DE4426501C2 - Sensoriksystem zur geometrischen Vermessung unzugänglicher unterirdischer Hohlräume - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensoriksystem zur geometrischen Vermessung unzu­ gänglicher unterirdischer Hohlräume oder Kavernen gemäß des Oberbegriffs des An­ spruchs 1.

Für die geometrische Vermessung zur Bestimmung von Form und Volumen unterirdischer Hohlräume und Kavernen in Tiefen bis zu 2500 m und Drücken bis zu 300 bar werden Meßsonden über ein stahlarmiertes Bohrlochkabel verbracht.

Ein entsprechendes Sensoriksystem ist beispielsweise aus der DE-PS 16 23 111 bekannt.

Die Genauigkeit der Vermessung eines unterirdischen Hohlraumes oder einer Kaverne hängt wesentlich vom Aufbau und der Anordnung der Sensoren und von deren starrer Kopplung und Kombination im Gesamtsystem ab. Im Hinblick auf die letzt­ genannte Bedingung weist die vorgenannte bekannte Vorrichtung ihre Probleme auf, da eine starre Kopplung der beteiligten Bauelemente bei dieser Vorrichtung nicht gewährleistet ist und daher die dort vorgenommene relative Positionsbestimmung der Sensoren systembedingt fehlerbehaftet ist.

Ergänzend wird zum Stand der Technik auf weitere, allerdings nicht gattungsge­ mäße, bekannte Meßvorrichtungen in der DE 43 42 381 A1, der AT 397 432 B, der US-PS 5,172,480 und der DE 42 38 034 C1 verwiesen, die allerdings zur Lösung des im vorherge­ henden geschilderten Problems nichts beitragen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensoriksystem gemäß des Ober­ begriffes des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das durch seinen Aufbau den Anforderungen und Problemen beim Betrieb über ein bis zu 2500 m langes Bohrlochkabel in unter­ schiedlichen Füllmedien wie Sole, Wasser, Gas, Öl etc. Rechnung trägt und insbesondere die exakte absolute Messung und Verarbeitung von Hohlraumdaten erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensoriksystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Sensoriksystem verfügt über einen Sensorträger, der vor­ zugsweise über eine druckfeste Schnellverbindung zur optimalen Anpassung an die Aufgabenstellung mit horizontal und vertikal gerichteten Sensoren wechselbar ist, wobei der Sensorträger über eine starre Kopplung mit einem Neigungssensor und einem Kippgelenk und einem steuerbaren Kippantrieb verbunden ist. In starrer Verbin­ dung damit steht ein Orientierungssystem zur azimutalen Überwachung der Ausrich­ tung der Sensoren. Über eine Druckdichtung und Antriebswelle ist der in starrer Verbin­ dung stehende Sensormeßkopf mit einem steuerbaren Drehantrieb und der restlichen Sensorik und Elektronik verbunden. Durch die starre Verbindung und Ausrichtung des Neigungssensors mit dem Sensorträger kann die absolute räumliche Orientierung des Sensorträgers exakt erfaßt und eine Zuordnung der Meßdaten für jede Meßrichtung ermöglicht werden. Außerdem ist gewährleistet, daß der Neigungssensor bei teilweiser Führung des oberen Sondenbereiches durch die Bohrung bzw. die Verrohrung des Bohrloches die damit verbundene Neigung azimutalgerecht, bezogen auf den Sen­ sorträger erfaßt und zur Zuordnung der Meßdaten für jede Meßrichtung bereitstellt.

Zudem kann der Neigunssensor zur spielfreien Steuerung und Regelung des Kippantriebes verwendet werden.

Auch eine durch beim Auskippen des Sensorträgers verursachte Schwerpunkt­ verlagerung und die damit verursachte Auslenkung der Gesamtanordnung kann erfin­ dungsgemäß vom Neigungssensor erfaßt und zur Kippkorrektur bzw. Zuordnung der Daten des Sensorträgers verwendet werden.

Eine vorzugsweise vorgesehene Schnellverbindung verfügt über Fixierungen zur Beibehaltung der starren Kopplung zur Sensorik, die zur Anpassung an die Aufgaben­ stellung, dennoch gewechselt werden kann.

Das azimutale Orientierungssystem kann zur Steuerung, Überwachung und durch die starre Kopplung zur spielfreien Nachführung der Sensorik herangezogen werden. Dabei können durch die Bezeichnung "azimutales Orientierungssystem" alle am Markt befindlichen bzw. noch erscheinenden Systeme eingeschlossen sein.

Die sensorbedingten Elektronikeinheiten sind räumlich bestimmten Bereichen zugeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensoriksystems ist in der Zeichnung in der einzigen Figur dargestellt.

Für die Vermessung unterirdischer Hohlräume und Kavernen wird ein Sensorik­ system gezeigt, bei dem über eine druckfeste Schnellverbindung (2) ein wechselbarer Sensorträger (1), zur optimalen Anpassung an die Aufgabenstellung mit horizontal und vertikal gerichteten Sensoren, über eine starre Kopplung mit einem Neigungssensor (3) und einem Kippgelenk (4) und einem steuerbaren Kippantrieb (5) verbunden ist.

