JP2000186904A

JP2000186904A - 位置測定方法および装置

Info

Publication number: JP2000186904A
Application number: JP10366259A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hayashi; 均林; Shigeki Matsumoto; 重貴松本; Kenichi Asakawa; 賢一浅川
Original assignee: KDD Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】迅速かつ高精度に交流磁界を発生するゾンデ
の位置を測定する。【解決手段】図３は、例えば水平ドリリング工法のド
リルパイプの先端に設けられたゾンデから発生される交
流磁界を検出する位置測定装置の構成を示し、２個のコ
イル１２Ａ、１２Ｂにより検出した磁界はそれぞれアン
プ１３Ａ、１３Ｂ、フィルタ１４Ａ、１４Ｂを介して復
調器１５Ａ、１５Ｂで復調される。各コイル１２Ａ、１
２Ｂの磁界強度に対応する復調出力の和出力は出力メー
タ１６Ａに出力され、差出力は出力メータ１６Ｂに出力
される。メータ１６Ｂからの差出力が０となったとき、
コイル１２Ａと１２Ｂを結ぶ直線の中点を結び鉛直な面
上にゾンデがある。また、和出力メータ１６Ａの読みか
らゾンデまでの距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置測定方法およ
び装置に関し、特に、地中管路を非開削で建設する水平
ドリリング工法において掘削先端のビットの位置を測定
する場合等に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】地中や海底に管路を非開削で建設する方
法として、水平ドリリング工法が知られている。この水
平ドリリング工法では、掘削装置により直径数インチ程
度のドリルパイプを押し込むことにより孔を掘削する。
図１１はこのドリルパイプの先端の形状を示す図であ
る。この図に示すように、ドリルパイプ２の先端には、
先端が斜めにカットされたビット１を有するドリルヘッ
ド３が取り付けられており、このドリルパイプ２を水平
ドリル機械によって地上から押し込むことによって掘削
する。通常の工法では、発進側と到達側に立坑を掘って
いる。ドリルパイプ２の先端が到達側の立坑に達したあ
と、ドリルの代わりにプロダクトパイプと呼ばれる管路
をドリルパイプに接続し、発進孔側に引き込む。プロダ
クトパイプの径が大きい場合には、ドリルパイプとプロ
ダクトパイプの間にリーマを挿入して孔を拡大する。

【０００３】このような水平ドリリング工法において
は、掘削の経路を知るために地中にあるドリルパイプの
先端の位置を測定することが必要となる。前記ドリルパ
イプの先端などの地中にある物体の位置を測定する方法
としては、（１）ドリルヘッド３内の先端に設けたゾン
デから電磁波を送出し、その電磁波を陸上のレシーバで
検出することによりゾンデの位置を測定する第１の方
法、（２）陸上にループ上の電線を張り巡らし、この電
線に直流電流を流し、これにより発生する磁界をドリル
パイプ先端に取り付けたゾンデで測定し、該測定した磁
界から演算処理によって該ゾンデの位置を求める第２の
方法、（３）方位を測定するマグネットコンパスとドリ
ルパイプの傾斜を測定するセンサを内蔵したゾンデをド
リルの先端に設けておき、ゾンデの方位と傾斜と、ドリ
ルパイプの長さから推定できる掘削長を用いてゾンデの
位置と軌跡を測定する第３の方法などが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の方法で
は、レシーバ内のコイルで検出される磁界が最大となる
場所をレシーバを移動しながら探し出す。この際コイル
の高さと方向を一定に保つ必要があり、磁界が最大とな
る場所を探すための試行を何度も繰り返す必要があり、
迅速な測定を行うことができなかった。また、測定者の
習熟度に測定の精度が依存するという欠点もあった。さ
らに、磁界が最大となる地点の近傍では磁界の強度の変
化が少ないために磁界が最大となる点を正確に求めるの
が困難である。そのために、さらに上記の試行回数が増
え測定時間を一層長くしている。

