率所需的测量循环的数目。此外，头部单元30和/或系统10可以针对不同的环境使用不同的技术。在这方面，传感器70可以包括用于潮湿条件或浆体条件的超声传感器和/或用于干燥条件的超声、激光和/或光学传感器。另外，所述超声传感器可以被配置成用于在潮湿条件和干燥条件下都可使用。在这方面，所述超声传感器可以被配置成以不同频率传输，以使得对于液体或浆体可以使所述超声传感器以较高频率操作，对于空气可以使所述超声传感器以较低频率操作。甚至此外，该系统可以包括传感器布置59，该传感器布置59包括多组不同的传感器配置和/或类型，其中一组传感器可以被用于干燥条件且另一组传感器可以被用于潮湿条件。此外，这多个组可以包括：第一组，该第一组具有被配置成针对液体或浆体以较高频率操作的一个或多个超声传感器；和第二组，该第二组具有被配置成针对空气以较低频率操作的一个或多个超声传感器。

头部单元30的传感器70还可以包括声纳换能器，该声纳换能器可以用超声信号扫描钻孔的侧壁SW的一部分和/或钻孔的底部BE的一部分。再次，多个声纳传感器可以被配置成在多个方向上发送以防止在如本申请中定义的数据收集期间需要头部30和/或传感器布置59旋转。在这方面，头部单元30绕头部单元轴线34延伸，且头部30可以被定位在钻孔BH内，使得轴线34与钻孔轴线76大致同轴，但是这不是要求的，且可能会在单元30下降到钻孔内时改变。在这方面，传感器70h从头部单元30的轴线34径向地面向外并且测量传感器和侧壁SW之间的间距。这个来自多个传感器70h的测量然后可以被用来确定钻孔的总体半径和头部单元30相对于钻孔的位置。这可以被用来确定钻孔是否竖直、钻孔是否改变方向、钻孔半径和/或钻孔在其侧壁SW是否具有任何瑕疵。如可以理解的，头部30可以被定位在钻孔内，使得头部轴线34与钻孔轴线76大体上同轴。然后，当使头部下降时，传感器70h可以检测钻孔轴线76是否保持与头部轴线34同轴。如果正使头部下降使得头部轴线34是垂直的，则这是钻孔不垂直的指示。再次，虽然传感器70h可以是单个传感器，但是优选的是，头部单元30包括绕头部单元轴线34定位的周向间隔开的多个传感器70h，所述传感器70h从轴线34径向地面向外。在此配置中，不是必须在数据收集阶段期间使头部单元30旋转，已经发现这提高了准确度且大大减少了测试时间。

此外，传感器布置59和传感器70——包括传感器布置59的传感器70h——可以包括宽范围的操作模式，且这些操作模式可以通过内部测量系统58和/或传感器布置59来控制。在这方面，系统10可以包括如下传感器布置59，该传感器布置59使全部传感器70h同时操作——这是并行操作。在另一组实施方案中，传感器(诸如传感器70h)可以成组地操作。例如，全部偶数传感器70h可以在第一测试周期期间操作，全部奇数传感器可以在第二测试周期期间操作。在其他实施方案中，一种类型的传感器可以在第一测试周期期间操作，其他类型可以在第二测试周期期间操作。这包括一个或多个特定应用传感器(诸如深度传感器)的操作。

