JP2018184828A - Drill head for underground excavation, drill device for underground excavation, having drill head, and method for detecting object during underground excavation - Google Patents

Drill head for underground excavation, drill device for underground excavation, having drill head, and method for detecting object during underground excavation Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting an object during underground excavation by using a horizontal drill device.SOLUTION: A drill head 1 for underground excavation is particularly used for a horizontal drill device. The drill head 1 includes a housing, a transmitter 6 for generating a radio signal, an antenna 7, and a receiver 8 for receiving the reflected radio signal. In the drill head 1, the antenna unit is adapted to transmit the radio signal into ground and receive the reflected radio signal.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ドリルヘッド、特に水平ドリル装置のためのドリルヘッドと、ドリルヘッドを有する地中削孔用のドリル装置、特に水平ドリル装置と、特に水平ドリル装置を使用して地中削孔中に対象物を検出する方法とに関する。   The present invention relates to a drill head, in particular a drill head for a horizontal drilling device, a drilling device for underground drilling with a drill head, in particular a horizontal drilling device, and in particular a ground drilling device using a horizontal drilling device. And a method for detecting an object.

地中削孔用のドリル装置のドリルヘッドの前方にある障害物は、水平掘削技術における問題を引き起こす。このような障害には、例えば硬質岩の岩石が含まれる場合があり、このような硬質岩の岩石は、使用されるドリル装置によって破砕できないことが多い。さらに、地表付近の領域には水道管、ガス管、電話線、または電力線が位置する可能性があり、掘削中にこれらを破壊してはならない。   Obstacles in front of the drill head of the drilling device for underground drilling cause problems in horizontal drilling technology. Such obstacles may include, for example, hard rocks, and such hard rocks often cannot be crushed by the drilling device used. In addition, water pipes, gas pipes, telephone lines, or power lines may be located in the area near the surface of the earth and should not be destroyed during excavation.

上記の問題は、操縦可能な水平ドリル装置の開発につながった。HDD(Horizontal Directional Drilling)と呼ばれるこのようなドリル装置は、障害物を回避した操縦を可能にする。位置特定の観点から障害物の迂回を可能にするために、ジオレーダ測量によって障害物を分類することがさらに知られている。   The above problems led to the development of a steerable horizontal drilling device. Such a drilling device called HDD (Horizontal Directional Drilling) enables maneuvering while avoiding obstacles. It is further known to classify obstacles by geo-radar surveying in order to allow obstacles to be detoured from a location point of view.

地中の障害物は、通常、レーダユニットによって確実に検出され、この場合、レーダユニットから放射される電磁波が、障害物の一部によって引き起こされる電気的な不連続部から反射され、レーダユニットによって再び受信される。受信した電磁波を分析することにより、特に、位置、すなわちドリルヘッドに対する障害物の方向と、障害物までの距離とを検出して、ドリル装置の進行方向を補正するために使用することが可能となる。   Obstructions in the ground are usually reliably detected by the radar unit, in which case the electromagnetic waves radiated from the radar unit are reflected from electrical discontinuities caused by some of the obstacles and are Received again. By analyzing the received electromagnetic wave, it is possible to detect the position, that is, the direction of the obstacle relative to the drill head and the distance to the obstacle, and to use it to correct the direction of travel of the drilling device. Become.

米国特許第6755263号明細書(US6755263B2)は、地上のロケータと通信する地下のドリル装置において検出を実施するためのシステムおよび方法を開示している。このシステムおよび方法は、地下のドリル装置からレーダプローブ信号を送信することを含む。地下のドリル装置において、レーダリターン信号が受信される。レーダリターン信号は、センサデータを生成するために地下のドリル装置において処理される。センサデータは、地上のロケータによって受信するために適した形式で送信される。   US Pat. No. 6,755,263 (US6755263B2) discloses a system and method for performing detection in an underground drilling device that communicates with a ground locator. The system and method includes transmitting a radar probe signal from an underground drilling device. A radar return signal is received in the underground drilling device. The radar return signal is processed in an underground drilling device to generate sensor data. The sensor data is transmitted in a format suitable for reception by a ground locator.