【０００５】また、上述した第２の方法では、地上に張
るコイルの位置を正確に測量する必要があり、また、周
囲の磁性体や地磁気の影響を除くために、直流電流の方
向を変えて２回の測定を行う必要があり、迅速な測定を
行うのが困難であった。さらに、上述した第３の方法で
は、方位の測定にマグネットコンパスを用いているた
め、周囲に磁性体がある場所や地磁気が一様でない場所
では正確な測定が困難であった。またドリルパイプの先
端が進んだ距離を積分してその先端の位置を求めている
ため、測定誤差が加算され、掘削長が長くなる場合には
測定精度も劣化するという問題があった。さらにまた、
前記第２と第３の方法では、信号の伝達をドリルパイプ
内に挿入した電線を介して行っているため、ドリルパイ
プを接続するときに、電線も延長する必要があり、ドリ
ルパイプの接続時間が長くなるという欠点がある。

【０００６】そこで、本発明は、従来のこれらの問題点
を解決し、迅速かつ高精度にゾンデの位置を測定するこ
とができる位置測定方法および装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の位置測定方法は、磁界を発生するゾンデの
位置を測定する方法であって、前記ゾンデから既知の交
流磁界を発生するステップ、複数のコイルを用いて前記
交流磁界を検出するステップ、および、前記複数のコイ
ルからの検出出力に基づいて前記ゾンデの位置を測定す
るステップを含むものである。また、前記検出するステ
ップは、中心軸が平行とされ、かつ、各中心軸に垂直な
直線上に各コイルの中心が一致するように配置された２
個のコイルを用いて前記交流磁界を検出するステップで
あり、前記測定するステップは、前記２個のコイルから
の各検出出力の和の出力および差の出力に基づいて、前
記ゾンデの位置を測定するステップである。さらに、前
記検出するステップは、各コイルの中心軸が平行とさ
れ、各コイルの中心を通り該中心軸に垂直な直線上に各
コイルの中心が一致し、かつ、各コイルが等間隔になる
ように配置された複数個のコイルを用いて前記交流磁界
を検出するものであり、前記測定するステップは、該複
数個のコイルのうち最大強度の磁界を受信しているコイ
ルを検出することにより前記ゾンデの位置を測定するス
テップである。さらにまた、前記検出するステップは、
矩形の４個の頂点に各コイルの中心が一致し、かつ、全
てのコイルの中心軸が前記矩形のいずれか１辺と平行に
なるように配置された４個のコイルを用いて前記交流磁
界を検出するステップであり、前記測定するステップ
は、前記４個のコイルにおける、中心軸が同一直線上に
なく、かつ、各対角の位置にない２個のコイルを組とす
る２組のコイルペアについて、前記ペアとなっている２
つのコイルの出力が２組とも同時に同一の出力となるよ
うに前記４個のコイルの位置と方向を調節することによ
り、前記ゾンデの位置を測定するステップである。

【０００８】さらにまた、本発明の位置測定装置は、既
知の交流磁界を発生するゾンデの位置を測定するための
位置測定装置であって、前記ゾンデ内から発生された交
流磁界を受信する複数のコイルを有するものである。さ
らにまた、前記複数のコイルは、中心軸が平行とされ、
かつ、各中心軸に垂直な直線上に各コイルの中心が一致
するように配置された２個のコイルとされており、前記
各コイルの検出信号の和を出力する手段と差を出力する
手段とを有するものである。さらにまた、前記２個のコ
イルが同じ高さになるように調節する水平維持機構を有
するものである。さらにまた、前記コイルは４個設けら
れており、該４個のコイルの中心軸は平行とされてお
り、そのうちの２個のコイルは各中心軸に垂直な直線上
に各コイルの中心が一致するように配置されており、該
２個のコイルの上方の同一の高さに残り２個のコイルが
前記２個のコイルに平行に配置されているものである。
さらにまた、前記複数のコイルは、各コイルの中心軸が
平行とされ、かつ、各コイルが等間隔になるように配置
されているものである。さらにまた、前記コイルは４個
設けられており、矩形の４個の頂点に各コイルの中心が
一致し、かつ、全てのコイルの中心軸が前記矩形のいず
れか１辺と平行になるように配置されているものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の位置測定方法および装置
は、被測定物体が既知の交流磁界を発生する機能を有し
ていればどのような場合にも適用することができるもの
であるが、ここでは、上述した水平ドリリング工法にお
けるドリル位置の測定に適用した場合を例にとって説明
する。図１は本発明における測定系の構成を示す図であ
る。この図において、１００は水平ドリリング装置であ
り、前述のように、この水平ドリリング装置１００から
地中に前記ドリルパイプ２を延伸しつつ掘削が行われ
る。このドリルパイプ２の先端部（前記ドリルヘッド３
の内部）には、位置測定用のゾンデ４が組み込まれてい
る。２００は地上に配置される位置測定装置（レシー
バ）である。