如在图1中示出的，单元30包括具有多个传感器70的传感器布置59。再次，这减少了对使头部单元30旋转的需要。传感器70包括第一组传感器(70h)，所述第一组传感器被定位在头部单元30的侧边缘66中的一个或多个上、绕轴线34周向间隔开或至少从轴线34径向延伸。在图1中示出的实施方案中，存在绕头部轴线34周向间隔开的四个水平传感器70h。然而，如在图5-图8中示出的，在不有损于本申请的发明的前提下，可以使用更多或更少个传感器。如可以理解的，更多个传感器可以提高分辨率、减少测试时间和/或减少测量循环的数目。通过包括使用无线技术和防旋转传感器布置来防止对使头部旋转的需要，可以显著地简化头部单元30操作、可以改进测试时间并可以提高准确度。此外，该头部单元可以是可以被快速设置和下降到钻孔内的独立头部单元。在一组实施方案中，头部单元30包括支撑支架20，该支撑支架20可以与正在工作地点处使用的现有下降系统的安装件MA结合使用，所述现有下降系统诸如是方钻杆KB和/或下降电缆。再次，虽然任何安装布置可以被用来将头部单元30固定到下降装置(方钻杆KB)，示出的安装件20利用销22来将头部单元30固定到该方钻杆。

再次，通过传感器布置59从传感器70收集的数据可以通过无线技术而被传输到表面单元40。在一组实施方案中，无线通信是通过通信系统48和天线50和52或52a进行的。在另一组实施方案中，在数据收集阶段之后直接从头部单元传达数据。在这方面，单元30可以至少在操作的数据收集阶段期间是独立的。此外，头部单元30的内部测量系统58可以包括存储器96，且存储器96可以包括用于头部处理器98的操作指令，以控制数据收集阶段、存储在数据收集阶段期间收集的数据和/或在数据传输阶段期间传达数据。在一些实施方案中，用于数据存储器的存储器独立于用于操作指令的存储器。于是，在数据收集阶段结束之后，可以使头部单元上升到顶部，且可以在头部单元30到达表面之后从头部单元30直接下载数据。这样提取数据也可以是通过使用天线50的无线通信和/或它可以包括有线通信布置83。有线通信布置83可以包括可选择性地固定的电缆84，该电缆84具有电缆连接件85，其中电缆84可以可选择性地固定在表面单元40和/或41中的数据端口86和头部单元30中的数据端口88之间。另外，这可以被限制在当头部单元在数据传输阶段中时，数据传输阶段可以是当头部单元至少部分地从钻孔出来时。如可以理解的，与当头部单元30在钻孔内在数据收集阶段期间时与头部单元30通信相比，当头部单元从钻孔出来时，头部单元30和表面单元40和/或41之间的无线通信和/或有线通信有很大不同。再一次，可以使用任何通信系统和/或技术，包括工业使用的全部典型的无线RF或光通信链路。RF链路包括但不限于，Wi-Fi、通用串行总线和RS232通信标准和/或系统。光通信链路包括但不限于Li-Fi。

虽然将头部单元30安装到方钻杆可以允许使该头部单元旋转，但是将需要精确的旋转角度来准确地确定在任何给定时间测量的侧壁和/或底部壁的部分。在图1中示出的实施方案中，头部单元30包括具有五个传感器70的传感器布置59。这些传感器包括四个水平传感器70h和一个底部传感器70b。再次，在不有损于本申请的发明的前提下，可以使用多于或少于五个传感器。

再次，在一组实施方案中，传感器70可以是可以被用来检测传感器和侧壁之间的间距或距离的一个或多个超声传感器。来自多个传感器的多个读数然后可以被用来计算钻孔内的任何表面的形状和/或配置。具体地，水平传感器70h可以被用来检测和确定钻孔的侧壁的形状和/或总体半径。一个底部传感器或多个传感器70b可以被用来检测和确定钻孔的底部表面BE的形状。替代地，一个底部传感器或多个传感器70b可以被用来检测和确定底部界限BE和/或下降停止点LSP的位置。