しかしながら、水平ドリル装置にレーダユニットを組み込むことは、大きな問題となっている。レーダユニットは、通常、ドリルヘッドの前方の領域を監視するために使用されるので、水平ドリル装置自体が電磁波を妨害してしまうことを阻止するために、レーダユニットをドリルヘッド内に配置することが賢明である。さらに、ドリルヘッドは過酷な環境影響を受けるので、ドリルヘッド内の電子装置が著しい摩耗および/または損傷を受ける可能性がある。水平ドリル装置の場合には、ドリルヘッドは、最も強力な応力を受けるコンポーネントである。なぜなら、ドリルヘッドは、水平ドリル装置の駆動ユニットによって生成される静的および動的(打撃装置が関与する場合)な堀削力を地面に伝達するからである。さらに、ドリルヘッド内のスペースが制限されてしまう。   However, incorporating a radar unit into a horizontal drilling device is a major problem. Since the radar unit is usually used to monitor the area in front of the drill head, the radar unit should be placed in the drill head to prevent the horizontal drilling device itself from interfering with electromagnetic waves. Is wise. In addition, because the drill head is subject to harsh environmental effects, the electronics within the drill head can be subject to significant wear and / or damage. In the case of a horizontal drilling device, the drill head is the most stressed component. This is because the drill head transmits static and dynamic (if a striking device is involved) excavation force generated by the drive unit of the horizontal drilling device to the ground. Furthermore, the space in the drill head is limited.

米国特許第6755263号明細書US Pat. No. 6,755,263

従来技術を起点として、本発明は、上述した欠点のうちの少なくとも1つを解決または取り扱うドリルヘッド内に、レーダユニットを組み込むための有利な可能性を提供するという課題に基づいている。   Starting from the prior art, the present invention is based on the problem of providing an advantageous possibility for incorporating a radar unit in a drill head that solves or handles at least one of the above-mentioned drawbacks.

上記の課題は、独立請求項に記載の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。   The above problem is solved by the subject matter described in the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

本発明の本質は、ただ1つのアンテナユニットだけを使用して、ドリルヘッドの前方および側方にある障害物を検出することができるという発見にある。ドリルヘッド内のコンポーネントの数が減ると共に、ドリルヘッドの経路上の障害物の検出に必要なコンポーネントのために設けなければならないスペースも縮小される。   The essence of the invention resides in the discovery that only one antenna unit can be used to detect obstacles in front and side of the drill head. As the number of components in the drill head is reduced, the space that must be provided for components needed to detect obstacles in the drill head path is also reduced.

有利な実施形態によれば、反射された無線信号を地上で処理することができ、また、反射された無線信号の処理が地上で実施される。結果として、ドリルヘッド内において処理を実施する必要がなくなり、−ドリルヘッドによって受信された−反射された無線信号の送信のみを実施すればよくなる。したがって、ドリルヘッド内の電子コンポーネントの数をさらに減らすことが可能となり、ドリルヘッド内の電子コンポーネントの複雑性を軽減することが可能となる。したがって、特に水平ドリル装置のための、本発明による地中削孔用のドリルヘッドは、反射された無線信号が未処理の状態で地上の装置に送信され得るように適合された受信機を含むことができる。   According to an advantageous embodiment, the reflected radio signal can be processed on the ground, and the processing of the reflected radio signal is performed on the ground. As a result, there is no need to perform any processing in the drill head, only the transmission of the reflected radio signal—received by the drill head—is required. Therefore, the number of electronic components in the drill head can be further reduced, and the complexity of the electronic components in the drill head can be reduced. Accordingly, the drill head for underground drilling according to the present invention, especially for horizontal drilling devices, includes a receiver adapted to allow the reflected radio signal to be transmitted to the ground device in an unprocessed state. be able to.

本発明によれば、水平方向の掘削(HDD)において使用することができる水平ドリル装置は、溝なしで地中または土壌に穴を堀削するための装置を包含する。操縦可能なドリルヘッドを使用することができる。地中に穴を掘削する目的は、掘削すべき穴に沿って地下のパイプ、導管、またはケーブルを設置することとすることができる。パイプは、例えばPVC、ポリエチレン、および/またはポリプロピレンのようなポリマー、延性鉄、および/または鋼といった材料から形成することができる。穴の掘削中または掘削後に、掘削された穴を通してパイプを引き込むことができる。   According to the present invention, a horizontal drilling device that can be used in horizontal drilling (HDD) includes a device for excavating holes in the ground or soil without grooves. A steerable drill head can be used. The purpose of drilling holes into the ground can be to install underground pipes, conduits, or cables along the holes to be drilled. The pipe can be formed from materials such as polymers such as PVC, polyethylene, and / or polypropylene, ductile iron, and / or steel. During or after drilling the hole, the pipe can be drawn through the drilled hole.

本発明による「ハウジング」という用語は、ドリルヘッドの外側輪郭の区分によって少なくとも部分的に囲まれたスペースを包含する。   The term “housing” according to the invention encompasses a space at least partly surrounded by a section of the outer contour of the drill head.

