FI120559B - Menetelmä jännitysaallon mittaamiseksi, mittauslaite ja kallion rikkomislaite - Google Patents

Description

Menetelmä jännitysaallon mittaamiseksi, mittauslaite ja kallion rikkomislaite

Keksinnön tausta 5 Keksinnön kohteena on menetelmä kallion rikkomisessa käytettävän jännitysaallon mittaamiseksi, jossa menetelmässä mitataan aaltojohteessa etenevää jännitysaaltoa, joka on annettu aaltojohteen kuljetettavaksi.

Edelleen keksinnön kohteena on mittauslaite jännitysaallon mittaamiseksi, joka käsittää: ainakin yhden mittauselimen; sekä ainakin yhden oh-10 jausyksikön mittaustulosten käsittelemiseksi.

Vielä keksinnön kohteena on kallion rikkomislaite, joka käsittää: rungon; työkalun; laitteen jännitysaaltojen muodostamiseksi työkaluun; mittausvälineet työkalussa kulkevan jännitysaallon mittaamiseksi; ainakin yhden ohjausyksikön kallion rikkomislaitteen ohjaamiseksi mitatun jännitysaallon pe-15 rusteella.

Kallion rikkomista voidaan tehdä poraamalla iskevällä kallioporako-neella reikiä kallioon. Vaihtoehtoisesti kalliota voidaan rikkoa rikotusvasaralla. Kallio on ymmärrettävä tässä yhteydessä laajasti, jolloin se käsittää myös irtolohkareen, kiviaineksen, maankuoren ja muun suhteellisen kovan materiaalin. 20 Kallioporakone ja rikotusvasara käsittävät iskulaitteen, jolla annetaan iskupuls-seja suoraan työkalulle tai poraniskan välityksellä työkalulle. Iskulaitteen avulla muodostetaan siis työkaluun puristusjännitysaalto, joka etenee työkalun uloim-paan päähän saakka. Kun puristusjännitysaalto saavuttaa työkalun uloimman pään, tunkeutuu työkalu sen vaikutuksesta kallioon. Osa iskulaitteen muodos-25 tämän puristusjännitysaallon energiasta heijastuu takaisin heijastusaaltona, joka etenee työkalussa vastakkaiseen suuntaan eli kohti iskulaitetta. Tilanteesta riippuen voi heijastusaalto käsittää pelkästään puristusjännitysaallon tai ve-tojännitysaallon. Tyypillisesti heijastusaalto käsittää kuitenkin sekä veto- että puristusjännityskomponentin. Työkalussa kulkeva jännitysaalto voidaan mitata 30 ja mittaustulosta voidaan käyttää hyväksi kallion rikkomislaitteen ohjaamisessa, esimerkiksi patentissa US 4 671 366 esitetyllä tavalla. Tyypillisesti jännitysaallon mittaamiseen käytetään vastusvenymäliuskoja, joiden ongelmana on kuitenkin venymäliuskojen kiinnittäminen. Venymäliuskojen liimaaminen työkaluun on vaikeaa. Edelleen on patenteissa US 6 356 077 ja US 6 640205 esitet-35 ty sovitettavaksi työkalun ympärille kela, jolla mitataan työkalussa tapahtuvia magnetostriktiivisia tai magnetoelastisia muutoksia, jotka ovat seurausta järini- tysaalloista. Näiden induktiivisten menetelmien ongelmana on se, että työkalun materiaalin koostumus ja magneettinen historia vaikuttavat mittaustarkkuuteen.

2

Keksinnön lyhyt selostus 5 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen ja parannettu järjestely jännitysaallon mittaamiseksi aaltojohteesta.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että määritetään aaltojohteen poikkipinnassa tapahtuva geometrinen muutos jännitysaallon kulkiessa mittauskohdan ohi; määritetään aaltojohteen poikkipinnas-10 sa tapahtuva geometrinen muutos ilman mekaanista kosketusta mittauselimen ja aaltojohteen välillä; ja määritetään poikkipinnan muutoksen perusteella jännitysaallon ominaisuuksia.

Keksinnön mukaiselle mittauslaitteelle on tunnusomaista se, että mittauslaite käsittää kosketuksettomat mittauselimet aaltojohteen poikkipin-15 nassa jännitysaallon vaikutuksesta tapahtuvan geometrisen muutoksen havaitsemiseksi ilman mekaanista kosketusta; ja että ohjausyksikkö on sovitettu määrittämään aaltojohteen poikkipinnan muutoksen perusteella mitatun jännitysaallon ominaisuuksia.

Keksinnön mukaiselle kallion rikkomislaitteelle on tunnusomaista se, 20 että kallion rikkomislaite käsittää kosketuksettomat välineet työkalun poikkipinnassa jännitysaallon vaikutuksesta tapahtuvan geometrisen muutoksen havaitsemiseksi ilman mekaanista kosketusta; ja että ainakin yksi ohjausyksikkö on sovitettu määrittämään työkalun poikkipinnan muutoksen perusteella jännitysaallon ominaisuuksia kallion rikkomislaitteen ohjausta varten.

25 Keksinnön ajatus on, että määritetään aaltojohteessa kulkevan jän nitysaallon vaikutus aaltojohteen geometriseen poikkipintaan ja määritetään sen perusteella jännitysaallon ominaisuuksia. Puristusjännitysaalto pyrkii puristamaan aaltojohdetta pituussuunnassa kokoon, jolloin aaltojohteen poikkipinta-ala pyrkii puristusjännitysaallon kohdalla kasvamaan. Vastaavasti vetojänni-30 tysaalto pyrkii venyttämään aaltojohdetta pituussuunnassa, jolloin aaltojohteen geometrinen poikkipinta-ala pyrkii pienentymään vetojännitysaallon kohdalla. Poikkipinnan muutoksen suuruuden on havaittu korreloivan suoraan jännitysaallon voimakkuuden kanssa.

Keksinnön etuna on, että jännitysaaltojen mittaus on helpommin hal-35 liitävissä kuin magnetostriktiivisissa ja magnetoelastisissa mittausmenetelmissä.

