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Eine Bohrlochvermessungsvorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS
32 00 269 bekannt und besteht aus drei Sondenabschnitten, die gelenkig, jedoch drehfest,
miteinander verbunden sind. Die Sonde ist über ein Kabel mit einer Kabeltrommel
verbunden und wird mittels des Kabels durch ein zu vermessendes Bohrloch nach jedem
Meßvorgang
um eine vorgegebene Schrittweite längs der Bohrlochachse derart geführt, daß der
jeweils letzte Sondenabschnitt an diejenige Stelle verschoben wird, an der zuvor
der erste Sondenabschnitt war. Über das Kabel werden die beim Meßvorgang erfaßten
Meßwerte übertragen. Zur Erfassung der Winkelwerte wird vorzugsweise ein Steuerknüppel-Potentiometer
verwendet, deS-sen Verstellstab in Achsrichtung der Achse eines Sondenabschnittes
verläuft und dessen flächiger Widerstand in einer Bezugsebene senkrecht zur Achse
des anderen Sondenabschnittes liegt. Der gemessene Widerstand ist ein Maß für den
Winkel zwischen benachbarten Sondenabschnitten. An deren Stelle kann auch eine Brückenschaltung
aus Halblelterdehnungsmessern verwendet werden.' Zur Feststellung einer Drehung
der Sonde insgesamt ist ferner eine zusätzliche Drehungsmeßanordnung vorgesehen,
die aus Beschleunigungsmessern besteht, die in drei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen
messen.
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Die Meßwerte der lediglich zwei Winkelmeßanordnungen und der drei
Beschleunigungsmesser werden, offenbar in der Sonde, in Digitalsignale umgesetzt
und werden über das Kabel einem extern vorgesehenen und ständig angeschlossenen
Rechner zur Auswertung zugeführt.
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Bei dieser bekannten Bohrlochvermessungsvorrichtung ist erkannt worden,
daß durch längere geradlinige Abschnitte des zu vermessenden Bohrloches die innere
Orientierung verlorengehen kann. Zu diesem Zweck sind nämlich die zusätzlichen Beschleunigungsmesser
vorgesehen, die ein Maß tür die Lage im Raum, das heißt für die Drehung der Sonde
um ihre Längsachse geben. Nachteilig bei der bekannten Bohrlochvermessungsvorrichtung
ist zunächst, daß diese zusätzliche Meßanordnung vorgesehen werden muß. Ferner ist
nicht auszuschließen, daß trotz dieser zusätzlichen Meßanordnung die innere Orientierung
verlorengehen kann, nämlich dann, wenn über einen die Länge der Sonde überschreitenden
Längenabschnitts das Bohrloch absolut vertikal ist, da dann alle Beschleunigungsmesser
kein auswertbares Signal mehr abgeben. Ferner ist nachteilig, daß alle Signale über
ein Kabel übertragen werden müssen, da zum einen das Kabel beschädigt werden kann
und zum anderen die über das Kabel übertragenen Daten durch Umwelteinflüsse, wie
z. B. elektrische Felder, beeinflußt werden können. Schließlich ist nachteilig,
daß der Rechner ständig angeschlossen sein muß, da bekanntlich die Kosten eines
Rechners proportional der Anschlußzeit zu bestimmen sind, während die eigentliche
Rechenzeit einen sehr geringen Bruchteil dieser Zelt ausmacht.
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Eine Bohrlochvermessungsvorrichtung, bei der eine Drehung auch bei
Bohrlöchern mit vertikaler Bohrlochachse festgestellt werden kann, ist aus der DE-PS
159 567 bekannt. Diese Bohrlochvermessungsvorrichtung besteht aus zwei gelenkig,
jedoch drehfest miteinander verbundenen sogenannten »Lotapparat«, mit denen die
Abweichung von der Lotrechten (Vertikalen) festgestellt werden kann. Die Weiterbewegung
im Bohrloch erfolgt um eine Schrlttweite, die der Länge der Sonde entspricht. Wie
im einzelnen der Winkelwert einer Drehung festgestellt werden soll, ist nicht im
einzelnen angegeben, es wird lediglich angegeben, daß eine fortlaufende Aufzeichnung
der Lotneigung mittels Rollenfilm oder dergleichen erfolgen soll. Der Winkel der
Drehung der Sonde wird auf diese Weise jedoch ebenfalls unmittelbar abgegeben.