【００１０】図２は、前記位置測定用のゾンデ４の一般
的な構成例を示す図である。このゾンデ４は例えば非磁
性体で作られた円柱状の水密容器を有しており、その内
部には、傾斜計５と角度計６、動力源である電池７、信
号処理回路８、信号変調器９、コイルドライバ１０、コ
イル１１が組み込まれている。このゾンデ４において、
前記傾斜計５と角度計６により前記ドリルヘッド３の姿
勢（傾斜角と回転角度）を検知する。そして、傾斜計５
と角度計６の出力を信号処理回路８で処理し、デジタル
信号に変換する。このデジタル信号は信号変調器９に送
られ、該信号変調器９において、発振器により発生され
た交流信号を前記デジタル信号で変調する。すなわち、
前記信号変調器９の出力は、ドリルヘッド３の傾斜角、
回転角度などの情報を担っている。この信号変調器９か
らの変調出力はコイルドライバ１０に送られ、電力増幅
されてコイル１１を駆動し、ゾンデの位置測定のためと
信号伝送をかねた交流磁界が発生される。本発明では、
前記位置測定装置（レシーバ）２００により、前記コイ
ル１１によって発生された交流磁界の強度を測定するこ
とにより、前記ゾンデ４の位置を測定する。

【００１１】［第１の実施の形態］図３は、地上側のレ
シーバ２００の第１の実施の形態の構成例を示す図であ
る。ここで、１２Ａ、１２Ｂは（受信）コイル、１３
Ａ、１３Ｂはアンプ、１４Ａ、１４Ｂはフィルタ、１５
Ａ、１５Ｂは復調器、１６Ａ、１６Ｂはメータ、１７は
電源である。前記ゾンデ４内のコイル１１から発生する
磁界を地上側のレシーバ２００内の２個のコイル１２
Ａ、１２Ｂで受信する。各コイルで受信した磁界に対応
する電圧はそれぞれ対応するアンプ１３Ａ、１３Ｂで増
幅され、フィルタ１４Ａ、１４Ｂで所用の帯域信号を抜
き出した後、復調器１５Ａ，１５Ｂにより復調される。
そして、２個のコイル１２Ａ、１２Ｂで受信した磁界の
強度の和と差をそれぞれメータ１６Ａ、１６Ｂで表示を
する。すなわち、出力メータ１６Ａでは前記復調器１５
Ａから出力されるコイル１２Ａにより検出した磁界に対
応する復調出力と前記復調器１５Ｂからのコイル１２Ｂ
により検出した磁界に対応する復調出力との和出力を表
示し、差出力メータ１６Ｂでは前記復調器１５Ａからの
出力と前記復調器１５Ｂからの出力の差の出力を表示す
る。