在另一组实施方案中，传感器70可以包括一个或多个激光器和/或光学传感器，所述传感器可以被用来取得相同的或类似的读数。这些传感器意在用于未填充有浆体的洞。另外，在至少一组实施方案中，所述装置可以包括具有传感器的组合的传感器布置59，其中一个或多个超声传感器可以在液体或浆体内扫描时使用，且一个或多个激光器、超声传感器和/或光学传感器可以干燥条件下使用。具体参考图3，传感器布置59可以包括第一传感器70h阵列和第二传感器71h阵列。这些传感器阵列绕单元轴线34延伸和/或可以被定位在多个层和/或可以是可包括使用相同传感器技术和/或不同传感器技术的传感器阵列。在这方面，增加传感器的数目可以被用来改进所述装置的角度分辨率。可以使用不同的扫描技术以允许一个头部单元30在不同的钻孔环境中工作。因此，至少一组实施方案包括绕所述装置的大部分侧部(至少径向向外)定位的传感器以改进分辨率。如果使用包含高度方向性的窄传感器范围的传感器，则可以使用更大数目的传感器，而不干扰相邻的传感器。如上所述，这可以改进角度分辨率。在一组实施方案中，这可以包括超过十个传感器，这些传感器围绕侧部间隔开或从头部装置的单元轴线34径向延伸。图8示出了16个传感器70h。根据另一组实施方案，超过二十个传感器可以绕侧部定位或从所述装置的单元轴线34径向延伸。根据还另一组实施方案，超过三十个传感器可以绕侧部定位或从所述装置的单元轴线34径向延伸。取决于侧部传感器的大小、该头部单元和/或其他因素，不止一个层或多组传感器可以绕所述装置的轴线定位。这些其他层或组也可以利用一种不同的传感器技术。再次，在一个操作模式下，该头部单元可以被下降到钻孔或挖掘洞内(下降阶段)，直到它到达下降停止点LSP。然后，头部单元30和/或传感器布置59可以在上升阶段之前被部分地旋转。这可以用来通过改变上升时所述装置的旋转位置以改变传感器相对于壁的旋转定向来改进所述装置的角度分辨率。当使用较少的传感器和/或当使用高度方向性传感器时，此旋转方法还可以被用来寻址传感器的数据中的缺口。

根据还另一组实施方案，传感器布置59还可包括一个或多个校准传感器布置79。校准传感器可以具有宽范围的功能，包括但不限于，深度测量和/或确认、密度测量和/或确认、和/或其他操作功能。这些包括被配置成测量头部单元30周围的浆体密度的一个或多个传感器，如将在下文更多地讨论的。在这方面，头部单元30可以包括在已知位置处指向其他装置的一个或多个装置(像上文描述的扫描器和/或传感器)，所述一个或多个装置可以被用来在使装置下降到钻孔内时确定和解释浆体密度的变化。在这方面，维持钻孔一直到它被填充有待被凝固的材料(诸如灌浆)为止所使用的流体或浆体在不同深度处具有不同密度。此外，密度的改变将影响传感器70的声纳传感器的波速，其中波速随着密度增加而减慢。因此，所述系统的准确度可以在浆体密度改变时受影响。为了解释浆体密度的改变，本申请的发明还可包括一个或多个密度传感器80。传感器80可以是在已知的位置81处指向物体的单个单元装置，或是在已知的位置处的发射器80和接收器81，其中单元80和81彼此间隔开已知的间距82。由于该间距是已知的，因此密度传感器80可以被用来通过计算浆体密度的改变来校正头部30和/或系统10。此校准信息然后可以被用来调整来自传感器70的传感器读数。此外，密度传感器80还可以与深度传感器(诸如压力传感器110)一起工作，这将在下文更多地讨论。这可以被用来提高所述系统的深度测量的准确度和/或传感器的准确度。

再次，在一组实施方案中，装置80可以是发射装置，且装置81可以是接收装置，其中已知的间距82是发射器和接收器之间的距离。然后可以通过追踪从发射器发送到接收器的接收信号的时间延迟以及时间延迟改变来进行密度测量。然后这可以被用来调整来自传感器70的传感器读数以解释在钻孔内在任何深度处浆体的密度改变。此外，接收器81还可以与传感器70中的一个结合使用，其中传感器70中的至少一个充当单元80，且接收器81被定位成与传感器70中的一个相距已知的距离82。再次，从接收器81的传输时间的改变可以被用来计算密度。校准系统以及密度传感器80和接收器81可以是测量系统58的一部分。