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Aus der CH-PS 5 74 547 ist eine Bohrlochvermessungsvorrichtung bekannt,
bei der so viele Sondenabschnitte verwendet werden, wie zum Erreichen des Endes
des Bohrloches erforderlich sind, weshalb die Son-
denlänge der Bohrlochtiefe entspricht.
An den Gelenken zwischen den Sondenabschnitten werden keine Einzelwinkel gemessen.
Aus der gemessenen Winkelsumme wird auf die Abweichung aus der Anfangsrichtung geschlossen.
Die Winkelmessung erfolgt über reihengeschaltete Potentiometer. Auch bei dieser
Bohrlochvermessungsvorrichtung kann die innere Orientierung verlorengehen.
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Ferner ist eine Bohrlochvermessungsvorrichtung mit lediglich zwei
Sondenabschnitten bekannt (GB-OS 20 23 293), bei der die Winkelmessung durch exzentrisch
angeordnete Wegaufnehmer erfolgt. Die Bestimmung der inneren Orientierung folgt
mittels eines Inclinometers.
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Jedoch ist diese Vorgehensweise bei annähernd vertikalen Bohrlöchern
aus den oben genannten Gründen nicht geeignet.
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Alle vorstehend erläuterten bekannten Bohrlochvermessungsvorrichtungen
benötigen zum Messen und Auswerten eine Verbindung mit der Außenwelt, über die Daten
übertragen werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bohrlochvermessungsvorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei beliebigem Bohrlochverlauf
bei einfachem Autbau die innere Orientierung aufrechterhalten bleibt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.
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Wesentlich ist, daß der Winkel der Drehung der Sonde um ihre Längsachse
nach Größe und Lage im Raum an jedem Meßort mehrfach erfaßt wird, wodurch ein Rückschluß
auf den Winkelwert der Drehung möglich wird.
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Bereits dadurch wird weitgehend die Gefahr des Verlustes der inneren
Orientierung vermieden. Durch eine geeignete Anzahl an Sondenabschnitten kann ferner
sichergestellt werden, daß die Gesamtlänge der Sonde größer ist, als der zu erwartende
maximale geradlinige Abschnitt des Bohrloches, wodurch die erwähnte Gefahr des Verlustes
der inneren Orientierung ganz vermieden wird. Ferner ist von Vorteil, daß die den
Winkeln zugeordneten Daten vor Ort, das heißt im Bereich der Sonde gesammelt, das
heißt in einem Speicher bereits in Form von Winkelwerten gespeichert werden können,
die nach Beendigung des gesamten Meßvorganges in einen Zwischenspeicher oder in
den Rechner direkt eingegeben und vom Rechner dann verarbeitet werden können.
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Dadurch wird die Belegungszeit des Rechners in erheblichem Umfang
verringert. Durch die Verwendung besonderer optisch wirkender Positionsdetektoren
auf Halbleiterbasis und durch Mikroprozessoren zur Verarbeitung erfaßter Meßwerte,
die in der Sonde vorgesehen werden, kann die Sonde in ihrem Durchmesser äußerst
klein gemacht werden. Während bei der eingangs genannten Bohrlochvermessungsvorrichtung
Durchmesser unter 10 cm praktisch nicht erreichbar waren, können mittels dieser
Ausbildung der erfindungsgemäßen Bohrlochvermessungsvorrichtung Außendurchmesser
der Sonde in der Größenordnung unter 40 mm erreicht werden.
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Wesentlich ist ferner. daß keine zusätzlichen Drehungsmeßanordnungen
wie Beschleunigungsmesser oder dergleichen vorgesehen werden müssen. Dadurch kann
das Gewicht und die Baulänge der einzelnen Sondenabschnitte herabgesetzt werden.
Da während der Messungen kein Kontakt zur Umwelt erforderlich ist, können auch keine
Daten durch Beschädigung eines Verbindungskabels oder durch Beeinflussung durch
starke elektromagnetische Felder verloren gehen oder verfälscht
werden.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 schematisch den Autbau und die Arbeitsweise der Bohrlochvermessungsvorrichtung
gemäß der Erfindung, Fig. 2 schematisch den Autbau einer Meß- und Auswerteanordnung
gemäß der Erfindung.
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Eine Bohrlochvermessungsvorrichtung dient dazu, Abweichungen des
Ist-Verlaufes eines Bohrloches 7 vom idealen absolut geradlinigen Verlauf der Größe
nach festzustellen. Mit abnehmendem Bohrlochdurchmesser werden Abweichungen von
dem Soll-Verlauf deutlicher, aber auch interessanter. Die Erfassung des Ist-Verlaufes
eines Bohrloches ist dabei nicht nur bei vertikalen Bohrlöchern, wie bei Explorationen
(z. B. Erdölbohrungen), sondern auch zur Überwachung von Bauwerken (z. B.