【００１２】このように構成された位置測定装置（レシ
ーバ）２００を用いて、以下の方法で、前記ゾンデ４の
位置を測定する。ゾンデ４の位置と方向は、これまでに
掘削に要したドリルパイプ２の本数と過去の測定で得ら
れた位置からおおよそ推定することができる。そこで、
前記２個のコイル１２Ａ、１２Ｂを結ぶ直線がゾンデ４
の方向と直角になるようにしながら、つまり、ゾンデ４
内のコイル１１を含み鉛直な面と地上側のコイル１２Ａ
および１２Ｂを含み鉛直な面が平行になるようにしなが
ら、レシーバ２００をゾンデ４の方向と直角な方向に移
動して、２個のコイル１２Ａ、１２Ｂで検出した磁界強
度の差がゼロ（前記差出力メータ１６Ｂの出力がゼロ）
になる場所を探す。前記磁界強度の差がゼロになったと
き、２個の受信コイル１２Ａ、１２Ｂを結ぶ直線の中点
を通り鉛直な面上にゾンデ４があることがわかる。そし
て、その状態でレシーバ２００をゾンデ４の方向と同一
の方向に移動して、コイル１２Ａ、１２Ｂで検出した磁
界強度の和すなわち前記和出力メータ１６Ａの出力が最
大になる場所を検出する。

【００１３】前記ゾンデ４内に設けられるコイル１１の
中心を原点とし、該コイル１１の中心軸がＸ軸上にあ
り、鉛直方向を−Ｚ方向、Ｘ軸とＺ軸に垂直な右手系の
方向にＹ軸をとる。コイル１１が発生する磁界の等価的
な磁気モーメントをｍａとすると、コイル１１が発生す
る磁界の磁束密度の点ｒ_s＝（ｘ_s，ｙ_s，ｚ_s）における
ｘ成分Ｂ_sxは、次の式（１）で与えられる。

【数１】ここで、μは透磁率、ｒ_sはコイル１１と測定点との間
の距離である。また、ｘ_s、ｙ_s、ｚ_sは上記座標系での
測定点の座標である。

【００１４】磁束密度Ｂ_sxの絶対値が最大となっている
近辺ではｚ_s≒ｒ_sであり、上記式（１）は次の式（２）
のように近似することができる。

【数２】あらかじめ、ゾンデから既知の距離ｌのところで、メー
タ１６Ａの和出力を測定しておき、その大きさをＭとす
る。測定点でのメータ１６Ａの和出力の半分の読みを
Ｍ’とすると、測定点でのゾンデの探さｚ_sは、次の式
（３）によって求めることができる。

【数３】このように前記メータ１６Ａおよび１６Ｂの出力を用い
て、ゾンデ４の位置を測定することができる。

【００１５】なお、本実施の形態で使用するレシーバ２
００は、前述のように配置した２個のコイル１２Ａ、１
２Ｂに加えて、これら２個のコイルが受信した磁界の強
度の和と差を検出する機能が有るものであれば、前述し
た図３の構成以外のものも使用することができる。

【００１６】［第２の実施の形態］図４は、本発明の他
の実施の形態におけるレシーバ２００の構成例を示す図
である。この図において、１９は水平維持機構である。
この水平維持機構１９は前記２個のコイル１２Ａ、１２
Ｂを水平に保つ働きをする。なお、この水平維持機構１
９以外の構成要素は前記図３の場合と同様に構成されて
いる。前記ゾンデ４内のコイル１１から発生した磁界を
受信する際に気を付けなければならないのは、受信側の
２個のコイル１２Ａ、１２Ｂの向きと位置関係である。

【００１７】図５に示すように、ゾンデ４に組み込まれ
ているコイル１１は、コイル１１の軸を中心とする軸対
称な磁界を発生する。ここで、図６に示すように、コイ
ル１１の軸を含み鉛直な平面に対して受信コイル１２
Ａ、１２Ｂの中心軸の方向が平行でない場合には、メー
タ１６Ｂの差出力がゼロになった場合でも、２個のコイ
ル１２Ａ、１２Ｂを結ぶ直線の中点を通り、同直線に垂
直な面内に必ずしもゾンデ４のコイル１１の中心軸があ
るとは限らない。また、前記式（１）から容易に分かる
ように、２個のコイル１２Ａ、１２Ｂが水平に保たれて
いないと、例え２個のコイル１２Ａ、１２Ｂを結ぶ直線
の中点を通り、同直線に垂直な面内にコイル１１の中心
軸が含まれていない場合でもメータ１６Ｂの差出力がゼ
ロになってしまう。したがって、受信側の２個のコイル
１２Ａ、１２Ｂも同様に同じ向きになるように設置し
て、かつ、２個のコイル１２Ａ、１２Ｂの高さが同じに
なるようにして測定を行う必要がある。本実施の形態で
は、前記水平維持機構１９を用いることによって２個の
コイル１２Ａ、１２Ｂが自動的に水平になるようにして
いる。これにより、より正確な位置測定が可能となる。