本発明による「送信機」は、電磁波、すなわち無線信号を送出するためにアンテナに機能的に結合されたパルス発生器を包含する。レーダ、特に地中削孔用のレーダは、地表下の誘電率の小さな変化でさえも検出するための敏感な技術である地中レーダ(ground penetrating-radar)である。レーダを使用することによって画像を生成することができ、画像は大量の細部を含むことができる。水平方向の掘削においてレーダを使用するための主な目的は、ドリルヘッドの前方にある障害物を検出することである。送信機および受信機は、対象物/障害物検出システムの一部とすることができる。送信機は、1つの実施形態では、無線信号を生成するために使用されるアンテナコンポーネントおよび回路コンポーネントを含むことができる。   A “transmitter” according to the present invention includes a pulse generator operatively coupled to an antenna to transmit electromagnetic waves, ie radio signals. Radar, especially radar for underground drilling, is a ground penetrating-radar, a sensitive technique for detecting even small changes in the dielectric constant below the surface. An image can be generated by using radar, and the image can contain a large amount of detail. The main purpose of using radar in horizontal drilling is to detect obstacles in front of the drill head. The transmitter and receiver can be part of an object / obstacle detection system. The transmitter, in one embodiment, can include antenna components and circuit components that are used to generate radio signals.

ドリルヘッドは、無線信号の送信および受信の両方のための単一のアンテナを含むことが可能である。しかしながら、特に種々異なる目的のため、例えば位置特定情報および/または制御情報または操縦情報および/または命令を送信および/または受信するための、1つまたは複数の追加的なアンテナを設けることも可能である。信号を送信するための単一のアンテナと、信号を受信するための単一のアンテナとを有する単一のアンテナユニットを使用することが可能である。1つまたは複数のアンテナは、好ましくはドリルヘッドの内部またはドリルヘッドの表面にコンフォーマルな形態で配置される。アンテナがドリルヘッドの内部に配置される場合には、ドリルヘッドの少なくとも一部は、非金属材料、好ましくは硬質誘電体、特にPOM、またはレーダ波透過材料を含み、これらの材料によってドリルヘッドから地中への送信が可能となる。   The drill head can include a single antenna for both transmitting and receiving radio signals. However, it is also possible to provide one or more additional antennas, particularly for different purposes, for example for transmitting and / or receiving location and / or control information or maneuvering information and / or instructions. is there. It is possible to use a single antenna unit with a single antenna for transmitting signals and a single antenna for receiving signals. The one or more antennas are preferably arranged in a conformal form inside the drill head or on the surface of the drill head. If the antenna is arranged inside the drill head, at least a part of the drill head comprises a non-metallic material, preferably a hard dielectric, in particular POM, or a radar wave transmissive material, from which the drill head Transmission to the ground is possible.

本発明による「受信機」は、電磁波、特に前もって送信され、対象物から反射された無線信号を受信するように適合された装置を包含する。   A “receiver” according to the invention encompasses a device adapted to receive electromagnetic waves, in particular radio signals transmitted in advance and reflected from an object.

「前記受信機は、前記反射された無線信号が未処理の状態で地上に送信されるように適合されている」という表現は、受信した反射された無線信号を、受信機自体によって送信することができることを包含し、すなわち、受信機が送信手段を含むことができるか、または受信機によって受信された反射された無線信号を送信する送信手段に、受信機が機能的に結合されていることを包含する。   The expression “the receiver is adapted to transmit the reflected radio signal to the ground in an unprocessed state” means that the received reflected radio signal is transmitted by the receiver itself. That is, the receiver can include transmission means, or the receiver is functionally coupled to transmission means that transmits the reflected radio signal received by the receiver. Is included.

「未処理の状態で/未処理の」という用語は、受信機によって受信されて地上の装置に送信される反射された無線信号が、信号の評価なしに送信されることを包含する。受信機によって受信された「生の信号」を、地上の装置に送信することができる。受信した無線信号を「未処理の状態で」送信するということは、無線信号を送信目的で変調および/または増幅することは可能であるが、しかしながら、障害物を検出する目的に関しては情報が得られないということ、すなわちドリルヘッド内では、障害物を検出する目的での受信した無線信号の評価は実施されないということを包含する。受信した無線信号の評価は、地上で実施される。地上の装置はさらに、表示ユニットを含むことができるか、または表示ユニットに接続されることができ、表示ユニットは、レーダユニットによって検出された、地中に位置する障害物に関する情報、特に距離、位置(すなわちドリル装置に対する方向)、寸法、および形状に関する情報を指示する。地上の装置はさらに、制御ユニットを含むことができるか、または制御ユニットに接続されることができ、制御ユニットは、検出された障害物との衝突を防止するために、ドリル装置のドリルヘッドの進行方向の補正を自動的に実施することが可能である。   The term “raw / unprocessed” includes reflected radio signals that are received by a receiver and transmitted to a terrestrial device are transmitted without signal evaluation. The “raw signal” received by the receiver can be transmitted to a ground device. Transmitting a received radio signal “in a raw state” can modulate and / or amplify the radio signal for transmission purposes, however, information is obtained regarding the purpose of detecting obstacles. This means that no evaluation of the received radio signal is performed in the drill head for the purpose of detecting obstacles. The received radio signal is evaluated on the ground. The device on the ground can further include or be connected to a display unit, which displays information about obstacles located in the ground, detected by the radar unit, in particular the distance, Indicating information about position (i.e. direction relative to the drilling device), dimensions and shape The ground device can further include or be connected to a control unit, which controls the drill head of the drilling device to prevent collision with detected obstacles. It is possible to automatically correct the direction of travel.

