DE4012625A1 - Vorrichtung zur entnahme von wasserproben - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme
von Wasserproben, insbesondere aus Bohrlöchern, die
eine Bedieneinheit sowie einen von einer Steuervor
richtung beaufschlagten und mit mindestens einer ver
schließbaren Öffnung versehenen Probenbehälter auf
weist.
Derartige Vorrichtungen werden verwendet, um flüssige
Proben aus dem Bereich eines Bohrloches zu entnehmen.
Bislang bekannte Vorrichtungen sind nicht in der Lage,
die Proben ereignisgesteuert, d. h. mit genügender Po
sitioniergenauigkeit automatisch zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu verbessern,
daß in einem weiten Einsatzbereich ereignisgesteuert
eine hohe Positioniergenauigkeit nach vorgegebenen Pa
rametern gewährleistet und der Einsatz bei geringen
Bohrlochdurchmessern durchführbar ist sowie mit einem
geringen Energiebedarf ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Bedieneinheit einen bidirektionalen optischen Da
tenübertragung zur Programmierung und Datenübernahme
aufweist und eine Probenahme über mindestens einen
Sensor ereignisgesteuert wird, indem ein elektro-me
chanisch in Richtung der Längsachse beweglicher Aus
lösestößel betätigbar ist, der ein Verbindungselement
mit dem Probebehälter zur Freigabe von Befüllungen in
eine Aufnahmelage in Längsrichtung verschiebt, wobei
die Befüllöffnungen in einer Ausgangslage durch ein
Gehäuse schiebeartig abgedeckt sind und die Öffnung des
Probebehälters durch einen Abschlußkolben verschließbar
ist, und das die Sensordaten, die Zeit und die Aus
löseparameter in der Steuervorrichtung speicherbar
sind.
Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination ist es
möglich, in Abhängigkeit von einem vom Sensor erfaßten
Parameter des im Bohrloch befindlichen Mediums die
Probe zu entnehmen. Bei Erreichen des vorgesehenen
Sensorwertes wird dazu der Probenbehälter durch die
Steuervorrichtung so positioniert, daß ein Einströmen
des Mediums ermöglicht wird. Nach Befüllung des Pro
benbehälters wird dieser durch einen nachlaufenden Ab
schlußkolben verschlossen, um weiteres Eindringen des
im Bohrloch befindlichen Mediums sowie ein Austreten
des vom Probenbehälter aufgenommenen Mediums zu ver
hindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorge
schlagen, daß der Auslösestößel über Federn beauf
schlagt und mit einer steuernden Auslöseeinrichtung
derart verbunden ist, daß der Probenbehälter aus der
Ausgangslage in die Aufnahmelage sowie der Abschluß
kolben in die Verschlußlage bringbar ist. In jedem Be
triebszustand nimmt der Probenbehälter dadurch eine
definierte Position relativ zum Gehäuse ein.
Zur Erhöhung der Funktionsfähigkeit mit geringem Ener
gieaufwand ist vorgesehen, daß das Gehäuse oberhalb des
Verbindungselementes eine Zutrittsbohrung für einen
Entlastungsdruck des Abschlußkolbens aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Sen
sor als Drucksensor und/oder Temperatursensor ausge
bildet ist.
Zur Ermöglichung einer Probenaufnahme in Abhängigkeit
von einem vorgebbaren Zeitablauf wird vorgeschlagen,
daß die Auslöseeinrichtung von einer Zeitsteuerung be
aufschlagt ist.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß im Gehäuse
ein Kommunikationsfenster angeordnet ist, in dessen
Bereich eine Gehäusekommunikationseinrichtung vorge
sehen ist. Hierbei wird vorgeschlagen, daß das Kommu
nikationsfenster aus Quarzglas ausgebildet ist.