【００１８】なお、本実施の形態で使用するレシーバ２
００は、前述のように配置した２個のコイル１２Ａ、１
２Ｂと水平維持機構１９に加えて、これら２個のコイル
が受信した磁界の強度の和と差を検出する機能が有るも
のであれば、図４に示した構成以外のものも使用するこ
とができる。

【００１９】［第３の実施の形態］図７は、４個のコイ
ルを用いた本発明のさらに他の実施の形態における受信
コイルの空間的な配置を示している。この図において、
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは受信コイルであり、
前記図５に示した座標系と平行な座標系をとって配置を
示してある。４個のコイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１
２Ｄは中心がＺＸ平面内にあり、中心軸がＸ軸に平行な
方向を向いている。また、コイル１２Ａおよび１２Ｂ
は、それぞれ、コイル１２Ｃおよび１２Ｄより距離ｈだ
け高いところに配置されている。図８は、この実施の形
態における地上部のレシーバ２００の内部構成の一例を
示したものである。図中、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１
３Ｄはアンプ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄはフィ
ルタ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄは復調器、１６
Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄはメータ、１７は電源であ
る。

【００２０】ゾンデ４内のコイル１１から発生する磁界
を地上側の２個のコイル１２Ａおよび１２Ｂで受信した
磁界に対応する電圧はそれぞれアンプ１３Ａおよび１３
Ｂで増幅され、フィルタ１４Ａおよび１４Ｂで所用の帯
域信号を抜き出した後、復調器１５Ａおよび１５Ｂによ
り復調される。そして、前述の場合と同様に、２個のコ
イル１２Ａ、１２Ｂで受信した磁界の強度の和と差をそ
れぞれメータ１６Ａ、１６Ｂで表示をする。また、残り
の２個のコイル１２Ｃおよび１２Ｄで受信した磁界はそ
れぞれアンプ１３Ｃおよび１３Ｄで増幅され、フィルタ
１４Ｃおよび１４Ｄで所用の帯域信号を抜き出した後、
復調器１５Ｃおよび１５Ｄにより復調される。これら２
個のコイル１２Ｃおよび１２Ｄで受信した磁界の強度の
和と差はそれぞれメータ１６Ｃおよび１６Ｄで表示され
る。

【００２１】水平面内の位置の測定は、上の２個のコイ
ル１２Ａおよび１２Ｂあるいは下の２個のコイル１２Ｃ
および１２Ｄを用いて、前述した第１あるいは第２の実
施の形態の場合と同様に行うことができる。また、この
実施の形態においては、上下のコイルの位置関係から深
度を特定することができる。それぞれのコイルで受信し
た磁界の強度と上下のコイルの間隔の比から深度を測定
することができる。上の２個のコイル１２Ａ、１２Ｂの
和出力であるメータ１６Ａの出力をＶ_Aとし、下の２個
のコイル１２Ｃ、１２Ｄの和出力であるメータ１６Ｃの
出力をＶ_Cとすれば、探さｚ_sは、次の式（４）によって
与えられる。

【数４】

【００２２】なお、測定は上下のコイルを同時に行って
もかまわないし、上下のコイルで別々に測定しても良
い。また、本実施の形態においても、前記第２の実施の
形態と同様に水平維持機構を用いることができる。さら
に、レシーバ２００としては、２組のコイルペアのそれ
ぞれを構成する２個のコイルが受信した磁界の強度の和
と差を検出する機能があるものであればどのようなもの
でも使用することができる。