钻孔检查装置10还可包括一个或多个深度测量系统89。如可以理解的，知道头部30和/或传感器布置59的深度对于知道扫描图像位于钻孔内何处是重要的。深度测量系统89可以包括一个或多个内部测量系统90，所述内部测量系统90可以是头部单元30的系统58的一部分。系统90可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、超声传感器、高度计91和/或压力传感器110以确定该系统在钻孔内的深度和/或深度改变。并且，这些系统可以与其他系统一起使用以确定头部30当前深度。此外，深度测量系统89可以包括相对于方钻杆、下降电缆、主线路和/或其他下降装置固定的旋转编码器92，该旋转编码器92可以独立地和/或与头部单元30内的其他系统组合地测量深度。旋转编码器92可以包括支撑件100和轮102，其中轮102被配置成接合方钻杆KB、线或下降装置。当组合使用时，该旋转编码器可以与头部单元的机载系统同步。在这方面，表面系统(诸如表面单元40和/或编码器92)二者都可以包括计时装置或时钟104，且头部单元30可以包括计时装置或时钟106。时钟104和106可以被同步，以使得传感器70可以取得读数或基于时间单位抵靠侧壁SW发出砰砰声。如果所述时钟被同步且在下降期间使头部单元30以已知速率下降和在上升阶段期间使头部单元30以已知速率上升，则可以基于时间来确定每个“砰砰声”的深度。另外，加速度计、压力传感器和/或高度计可以进一步改进深度测量和/或下降速率的准确度。旋转编码器、加速度计和/或高度计与无线技术组合使用消除了对于将所述装置连接到表面系统和/或监测钻孔检查的操作者的线和/或线路的需要。此外，编码器92可以包括允许编码器92和头部30和/或表面单元40、41之间通信的通信无线系统108。

根据一组实施方案，且具体参考图9，头部单元30可以包括一个或多个压力传感器110以单独地或与上文描述的其他系统组合地测量钻孔中的深度。优选的是，使用至少两个压力传感器来测量深度。更具体地，头部单元30可以包括第一压力传感器110a和第二压力传感器110b。此外，压力传感器110a可以是上部传感器，且压力传感器110b可以是下部传感器，所述传感器相对于头部轴线34轴向间隔开且间隔已知的间距112。已知的间距112可以是任何已知的间距。在一组实施方案中，间距112可以是大约12英寸。在一组实施方案中，间距112在大约6英寸至36英寸的范围内。在另一组实施方案中，间距112在大约8英寸和24英寸之间。在一个实施方案中，它大于6英寸。由于间距112是已知的间距，因此传感器110可以通过压力改变来确认竖直移动。例如，头部移动传感器间距112应导致在移动之后压力传感器110a读取的压力与在移动之前传感器110b读取的压力相同。这可以被用来确定和/或确认深度。可以以相同方式计算深度，其中一旦传感器110a在移动开始前读取了传感器110b的压力，可以确定头部单元便已经移动了间距112的距离。结果，对两个传感器的压力的分析可以被用来追踪深度和/或确认深度。就所述系统和/或布置的其他方面来说，此数据可以被存储和/或被实时地和/或在数据传输阶段期间被传达到所述系统的其他部分。

另外，一个或多个加速度计120和/或陀螺仪122可以被用来计算正被扫描的洞的竖直度。更详细地，且具体参考图4，当钻孔O被钻孔时，钻孔工具可能遭遇可能导致孔偏斜的地面障碍物IGO，其中孔开口可以包括竖直部分VP和非竖直部分NVP。加速度计和/或陀螺仪可以确认头部单元30和/或传感器布置59的竖直度以维持和/或确认头部单元轴线34是否垂直，从而允许头部单元检测钻孔开口的竖直度。此外，加速度计和/或陀螺仪可以与系统10内的其他部件一起使用以使头部单元下降到该开口内。此信息然后可以与来自传感器70的传感器数据一起使用，以允许确定洞大小和确定开口O的竖直度，以确定它何时从竖直部段转变到非竖直部段和/或它何时从非竖直部段转变到竖直部段。