3

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että sovitetaan aaltojohteen läheisyyteen tai ympärille yksi tai useampi sähköä johtava mittauselektrodi, joka muodostaa yhdessä aaltojohteen ja eristeraon kanssa kapasitorin. Mittauslaite on sovitettu määrittämään näin muodostetun kapasito-5 rin kapasitanssia, johon vaikuttaa olennaisesti yksinomaan eristeraon suuruus. Eristeraon suuruuteen vaikuttaa puolestaan aaltojohteen pullistuma ja ohentuma, jotka johtuvat aaltojohteessa kulkevista jännitysaalloista. Mittauslaite voi mitata kapasitiivista muutosta aaltojohteen ja elektrodin välillä tai vaihtoehtoisesti se voi olla sovitettu mittaamaan kapasitanssia kahden mittauselektrodin 10 välillä, jotka kumpikin muodostavat kapasitorin aaltojohteen kanssa.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kapasi-tiiviseen mittaukseen käytettävä mittauselektrodi on sähköä johtava rengas, joka on sovitettu aaltojohteen ympärille.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että jänni-15 tysaallon mittaus on kosketukseton, jolloin aaltojohde voi kääntyä akselinsa ympäri ja liikkua aksiaalisuunnassa mittauselimien estämättä. Erityisesti kal-lionporauksessa tämä on edullista, sillä tyypillisesti työkalua pyöritetään porauksen aikana pyörityslaitteella.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kapasi-20 tiiviseen mittaukseen käytettäviä mittauselektrodeja on sovitettu ainakin kaksi aaltojohteen pituussuunnassa tarkasteltuna peräkkäin. Peräkkäiset mittaus-elektrodit ovat eristetyt toisistaan. Tällöin mittaussignaalit voidaan johtaa peräkkäisiltä mittauselektrodeilta johtimia tai vastaavia pitkin ainakin yhdelle ohjausyksikölle, jolloin mittauslaitteen ja aaltojohteen välillä ei ole mekaanista 25 kosketusta, vaan mittaus voi olla kosketukseton.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että kapasi-tiiviseen mittaukseen käytettävä mittauselektrodi on laakeroitu aaltojohteeseen niin, että se säilyttää asemansa aaltojohteen suhteen mahdollisesta aaltojohteen poikkisuuntaisesta siirtymästä huolimatta. Tällöin aaltojohteen poikkisuun-30 täinen siirtymä ei siten vaikuta mittaustulokseen olennaisesti lainkaan.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että käytetään ainakin yhdessä mittauskohdassa kahta tai useampaa kapasitiiviseen mittaukseen perustuvaa mittauselektrodia, jotka ovat sovitetut aaltojohteen pituussuunnassa tarkasteltuna samalle kohtaa, mutta jotka mittauselektrodit 35 ovat toisiinsa nähden aaltojohteen vastakkaisilla puolilla. Jännitysaallon mittaus voidaan suorittaa määrittämällä aaltojohteen vastakkaisilla puolilla olevien 4 elektrodiosien ja aaltojohteen välistä kapasitanssia. Tällöin mittauselektrodeja ei tarvitse kytkeä mekaanisesti aaltojohteeseen, vaan mittaus voi olla kosketukseen. Toisaalta mittauselektrodeilta saatuja mittaustuloksia voidaan käsitellä mittauslaitteen ohjausyksikössä esimerkiksi niin, että aaltojohteen poik-5 kisuuntainen siirtymä suodatetaan pois. Tällöin aaltojohteen ja mittauselektro-dien väliset keskinäiset poikkisuuntaiset liikkeet eivät vaikuta mittaustuloksiin, vaan jännitysaalto määritetään ainoastaan aaltojohteen geometrisessa poikkipinnassa tapahtuvan mittamuutoksen perusteella.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että mittaus-10 elektrodi on sovitettu aaltojohteen suurimman ulkodimension kohdalle, jolloin mittaustarkkuus voi olla parempi. Mittauselektrodi voidaan sovittaa kalliopora-koneessa esimerkiksi poraniskan ympärille, sillä tyypillisesti poraniskan halkaisija on poratankoa suurempi.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että ohjaus-15 yksikkö on sovitettu säätämään kallion rikotuslaitteen ohjausparametreja mitatun jännitysaallon perusteella. Ohjausyksikkö voi käsittää yhden tai useampia säätöstrategioita, joiden tavoitteena voi olla esimerkiksi saavuttaa työkalun maksimi tunkeutumanopeus, parantaa porauksessa porareiän laatua, saavuttaa pidempi työkalun ja kaluston kestoikä tai parantaa kallion rikkomislaitteen 20 hyötysuhdetta. Ohjausparametreja voivat olla esimerkiksi iskutaajuus, is-kuenergia ja syöttövoima. Edelleen kallionporauksessa voi ohjausparametrina olla lisäksi syöttönopeus, pyöritysnopeus ja huuhtelu.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että mittauslaite käsittää ainakin yhden muistivälineen mittaustulosten tallentamiseksi. Täl-25 löin mittaustulokset voidaan tallentaa ja käyttää hyväksi myöhemmin, esimerkiksi työkohteen kivilajin selvittämiseksi, työkohteen ja käytettävän työmenetelmän suunnittelussa tai kunnonvalvonnan apuna. Mittaustulosten käsittely voidaan tehdä erillisessä laskentayksikössä.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että mittaus-30 laite käsittää ainakin yhden tiedonsiirtoelimen mittaustulosten välittämiseksi mittauslaitteelta kallion rikkomislaitteen ohjausyksikölle tai jollekin toiselle laitteelle. Tällöin mittaustuloksia voidaan käyttää hyväksi porausprosessin tai riko-tusprosessin ohjaamisessa.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että mitataan 35 aaltojohteen poikkipinnan muutosta elektromekaanisen kalvon (EMFi) avulla, 5 joka reagoi siihen kohdistuvaan puristukseen aaltojohteen poikkileikkauksen suurentuessa ja pienentyessä.

Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että mitataan aaltojohteen poikkipinnan muutosta lasersäteen avulla.