【００２３】［第４の実施の形態］図９は、複数個の受
信コイルを横１列に並べてゾンデの位置を測定するよう
にした本発明の第４の実施の形態におけるコイルの配置
を示す図である。以下、受信コイルの個数を一般にＮ個
として説明する。１２−１、１２−２、…、１２−Ｎは
Ｎ個のコイルであり、Ｙ軸上に等間隔に並べられてい
る。図では、前記図５の座標系と平行な座標系をとって
配置を示してある。本実施の形態によれば、レシーバを
ほとんど移動することなくゾンデの位置を測定すること
が可能である。レシーバの機能としては最大の磁界を受
信しているコイルを特定して表示する機能があるもので
有ればどのようなものでも使用することができる。

【００２４】図１０は本実施の形態で用いるレシーバの
構成の一例を示す図である。図中、１２−１、１２−
２、…、１２−Ｎはコイル、１３−１、１３−２、１３
−３、…、１３−Ｎはアンプ、１８−１、１８−２、１
８−３、…、１８−Ｎはランプ、２０はスイッチ、１４
はフィルタ、１５は復調器、２１はランプ選択器であ
る。また、矢印は信号の流れの方向を示している。ここ
で、コイル、アンプ、フィルタ、復調器は前述した第１
の実施の形態と同様な働きをする。なお、この図に示し
た構成例では、個々のコイルの感度の違いを補正できる
ように各コイルにつき１個のアンプを用意しているが、
コイルの特性が揃っている場合にはアンプをスイッチ２
０とフィルタ１４の間に入れて１個とすることもでき
る。

【００２５】前記スイッチ２０は受信コイル１２−１、
１２−２、…、１２−Ｎのうちの１個を選択する。そし
て、前記ランプ選択器２１は前記スイッチ２０から送ら
れてくる、どのコイルが選択されているかの情報と前記
復調器１５の出力信号のレベルとから、強度が最大の磁
界を検出しているコイルに対応する、ランプ１８−１、
１８−２、１８−３、…、１８−Ｎの内の１個を点灯す
る働きをする。この結果、点灯しているランプに対応す
るコイル１２−ｉの中心軸を含み鉛直な平面内にゾンデ
４があることが分かる。また、ゾンデ４の深さは点灯し
たコイル１２−ｉの出力信号の大きさから前述の第１の
実施の形態と同様の方法で求めることができる。

【００２６】なお、レシーバの一番両端側のどちらかの
コイル（１２−１あるいは１２−Ｎ）に対応するランプ
が点灯した場合は、レシーバよりもずれてゾンデの位置
を検出している場合があるので、内側のランプがつくよ
うにレシーバ２００をずらして測定を行う。また、本実
施の形態においても、前述した第２の実施の形態と同様
に水平維持機構を用いることができる。

【００２７】［第５の実施の形態］図１１は、４個のコ
イルを矩形頂点に配置する本発明のさらに他の実施の形
態のコイルの配置を示す図である。ここで、１２Ａ、１
２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは受信コイルである。各コイルの
中心軸は、前述した図５あるいは図７の座標系のＺＸ面
に平行な面内に有る。また、本実施の形態のレシーバ２
００としては、例えば前記図８に示した構成のものを使
用することができる。また、図８に示したレシーバ以外
でも、コイル１２Ａ、１２Ｂが受信した磁界強度の和と
差およびコイル１２Ｃ、１２Ｄが受信した磁界強度の和
と差を測定できるものであればどのようなものでも良
い。

【００２８】この実施の形態では、コイルの水平面内で
の方向と位置をコイル１２Ａ、１２Ｂで受信した磁界の
強度の差を示すメータ１６Ｂおよびコイル１２Ｃ、１２
Ｄで受信した磁界の強度の差を示すメータ１６Ｄの読み
が同時にゼロになるように調節する。メータ１６Ｂおよ
び１６Ｄの読みが同時にゼロになった場合には、コイル
１２Ａと１２Ｂを結ぶ直線の中点を通り（したがって、
１２Ｃと１２Ｄを結ぶ直線の中点を通り）鉛直な平面内
にゾンデが有ることが保証され、より正確な測定が可能
である。また、コイルの探さは、メータ１６Ａあるいは
１６Ｃの読みから前記式（３）を用いて計算することが
できる。