「地上の装置」という用語は、それぞれの装置が地面の上に位置し得ることを包含する。「地上の装置」は、地面の穴、特にHDDにおいて使用される発進坑または到達坑の中に装置が位置することを包含することもできる。「地上の装置」は、ドリルヘッドおよびドリルストリングとは異なるものである。「地上の装置」は、掘削すべき穴の外側にある。   The term “ground device” encompasses that each device may be located on the ground. "Ground equipment" can also include the equipment being located in a hole in the ground, especially the start or reach used in HDDs. “Ground equipment” is different from drill heads and drill strings. The “ground equipment” is outside the hole to be drilled.

本発明による「ドリルヘッド」という用語は、いわゆる操縦可能なドリルヘッドを包含し、このドリルヘッドは、少なくともいくつかの領域において、ドリルヘッド自体の長手軸線に対して、ひいては掘削方向に対して傾斜している端面を有する。傾斜面は、推進中に側方に向けられた偏向力を引き起こし、ドリルヘッドが静的に駆動される場合、すなわち回転しない場合には、結果的に、湾曲したドリルパターンが形成されることとなる。このような制御されたドリルヘッドでは、ドリルヘッドを推進方向に動作させるだけでなく、偏向力が完全な1回転にわたって補償されるようにドリルヘッドを回転させることによって、直線状の掘削が可能である。   The term “drill head” according to the invention encompasses so-called steerable drill heads, which are at least in some areas inclined with respect to the longitudinal axis of the drill head itself and thus with respect to the drilling direction. Have end faces. The inclined surface causes a laterally directed deflection force during propulsion, which results in the formation of a curved drill pattern when the drill head is driven statically, i.e. does not rotate. Become. Such a controlled drill head not only moves the drill head in the propulsion direction, but also allows linear drilling by rotating the drill head so that the deflection force is compensated over a complete revolution. is there.

本発明は、明示的に、反射された無線信号を考慮しているが、回折された信号、すなわち、回折された無線信号も同様に考慮することができ、したがって、非反射性の地下の障害物によって引き起こされる信号が考慮される。したがって、「反射された無線信号」という用語は、受信される信号が、反射された無線信号であるか回折された無線信号であるかにかかわらず、受信機によって受信される信号を包含する。   Although the present invention explicitly considers reflected radio signals, diffracted signals, i.e. diffracted radio signals, can be considered as well, and thus non-reflective underground obstacles. Signals caused by objects are taken into account. Thus, the term “reflected radio signal” encompasses signals received by a receiver regardless of whether the received signal is a reflected radio signal or a diffracted radio signal.

ドリルヘッド内の電子および/または電気コンポーネントを、バッテリまたは蓄電池によって電力供給することができる。バッテリまたは蓄電池をドリルヘッド内に設けることにより、ドリルヘッド内の電気/電子コンポーネントのための独立した電力供給が可能になる。ドリルヘッド内の電子および/または電気コンポーネントを、ドリルロッド内のワイヤによって表面から電力供給することができる。   Electronic and / or electrical components within the drill head can be powered by a battery or accumulator. Providing a battery or accumulator in the drill head allows independent power supply for the electrical / electronic components in the drill head. Electronic and / or electrical components in the drill head can be powered from the surface by wires in the drill rod.

電力供給部によって供給される電力の極性を、電子および/または電気コンポーネントに供給するための電力が適切な極性図に設定され得るように変更または変化させることができるか、またはドリルストリングにおけるあらゆる電解腐食に対処するために交番させることができる。   The polarity of the power supplied by the power supply can be changed or changed so that the power for supplying the electronic and / or electrical components can be set to an appropriate polarity diagram, or any electrolysis in the drill string Can be alternated to deal with corrosion.