5 Keksinnön erään sovellutusmuodon ajatuksena on se, että mitataan jännitysaaltoa aaltojohteen tilavuuden muutoksen perusteella.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksinnön eräitä sovellutusmuotoja selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa 10 kuvio 1a esittää kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä erästä kal- lionporauslaitetta, kuvio 1b esittää kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä erästä riko-tusvasaraa, kuvio 2a esittää kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä erästä kallio-15 porakonetta ja siihen kytkettyä työkalua poraustilanteessa, kuvio 2b esittää kaavamaisesti työkalun ensimmäistä päätä eli isku-laitteen puoleista päätä ja heijastuneen jännitysaallon kulkua, kuviot 2c ja 2d esittävät kaavamaisesti eräitä porauksen erikoistilanteita ja jännitysaallon heijastumista takaisinpäin työkalun uloimmasta päästä eli 20 toisesta päästä, kuvio 3 esittää kaavamaisesti erään aaltojohteen poikkileikkausta ja keksinnön mukaista periaatetta jännitysaaltojen mittaamiseksi, kuvio 4a esittää kaavamaisesti ja työkalun pituussuunnassa päin nähtynä jännitysaaltojen kapasitiivista mittausta aaltojohteen ympärille sovite-25 tun yhden elektrodin avulla, kuvio 4b esittää kaavamaisesti ja työkalun pituussuunnassa päin nähtynä kapasitiiviseen mittaukseen perustuvan mittauselektrodin jakamista useisiin elektrodiosiin aaltojohteen ympärille, kuvio 5 esittää kaavamaisesti ja perspektiivisesti tarkasteltuna jänni-30 tysaaltojen kapasitiivista mittausta aksiaalisuunnassa peräkkäisten elektrodien avulla, kuvio 6 esittää kaavamaisesti ja työkalun pituussuunnassa päin nähtynä jännitysaaltojen kapasitiivista mittausta yhdellä tai useammalla elektrodilla, jotka ovat sovitetut putkimaisen aaltojohteen sisään, 35 kuvio 7 esittää kaavamaisesti ja sivulta päin nähtynä järjestelyä, jossa mittauselektrodit ovat laakeroidut mitattavaan aaltojohteeseen, 6 kuvio 8 esittää kaavamaisesti ja työkalun pituussuunnasta päin nähtynä laserinterferometriaan perustuvan jännitysaaltomittauksen periaatetta, kuvio 9 esittää kaavamaisesti ja työkalun pituussuunnasta päin nähtynä aaltojohteen ympärillä olevaan väliaineeseen, kuten EMFi-kalvoon perus-5 tuvaa jännitysaaltojen mittaamista, kuvio 10 esittää kaavamaisesti ja työkalun pituussuunnasta päin nähtynä jännitysaaltojen mittausta, joka perustuu työkalun ympärillä olevan nestetilan tilavuuden muutokseen, kuviot 11-13 esittävät kaavamaisesti eräitä kapasitiivisen mittauk-10 sen perusteella määritettyjä kuvaajia tilanteessa, jossa kalliota porataan alisyö-töllä, kuviot 14-16 esittävät kaavamaisesti eräitä kapasitiivisen mittauksen perusteella määritettyjä kuvaajia tilanteessa, jossa porattava kallio on pehmeää kivilajia, ja 15 kuviot 17-20 esittävät kaavamaisesti eräitä kuvaajia liittyen kapasi- tiivisten mittauselektrodien ja aaltojohteen välisen epäkeskeisyyden kompensointiin.

Kuvioissa keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty selvyyden vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla 20 viitenumeroilla.

Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 esitetty kallionporauslaite 1 käsittää alustan 2 sekä ainakin yhden syöttöpalkin 3, jolle on sovitettu liikuteltavasti kallioporakone 4. Kallioporakonetta 4 voidaan syöttölaitteen 5 avulla työntää kohti porattavaa 25 kiveä ja vastaavasti vetää siitä poispäin. Syöttölaitteeseen 5 voi kuulua esimerkiksi yksi tai useampi hydrauIisyIinteri, joka voi olla sopivien voimansiir-toelimien avulla sovitettu liikuttamaan kallioporakonetta 4. Tyypillisesti syöttö-palkki 3 on sovitettu puomiin 6, jota voidaan liikutella alustan 2 suhteen. Kallioporakone 4 käsittää iskulaitteen 7 iskupulssien antamiseksi kallioporakonee-30 seen 4 kytketylle työkalulle 8. Työkalu 8 voi käsittää yhden tai useampia pora-tankoja sekä porakruunun 10. Edelleen porakoneeseen 4 voi kuulua pyöritys-laite 11 työkalun 8 pyörittämiseksi pituusakselinsa ympäri. Porauksen aikana iskulaitteella 7 annetaan iskupulsseja työkalulle 8, jota voidaan samanaikaisesti pyörittää pyörityslaitteen 11 avulla. Lisäksi kallioporakonetta 4 voidaan työn-35 tää porauksen aikana kiveä kohti niin, että porakruunu 10 pystyy työstämään kiveä. Kallionporausta voidaan ohjata yhden tai useamman ohjausyksikön 12 7 avulla. Ohjausyksikkö 12 voi käsittää tietokoneen tai vastaavan laitteen. Ohjausyksikkö 12 voi antaa ohjauskomentoja kallioporakoneen 4 ja syöttölaitteen 5 toimintaa ohjaaville toimilaitteille, kuten esimerkiksi paineväliainetta ohjaaville venttiileille. Kallioporakoneen 4 iskulaite 7, pyörityslaite 11 ja syöttölaite 5 voi-5 vat olla paineväliainetoimisia toimilaitteita tai ne voivat olla sähköisiä toimilaitteita.