【００２９】またこの実施の形態においては、次に示す
方法を用いて、コイル１１のより正確な位置を算出する
こともできる。原点にコイル１１があるとする。コイル
１１の中心軸はＺＸ面内にあり、コイルの傾き角を右手
系でθ_mとする。その上方にコイル１２Ａ、１２Ｂ、１
２Ｃ、１２Ｄが置かれているものとする。上記のよう
に、コイル１２Ａとコイル１２Ｂで検出した磁界が等し
く、同時にコイル１２Ｃとコイル１２Ｄで検出した磁界
が等しくなるようにレシーバのコイルの位置と方向を調
節したときに、コイル１２Ａの座標を（ｘ₁，ｙ，
ｚ）、コイル１２Ｃの座標を（ｘ₂，ｙ，ｚ）とする。

【００３０】このとき、コイル１２Ａで検出される磁界
Ｂ_sx1とコイル１２Ｃで検出する磁界Ｂ_sx2は、それぞ
れ、次の式（５）および式（６）で与えられる。

【数５】

【数６】前後のコイルの間隔ｌは既知であるから、ｘ₂−ｘ₁＝ｌ（７）が成り立つ。コイル１１の傾き角θ_mは前記ゾンデ４か
ら送られてくるから、前記式（５）、（６）、（７）を
連立させて解けば、コイル１１を原点とする座標系での
コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの位置を知るこ
とができる。連立方程式を解くためには、例えばNewton
法を用いればよい。

【００３１】以上のいずれの実施の形態においても、コ
ンピュータを利用して測定処理および計算処理を自動化
することが可能である。本発明の構成要件であるレシー
バ２００はこのような機能を含むものも含まれる。ま
た、上述した各実施の形態においては、ゾンデ４に格納
されたコイル１１から、測定結果（ゾンデの傾斜角およ
び回転角）で変調された交流磁界を発生させるようにし
ていたが、前記第５の実施の形態を除いて必ずしも測定
結果で変調した磁界を発生させる必要はなく、発振器出
力をそのまま無変調でコイルドライバ１０に印加するよ
うにしてもよい。なお、上述した説明においては、水平
ドリリング工法における掘削位置の測定を例にとって説
明したが、本発明の位置測定方法および装置は、これに
限られることはなく、既知の交流磁界を発生する物体の
位置を測定する場合に、広く適用することが可能であ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置測定
方法および装置によれば、迅速かつ正確に位置を測定す
ることが可能となる。また、レシーバに測定データを送
信しているために、ドリルパイプの接続作業時間を短縮
することが可能となる。そのため、掘削工事の効率が向
上し、工事に要する時間を短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置測定方法における測定系の構成
例を示す図である。