Für eine weitgehende Beweglichkeit wird vorgeschlagen,
daß die optische Datentelemetrie, visualisiert über
einen Rechner, im wesentlichen aus einer Kommunika
tionseinrichtung im Gehäuse und einer Bedienungskommu
nikationseinrichtung am Rechner besteht, die jeweils
durch einen Phototransistor sowie durch eine LED ge
bildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es mög
lich, daß das Gehäuse als ein Druckbehälter ausgebildet
ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß im Gehäuse eine
die Steuervorrichtung inklusive Datenspeicher sowie die
Auslöseeinrichtung speisende Energieversorgung ange
ordnet ist. Hierbei wird vorgeschlagen, daß die Ener
gieversorgung aus mindestens einem Akkumulator ausge
bildet ist. Eine weitere Ausführungsform besteht darin,
daß die Bedieneinrichtung als ein Standard-PC oder
Laptop ausgebildet ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich
nungen veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung;
Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung einer op
tischen Datentelemetrie.
Die dargestellte Vorrichtung zur Entnahme von Bohr
lochproben besteht im wesentlichen aus einer in einem
Gehäuse 1 angeordneten Steuervorrichtung 2, an deren
Ende ein mit einer verschließbaren Öffnung 3 versehener
Probenbehälter 4 über ein Verbindungselement 5 lösbar
angeordnet ist.
Von der Steuervorrichtung 2 wird ein Auslösestößel 6
ausgelöst, der durch Federn 26 unterstützt wird und
relativ zum Gehäuse 1 bewegbar ist und dabei den Pro
benbehälter 4 mit seinem Verbindungselement 5 aus einer
Ausgangslage in eine Aufnahmelage zur Befüllung ver
schiebt. Das Verbindungselement 5 besitzt zu diesem
Zweck radiale Befüllöffnungen 7, die in der Ausgangs
lage durch das Gehäuse 1 abgedeckt sind und in der
Aufnahmelage bei Verschiebung durch den Auslösestößel 6
freigegeben werden. Gleichzeitig wird über den
Auslösestößel 6 über eine koaxial angeordnete An
triebsstange 8 ein der Öffnung 3 zugeordneter Ab
schlußkolben 9 ausgelöst, der den Probenbehälter 4 im
Nachlauf verschließt.
Die Steuervorrichtung 2 wird in diesem Fall durch einen
Sensor 10 angesteuert, der als Drucksensor ausgebildet
ist. Es ist aber auch möglich, den Sensor 10 als Tem
peratursensor oder als einen Sensor für eine Leitfä
higkeit, ein Redoxpotential, einen pH-Wert oder einen
Sauerstoffgehalt eines einem Bohrloch zu entnehmenden
Mediums auszubilden. Es ist selbstverständlich möglich,
mehrere Sensoren 10 vorzusehen und mit mindestens
einigen der Sensoren 10 unterschiedliche
Parameter des im Bohrloch enthaltenen Mediums zu er
fassen. Einer dieser Sensoren 10 ist im Gehäuse 1 in
einem als Bohrung 11 ausgebildeten Durchtrittskanal
angeordnet. Selbstverständlich kann der Sensor 10 auch
an der Außenwandung des Gehäuses angeordnet sein.
Der Sensor 10 ist zur Übertragung von Daten mit der
Steuervorrichtung 2 verbunden. Die Steuervorrichtung 2
ist im wesentlichen aus elektronischen Bauelementen
ausgebildet und auf drei Baugruppen angeordnet. Es ist
eine Datentelemetriebaugruppe 12, eine Meßdatenerfas
sungsbaugruppe 13 sowie eine Auslöseansteuerungsbau
gruppe 14 vorgesehen. Die Auslöseansteuerungsbaugruppe
14 ist mit einer im wesentlichen elektro-mechanisch
ausgebildeten Auslöseeinrichtung 15 für den Auslöse
stößel 6 verbunden. Die Auslöseeinrichtung 15 positio
niert den Probenbehälter 4 mit Hilfe des Auslösestößels
6 in unterschiedlichen stationären Positionierungen. Es
handelt sich dabei um eine Ausgangslage, die der Pro
benbehälter 4 während seines Transportes zu einer Ent
nahmestelle einnimmt, einer Aufnahmelage, bei der der
Probenbehälter 4 mit seinen Befüllöffnungen 7 im
Bereich außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist und um
eine Verschlußlage, in der die Öffnung 3 durch den Ab
schlußkolben 9 des Probenbehälters 4 gegenüber seiner
Umgebung abgeschlossen wird.
Der Abschlußkolben 9 wird über die Bohrung 11 dabei mit
einem Ausgleichsdruck versorgt, der den Schließvorgang
unterstützt.