Kuviossa 2a on esitetty eräs kallioporakone 4, jossa olevaan porauskaan 13 on kytketty työkalu 8. Ka lliopora koneeseen 4 kuuluva iskulaite 7 voi käsittää iskuelementin 14, kuten esimerkiksi edestakaisin liikuteltavasti so-10 vitetun iskumännän, joka on sovitettu iskemään poraniskassa 13 olevaan isku-pintaan 15 ja muodostamaan iskupulssin, joka etenee materiaalista riippuvalla nopeudella puristusjännitysaaltona poraniskan 13 ja työkalun 8 läpi porakruu-nulle 10. Eräs kallioporauksen erikoistapaus on esitetty kuviossa 2c, jossa po-rakruunu 10 ei pysty puristusjännitysaallon p vaikutuksesta tunkeutumaan kal-15 lioon 16. Tämä voi johtua esimerkiksi erittäin kovasta kivimateriaalista 16'. Tällöin alkuperäinen jännitysaalto p heijastuu puristusjännitysaaltona h porakruu-nusta 10 takaisin päin kohti iskulaitetta 7. Toinen erikoistapaus on esitetty kuviossa 2d. Siinä porakruunu 10 voi liikkua esteettä eteenpäin ilman vastustavaa voimaa. Esimerkiksi silloin, kun porataan kalliossa olevaan onkaloon, on 20 tunkeutumavastus vähäinen. Tällöin alkuperäinen puristusjännitysaalto p heijastuu vetoheijastusaaltona porakruunusta 10 takaisin päin kohti iskulaitetta 7. Käytännön porauksessa, joka on esitetty kuviossa 2a, porakruunu 10 kohtaa vastustusta, mutta pystyy kuitenkin liikkumaan puristusjännitysaallon p vaikutuksesta eteenpäin. Porakruunun 10 liikettä eteenpäin vastustaa voima, jonka 25 suuruus riippuu siitä, kuinka paljon porakruunu 10 on tunkeutunut kallioon 16; mitä syvemmälle porakruunu 10 tunkeutuu, sitä suurempi on vastustava voima ja päinvastoin. Niinpä käytännön porauksessa porakruunusta 10 heijastuu hei-jastusaalto h, joka käsittää sekä veto- että puristusheijastuskomponentit. Kuvioissa vetojännitys on merkitty (+) -merkillä ja puristusjännitys (-) -merkillä. 30 Vetoheijastuskomponentti (+) on heijastuneessa aallossa h aina ensimmäisenä ja puristusjännityskomponentti (-) jälkimmäisenä. Tämä johtuu siitä, että primäärin puristusjännitysaallon p vaikutuksen alkuvaiheessa porakruunun 10 tunkeutuma ja tunkeutumavastus on pieni, jolloin muodostuu vetoheijastuskomponentti (+). Alkutilanne muistuttaa siten edellä kuvattua erikoistilannetta, 35 jossa porakruunu 10 voi liikkua ilman merkittävää vastustavaa voimaa eteenpäin. Sen sijaan primäärin puristusjännitysaallon p vaikutuksen loppuvaihees- 8 sa porakruunu 10 on jo tunkeutunut syvemmälle kallioon 16, jolloin tunkeuma-vastus on suurempi, eikä alkuperäinen puristusjännitysaalto p jaksa enää olennaisesti työntää porakruunua 10 eteenpäin syvemmälle kallioon 16. Tämä tilanne muistuttaa edellä esitettyä toista erikoistapausta, jossa porakruunun 10 5 eteneminen kallioon 16 on estynyt. Näin siis syntyy heijastuva puristusjännitysaalto (-), joka seuraa välittömästi porakruunusta 10 ensin heijastuneen veto-jännitysaallon (+) jäljessä.

Kallionporauksessa jännitysaalto voidaan mitata poraniskasta, pora-tangosta tai molemmista, jotka siis toimivat aaltojohteena.

10 Kuviossa 1b esitetyssä rikotusvasarassa 20 aaltojohteena voi puo lestaan olla terä tai teränpidin. Myöskin rikotusvasarassa 20 iskulaitteen 7 avulla työkaluun 8 muodostettu etenevä jännitysaalto kulkee työkalun ensimmäisestä päästä, eli iskulaitteen puoleisesta päästä työkalun toiseen päähän, sekä edelleen takaisin työkalun ensimmäiseen päähän.

15 Kuviossa 3 on havainnollistettu keksinnön mukaista mittausperiaa tetta. Aaltojohteen 21 geometrisessa poikkipinnassa tapahtuu muutos jänni-tysaallon kulkiessa siinä. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tämä geometrinen poikkipintamuutos mitataan ja sen perusteella määritetään jänni-tysaallon ominaisuudet, kuten esimerkiksi aallon muoto, amplitudi, aallonpi-20 tuus, taajuus jne. Kun puristusjännitysaalto kulkee aaltojohteessa 21, pyrkii sen poikkileikkaus jännitysaallon kohdalla puristumaan kokoon, jolloin poikkileikkaus suurenee ja vastaavasti vetojännitysaallon kohdalla poikkileikkaus pienenee. Aaltojohteeseen 21 muodostuu siis pullistuma tai ohentuma riippuen siitä, onko jännitysaalto puristusta vai vetoa. Kuviossa 3 on esitetty katkoviival-25 la a voimakkaasti yksinkertaistettuna poikkileikkauksen suurentuminen puris-tusjännitysaallon vaikutuksesta sekä katkoviivalla b poikkileikkauksen pienentyminen vetojännitysaallon vaikutuksesta. Mittaus voi perustua joko aaltojohteen 21 ulkodimension muutokseen, putkimaisen aaltojohteen sisädimension muutokseen, poikkileikkauspinta-alan muutokseen tai aaltojohteen tilavuuden 30 muutokseen.

Kuviossa 4a on esitetty jännitysaallon kapasitiivisen mittauksen periaate. Aaltojohteen 21 ympärille on sovitettu rengasmainen sähköä johtava mittauselektrodi 22, esimerkiksi metallirengas, joka on kytketty mittauslaitteeseen 23 kuuluvaan ohjausyksikköön 24. Aaltojohteen 21 ulkodimension ja mit-35 tauselektrodin välissä on eristekerros 25, joka voi olla ilmaa, voiteluöljyä, huuhtelunestettä tai vastaavaa. Kun jännitysaalto kulkee aaltojohteessa, sen poikki- 9 leikkauksen ulkodimensiossa tapahtuu muutos, mikä vaikuttaa eristekerroksen 25 paksuuteen. Aaltojohteen 21, eristekerroksen 25 ja mittauselektrodin 22 muodostaman kapasitorin kapasiteettia mitataan mittauslaitteen 23 avulla. Mittauksessa eristeaineen permitiivisyys säilyy olennaisesti muuttumattomana 5 mittauksen aikana. Aaltojohteen ulkopinnan pinta-ala muuttuu poikkipinnan muuttuessa ja vaikuttaa siten osaltaan kapasitanssiin. Kapasitanssiin vaikuttaa kuitenkin pääasiassa eristeraon 26 suuruus. Jännitettä mittaamalla voidaan siten määrittää eristeraon 26 suuruus, mikä on puolestaan riippuvainen jänni-tysaallon aiheuttamasta pullistumasta tai ohentumasta. Edelleen voidaan aal-10 tojohteen 21, eristeraon 26 ja mittauselektrodin 22 muodostama kapasitori kytkeä resonanssipiiriin tai vastaavaan, jolloin mittauksessa tarkastellaan taajuuden muutoksia piirissä. Myös muita alalla tunnettuja tapoja kapasitanssin mittaamiseksi voidaan soveltaa. Mitattu tieto jännitysaalloista voidaan välittää mittauslaitteen ohjausyksiköltä 24 kallion rikkomislaitteen ohjausyksikölle 12.