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Staudämmen, Tunnels) von Bedeutung, also in Fällen, in denen das Bohrloch
beliebigen Winkel gegenüber der Vertikalen besitzen kann, also auch horizontal verlaufen
kann.
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Zur Vermessung derartiger Bohrlöcher 7 wird eine Sonde 9 mittels
einer Bewegungseinrichtung 8, deren Ende in Fig. 1 dargestellt ist, durch das Bohrloch
7 schrittweise bewegt. Die Sonde 9 kann dabei sowohl geschoben als auch gezogen
werden. Die Bewegungselnrichtung 8 kann üblichen Autbau besitzen, beispielsweise
einen, wie er in der DE-OS 32 00 269 angedeutet ist.
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Die Sonde 9 besteht aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen
Sondenabschnitten, wobei der Abstand zwischen benachbarten Gelenken bzw. den jeweiligen
Schwenkpunkten jeweils gleich ist. Dieser Abstand 1 wird daher in der Praxis im
wesentlichen auch der Länge jedes Sondenabschnittes entsprechen.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeisplel der Sonde 9 weist
diese Sondenabschnitte 15, 16 und 17 auf. Der erste Sondenabschnitt 15 ist mit der
Bewegungseinrichtung 8 über ein Gelenk 10 verbunden und ist mit dem folgenden einen
anderen Autbau besitzenden Sondenabschnitt 16 über ein weiteres Gelenk 11 verbunden.
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Der zweite Sondenabschnitt 16 ist mit dem nächst folgenden Sondenabschnitt
15, der den gleichen Autbau wie der erste Sondenabschnitt 15 besitzt, über ein Gelenk
12 verbunden. Der Sondenabschnitt 15 ist seinerseits über ein Gelenk 13 mit dem
nächsten Sondenabschnitt 16 verbunden, der den gleichen Autbau wie der zweite Sondenabschnitt
besitzt. Dieser Sondenabschnitt 16 ist über ein Gelenk 14 mit einem Sondenabschnitt
17 verbunden, der an seinem anderen Ende einen Kopf 18 trägt, durch den eine zentrierte
Führung des Vorderendes der Sonde 9 und damit des Sondenabschnitts 17 im Bohrloch
7 erreichbar ist. Wesentlich für eine Bohrlochvermessungsvorrichtung dieser Art
ist, daß die Sondenabschnitte 15, 16, 17 der Sonde 9 torsions- bzw. drehfest miteinander
verbunden sind, da eine Drehung der Sondenabschnitte 15, 16, 17 gegeneinander es
nicht mehr erlauben würde, den Ist-Verlauf des Bohrloches 7 festzustellen.
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Zur Erfassung des Ist-Verlaufs des Bohrloches 7 wird nach Beendigung
jedes Bewegungsvorganges der Sonde 9 durch die Bewegungseinrichtung 8 der Winkel
zwischen benachbarten Sondenabschnitten 15, 16, 17 nach Größe und Lage im Raum erfaßt.
Anschließend wird die Sonde 9 um eine Schrittweite entsprechend dem Abstand 1, d.
h. dem Abstand benachbarter Gelenke 10, 11, 12, 13, 14, in dem Bohrloch 7 mittels
der Bewegungseinrichtung 8 verschoben. Dann werden in dieser Lage wieder die Winkel
zwischen benachbarten Sondenabschnitten 15,
16, 17 nach Größe und Lage im Raum gemessen.
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Dies erfolgt dem Grundsatz nach dadurch, daß der Achsverlauf eines
Sondenabschnittes auf eine zum Achsverlauf des benachbarten Sondenabschnittes senkrechte
Bezugsebene projiziert wird und die Abweichung des Projektionspunktes vom Mittelpunkt
der Bezugsebene, durch die die Achse des Sondenabschnittes verläuft, gemessen wird.
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Diese Messung kann in Polarkoordinaten oder in kartesischen Koordinaten
erfolgen.
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Im folgenden erfolgt eine Erläuterung anhand einer Ausführungsform
mit kartesischen Koordinaten, da diese eine einfachere Auswertung ermöglicht. Die
einzelnen in jedem Meßschritt bezüglich jedes Sondenabschnitt-Paars erhaltenen Meßwerte
werden mittels eines Rechners ausgewertet. Aus allen Meßwerten wird der Ist-Verlauf
des Bohrloches 7 als Polygonzug ermittelt.