本発明に基づいて使用されるレーダは、ダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)に基づくことができる。DDSは、周波数シンセサイザの一種であり、単一の固定周波数の基準クロックから任意の波形を生成するために使用することができる。使用可能なDDS回路は、(a)位相アキュムレータ、(b)メモリ/ストレージ、(c)D/A変換器、および(d)周期的なアナログ信号をアナログパルスに変換するための手段を含むことができる。位相アキュムレータは、数値制御されることができ、所定の入力計数期間および入力クロック周波数を有することができ、位相変調された周期的な出力デジタル信号を有することができる。メモリ/ストレージは、位相変調された周期的なデジタル信号の位相/振幅変換のためのROMとして実装されることができ、振幅変調された周期的なデジタル信号を提供することができる。D/A変換器は、前記振幅変調された周期的なデジタル信号を、量子化された周期的なアナログ信号に変換することができる。前記変換するための手段は、好ましくは比較器を含み、比較器は、前記周期的なアナログ信号の「ゼロ交差」を検出し、当該「ゼロ交差」のそれぞれに対して駆動パルスを生成する。有利には、前記比較器の上流には、前記量子化された周期的なアナログ信号を正弦波信号に変換するためのフィルタが設けられている。   The radar used in accordance with the present invention can be based on a direct digital synthesizer (DDS). DDS is a type of frequency synthesizer that can be used to generate an arbitrary waveform from a single fixed frequency reference clock. Usable DDS circuits include (a) a phase accumulator, (b) memory / storage, (c) a D / A converter, and (d) means for converting a periodic analog signal into an analog pulse. Can do. The phase accumulator can be numerically controlled, can have a predetermined input counting period and input clock frequency, and can have a phase modulated periodic output digital signal. The memory / storage can be implemented as a ROM for phase / amplitude conversion of phase-modulated periodic digital signals and can provide amplitude-modulated periodic digital signals. The D / A converter can convert the amplitude-modulated periodic digital signal into a quantized periodic analog signal. The means for converting preferably includes a comparator, which detects a “zero crossing” of the periodic analog signal and generates a drive pulse for each of the “zero crossings”. Advantageously, a filter is provided upstream of the comparator for converting the quantized periodic analog signal into a sinusoidal signal.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記受信機は、信号送信機に結合されており、前記信号送信機は、前記受信機によって受信された前記反射された無線信号を未処理の状態で地上の装置に送信するように適合されている。したがって、反射された無線信号を受信するための受信機は、受信機に対して追加的な別個のエンティティとすることができる。しかしながら、反射された無線信号を受信するための受信機が、反射された無線信号を当該受信機自身で送信するように適合されていることも可能である。   According to a preferred embodiment of the present invention, the receiver is coupled to a signal transmitter, which is configured to process the reflected radio signal received by the receiver in an unprocessed state on the ground. Adapted to transmit to any device. Thus, the receiver for receiving the reflected radio signal can be an additional separate entity for the receiver. However, it is also possible that a receiver for receiving the reflected radio signal is adapted to transmit the reflected radio signal by itself.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記反射された無線信号を受信するための前記受信機および/または前記信号送信機は、未処理の前記反射された無線信号をワイヤレスで受信するように適合されている。したがって、前記地上の装置は、前記反射された無線信号をワイヤレスで受信するように適合されている。ワイヤレス伝送を有する場合には、未処理の無線信号を地上の装置に送信可能なワイヤは必要ない。未処理の無線信号は、変調可能な電磁波を介して送信することができる。したがって、変調された電磁波は、未処理の無線信号を地上の装置に伝送するために使用される。地上の装置によって受信された電磁波が復調された後、未処理のデータを使用して情報を視覚化すること、および/または、警告信号を生成することができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the receiver and / or the signal transmitter for receiving the reflected radio signal are adapted to receive the raw reflected radio signal wirelessly. Has been. Accordingly, the terrestrial device is adapted to receive the reflected radio signal wirelessly. If you have wireless transmission, you do not need a wire that can send raw radio signals to ground devices. The raw radio signal can be transmitted via a modulatable electromagnetic wave. Therefore, the modulated electromagnetic wave is used to transmit an unprocessed radio signal to a ground device. After the electromagnetic waves received by the terrestrial device are demodulated, the raw data can be used to visualize the information and / or generate a warning signal.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記受信機は、ケーブルまたはワイヤに結合されており、前記ケーブルまたはワイヤは、前記反射された無線信号を、前記ドリルヘッドに接続可能なドリルロッドセグメントの接続要素に送信するための連結要素に接続される。伝送のためにケーブルまたはワイヤを設けることにより、ワイヤレス伝送のために使用される電磁波への影響に起因して発生し得る干渉の危険性が低減される。   According to a preferred embodiment of the present invention, the receiver is coupled to a cable or wire, the cable or wire connecting a drill rod segment capable of connecting the reflected radio signal to the drill head. Connected to a concatenated element for sending to the element. Providing cables or wires for transmission reduces the risk of interference that can occur due to the effects on electromagnetic waves used for wireless transmission.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記ドリルヘッドは、位置取得装置を含み、前記受信機は、前記位置取得装置のデータを、前記反射された無線信号と一緒に地上の装置に送信するように適合されている。障害物検出システムのデータを、位置取得装置のデータと同期させることができる。障害物検出装置のデータを、位置情報と相関させることも可能であろう。   According to a preferred embodiment of the present invention, the drill head includes a position acquisition device, and the receiver transmits the position acquisition device data to the ground device together with the reflected radio signal. It is adapted to. The data of the obstacle detection system can be synchronized with the data of the position acquisition device. It would also be possible to correlate the obstacle detection device data with the position information.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記受信機は、前記反射された無線信号および前記位置取得装置のデータを、離散マルチトーン変調(DMM)によって送信するように適合されている。アンテナによって受信された反射された無線信号は、まず始めに増幅器においての生データとして増幅される。この信号は、その後、増幅器から(4線インタフェースである)イーサネットインタフェースを介してドリルヘッド内のDMMモデムに伝達され、DMMモデムは、4線インタフェースを2線インタフェースにする。次いで、信号を、地上の装置、例えばドリル装置に、ドリルロッド内のいわゆる「インライナ」、または2つのパイプ(インナーパイプおよびアウターパイプ)を有するドリルロッドと、インナーパイプとを介して伝送することができるか、またはそれぞれのアウターパイプと、ドリルロッドとを介して伝送することができる。地上の装置は、伝送された信号を、スリップリングを介してタップすることができる。いわゆる「インキャブモデム(In-Cab modem)」は、2線インタフェースを再び4線インタフェース(イーサネット)にする。生のデータは、その後、市販のイーサネットネットワークケーブルを介して、評価のためにドリル装置のコンピュータに伝達される。   According to a preferred embodiment of the invention, the receiver is adapted to transmit the reflected radio signal and the position acquisition device data by means of discrete multitone modulation (DMM). The reflected radio signal received by the antenna is first amplified as raw data at the amplifier. This signal is then transmitted from the amplifier via the Ethernet interface (which is a 4-wire interface) to the DMM modem in the drill head, which makes the 4-wire interface a 2-wire interface. The signal can then be transmitted to a ground device, for example a drilling device, via a so-called “inliner” in the drill rod or a drill rod having two pipes (an inner pipe and an outer pipe) and an inner pipe. Or can be transmitted via the respective outer pipe and the drill rod. Ground equipment can tap the transmitted signal through a slip ring. The so-called “In-Cab modem” turns the 2-wire interface back into a 4-wire interface (Ethernet). The raw data is then transmitted to a drilling machine computer for evaluation via a commercially available Ethernet network cable.