根据本发明的又另一些方面，旋转编码器、加速度计和/或高度计与无线技术组合使用改进了所述系统以半自动和/或全自动检查模式工作的能力。此外，这些操作模式可以允许用单个表面单元装置或系统同时检查多个钻孔，其中至少一个实施方案包括与单个表面单元和/或场外单元通信的多个头部单元。

本申请的系统和装置可以一起工作以允许检查装置10是一种快速部署的钻孔测量系统，该快速部署的钻孔测量系统可以在多种多样的钻孔配置和大小中操作，而无需大量设置。此外，在不有损于本申请的发明的前提下，本申请的系统可以与其他感测装置组合地工作。虽然已经足够多地强调了本文例示和描述的本发明的优选的实施方案，但是应理解的是，在不脱离本发明的原理的前提下，可以做出其他实施方案以及其等同物，且可以在优选的实施方案中做出许多改变。此外，上文描述的实施方案可以被组合以形成本申请的发明的又其他实施方案。因此，将清楚地理解的是，前述描述性内容仅仅作为本发明的例示而非作为限制而被纳入。

Claims (30)

1.一种用于测量至少地面开口的壁的条件的检查系统，该检查系统包括被配置成被下降到相关联的钻孔内的头部单元且具有下降安装件，该下降安装件被配置成被操作性地和选择性地连结到一个相关联的下降单元以便于在数据收集阶段期间使该头部单元下降到该相关联的钻孔内，该数据收集阶段包括下降阶段和上升阶段中的至少之一，在该下降阶段，通过该相关联的下降单元该头部单元在该相关联的钻孔内朝向该钻孔的相关联的底部界限下降，在该上升阶段，该头部单元在该相关联的钻孔内上升远离该相关联的底部界限，在该数据收集阶段期间关于该相关联的钻孔的一个或多个物理特性的至少一组测试数据被收集，该头部单元包括内部测量系统和传感器布置，该传感器布置包括从头部轴线径向地面向外的多个传感器，该头部轴线大体平行于相关联的钻孔轴线的至少一部分，该传感器布置的所述多个传感器允许在该数据收集阶段期间移动该头部单元而不绕该头部轴线旋转，所述多个传感器至少部分地产生在该数据收集阶段期间收集的所述至少一组测试数据。

2.根据权利要求1所述的检查系统，其中该头部单元包括无线操作系统。

3.根据权利要求2所述的检查系统，其中该系统还包括在该数据收集阶段期间在该相关联的钻孔外部的表面单元，且该无线操作系统包括在该头部单元和该表面单元之间的无线通信系统，该无线通信系统允许在该数据收集阶段期间在该表面单元和该头部单元之间进行无线通信。

4.根据权利要求2所述的检查系统，其中该无线操作系统包括具有该内部测量系统的该头部单元，该无线操作系统是具有内部电源和数据存储器的独立操作系统，该数据存储器提供以下中的至少之一：用于在该数据收集阶段期间操作该头部单元的命令和用于在该数据收集阶段期间存储所述至少一组测试数据的数据存储。

5.根据权利要求4所述的检查系统，其中该系统还包括在该相关联的钻孔外部的表面单元，且该无线操作系统还包括数据通信布置以在数据传输阶段期间传达所述命令和所述测试数据中的至少之一，该数据传输阶段是在该数据收集阶段之前和该数据收集阶段之后中的至少之一。