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Wenngleich die Sondenabschnitte 15, 16, 17 der Sonde 9 miteinander
torsionsfest gekoppelt sind, kann jedoch die Sonde 9 insgesamt einer Drehung unterliegen.
Das Ausmaß der Drehung muß erfaßt werden. Dies erfolgt bei der dargestellten Bohrlochvermessungsvorrichtung
dadurch, daß an jedem durch den Abstand 1 beabstandeten Meßort 1, 2, 3, 4, 5, 6,
usw. der Winkel zwischen benachbarten Sondenabschnitten nicht nur nach Größe sondern
auch nach der Lage im Raum erfaßt wird. Werden die bezüglich eines Meßortes erhaltenen
Meßwerte der Messungen aufeinanderfolgender Meßschritte miteinander verglichen,
so ist daraus der Verdrehungswinkel ermittelbar und kann mittels des Rechners berücksichtigt
werden.
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Schwierigkeiten treten dann auf, wenn kein Winkel erfaßt werden kann,
da der Verlauf des Bohrloches 7 praktisch geradlinig ist. Diese Schwierigkeit wird
dadurch überwunden, daß die Gesamtlänge der Sonde 9 so bemessen ist, daß sie länger
ist als die zu erwartende maximale Länge eines geradlinigen Abschnittes des Bohrloches
7. Vorteilhaft bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Bohrlochvermessungsvorrlchtung
ist, daß mit einfachen Mitteln die Sonde 9 verlängert werden kann, nämlich einfach
dadurch, daß weitere Sondenabschnitte oder Sondenabschnitt-Paare an- oder eingefügt
werden.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Bohrlochvermessungsvorrichtung
anhand der Ausführungsform gemäß F 1 g. 1 näher erläutert.
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Die Sonde 9 ist hler zu Beginn der Messung bis zum Gelenk 10 in das
Bohrloch 7 eingeschoben. Das Gelenk 10 entspricht dem Meßort 0, das Gelenk 11 dem
Meßort 1 usw. Der Kopf 18 befindet sich im Meßort 5 (Fig. 1A).
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Nach Beendigung der Messung in dieser Meßlage wird die Sonde 9 durch
die Bewegungseinrichtung 8 um eine Schrittweite 1 von links nach rechts bewegt.
Das Gelenk 10 befindet sich dann am Meßort 1, das Gelenk 11 am Meßort 2 usw. Der
Kopf 18 befindet sich am Meßort 6 (Fig. 1B).
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Die Achse des Sondenabschnitts 15 wird am Meßort 1 in die Bezugsebene
21 projiziert und erreicht einen Meßpunkt 25, der in kartesischen Koordinaten x
und y bezüglich der Achse des Sondenabschnitts 16 nach Größe und Lage definierbar
ist. Am Meßort 2 wird die Achse des Sondenabschnitts 15 in die Bezugsebene 22 projiziert
und erreicht einen Meßpunkt 26. In gleicher Weise wird am Meßort 3 die Achse des
Sondenabschnitts 15 in die Bezugsebene 23 projiziert und erreicht einen Meßpunkt
27. Schließlich wird am Meßort 4 die Achse des Sondenabschnitts 17 in die Bezugsebene
24 projiziert und erzeugt einen Meßpunkt 28. Die Darstellungen sind in Fig. 1C wiedergegeben.
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Dabei ergibt sich, daß der Meßpunkt 27 in der Bezugsebene 23 mit
der Achse zusammenfällt, d. h., daß das Bohrloch 7 zwischen den Meßorten 2, 3 und
4 geradlinig verläuft.
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Die Sonde 9 In dem Bohrloch 7 in der Meßlage gemäß Fig. 1B ergibt
andere Meßpunkte, und zwar erreicht die Projektion der Achse des Sondenabschnitts
15 am Meßort 2 einen Meßpunkt 35 In der Bezugsebene 31, erreicht die Projektion
der Achse des Sondenabschnitts 15 am Meßort 3 die Bezugsebene 32 einen Meßpunkt
26 und an dem Meßort 4 in der Bezugsebene 33 einen Meßpunkt 37 und erreicht die
Projektion der Achse des Sondenabschnitts 17 im Meßort 5 einen Meßpunkt 38 in der
Bezugsebene 34. Dies ist In Fig. 1D dargestellt.