「イーサネット」という用語は、イーサネット上の通信がデータストリームをより短い部分に、いわゆるフレームに分割するという可能性を包含する。それぞれのフレームは、送信元アドレスおよび宛先アドレスと、誤り検査データとを含むことができる。フレームの内容は、損傷したフレームを検出して破棄および/または再送信および/または修正することができる可能性を提供する。   The term “Ethernet” encompasses the possibility that communication over Ethernet divides the data stream into shorter parts, so-called frames. Each frame may include a source address and a destination address, and error check data. The content of the frame provides the possibility that a damaged frame can be detected and discarded and / or retransmitted and / or corrected.

離散マルチトーン変調を使用することにより、信号を複数の周波数帯域に分離することができる。変調および復調のためには高速フーリエ変換(FFT)アルゴリズムを使用することができる。   By using discrete multitone modulation, the signal can be separated into multiple frequency bands. A Fast Fourier Transform (FFT) algorithm can be used for modulation and demodulation.

使用される技術を、最適なスループットを維持するレートで最も好ましいトーンを使用して適応的にすることができる。データストリームは、データの品質を保証するために誤り検出および訂正オーバーヘッドを運ぶことができる。   The technique used can be made adaptive using the most favorable tones at a rate that maintains optimal throughput. The data stream can carry error detection and correction overhead to ensure the quality of the data.