【図２】位置測定用のゾンデの一般的な構成例を示す
図である。

【図３】本発明の位置測定装置の第１の実施の形態の
構成例を示す図である。

【図４】本発明の位置測定装置の第２の実施の形態の
構成例を示す図である。

【図５】図４に示した実施の形態におけるコイルの位
置関係を説明するための図である。

【図６】受信コイルが傾いている場合における測定の
誤差について説明するための図である。

【図７】本発明の位置測定装置の第３の実施の形態の
構成を説明するための図である。

【図８】図７に示した実施の形態における位置測定装
置の内部構成の一例を示す図である。

【図９】本発明の位置測定装置の第４の実施の形態の
構成を説明するための図である。

【図１０】図９に示した実施の形態における位置測定
装置の内部構成の一例を示す図である。

【図１１】本発明の位置測定装置の第５の実施の形態
の構成を説明するための図である。

【図１２】水平ドリリング工法に用いられるドリルビ
ットの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ビット２ドリルパイプ３ドリルヘッド４位置測定用ゾンデ５傾斜計６角度計７電池８信号処理回路９信号変調器１０コイルドライバ１１コイル１２Ａ〜１２Ｄ、１２−１〜１２−Ｎ受信コイル１３Ａ〜１３Ｄ、１３−１〜１３−Ｎアンプ１４Ａ〜１４Ｄ、１４フィルタ１５Ａ〜１５Ｄ、１５復調器１６Ａ〜１６Ｄ出力メータ１７電源１８−１〜１８−Ｎランプ１９水平維持機構２０スイッチ２１ランプ選択器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅川賢一埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会社ケイディディ研究所内Ｆターム(参考） 2F063 AA03 AA04 AA15 BA17 BA30 BB10 BC02 BC04 BD01 BD15 CA11 DA01 DD03 DD05 DD06 GA01 GA29 KA01 LA22 LA23 NA01 NA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界を発生するゾンデの位置を測定する
方法であって、前記ゾンデから既知の交流磁界を発生するステップ、複数のコイルを用いて前記交流磁界を検出するステッ
プ、および、前記複数のコイルからの検出出力に基づいて前記ゾンデ
の位置を測定するステップを含むことを特徴とする位置
測定方法。
【請求項２】前記検出するステップは、中心軸が平行
とされ、かつ、各中心軸に垂直な直線上に各コイルの中
心が一致するように配置された２個のコイルを用いて前
記交流磁界を検出するステップであり、前記測定するステップは、前記２個のコイルからの各検
出出力の和の出力および差の出力に基づいて、前記ゾン
デの位置を測定するステップであることを特徴とする前
記請求項１記載の位置測定方法。
【請求項３】前記検出するステップは、各コイルの中
心軸が平行とされ、各コイルの中心を通り該中心軸に垂
直な直線上に各コイルの中心が一致し、かつ、各コイル
が等間隔になるように配置された複数個のコイルを用い
て前記交流磁界を検出するものであり、前記測定するステップは、該複数個のコイルのうち最大
強度の磁界を受信しているコイルを検出することにより
前記ゾンデの位置を測定するステップであることを特徴
とする前記請求項１記載の位置測定方法。
【請求項４】前記検出するステップは、矩形の４個の
頂点に各コイルの中心が一致し、かつ、全てのコイルの
中心軸が前記矩形のいずれか１辺と平行になるように配
置された４個のコイルを用いて前記交流磁界を検出する
ステップであり、前記測定するステップは、前記４個のコイルにおける、
中心軸が同一直線上になく、かつ、各対角の位置にない
２個のコイルを組とする２組のコイルペアについて、前
記ペアとなっている２つのコイルの出力が２組とも同時
に同一の出力となるように前記４個のコイルの位置と方
向を調節することにより、前記ゾンデの位置を測定する
ステップであることを特徴とする前記請求項１記載の位
置測定方法。
【請求項５】既知の交流磁界を発生するゾンデの位置
を測定するための位置測定装置であって、前記ゾンデ内から発生された交流磁界を受信する複数の
コイルを有することを特徴とする位置測定装置。
【請求項６】前記複数のコイルは、中心軸が平行とさ
れ、かつ、各中心軸に垂直な直線上に各コイルの中心が
一致するように配置された２個のコイルとされており、前記各コイルの検出信号の和を出力する手段と差を出力
する手段とを有することを特徴とする前記請求項５記載
の位置測定装置。
【請求項７】前記２個のコイルが同じ高さになるよう
に調節する水平維持機構を有することを特徴とする前記
請求項６記載の位置測定装置。
【請求項８】前記コイルは４個設けられており、該４
個のコイルの中心軸は平行とされており、そのうちの２
個のコイルは各中心軸に垂直な直線上に各コイルの中心
が一致するように配置されており、該２個のコイルの上
方の同一の高さに残り２個のコイルが前記２個のコイル
に平行に配置されていることを特徴とする前記請求項５
記載の位置測定装置。
【請求項９】前記複数のコイルは、各コイルの中心軸
が平行とされ、かつ、各コイルが等間隔になるように配
置されていることを特徴とする前記請求項５記載の位置
測定装置。
【請求項１０】前記コイルは４個設けられており、矩
形の４個の頂点に各コイルの中心が一致し、かつ、全て
のコイルの中心軸が前記矩形のいずれか１辺と平行にな
るように配置されていることを特徴とする前記請求項５
記載の位置測定装置。