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In Fig. 1D sind ferner die Meßpunkte der Meßreihe gemäß Fig. 1C an
den jeweiligen Meßorten 2, 3 und 4 übertragen. Es zeigt sich, daß die übertragenen
Meßpunkte 26 und 28 nicht mit den gemessenen Meßpunkten 35 bzw. 37 zusammenfallen,
sondern diesen gegenüber um einen Winkel verdreht sind. Daraus erfolgt, daß die
Sonde 9 während der Verschiebung von der Meßlage gemäß Fig. 1A in die Lage gemäß
Fig. 1 um einen entsprechenden Winkel a in Pfeilrichtung gedreht worden Ist. Da
das Bohrloch 7 zwischen den Meßorten 2 und 4 geradlinig verläuft, Ist eine derartige
Drehung mit Hilfe der Meßpunkte 27 und 36 nicht feststellbar. Aus dem berechenbaren
Winkel x kann wiederum derjenige fiktive Meßpunkt 39 in der Bezugsebene 34 berechnet
werden, der sich bei einer Projektion der Achse des Sondenabschnitts 17 in der Bezugsebene
34 ergeben hätte, wenn die Sonde 9 nicht um den Winkel a gedreht worden wäre. Der
fiktive Meßpunkt 39 ist daher ein sich an die Meßpunkte 25, 26, 27, 28 anrelhender
Meßpunkt, durch den der Ist-Verlauf als Polygonzug durch die verschiedenen Meßpunkte
festgelegt ist.
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Diese Vorgehensweise wird für jeden Meßschritt entsprechend einer
Verschiebung der Sonde 9 um einen Abstand 1 durchgeführt. Je nach Anzahl der Meßpunkte
pro Meßschritt kann das Bohrloch 7 mehr oder weniger lang tatsächlich geradlinig
verlaufen, ohne daß die Sonde 9 ihre »innere Orientierung« verliert. Die innere
Orientierung geht dann verloren, wenn in einem Meßschritt in allen Bezugsebenen
keine Drekung mehr erfaßt werden kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel muß
in einer der jeweils ersten drei Bezugsebenen durch Vergleich mit den Meßpunkten
in den entsprechenden drei Bezugsebenen des vorhergehenden Meßschrittes eine Bestimmung
des Winkels cc möglich sein, d. h. daß das Bohrloch 7 über drei aufeinanderfolgende
Strecken 1 geradlinig verlauten kann, ohne daß die innere Orientierung verlorengeht.
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Ist zu befürchten, daß eine größere Längserstreckung des Bohrloches
7 tatsächlich geradlinig verläuft, so wird wie erwähnt die Sonde 9 um mindestens
einen Sondenabschnitt mit einem Gelenk und einer dort den Winkel messenden Anordnung
verlängert. Dies kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, daß der dem Gelenk 10
zugeordnete Teil der Bewegungseinrichtung 8 ebenfalls eine Meßanordnung mit einer
Bezugsebene in der Bewegungseinrichtung 8 aufnimmt. Dadurch wird ein weiterer Meßpunkt
in einer weiteren Bezugsebene verfügbar.
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In den Fig. 1C und 1D ist die Bezugsebene quadratisch dargestellt
worden. Selbstverständlich kann der tatsächlich verfügbare Bereich der Bezugsebenen
auch rechtecklg, rund oder In anderer Weise ausgebildet sein.
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Ferner Ist es nicht zwingend erforderlich, die Bezugsebene senkrecht
zur Achse des sie enthaltenden Sondenabschnitts 16 zu machen, allerdings sind dann
zusätz-
liche komplizierte Rechnungen, die die Winkelneigung der Bezugsebene gegenüber
der Achse des Sondenabschnitts 16 berücksichtigen, erforderlich.
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Wie sich das aus dem Vorstehenden ergibt, ist jedem Gelenk eine Winkelmeßanordnung
40 zugeordnet, die einerseits einen Sender 41 und andererseits einen Empfänger 42
enthält. Dem Empfänger 42 entspricht die Bezugsebene und dem Sender 41 eine Einrichtung,
die eine Projektion der Achse des Sondenabschnitts auf die Bezugsebene erreicht.
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Eine besonders eintache und raumsparende Ausbildung der Winkelmeßanordnung
ist erreicht, wenn der Sender 41 ein optischer Sender, wie z. B. eine LED 43 ist,
die Licht in Achsrichtung des Sondenabschnitts sendet.
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in dem sie angeordnet ist. Der Empfänger, auf dem der durch die LED
43 erzeugte Lichtfleck auttrifft, ist vorzugsweise dann ein ebenes lichtempfindliches
Halbleiterelement 44 wie eine planare ionen-implantierte PIN-Fotodiode.
