JP2010091504A - 孔路計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、直交３軸の角速度計におけるロール検出用角速度計を振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロの組合せとし、高速の検出レート時に振動ジャイロで検出することを目的とする。
【解決手段】本発明による孔路計測装置は、掘削孔(1)内でケーブル(14)を用いて筒状のプローブ(2)を移動させ、掘削孔(1)の孔位置を計測する構成において、プローブ(2)内に設けられた直交３軸の角速度計(20)におけるロール検出用角速度計(20c)は、振動ジャイロ(20A)とダイナミックチューンドジャイロ(20B)の組合せとした構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、孔路計測装置に関し、特に、直交３軸の角速度計におけるロール検出用角速度計を振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロの組合せとし、各ジャイロの出力信号を検出レートにより選択し、ロール軸の高速回転検出を高精度に行うための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の孔路計測装置としては、例えば、特許文献１に開示された構成を挙げることができるが、この構成において用いられている直交３軸の角速度計としては、３個の周知のダイナミックチューンドジャイロ(略して、ＤＴＧと云う)が採用されていた。

特開２００７−１５５３７７号公報

従来の孔路計測装置は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、検出精度の観点から直交３軸の角速度計が全てダイナミックチューンドジャイロで構成されていたが、ダイナミックチューンドジャイロは、原理上その検出範囲が限られており、かつ、高速回転が継続的に印加された時の励磁コイルによる自己発熱により精度劣化を起こす問題があった。
そのため、計測時にプローブの走行速度（引っ張り速度）を小さくする必要があり、孔計測の運用上の大きい制限事項となっていた。
一般に、孔の軌跡を求める観点からは、ロール軸の検出精度は、ヨー軸、ピッチ軸の検出精度と比べて低くてもよいため、精度的にはダイナミックチューンドジャイロより低いが、原理的にはその検出範囲が広い振動ジャイロをロール軸検出に選択的に併用することにより、前述の課題を解決するもので、特に、通常の運用時はダイナミックチューンドジャイロの出力信号を用いて高精度ロール角計測を行い、高いレートが加わる短時間には振動ジャイロの出力信号を用いることにより、計測中に高速回転がかかる機会が多いロール軸の角速度を広範囲にかつ正確に検出し、運用上の制限を解除することができる孔路計測装置を得ることを目的とする。

本発明による孔路計測装置は、掘削孔内でケーブルを用いて筒状のプローブを移動させ、前記掘削孔の孔位置を計測するようにした孔路計測装置において、前記プローブ内に設けられた直交３軸の角速度計におけるロール軸のロール検出用角速度計は振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロよりなり、前記ロール軸の検出レートに応じて前記振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロの各出力信号を選択して用いる構成であり、また、前記直交３軸の角速度計をなすヨー検出用角速度計及びピッチ検出用角速度計は、ダイナミックチューンドジャイロよりなる構成である。

本発明による孔路計測装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、掘削孔１内でケーブル１４を用いて筒状のプローブ２を移動させ、前記掘削孔１の孔位置を計測するようにした孔路計測装置において、前記プローブ２内に設けられた直交３軸の角速度計２０におけるロール軸(φ)のロール検出用角速度計２０ｃは振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロよりなり、前記ロール軸の検出レートに応じて前記振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロの各出力信号を選択して用いることにより、計測中に高速回転がかかる機会が多いロール軸の角速度を正確に検出できるようになり、運用上の制限が解除され、同時に、直交配置時のセンサ実装スペースを削減することができる。また、前記直交３軸の角速度計２０をなすヨー検出用角速度計２０ａ及びピッチ検出用角速度計２０ｂは、ダイナミックチューンドジャイロよりなることにより、安定的なヨー軸及びピッチ軸の検出ができる。

本発明は、直交３軸の角速度計におけるロール検出用角速度計を振動ジャイロとダイナミックチューンドジャイロの組合せとし、角ジャイロ出力信号を検出レートに応じて選択使用し、ロール軸の高速回転検出を高精度に行うようにした孔路計測装置を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による孔路計測装置の好適な実施の形態について説明する。
図１及び図２において、符号１で示されるものは掘削機（図示せず）によって掘削された掘削孔であり、この掘削孔１内に設置されたプローブ２は、ケーブル中継器１０、ケーブル速度データ１１を検出するケーブル測長器１２を介してケーブル巻取器１３によって巻取られるケーブル１４により掘削孔１から引き抜かれるように構成されている。

前記ケーブル巻取器１３の動作は、前記ケーブル測長器１２及びケーブル巻取器１３に接続された演算部１５により制御されるように構成されている。
前記プローブ２は、図２に示されるように、直交３軸の角速度計２０及び直交３軸の加速度計２１からのデータ２０ｄ，２１ａをＡ／Ｄ変換器２２でＡ／Ｄ変換し、制御回路２３を経てセンサデータ２４として第１通信回路２５を経てケーブル１４から演算部１５の第２通信回路３０へ送られるように構成され、前記ケーブル１４から電源２６を受けるように構成されている。

前記演算部１５は、前記ケーブル速度データ１１を受け演算／表示回路３１へ入力させるための入力回路３２と、この演算／表示回路３１に接続された表示器３２ａ及び記憶回路３３とから構成されている。
また、主電源４０からの電源４１は、演算部１５及び前記電源２６に接続されている。