本発明はさらに、地中削孔用のドリル装置、特に水平ドリル装置において、前記ドリル装置は、上述したドリルヘッドと地上の装置とを有する、ドリル装置を提供する。   The present invention further provides a drilling device for underground drilling, particularly a horizontal drilling device, wherein the drilling device has the above-described drill head and ground device.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記地上の装置は、前記ドリルヘッドを操縦するように適合されている。地上の装置に入力された命令または指示に応答してドリルヘッドを操縦し、地中に穴を掘削することが可能になる。ドリルヘッドは、命令/指示を受信することができるか、またはドリル装置は、地上の装置に応答して動作される。   According to a preferred embodiment of the invention, the ground device is adapted to steer the drill head. It is possible to maneuver the drill head in response to commands or instructions entered into the ground equipment to drill holes in the ground. The drill head can receive instructions / instructions or the drilling device can be operated in response to ground equipment.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記地上の装置は、前記反射された無線信号および/または前記位置取得装置のデータを視覚化するように適合されている。地上の装置は、障害物検出システム(反射された無線信号)ならびに位置取得装置によって受信された情報を視覚化するためのディスプレイまたはモニタを含むことができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the terrestrial device is adapted to visualize the reflected radio signal and / or data of the position acquisition device. Ground devices can include an obstacle detection system (reflected radio signal) as well as a display or monitor for visualizing information received by the position acquisition device.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記地上の装置は、前記反射された無線信号および/または前記位置取得装置のデータに応答して前記ドリルヘッドを操縦するように適合されている。ドリルヘッドまたはドリル装置の制御は、反射された無線信号(障害物検出装置)によって供給された情報を考慮してドリルヘッドが所定の経路に沿って操縦されるような自動制御とすることができる。検出された障害物を回避した後、ドリルヘッドを障害物の背後の所定の経路に戻すことができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the ground device is adapted to steer the drill head in response to the reflected radio signal and / or data of the position acquisition device. The control of the drill head or the drill device can be an automatic control in which the drill head is steered along a predetermined path in consideration of the information supplied by the reflected radio signal (obstacle detection device). . After avoiding the detected obstacle, the drill head can be returned to a predetermined path behind the obstacle.

本発明はさらに、地中削孔中に対象物を検出する方法であって、同一のアンテナによる、ドリルヘッドから無線信号を送信するステップと、反射された無線信号を前記ドリルヘッド内の受信機を介して受信するステップとを含む、方法を提供する。したがって、無線信号を地中に送信すると共に、反射された無線信号を受信するための、ただ1つの単一のアンテナが使用される。   The present invention further relates to a method for detecting an object in an underground drilling hole, wherein a radio signal is transmitted from a drill head by the same antenna, and a reflected radio signal is received by a receiver in the drill head. Via the method of receiving via. Thus, only one single antenna is used to transmit the radio signal into the ground and receive the reflected radio signal.

好ましい実施形態によれば、前記方法はさらに、受信した前記反射された無線信号を未処理の状態で地上の装置に送信するステップを含む。   According to a preferred embodiment, the method further comprises the step of transmitting the received reflected radio signal unprocessed to a ground device.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記方法は、受信した前記反射された無線信号を、ドリルヘッドと、前記ドリルヘッドに接続されるドリルロッドセグメントとを通るケーブルを介して送信するステップを含む。   According to a preferred embodiment of the present invention, the method comprises the step of transmitting the received reflected radio signal via a cable passing through a drill head and a drill rod segment connected to the drill head. .

本発明の好ましい実施形態によれば、前記方法は、前記反射された無線信号を位置取得装置のデータと一緒に、特に離散マルチトーン変調によって送信するステップを含む。   According to a preferred embodiment of the invention, the method comprises the step of transmitting the reflected radio signal together with position acquisition device data, in particular by means of discrete multitone modulation.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記方法は、前記反射された無線信号に応答して前記ドリルヘッドを操縦するステップを含む。   According to a preferred embodiment of the present invention, the method includes maneuvering the drill head in response to the reflected radio signal.

本発明の例示的な実施形態を、以下に図面を参照しながらより詳細に説明する。   Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings.

本発明によるドリルヘッドを有する水平ドリル装置を示す図である。1 shows a horizontal drilling device having a drill head according to the present invention. 本発明によるドリルヘッドを有する水平ドリル装置の別の実施形態を示す図である。FIG. 6 shows another embodiment of a horizontal drilling device having a drill head according to the present invention. 本発明によるドリルヘッドの第1の実施形態を示す図である。1 is a diagram showing a first embodiment of a drill head according to the present invention. 本発明によるドリルヘッドの第2の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the drill head by this invention. データ、信号、および電力のフローを説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the flow of data, a signal, and electric power.