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Die an den vier den jeweiligen Koordinatenrichtungen Xj, x2. Y/,
y2 zugeordneten Elektroden des lichtempfindlichen Halbleiterelements 44 auftretenden
Spannungen sind der Lage des durch die LED 43 erzeugten Lichtflecks eindeutig zugeordnet
und sind im übrigen im wesentlichen proportional. Aus diesen Spannungen lassen sich
daher Größen für die Koordinaten xI, x2, yZ, Y2 ermitteln. Aus diesen wiederum lassen
sich durch einfache Berechnung die Koordinaten x und y des jeweiligen Meßpunktes
bestimmen. und zwar gemäß:
und
Zwar nimmt bei dem lichtempfindlichen Halbleiterelement 44 mit Abstand von der Mitte
der lineare Zusammenhang zwischen Spannung und Koordinatenwert ab, jedoch ist die
Linearität im mittleren Bereich gegeben, in der sich der Lichtfleck in der Praxis
befinden wird.
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Somit läßt sich jeder Meßpunkt durch Spannungs-oder Koordinatenwerte
beschreiben.
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Anhand Fig.2 wird eine besondere Möglichkeit der Auswertung näher
erläutert. Es sei ausdrücklich erwähnt, daß Versorgungsleitungen und Stromversorgungen
nicht dargestellt sind.
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Die Elektrodenspannungen des lichtempfindlichen Halbleiterelements
44 werden mittels Verstärker 45 verstärkt und jeweils über ansteuerbare Schalter
46, beispielsweise Halbleiterschalter, auf einen Datenübertragungskanal 47 gegeben.
Die Ansteuerung der ansteuerbaren Schalter 46 erfolgt mittels eines Decoders 48
derart, daß die einzelnen Meßwerte nacheinander auf den Datenübertragungskanal 47
gegeben werden, d. h., daß lediglich einer der ansteuerbaren Schalter 46 durchgeschaltet
sein kann. Diese Daten auf dem Datenübertragungskanal 47 werden in einem Analog/Digital-Umsetzer
49 in Digitaldaten umgesetzt und über eine ein Port A 50 und ein Port B 51 gebildete
Eingabe/Ausgabe-Einheit einem Datenbus 52 (Data) zugeführt, der mit einer Zentraleinheit
53 (CPU) korrespondiert. Die Daten am Datenbus 52 werden in der Zentraleinheit 53
in der erwähnten Weise verarbeitet und dann in Adressen eines Speichers mit wahl
freiem Zugriff 54 (RAM) gespeichert, d. h. eine Adresse im Speicher 54 enthält die
den Werten x und y entsprechenden Daten, die mittels der Zentraleinheit 53 aus den
Meßgrößen xZ, x2 y. y2 ermittelt worden sind.
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Das dazu erforderliche Programm kann in einem gesonderten oder dem
gleichen Speicher 54 (der diesbezüglich ein ROM ist) gespeichert sein. Ferner ist
ein Adreßbus 55 vorgesehen, der die Adressen im Speicher 54 bezeichnet.
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Nach Beendigung des Meßvorganges werden die Daten über den Port B
51 der Eingabe/Ausgabe-Einheit von dem (nicht dargestellten) Rechner über eine Ausgabeleitung
56 abgerufen. Der Rechner verarbeitet dann die in den einzelnen Adressen des Speichers
54 gespeicherten Werte für x und y und berechnet aus diesen den Polygonzug unter
Zwischenberechnung der Drehwlnkel a.
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Die Steuerung des Decoders 48 erfolgt über einen Steuersignalkanal
57, der mit dem Port B 51 der Eingabe/Ausgabe-Einheit korrespondiert, der wiederum
von der Zentraleinheit 53 angesteuert ist.
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Jedem Gelenk der Sonde 9 ist eine derartige Winkelmeßanordnung 40
zugeordnet, wie das ebenfalls in F 1 g. 2 angedeutet ist. Die einzelnen Winkelmeßanordnungen
40 sind im wesentlichen gleich aufgebaut, es ist lediglich dafür zu sorgen, daß
die Steuersignale über den Steuersignalkanal 57 die jeweiligen Decoder 48 so ansteuern,
daß dem Datenübertragungskanal 47 nicht nur die Daten von einer Winkelmeßanordnung
40 nacheinander sondern auch die jeweiligen Daten von den verschiedenen Winkelmeßanordnungen
40 ebenfalls nacheinander und in einer bestimmten Reihenfolge zugeführt werden.