Die Steuervorrichtung 2 und die Auslöseeinrichtung 15
sind mit einer elektrischen Energieversorgung 16 ver
bunden. Die Energieversorgung 16 ist aus wiederauflad
baren Akkumulatoren oder Einwegbatterien gebildet. Im
Bereich der dem Probenbehälter 4 abgewandten Seite des
Gehäuses 1 ist ein Kommunikationsfenster 17 angeordnet,
das im wesentlichen Bereich seiner Ausdehnung transpa
rent ausgebildet ist. Insbesondere ist daran gedacht,
das Kommunikationsfenster 17 aus Quarzglas auszubilden.
Im Bereich der dem Innenraum des Gehäuses 1 zugewandten
Seite des Kommunikationsfensters 17 ist eine Gehäuse
kommunikationseinrichtung 18 angeordnet, die im we
sentlichen aus einem Phototransistor 19 sowie einer
Gehäuse-LED 20 ausgebildet ist.
Die Gehäusekommunikationseinrichtung 18 ist über eine
optische Datentelemetriestrecke 21 mit einer Bedien
kommunikationseinrichtung 22 verbunden, die einen Pho
totransistor 19 sowie eine LED 20 aufweist.
Die Bedienkommunikationseinrichtung 22 ist mit einer
Bedieneinrichtung 25 verbunden, die mindestens
bereichsweise als ein Digitalrechner ausgebildet ist.
Insbesondere ist daran gedacht, die Bedieneinrichtung
25 als einen als Laptop bezeichneten transportablen
Digitalrechner auszubilden. Im Bereich der Bedienein
richtung 25 ist eine eine Datenspeicherung
ermöglichende Diskettenstation und eine Festplatte so
wie ein Etikettendrucker angeordnet.
Das Gehäuse 1 sowie der Probenbehälter 4 sind aus kor
rosionsbeständigen Materialien ausgebildet. Der Probe
behälter 4 kann aus Kunststoff oder einem korrosions
armen Stahl, beispielsweise V4A, ausgebildet sein. Es
ist auch möglich, im Bereich eines Innenraumes des
Probenbehälters 4 eine Teflon-Beschichtung vorzusehen.
Sowohl das Gehäuse 1 als auch der Probenbehälter 4 sind
mit glatten und hinterschneidungsfreien Oberflächen
ausgestattet.
Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Funktion ist
eine automatische Batterieüberwachung realisiert, die
bei einem unzureichenden Energievorrat eine Selbstab
schaltung auslöst. Darüber hinaus ist vorgesehen, über
die Bedieneinrichtung 25 den Probenehmer zu
programieren. Ebenfalls kann über der Bedieneinrichtung
25 ein anderes Entnahmekriterium festgelegt werden,
beispielsweise statt der Auslösung der Befüllung des
Probenbehälters 4 in Abhängigkeit von der Absenktiefe
eine Befüllung in Abhängigkeit von einer anderen mit
Hilfe der Sensoren 10 erfaßten physikalischen Eigen
schaft des zu entnehmenden Mediums, beispielsweise
dessen Temperatur, festgelegt werden.
Zur Entnahme einer Bohrlochprobe aus einem Bohrloch
wird die Vorrichtung in das Bohrloch abgesenkt nachdem
sie durch den Laptop 25 programiert wurde. Nach er
folgter Probenahme wird die Gehäusekommunikationsein
richtung 18 mit der Bedienkommunikationseinrichtung 22
verbunden. Über die optische Datentelemetriestrecke 21
werden Meßdaten von der Steuervorrichtung 2 zur Be
dieneinrichtung 25 übermittelt und in umgekehrter
Richtung Steuerbefehle übertragen. Von den Sensoren 10
ermittelte Meßwerte können so im Bereich der Bedien
einrichtung 25 angezeigt werden. Es ist darüber hinaus
möglich, den zeitlichen Verlauf der gemessenen Para
meter graphisch im Bereich der Bedieneinrichtung 25
darzustellen. Mit Hilfe des Drucksensors wird bei
spielsweise die Absenktiefe ermittelt und im Bereich
der vorgesehenen Positionierung die Befüllung des Pro
benbehälters 4 ausgelöst. Der Probenbehälter 4 wird
dazu aus seiner Ruhelage in die Aufnahmelage ver
schoben, und nimmt das im Bohrloch enthaltene Medium
auf. Anschließend wird der Probenbehälter 4 vom Ab
schlußkolben 9 verschlossen, daß der Innenraum des
Probenbehälters 4 mit dem darin eingeschlossenen Medium
gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Alternativ
zur Auslösung des Befüllvorganges in Abhängigkeit vom
ermittelten Druck oder einem anderen physikalischen
Parameter des Bohrlochmediums kann auch eine Auslösung
mit Hilfe einer Zeitsteuerung vorgesehen sein.