15 Edelleen on mahdollista, että eristekerros 25 koostuu useasta eri osuudesta. On esimerkiksi mahdollista, että mittauselektrodilla 22 on muovi-materiaalia oleva kuori tai runko, johon elektrodin 22 sähköä johtavat osat ovat sovitetut. Tällöin eristekerros 25 aaltojohteen 21 ulkodimension ja elektrodin 22 välissä voi koostua muovimateriaalista ja ilmasta. Myös silloin, kun elektrodi 20 22, aaltojohde 21 tai molemmat ovat pinnoitetut jollakin eristemateriaalia ole valla pinnoitteella, käsittää eristekerros 25 useita eri osuuksia. Erilaisten eris-teosuuksien vaikutus voidaan ottaa huomioon mittaustuloksia käsiteltäessä. Edelleen silloin, kun eristekerros 25 käsittää useita päällekkäisiä osuuksia, voi yksi tai useampi osuus olla kokoonpuristuva niin, että se sallii aaltojohteen 21 25 poikkipinnan muutokset ja muutosten mittauksen.

Kuviossa 4b on vielä esitetty, että mittauselektrodi 22 voi olla jaettu useisiin ympyrärenkaan sektorin muotoisiin osiin 22a - 22d, joiden välillä on eristeet 27a - 27d. Mittauselektrodin osia 27 voi olla kuviossa esitetyllä tavalla neljä, mutta toisaalta niitä voi olla kaksi tai useampia. Mittauslaitteella 23 voi-30 daan mitata vastakkaisilla puolilla olevien elektrodiosien 22a - 22c; 22b - 22d muodostamat kapasitorit, jolloin mittaus voi olla kosketukseton. Edelleen tällä järjestelyllä voidaan huomioida aaltojohteen 21 mahdollinen siirtyminen poikki-suunnassa mittauselektrodiosiin 22 nähden. Kultakin mittauselektrodiosalta 22 voidaan johtaa mittaustietoa ohjausyksikölle 24, jossa mittaustietoja voidaan 35 suodattaa niin, että aaltojohteen poikkisuuntaisesta siirtymästä aiheutunut vir- 10 he voidaan eliminoida. Aaltojohde 21 voi siirtyä poikkisuunnassa esimerkiksi laakerivaurion seurauksena.

Kuviossa 5 on esitetty ratkaisu, jossa on sovitettu kaksi mittaus-elektrodia 22a, 22b aksiaalisuunnassa peräkkäin. Mittauselektrodien 22 välillä 5 on ilmarako tai muu eristekerros 27. Tarvittaessa voi mittauselektrodeja olla sovitettuna kolme tai useampia aksiaalisuunnassa peräkkäin. Tässä sovellutuksessa kapasitanssia mitataan mittauslaitteella 23 peräkkäisten mittauselektrodien 22a, 22b ja aaltojohteen 21 väliltä. Mittaus voi olla kosketukseton, eli mittauselektrodien ja aaltojohteen välillä ei ole mekaanista kosketusta. Edel-10 leen voi yksi tai useampi mittauselektrodeista 22 koostua kahdesta tai useammasta elektrodiosasta, esimerkiksi kuviossa 4b esitetyllä tavalla, jolloin aalto-johteen 21 epäkeskeisyydestä johtuva mittausvirhe voidaan eliminoida suodattamalla.

Kuviossa 6 on esitetty eräs sovellutus, jossa mittauselektrodi 22 on 15 sovitettu putkimaisen aaltojohteen 21 sisään. Aaltojohteella 21 on tällöin rengasmainen poikkileikkaus, jossa on sisähalkaisija ja ulkohalkaisija. Mainittakoon, että esimerkiksi kallionporauksessa käytettävä poratanko ja poraniska omaavat tyypillisesti rengasmaisen poikkileikkauksen huuhtelunesteen johtamista varten. Mittauselektrodi 22 voidaan tukea jollain sopivilla tukielimillä aal-20 tojohteen 21 sisään. Mittauselektrodi 22 voi käsittää useita elektrodiosia 22a, 22b, jolloin kapasitanssi voidaan mitata elektrodiosien väliltä. Edelleen, koska siinä on useita elektrodiosia, sitä ei tarvitse keskittää tarkasti aaltojohteen sisään, vaan mahdollinen poikkeama aaltojohteen 21 keskiakselista voidaan ottaa huomioon ohjausyksikössä 24 tehtävässä mittaustietojen suodatuksessa. 25 Kuviossa 7 on esitetty voimakkaasti yksinkertaistettuna sovellutus, jossa mittauselektrodit 22a, 22b ovat laakeroidut aaltojohteeseen 21 siten, että aaltojohde 21 voi liikkua aksiaalisuunnassa mittauselektrodien 22 suhteen sekä kääntyä pituusakselinsa ympäri. Sen sijaan mittauselektrodit 22 ovat sovitetut liikumaan aaltojohteen 21 mukana, mikäli tämä siirtyy poikkisuunnassa. 30 Tällöin mittauselektrodit 22 pysyvät samanakselisina aaltojohteen 21 kanssa, vaikka aaltojohde 21 jostain syystä siirtyisikin alkuperäisestä asemastaan. Mittauselektrodit 22 voivat olla sovitetut mittausrunkoon 28, joka voi olla tuettu yhdellä tai useammalla laakerilla 29 aaltojohteen 21 ulkopintaan. Myös muita tapoja mittauselektrodien 22 laakeroimiseksi aaltojohteen 21 ulkopintaan voi-35 daan tietenkin soveltaa.

11

Kuviossa 8 on esitetty eräs sovellutus, jossa aaltojohteen geometrisessa poikkipinnassa tapahtuvia muutoksia mitataan laserinterferometrin 30 avulla. Aaltojohteen 21 vastakkaisille puolille voi olla sovitettu laserisäteen lähetin - vastaanottimet 31, joilla mitataan etäisyyksiä L1, L2 aaltojohteen 21 5 ulkopintaan. Puristusjännitysaallon aiheuttama pullistuma havaitaan etäisyyksien L1 ja L2 suurentumisena ja vastaavasti vetojännitysaallon aiheuttama ohentuma havaitaan etäisyyksien L1 ja L2 pienentymisenä. Mittauslaitteen ohjausyksikkö 24 voi analysoida mittaustuloksia ja voi määrittää niiden perusteella jännitysaallon ominaisuuksia. Edelleen, mikäli yksi mitatuista etäisyyksistä 10 pienenee ja toinen suurenee, voidaan tämä tulkita mittauslaitteiston ohjausyksikössä 24 aaltojohteen poikkisuuntaisena siirtymänä, eikä jännitysaallosta aiheutuvana mittamuutoksena. Laserinterferometrin sijaan voidaan käyttää jotain muuta optista etäisyysmittalaitetta, jolla voidaan havaita jännitysaallon aiheuttama siirtymä aaltojohteen poikkipinnassa.