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Es ergibt sich aus der vorstehenden Erläuterung, daß selbstverständlich
die Berechnung der Koordiantenwerte x und y aus den Meßwerten xl, x2 bzw. yZ, y2
auch in den jeweiligen Winkelmeßanordnungen 40 durchgeführt werden kann und daß
auch dort bereits die Analog/Digital-Umsetzung erfolgen kann derart; daß über den
Datenübertragungskanai 47 lediglich Digitaldaten der Koordinatenwerte x und y übertragen
werden. Andererseits können selbstverständlich die den Meßwerten xZ, x2, yZ, y2
entsprechenden Daten auch analog in einem Analogspeicher gespeichert werden, obgleich
dies umständlich und fehleranfällig sein dürfte.
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Aus Vorstehenden ergibt sich ferner, daß der in F ig. 2 dargestellte
Teil 58 der Auswerteanordnung nicht notwendigerweise mit dem Rechner verbunden sein
muß.
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Vielmehr ist es vorteilhaft, wenn der Rechner während des eigentlichen
Meßvorganges nicht angeschlossen ist.
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Es genügt nämlich, die der späteren Berechnung zugrunde zu legenden
Daten (die Koordinatenwerte x und y aller Meßpunkte) im Speicher 54 zu speichern
und diesen nach Beendigung des Meßvorganges zur Abgabe der Daten mit dem Rechner
über die Ausgabeleltung 56 zu verbinden. Andererseits muß dann eine Koordination
der Bewegung der Sonde 9 durch die Bewegungseinrichtung 8 und der Auswertung der
Meßwerte erreicht werden. Dies wird mittels eines der Auswerteanordnung 58 zugeordneten
Zeitgebers 59 erreicht, der mit einem entsprechendem Zeitgeber (nicht dargestellt)
der Bewegungseinrichtung 8 synchronisiert ist. Diese beiden Zeitgeber werden zu
Beginn des Meßvorganges angestoßen derart, daß sie abwechselnd arbeiten. Während
der Bewegung der Sonde 9 durch die Bewegungseinrichtung 8 steuert der Zeitgeber
59 die Zentraleinheit 53 derart, daß keine Meßwertauswertung und Speicherung von
Daten erfolgt, nach Beendigung der Bewegung wird zur Auswertung der Meßwerte die
Zentraleinheit 53 durch den Zeitgeber 59 angesteuert. Aus Sicherheitsgründen werden
noch Zeittoleranzen berücksichtigt. Der Zeitgeber 59 sollte daher etwa einen Zeittakt
von beispielsweise einer Minute besitzen. Zur Synchronisation mit dem Zeitgeber
der Bewegungseinrichtung 8 weist die Auswerteanordnung 58 eine Eingabeleitung 60
auf, durch die die Aus-
werteanordnung 58 In Betrieb gesetzt, insbesondere der Zeitgeber
59 mit dem Zeitgeber der Bewegungseinrichtung 8 koordiniert und synchronisiert angestoßen
wird.
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Selbstverständlich sind die Eingabeleitung 60 und die Ausgabeleitung
56 geeignet, weitere Befehle und Antworten auf Befehle zu übertragen, wenn dies
erforderlich sein sollte.
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Vorzugsweise Ist der Teil 58 der Auswerteanordnung im wesentlichen
durch einen Mikroprozessor handelsüblicher Bauart gebildet. Dadurch ist eine sehr
geringe Baugröße erreichbar.
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Vorstehend wurde eine Ausführung erläutert, bei der der Tell 58 der
Auswerteanordnung allen Winkelmeßanordnungen 40 gemeinsam ist. Selbstverständlich
kann dieser Teil der Auswerteanordnung 58 nur einem Teil der Winkelmeßanordnungen
40 oder auch nur einer winzigen zugeordnet sein. Beispielsweise kann es zweckmäßig
sein, jedem Sondenabschnitt 16 diesen Teil 58 der Auswerteanordnung jeweils zuzuordnen,
wobei die Meßwerte der den beiden Surnselten zugeordneten Bezugsebenen ausgewertet
und gespeichert werden. In einem solchen Fall, ist es dann zur Auswertung mittels
des Rechners lediglich erforderlich, das Abrufen der Daten durch den Rechner aus
den jeweiligen Speichern 54 In geeigneter Weise durchzuführen, beispielsweise durch
Zuordnen von Codes oder dergleichen.