In starrer Verbindung mit den vorgenannten Gruppen (1-5) steht ein Orientie­ rungssystem (6+7) zur azimutalen Überwachung der Ausrichtung der Sensoren (1) und (3).

Über eine Druckdichtung und Antriebswelle (8) ist der in starrer Verbindung stehende Sensormeßkopf mit einem steuerbaren Drehantrieb (10) und der restlichen Sensorik und Elektronik verbunden.

Der Neigungssensor (3) steht in starrer Verbindung und Ausrichtung mit dem Sensorträger (1) und ermöglicht eine Zuordnung der Meßdaten für jede Meßrichtung.

Der Neigungssensor (3) erfaßt bei teilweiser Führung des oberen Sondenbe­ reiches durch die Bohrung bzw. die Verrohrung die damit verbundene Neigung azimu­ talgerecht (6+7) bezogen auf den Sensorträger (1) und stellt sie zur Zuordnung der Meßdaten für jede Meßrichtung bereit.

Der Neigungssensor (3) wird zur spielfreien Steuerung und Regelung des Kippan­ triebs (5) verwendet.

Der Neigungsmesser (3) erfaßt die durch die beim Auskippen des Sensorträgers (1) verursachte Schwerpunktverlagerung und die damit verursachte Auslenkung der Ge­ samtanordnung, sie wird ebenfalls zur Kippkorrektur bzw. Zuordnung der Daten des Sensorikträgers (1) verwendet.

Der Sensorträger (1) kann über eine Schnellverbindung mit Fixierungen unter Beibehaltung der starren Kopplung zur Sensorik, zur Anpassung an die Aufgabenstel­ lung, gewechselt werden.

Ein oder mehrere azimutale Orientierungssystem(e) (6+7) können zur Steuerung Überwachung und durch die starre Kopplung zur spielfreien Nachführung der Sensorik (1+3) herangezogen werden.

Die sensorbedingten Elektronikeinheiten sind räumlich den Bereichen (1 bis 7) zugeordnet.

Ein Sensoriksystem (9) erfaßt Rotationsbeschleunigungen, die durch die Nach­ führung der Gruppen (1 bis 8) in Verbindung mit der freien Aufhängung über das Bohr­ lochkabel (11) und der Schwerpunktverlagerung des Sensorträgers durch Auskippen entstehen, im Bereich (9+10) und gleicht diese durch geeignete Systeme (Kreiselsyste­ me, geregelte Gegenmassen etc.) aus.

Die Nachführung und Anpassung der Sensoren auf dem Sensorträger (1) auf das Umfeld wird durch die vom Umfeld vorgegebenen Einflüsse elektronisch, mechanisch und meßtechnisch angepaßt.

Claims (6)

1. Sensoriksystem zur geometrischen Vermessung unzugänglicher unterir­ discher Hohlräume oder Kavernen, mit einem an einem Bohrlochkabel abgehängten und durch ein Bohrloch in den zu vermessen den Hohlraum absenkbaren Sensorikkörper (1 bis 10) mit einem Sensor aufweisenden Sensormeßkopf (1 bis 7), der entlang einer Trennebene (8) von dem Rest des Sensorikkörpers (9, 10) drehbar getrennt und mittels eines Drehantriebes (10) um die Längsachse des Sensorikkörpers drehbar ist, und mit einem Sensorträger (1) als Be­ standteil des Sensormeßkopfes, der um ein Kippgelenk (4) in seiner Neigung verstell­ bar ist, wobei der Sensorträger (1) wenigstens einen Meßsensor aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß

• a) der Sensormeßkopf (1 bis 7) ein dessen azimutale Orientierung überwachen des Orientierungssystem (6, 7) unterhalb der Trennebene (8) aufweist,
• b) ein Neigungssensor (3) unterhalb des Kippgelenkes (4) vorgesehen ist, der in starrer Verbindung und Ausrichtung mit dem Sensorträger (1) steht und
• c) ein Rotationsbeschleunigungen des Sensorikkörpers (1 bis 10) um seine Längsachse erfassen des Sensoriksystem (9) vorgesehen ist.

2. Sensoriksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor­ träger (1) mittels starrer Kopplungselemente auswechselbar und vom Bereich des Neigungssensors (3) abtrennbar über eine Schnellverbindung mit Fixierungen verbunden ist.

3. Sensoriksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Sensoriksystem (9) eine Stabilisierungseinrichtung steuerbar ist.

4. Sensoriksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabili­ sierungseinrichtung ein Kreiselsystem oder geregelte Gegenmassen umfaßt.

5. Sensoriksystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungssensor (3) zur spielfreien Steuerung und Re­ gelung des Kippantriebes verwendbar ist.

6. Sensoriksystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das azimutale Orientierungssystem (6, 7) zur spielfreien Steuerung und Regelung des Drehantriebes (10) verwendbar ist.