前記プローブ２内に設けられている直交３軸の前記角速度計２０は、図３に示されているように、その中の２個のヨー検出用角速度計２０ａ及びピッチ検出用角速度計２０ｂは、周知のダイナミックチューンドジャイロ（ＤＴＧ）で構成され、他の１個の角速度計であるロール検出用角速度計２０ｃは、周知の振動ジャイロ２０Ａとダイナミックチューンドジャイロ２０Ｂで構成され、このロール検出用角速度計２０ｃは、前記プローブ２内における前記各角速度計２０ａ，２０ｂの後段側に配設され、このプローブ２による３軸（ヨー軸ψ、ビッチ軸θ、ロール軸φ）の検出軸方向は図３に示される通りである。

次に、前述の構成において孔路計測する場合についてその一例を説明する。
まず、掘削済みの掘削孔１内にプローブ２を挿入し、掘削孔１の最深部までプローブ２を押し込んだ後、前記プローブ２をケーブル１４で引き抜きながら孔位置を計測する。

前記プローブ２を引き抜く時、前記演算部１５では、前記プローブ２のセンサデータ２４及びケーブル１４のケーブル速度データ１１を貯えるのみで、前記プローブ２の姿勢・方位角や位置の計算は行わず、前記プローブ２を掘削孔１の入り口１ａまで引き抜いた時点で、前記センサデータ２４の貯えを終了し、貯えた前記センサデータ２４を貯え時間が遅い方から演算することにより、前記掘削孔１の孔位置の計測の計測基点１Ａを掘削孔１の入り口１ａに取って計測を行うことができる。
従って、前述の孔計測時における前記プローブ２の姿勢は、例えば、図４で示される通りであり、掘削孔センターライン１ｂに対するプローブ２のロール軸φを前記ロール検出用角速度計２０ｃで検出する。

この場合、ロール検出用角速度計２０ｃでは、振動ジャイロ２０Ａとダイナミックチューンドジャイロ２０Ｂが同一のロール軸φ上に配設されているため、図５のように前記振動ジャイロ２０Ａ及びダイナミックチューンドジャイロ２０Ｂからの各出力信号２０Ａａ，２０Ｂａは選択回路５０に入力され、この選択回路５０に入力される前記振動ジャイロ２０Ａ及びダイナミックチューンドジャイロ２０Ｂからの検出レート（図示せず）に応じて何れかの出力信号２０Ａａ又は２０Ｂａが選択されてロール出力信号５１として出力されるように構成されている。

前述の場合、掘削孔１の軌跡を求める観点からは、ロール軸φの検出精度はヨー軸ψ及びピッチ軸θの検出精度と比べて低くてもよいため、精度的にはダイナミックチューンドジャイロ２０Ｂより低いが、原理的には検出範囲が広い振動ジャイロ２０Ａをロール軸φの検出に併用することにより、前述の従来の課題を解決することができる。

すなわち、通常の運用時（前記検出レートが低い場合で、比較的長い時間）には、前記ダイナミックチューンドジャイロ２０Ｂからの出力信号２０Ｂａが選択回路５０を経てロール出力信号５１として出力されて用いられる。
また、ロール軸φに対して比較的短時間ではあるが、前記検出レートよりも高い検出レート、すなわち、前記プローブ２が急速に高速で回転した場合は、この高い検出レートによって前記選択回路５０が切換えられ、その短い時間だけ、前記振動ジャイロ２０Ａからの出力信号２０Ａａがロール出力信号５１として出力されて用いられる。
従って、計測中に高速回転が時々かかる機会が多いロール軸φの角速度を広範囲にかつ正確に検出できるようになり、従来、課題となっていた運用上の制限を解除することができる。

本発明による孔路計測装置のシステム全体を示す構成図である。 図１の要部の回路構成を示すブロック図である。 図１のプローブの構造を示す拡大断面図である。 図１の孔計測時の状態を示す説明図である。 図２のプローブのロール検出用角速度計の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 掘削孔
２ プローブ
φ ロール軸
θ ピッチ軸
ψ ヨー軸
２０ 角速度計
２０ａ ヨー検出用角速度計
２０ｂ ピッチ検出用角速度計
２０ｃ ロール検出用角速度計
２０Ａ 振動ジャイロ
２０Ｂ ダイナミックチューンドジャイロ
２０Ａａ，２０Ｂａ 出力信号
５０ 選択回路
５１ ロール出力信号

Claims (2)

1. 掘削孔(1)内でケーブル(14)を用いて筒状のプローブ(2)を移動させ、前記掘削孔(1)の孔位置を計測するようにした孔路計測装置において、
   前記プローブ(2)内に設けられた直交３軸の角速度計(20)におけるロール軸(φ)のロール検出用角速度計(20c)は振動ジャイロ(20A)とダイナミックチューンドジャイロ(20B)よりなり、前記ロール軸(φ)の検出レートに応じて前記振動ジャイロ(20A)とダイナミックチューンドジャイロ(20B)の各出力信号(20Aa,20Ba)を選択して用いることを特徴とする孔路計測装置。
2. 前記直交３軸の角速度計(20)をなすヨー検出用角速度計(20a)及びピッチ検出用角速度計(20b)は、ダイナミックチューンドジャイロよりなることを特徴とする請求項１記載の孔路計測装置。

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