15 Kuviossa 9 on esitetty eräs sovellutus, jossa aaltojohteen 21 ja jon kin vertailupinnan 32 kuten esimerkiksi porakoneen rungon väliseen rakoon on sovitettu väliainekalvo 33, joka reagoi aaltojohteen poikkipinnan mittamuutok-sesta johtuvaan puristuspaineen muutokseen. Puristusjännitysaallon vaikutuksesta aaltojohteen 21 ulkodimensio suurenee, jolloin rakoon sovitettuun vä-20 liainekalvoon 33 kohdistuu suurempi paine, kun se jää aaltojohteen 21 ja vertailupinnan 32 väliin. Vastaavasti väliainekalvoon 33 kohdistuva paine pienenee, kun vetojännitysaalto tulee mittauskohtaan. Tällainen puristuspaineeseen reagoiva väliainekalvo 33 voi olla esimerkiksi elektromekaaninen kalvo (EMFi) tai vastaava. Elektromekaaninen kalvo voi olla ohut, pysyvästi varattu muovi-25 kalvo, joka voi olla päällystetty molemmilta pinnoiltaan sähköä johtavilla kerroksilla. Kalvoon kohdistuva puristus voidaan havaita kalvon tuottamana jänni-tesignaalina. Mittauslaitteen 23 ohjausyksikkö 24 voi analysoida jännitesignaa-lin ja voi määrittää sen perusteella jännitysaallon ominaisuuksia. Kuviossa 9 on esitetty vielä tietoliikenneyhteys 36 ja muistiväline 37, jotka voivat olla sovitetut 30 mit-tauslaitteen 23 yhteyteen mittaustietojen käsittelemistä varten. Mittaustiedot voidaan lähettää tietoliikenneyhteyden 36 avulla langattomasti tai langalli-sesti mittauslaitteelta 23 esimerkiksi kallion rikkomislaitteen ohjausyksikölle 12 tai muualle. Edelleen voidaan mittaustietoja tallentaa muistivälineelle 37 jatkokäsittelyä varten. Muistivälineelle 37 tallennettuja mittaustietoja voidaan käyt-35 tää hyväksi esimerkiksi kunnonvalvonnassa, kivilajitiedon keruussa sekä kaivoksen tai vastaavan suunnittelussa.

12

Kuviossa 10 on esitetty vielä eräs sovellutus, jossa aaltojohteen 21 ympärille on muodostettu painenestetila 34, jossa vaikuttavan painenesteen painetta mitataan paineanturilla 35. Jännitysaalto aiheuttaa mittamuutoksen aaltojohteen 21 poikkileikkauksessa, jolloin samalla aaltojohteen 21 tilavuus 5 tarkasteltavalla aksiaalisella osuudella muuttuu. Aaltojohteen 21 tilavuuden muutos aiheuttaa puolestaan painenestetilan 34 tilavuuden muutoksen, mikä voidaan havaita painepulsseina painemittauksessa. Mittaustulokset voidaan johtaa mittauslaitteen 23 ohjausyksikölle 24, joka voi analysoida painepulsseja ja voi määrittää niiden perusteella jännitysaallon ominaisuuksia.

10 Kallionporauslaitteen tai rikotusvasaran ohjausyksikköön 12 voi olla asetettu yksi tai useampi ohjausstrategia, joka automaattisesti säätää laitteen toimintaa mitatun jännitysaallon perusteella. Säätäminen voi tapahtua myös manuaalisesti, jolloin iskulaitteen ohjausyksikkö 12 ilmoittaa jännitysaallon perusteella laskemansa ohjaustiedot operaattorille ja operaattori voi manuaali-15 sesti säätää ohjausparametrejä. Sekä kallion rikkomislaitteen ohjausyksikkö 12 että mittauslaitteen 23 ohjausyksikkö 24 voivat käsittää yhden tai useamman tietokoneen, jonka prosessorissa voidaan suorittaa tietokoneohjelma. Keksinnön mukaisen mittauksen ja säädön toteuttava ohjelmistotuote voidaan tallentaa ohjausyksikön 12, 24 muistiin, tai ohjelmistotuote voidaan ladata tietoko-20 neeseen joltakin muistivälineeltä kuten esimerkiksi CD-ROM -levyltä. Edelleen ohjelmistotuote voidaan ladata jostakin toisesta tietokoneesta esimerkiksi tietoverkon kautta ohjausjärjestelmään kuuluvaan laitteeseen.

Mittauslaitteen 23 ohjausyksikkö 24 voi olla integroitu peruskoneen, kuten esimerkiksi kallionporauslaitteen tai kaivukoneen ohjausyksikön 12 yh-25 teyteen tai se voi olla erillinen itsenäinen yksikkö. Ohjausyksikkö 24 voi ohjata mittauslaitteen 23 sisäistä toimintaa kuten esimerkiksi mittaussignaalien suodattamista, laskentaa, tallentamista, näytöllä esittämistä, lähettämistä jollekin toiselle yksikölle tai muuta vastaavaa käsittelyä. Joissain tapauksissa ohjausyksikkö 24 voi myös ohjata jotakin ulkoista toimintaa tai laitetta.

30 On myös mahdollista, että mittauslaitteeseen 23 kuuluvat elektrodit, anturit tai muut mittauselimet ovat kytketyt välittämään mittaussignaalit suoraan rikkomislaitteen ohjausyksikölle 12.

Seuraavaksi esitetään kolme esimerkkiä, joissa kalliota porataan iskevällä kallioporakoneella ja työkalussa kulkevaa jännitysaaltoa mitataan ka-35 passiivisella mittauslaitteella.

Esimerkki 1: 13

Kuviossa 11 on esitetty primäärin jännitysaallon p ja heijastuvan jännitysaallon h kuvaajat ajan funktiona. Tässä tapauksessa kallioporakonees-sa olevalla iskulaitteella on annettu iskupulssi työkalulle, jolloin työkaluun on muodostunut primääri puristusjännitysaalto, joka etenee työkalussa kohti sen 5 ulointa päätä. Mikäli porataan alisyötöllä, voi työkalun ja kallion välillä olla rako. Tällöin työkalulla ei ole raon vuoksi aluksi lainkaan tunkeutumavastusta, mistä seuraa suuri heijastunut vetojännitysaalto h+, joka etenee kohti iskulaitetta. Kun rako on sulkeutunut työkalun ja kallion väliltä, on tunkeutumavastus jälleen suuri, mistä seuraa suuri heijastunut puristusjännitysaalto h-, joka etenee 10 kohti iskulaitetta heijastuneen vetojännitysaallon h+ perässä. Kun muodoltaan tämän kaltainen heijastusaalto h havaitaan, voi ohjausyksikkö tulkita porauksen tapahtuvan alisyötöllä. Ohjaustoimenpiteenä voi tällöin olla se, että lisätään syöttöä.