6.根据权利要求5所述的检查系统，其中该数据通信布置是无线的。

7.根据权利要求5所述的检查系统，其中该数据通信布置包括能够选择性连接的缆线，用于在该数据传输阶段期间在该头部单元和该表面单元之间的选择性有线通信。

8.根据权利要求7所述的检查系统，其中该头部单元和该表面单元之间的选择性有线通信被限于仅该数据传输阶段。

9.根据权利要求4所述的检查系统，其中该系统包括用于测量该传感器布置在该相关联的钻孔内的头部单元深度的深度系统，该深度系统包括一个包括表面单元计时器的表面单元，该深度系统还包括在该独立操作系统内的头部计时器，该深度系统还包括深度传感器，该深度传感器被配置成测量相关联的下降单元的移动，该相关联的下降单元有助于在该数据收集阶段期间使该头部单元下降到该相关联的钻孔内，该表面单元计时器和该头部计时器能够被同步以允许将在该数据收集阶段期间收集的所述至少一组测试数据与该头部单元的对应的深度相关联。

10.根据权利要求9所述的检查系统，其中该深度系统还包括至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，该第一压力传感器在该第二压力传感器上方相对于该头部轴线轴向间隔开一个压力传感器间距。

11.根据权利要求10所述的检查系统，其中该压力传感器间距大于六英寸。

12.根据权利要求1所述的检查系统，其中该系统包括用于测量该传感器布置在该相关联的钻孔内的深度的深度系统，该深度系统包括至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，该第一压力传感器在该第二压力传感器上方相对于该头部轴线轴向间隔开一个压力传感器间距。

13.根据权利要求12所述的检查系统，其中该压力传感器间距大于六英寸。

14.根据权利要求12所述的检查系统，其中该深度系统还包括加速度计、高度计和旋转编码器中的至少之一。

15.根据权利要求4所述的检查系统，其中该头部单元包括控制系统，该控制系统包括加速度计、高度计、压力传感器和旋转编码器中的至少之一，该控制系统监测该头部单元的头部深度和头部竖直度中的至少之一。

16.根据权利要求4所述的检查系统，其中从头部轴线径向地面向外的多个传感器包括多个声纳传感器。

17.根据权利要求4所述的检查系统，其中从头部轴线径向地面向外的多个传感器包括以下中的至少之一：多个超声传感器、多个光学传感器和多个RF换能器。

18.根据权利要求17所述的检查系统，其中所述多个光学传感器包括以下中的至少之一：多个激光传感器和多个光学换能器。

19.根据权利要求17所述的检查系统，其中所述多个超声传感器包括多个声纳换能器。

20.根据权利要求4所述的检查系统，其中从头部轴线径向地面向外的多个传感器包括第一组传感器和第二组传感器，所述第一组传感器包括超声传感器和光学传感器中的至少之一。

21.根据权利要求20所述的检查系统，其中所述光学传感器包括激光传感器。

22.根据权利要求20所述的检查系统，其中所述超声传感器包括声纳传感器。

23.根据权利要求4所述的检查系统，其中该头部单元包括至少一个校准传感器布置，所述至少一个校准传感器布置被配置成进行以下中的至少之一：测量在该相关联的钻孔内的传感器布置深度、确认头部深度、测量相关联的钻孔流体的相关联的钻孔流体密度以及测量多个传感器的传感器波速。

24.根据权利要求23所述的检查系统，其中所述至少一个校准传感器布置包括用于测量该相关联的钻孔流体密度的密度传感器和用于测量该相关联的钻孔流体的压力的压力传感器中的至少之一。

25.根据权利要求24所述的检查系统，其中该密度传感器包括发射器和接收器，该接收器与该发射器间隔开一个已知的密度传感器间距。

26.根据权利要求5所述的检查系统，其中该表面单元包括场外计算系统。

27.根据权利要求1所述的检查系统，其中所述多个传感器包括至少三个传感器。

28.根据权利要求1所述的检查系统，其中所述多个传感器包括至少五个传感器。

29.根据权利要求1所述的检查系统，其中所述多个传感器包括至少十个传感器。

30.根据权利要求1所述的检查系统，其中所述地面开口的壁是钻孔开口、挖掘洞和浆体的壁。