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Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße
Bohrlochvermessungsvorrichtung bei Bohrlöchern 7 kleinen Durchmessers anwendbar
ist. Der geringste Durchmesser des Bohrloches ist durch den geringstmöglichen Durchmesser
der Sonderabschnitte 15, 16, 17 bestimmt. Dieser wiederum ist im wesentlichen durch
die Abmessungen des lichtempfindlichen Halbleiterelements 44 bestimmt. Die erwähnten
handelsüblichen Halbleiterelemente besitzen Kantenlängen von etwa 23,5 mm, wodurch
die Vermessung von Bohrlöchern mit einem Durchmesser bis unter 4 mm möglich wird.
Dies auch deshalb, weil zwischen den einzelnen Sondenabschnitten nur eine äußerste
geringe Menge an Leitungen verlegt werden muß.
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Die Anzahl der zu verlegenden Leitungen kann dadurch reduziert werden,
daß jedem Sondenabschnitt eine eigene Stromversorgung, wie mittels Batterien, zugeordnet
wird. Ist dann jedem Sondenabschnitt 16 ein eigener Teil 58 der Auswerteanordnung
zugeordnet, sind zwischen den Sondenabschnitten 15, 16, 17 keine Übertragungsleitungen
erforderlich, allerdings ist dann die Koordination zwischen Bewegungseinrichtung
8 und Meß- und Speichervorgang etwas komplizierter.
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Auf jeden Fall entfallen eine große Menge an Datenübertragungsleitungen
zwischen der Sonde 9 und dem Rechner. Gegebenenfalls sind sogar keine Stromversorgungsleitungen
vorgesehen, sondern lediglich eine mechanische Verbindung zur Bewegung der Sonde
9.
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Dadurch wird der zusätzliche Vorteil erreicht, daß einerseits Beschädigungen
von Leitungen vermieden werden und daß andererseits eine Beeinträchtigung und Verfälschung
der Daten über Verbindungsleitungen zwischen Sonde und Rechner verhindert wird,
wie sie durch starke elektrische Felder oder dergleichen auftreten können.
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Zusammenfassen ermöglicht die erfindungsgemäße Bohrlochvermessungsvorrichtung
eine Ermittlung des Bohrlochverlaufes durch lediglich Winkelmessung ohne Verlust
der inneren Orientierung. Ferner ist diese Erfassung bei Bohrlöchern sehr kleinen
Durchmessers möglich. Eine Beeinflussung der Meßergebnisse durch Umweltbedingungen
ist wirskam verhindert. Die Anzahl der bei der Sonde verwendbaren Sondenabschnitte
ist in
weiten Maße veränderbar, insbesondere ist eine wahlweise
Anelnanderreihung möglich. Die Verwendung von Halbleiterelementen erlaubt einen
äußerst robusten Auf bau.
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Die ert'indungsgemäße Bohrlochvermessungvorrichtung ist sowohl stationär
als auch mobil verwendbar. Sie kann nicht nur bei der Exploaratlon sondern auch
bei der Bauüberwachung, auch bei Injektionen, verwendet werden. Eln Beispiel der
statlonären Bauüberwachung stellt die Überwachung von Bewegungen von Staudämmern
dar. Hler wird regelmäßig ein vorgegebenes Bohrloch neu vermessen und werden Änderungen
des Verlaufs festgestellt. Bei der Errichtung von Bauwerken wird dagegen eine mobile
Bohrlochvermessungvorrichtung zweckmäßig sein.
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Es ist schließlich noch zu erwähnen, daß es durch die erflndungsgemäß
ausgebildete Bohrlochvermessungvorrichtung trotz des autarken Aufbaus möglich ist,
Alarmsignale nach außerhalb zu übertragen, beispielsweise durch über Stromversorgungsleitungen
übertragene Alarmimpulse. Solche könnten beispielsweise übertragen werden, wenn
eine der Anzahl der Bezugsebenen der Sonde entsprechende Anzahl Meßpunkte festgestellt
worden ist, die keine Feststellung einer Drehung mehr ermöglicht, d. h. Meßpunkte,
die den Koordinatenwerten x und y von jwells 0,0 entsprechen. Eine derartige Steuerung
der Zentraleinheit 53 Ist durch geeignete Programmierung ohne größere Schwierigkeiten
möglich.
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Zur Anpassung an Bohrlochdurchmesser, die größer als der Außendurchmesser
der Sondenabschnitte 15, 16, 17 sind, und auch als Verschleißschutz können Hüllrohre
(nicht dargestellt) aus geeignetem Material in einfacher Weise über die Sondenabschnitte
15, 16, 17 oder zumindest diejenigen, die mit der Bohrlochwand in Berührung kommen
können, geschoben werden bzw. auf diese auf gezogen werden.