Kuviossa 13 on esitetty kapasitiivisen mittauslaitteen mittaustulokset 15 ja kuviossa 12 on esitetty mittaustulosten perusteella määritetty aaltojohteen poikkipinnan radiaalinen siirtymä. Kuten kuvioista 11-13 voidaan havaita, ovat kapasitanssissa tapahtuva muutos ja aaltojohteessa tapahtuva radiaa-lisuuntainen siirtymä olennaisesti jännitysaallon muotoa vastaavat.

Poikkipinnan radiaalinen siirtymä voidaan laskea seuraavalla kaa- 20 valla: σ

Ur =υ-Γ0

E

missä υ on materiaalin Poissonin vakio, E on kimmomoduli ja r0 on deformoitumattoman poikkipinnan ulkosäde.

Edelleen voidaan laskea kapasitanssi renkaan muotoiselle elektro-25 dille käyttäen seuraavaa kaavaa: _ 2πε0εΕ _ 2πε0εΕ “ f d2 -r2 -R3 1 d2 -(r0 + uR)2 -R2 ^ cosh-1 -—- cosh-1 -1?--

2rR 2(r0 +ur)R

V J V / missä εο on tyhjiön permittiivisyys, ε on eristeen suhteellinen permit-30 tiivisyys, d on rengaselektrodin ja työkalun keskipisteiden välinen etäisyys 14 (epäkeskeisyys), r on työkalun ulkosäde (sisältäen deformaation r=r0+UR) sekä R on elektrodin sisäsäde.

Esimerkki 2: 5 Kuviossa 14 on esitetty primäärin jännitysaallon p ja heijastuvan jännitysaallon h kuvaajat ajan funktiona. Tässä tapauksessa kallioporakonees-sa olevalla iskulaitteella on annettu iskupulssi työkalulle, jolloin työkaluun on muodostunut primääri puristusjännitysaalto p, joka etenee työkalussa kohti sen ulointa päätä. Mikäli porataan erittäin pehmeään kallioon, on tunkeutumavas-10 tus vähäinen. Koska työkalu ei ole tuettuna kunnolla kalliota vasten, primääristä jännitysaallosta p heijastuu kohti iskulaitetta etenevä heijastusaalto h, jossa on suuri heijastunut vetojännitysaalto h+, mutta vain pieni heijastunut puristusjännitysaalto h-, koska pehmeässä kalliossa vasta työkalun tunkeutuman lopussa muodostuu pieni tunkeutumavastus. Heijastusaallosta h pääosa on siis 15 vetojännitystä. Kun havaitaan tämän kaltainen heijastunut jännitysaalto h, voidaan ohjausyksikössä tunnistaa, että poraus on tehty pehmeään kivilajiin. Ohjaustoimenpiteenä voi tällöin olla se, että pienennetään menevän jännitysaallon p amplitudia, jolloin voidaan pienentää porauskaluston kannalta haitallista heijastunutta vetojännitysaaltoa h+. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää suurem-20 man tunkeutumavastuksen omaavaa työkalua.

Kuten kuvioista 14-16 voidaan havaita, on kapasitanssissa tapahtuva muutos ja aaltojohteessa tapahtuva radiaalisuuntainen siirtymä olennaisesti jännitysaallon muotoa vastaavat.

25 Esimerkki 3:

Kuviossa 17 on esitetty primäärin jännitysaallon p ja heijastuvan jännitysaallon h kuvaajat ajan funktiona.

Mitattavan aaltojohteen, eli ka Hion pora uksessa tyypillisesti porakan-gen, ympärille voi olla sovitettu renkaan muotoinen mittauselektrodi. Mikäli po-30 rakanki on epä keskeisesti mittauselektrodiin nähden, aiheutuu epäkeskeisyy-destä muutos kapasitanssiin. Kuviossa 18 on esitetty kapasitanssit kolmelle eri epäkeskeisyysarvolle.

Suhteellinen epäkeskeisyys ds voidaan laskea seuraavalla kaavalla: 35 15 ds =-^-R-r0

On tietenkin huomattava, että epäkeskeisyydestä aiheutuva kapasitanssin muutos ja jännitysaaltojen aiheuttama porakangen poikkipinnan muutos pitää pystyä erottamaan, jotta epäkeskeisyyden mittausmenetelmä 5 olisi käyttökelpoinen.

Epäkeskeisyyden ollessa pieni voidaan epäkeskeisyysvirhe eliminoida esimerkiksi suodattamalla signaalista matalataajuiset komponentit pois. Tällöin tuloksena saadaan kuvion 19 mukaiset signaalit.

Vielä parempi epäkeskeisyysvirheen kompensointi saadaan käyttä-10 mällä suhteellista kapasitanssia Csseuraavan kaavan mukaisesti: c.=^ c

'-'O

missä Co on epäkeskeisen, mutta deformoitumattoman porakangen ja elektrodin välinen kapasitanssi. Tämä saadaan mittaamalla kapasitanssi tilanteessa, missä mittauspisteessä ei vaikuta jännitysaalto.

15 Tuloksena saadaan kuvion 20 mukaiset signaalit.

Mainittakoon vielä, että keksintöä voidaan soveltaa sekä paineväli-aine- että sähkötoimisen iskulaitteen 7 yhteydessä. Keksinnön toteuttamisen kannalta ei ole olennaista se, minkätyyppisellä laitteella jännitysaallot on muo-20 dostettu aaltojohteeseen 21. Niinpä jännitysaalto voidaan muodostaa sopivalla aaltogeneraattorilla ilman varsinaista iskua ja iskumäntää, esimerkiksi suoraan hydraulisesta paine-energiasta. Iskulaitteella tai vastaavalla jännitysaaltoja generoivalla laitteella siis muodostetaan aaltojohteeseen lyhytaikainen voimavaikutus, joka muodostaa aaltojohteeseen jännitysaallon. Laitteella muodostettu 25 jännitysaalto voi olla puristusjännitysaalto tai vetojännitysaalto.