Bei mehreren Sensoren 10 werden die von ihnen abgege
benen analogen Meßsignale mit Hilfe eines Multiplexers
einem Analog-Digital-Wandler im Probenehmer zugeführt,
der die gewandelten Meßdaten zur Meßdatenerfassungs
baugruppe 13 überträgt.
Nach einer Entnahme der Vorrichtung aus dem Bohrloch
kann der Probenbehälter 4 vom Gehäuse 1 gelöst und mit
Hilfe eines vom Etikettendrucker hergestellten Eti
kettes, auf dem die spezifischen Daten angegeben sind,
in eindeutiger Weise gekennzeichnet werden. Ein Trans
port der Vorrichtung kann in einfacher Weise in einem
Transportkoffer erfolgen, der für die einzelnen Ele
mente der Vorrichtung vorgesehene Aufnahmen aufweist.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Entnahme von Wasserproben, insbe
sondere aus Bohrlöchern, die eine Bedieneinheit
sowie einen von einer Steuervorrichtung beauf
schlagten und mit mindestens einer verschließbaren
Öffnung versehenen Probebehälter aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit einen
bidirektionalen optischen Datenübertragung zur
Programmierung und Datenübernahme aufweist und eine
Probenahme über mindestens einen Sensor (10)
ereignisgesteuert wird, indem ein elektro-mecha
nisch in Richtung der Längsachse beweglicher Aus
lösestößel (6) betätigbar ist, der ein Verbin
dungselement (5) mit dem Probebehälter (4) zur
Freigabe von Befüllöffnungen (7) in eine Aufnahme
lage in Längsrichtung verschiebt und die Öffnung
(3) des Probebehälters (4) durch einen Abschluß
kolben (9) verschließbar ist, wobei die
Befüllöffnungen (7) in einer Ausgangslage durch ein
Gehäuse (1) schiebeartig abgedeckt sind, und daß
die Sensordaten, die Zeit und die Auslöseparameter
in der Steuervorrichtung (2) speicherbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Auslösestößel (6) über Federn (26)
beaufschlagt und mit einer steuernden Auslöseein
richtung (15) derart verbunden ist, daß der Pro
benbehälter (4) aus der Ausgangslage in die Auf
nahmelage sowie der Abschlußkolben (9) in die Ver
schlußlage bringbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) oberhalb des
Verbindungselementes (5) eine Zutrittsbohrung (11)
für einen Entlastungsdruck des Abschlußkolbens (9)
aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) als
Drucksensor und/oder Temperatursensor ausgebildet
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung
(15) von einer Zeitsteuerung beaufschlagt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein Kom
munikationsfenster (17) angeordnet ist, in dessen
Bereich eine Gehäusekommunikationseinrichtung (18)
vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß das Kommunikationsfenster (17) aus Quarz
glas ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die optische
Datentelemetrie (21), visualisiert über einen
Rechner (25), im wesentlichen aus einer Kommunika
tionseinrichtung (18) im Gehäuse (1) und einer Be
dienungskommunikationseinrichtung (22) am Rechner
(25) besteht, die jeweils durch einen Phototran
sistor (19) sowie durch eine LED (20) gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als ein
Druckbehälter ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) eine die
Steuervorrichtung (2) inklusive Datenspeicher sowie
die Auslöseeinrichtung (15) speisende Energiever
sorgung (16) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Energieversorgung (16) aus mindestens
einem Akkumulator gebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß die Bedieneinrichtung
(25) als ein Standard-PC oder Laptop ausgebildet
ist.
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