Mittauslaitteen avulla voidaan havaita aaltojohteessa mittauslaitteen kohdalla kulkevan jännitysaallon vaikutus aaltojohteen geometriseen poikkipintaan. Aaltojohteen poikkipintaan aiheuttaa geometrisen muutoksen sekä aalto-johteelle annettava menevä jännitysaalto kuin heijastuva jännitysaaltokin. Mit-30 tauslaitteen ohjausyksikössä, kallionrikkomislaitteen ohjausyksikössä tai jossain muussa ohjaus- tai laskentayksikössä voidaan mittaustulosten perusteella analysoida jännitysaaltojen muoto ja muut ominaisuudet sekä määrittää se, 16 onko kyseessä menevä jännitysaalto, heijastunut jännitysaalto sekä niiden eri aaltokomponentit.

On myös mahdollista sovittaa jokin esitettyjen sovellutusmuotojen kaltainen mittauslaite 23 iskulaitteen 7 yhteyteen ja määrittää iskuelementin, 5 kuten esimerkiksi iskumännän poikkipinnassa tapahtuvien muutosten perusteella iskuvoima, iskutaajuus jne. Tässä tapauksessa aaltojohteena on isku-elementti.

Keksinnön mukaista jännitysaaltojen mittausta voidaan porauksen lisäksi soveltaa myös muissa iskupulsseja hyödyntävissä työlaitteissa, kuten 10 esimerkiksi rikotusvasaroissa ja muissa kivimateriaalin tai muun kovan materiaalin rikkomiseen tarkoitetuissa rikotuslaitteissa, sekä edelleen esimerkiksi paalutuslaitteissa.

Joissain tapauksissa tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan käyttää sellaisenaan, muista piirteistä huolimatta. Toisaalta tässä hake-15 muksessa esitettyjä piirteitä voidaan tarvittaessa yhdistellä erilaisten kombinaatioiden muodostamiseksi.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (11)

1. Menetelmä kallion rikkomisessa käytettävän jännitysaallon mittaamiseksi, jossa menetelmässä: mitataan aaltojohteessa (8, 21) etenevää jännitysaaltoa, joka on 5 annettu aaltojohteen kuljetettavaksi, tunnettu siitä, että määritetään aaltojohteen (8, 21) poikkipinnassa tapahtuva geometrinen muutos jännitysaallon kulkiessa mittauskohdan ohi; määritetään aaltojohteen (21) poikkipinnassa tapahtuva geometri-10 nen muutos ilman mekaanista kosketusta mittauselimen (22, 31, 35) ja aalto-johteen (21) välillä; ja määritetään poikkipinnan muutoksen perusteella jännitysaallon ominaisuuksia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että määritetään aaltojohteen (21) ja ainakin yhden mittauselimen (22, 31) välistä etäisyyttä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 määritetään aaltojohteen (21) ja ainakin yhden mittauselektrodin (22) välistä kapasitanssia.

4. Mittauslaite jännitysaallon mittaamiseksi, joka käsittää: ainakin yhden mittauselimen (22, 31, 33, 35); sekä ainakin yhden ohjausyksikön (24) mittaustulosten käsittelemiseksi, 25 tunnettu siitä, että mittauslaite (23) käsittää kosketuksettomat mittauselimet (22, 31, 33, 35) aaltojohteen (21) poikkipinnassa jännitysaallon vaikutuksesta tapahtuvan geometrisen muutoksen havaitsemiseksi ilman mekaanista kosketusta; ja 30 että ohjausyksikkö (24) on sovitettu määrittämään aaltojohteen (21) poikkipinnan muutoksen perusteella mitatun jännitysaallon ominaisuuksia.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaite (23) käsittää välineet aaltojohteen (21) ja ainakin yhden mittauselektrodin (22) välisen kapasitanssin määrittämiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauselektrodi (22) on rengasmainen sähköä johtava kappale, joka on sovitettavissa aaltojohteen (21) ympärille.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, 5 että mittauslaite (23) käsittää kaksi mittauselektrodia (22a, 22b), jot ka ovat sovitettuna aksiaalisesti peräkkäin; että mittauselektrodien (22a, 22b) välillä on eristekerros (27); ja että ohjausyksikkö (24) on sovitettu mittaamaan peräkkäisten mittauselektrodien (22a, 22b) ja aaltojohteen (21) välistä kapasitanssia.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-7 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaite (23) käsittää ainakin yhden muistivälineen mittaustulosten tallentamiseksi.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-8 mukainen mittauslaite, 15 tunnettu siitä, että mittauslaite (23) käsittää ainakin yhden tiedonsiirtoelimen mittaustulosten välittämiseksi mittauslaitteelta (23) jollekin toiselle laitteelle.

10. Kallion rikkomislaite, joka käsittää: rungon; 20 työkalun (8); laitteen (7) jännitysaaltojen muodostamiseksi työkaluun (8); mittausvälineet työkalussa (8) kulkevan jännitysaallon mittaamiseksi; ainakin yhden ohjausyksikön (12) kallion rikkomislaitteen ohjaami-25 seksi mitatun jännitysaallon perusteella, tunnettu siitä, että kallion rikkomislaite (4, 20) käsittää kosketuksettomat välineet työkalun (8) poikkipinnassa jännitysaallon vaikutuksesta tapahtuvan geometrisen muutoksen havaitsemiseksi ilman mekaanista kosketusta; ja 30 että ainakin yksi ohjausyksikkö (12, 24) on sovitettu määrittämään työkalun (8) poikkipinnan muutoksen perusteella jännitysaallon ominaisuuksia kallion rikkomislaitteen ohjausta varten.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen kallion rikkomislaite, tunnettu siitä, että kallion rikkomislaite on kallioporakone (4), joka käsittää po-raniskan (13), jolle annetaan iskulaitteella (7) jännitysaaltoja ja johon työkalu (8) on kiinnitetty; että mittausvälineisiin kuuluu ainakin yksi rengasmainen sähköäjoh-5 tava mittauselektrodi (22), joka on sovitettu poraniskan (13) ympärille; että mittauselektrodi (22) on sovitettu mittaamaan poraniskan (13) ulkohalkaisijan ja mittauselektrodin (22) välistä kapasitanssia, joka on suoraan verrannollinen poraniskan (13) ulkohalkaisijan ja mittauselektrodin (22) väliseen etäisyyteen; ja 10 että ohjausyksikkö (12, 24) on sovitettu määrittämään jännitysaallon ominaisuuksia kapasitanssin muutoksen perusteella.