図1は、いわゆるHDDドリル装置とも呼ばれる操縦可能な水平ドリル装置の適用例を概略的な図示によって示す。HDDは、“Horizontal Directional Drilling”の略である。水平ドリル装置は、本発明によるドリルヘッド1を含むドリルヘッド1を有する。ドリルヘッド1は、ドリルロッド2の先端に取り付けられており、ドリルロッド2は、ねじ山を介して相互に連結された複数のロッドセクション3から形成されている。ドリルロッド2の後端は、駆動ユニット4に接続されており、駆動ユニット4によって、ドリルロッド2の長手方向の力とトルクとをドリルロッド2に伝達することができる。駆動ユニット4によって、取り付けられたドリルヘッド1を含むドリルロッド2は、スラスト方向およびプル方向に駆動されると共に、回転されることができる。   FIG. 1 schematically shows an application example of a steerable horizontal drill device, also called a so-called HDD drill device. HDD is an abbreviation for “Horizontal Directional Drilling”. The horizontal drilling device has a drill head 1 including a drill head 1 according to the invention. The drill head 1 is attached to the tip of a drill rod 2, and the drill rod 2 is formed of a plurality of rod sections 3 connected to each other via a screw thread. The rear end of the drill rod 2 is connected to the drive unit 4, and the drive unit 4 can transmit the force and torque in the longitudinal direction of the drill rod 2 to the drill rod 2. The drive unit 4 allows the drill rod 2 including the attached drill head 1 to be driven and rotated in the thrust and pull directions.

図1の水平ドリル装置では、駆動ユニット4は、地表上に、ひいては地上に固定されて配置されている。したがって、掘削作業は地表からも開始され、これによって、まず始めに地中に斜めに掘削が行われ、所望の深度に到達後、掘削の進行方向が水平に到達するまで変更され、その後、掘削が実質的に水平に継続される。   In the horizontal drilling apparatus of FIG. 1, the drive unit 4 is arranged on the ground surface, and thus fixed on the ground. Therefore, excavation work is also started from the ground surface, so that the excavation is first carried out obliquely in the ground, and after reaching the desired depth, the direction of excavation is changed until it reaches horizontal, and then excavation Is continued substantially horizontally.

掘削の直線状の進行方向からの逸脱は、地中において、掘削して貫通することができない障害物(例えば岩盤)または掘削して貫通してはならない障害物(例えば電力線、ガス管、または水道管)(図示せず)に遭遇する場合に必要となることがある。このような地中の障害物を検出するために、ドリルヘッドにレーダユニットが設けられており、レーダユニットは、電磁波を放射し、この電磁波が導電性の対象物から反射された後、この電磁波を受信し、これによって対象物の距離、形状、寸法、および位置を計算することが可能である。このように、レーダユニットは、図3および4においてより詳細に説明されている。   Deviations from the straight direction of excavation are obstacles that cannot be excavated and penetrated in the ground (eg, rock) or obstacles that should not be excavated (eg, power lines, gas pipes, or waterworks) This may be necessary when encountering a tube (not shown). In order to detect such an obstacle in the ground, the drill head is provided with a radar unit. The radar unit emits an electromagnetic wave, and after the electromagnetic wave is reflected from a conductive object, the electromagnetic wave , Thereby calculating the distance, shape, dimensions and position of the object. Thus, the radar unit is described in more detail in FIGS.

図2は、駆動ユニット4が発進坑5の中に配置されている別の実施形態を示す。本発明の理解によれば、駆動ユニット4は、地上の装置である。   FIG. 2 shows another embodiment in which the drive unit 4 is arranged in the start shaft 5. According to an understanding of the invention, the drive unit 4 is a ground device.

図3および4は、図1および2に示された水平ドリル装置において使用可能な、レーダユニットを有する、本発明によるドリルヘッド1の2つの実施形態を示す。   3 and 4 show two embodiments of a drill head 1 according to the invention having a radar unit that can be used in the horizontal drilling device shown in FIGS. 1 and 2.

図2および3のドリルヘッド1は、堀削方向において後端に形成されている円筒形のシャフトを有し、円筒形のシャフトは、ロックシステムを有し、このロックシステムによって円筒形のシャフトをドリルロッド2の先端に固定することが可能である。ドリルヘッド1の先端には、推進力が最大になるように構成された形状を有するドリルヘッドフロントが設けられている。この目的のためにドリルヘッドフロントは、地中における良好な切削作用を提供すると共に摩耗耐性が極めて高い、種々の硬質合金要素を含む。傾斜面は、地中を推進中に、横方向に向けられた偏向を引き起こし、これによって水平ドリル装置の操縦性が可能となる。傾斜面にはさらに、ベントナイトを流すための2つのノズルを組み込むことができ、外部の供給管(図示せず)および中空のドリルロッド2の内部を通ってドリルヘッド1に導かれたベントナイトは、これらの2つのノズルによってドリルヘッドから高圧下で吐出され、一方では液圧による切削作用によって、他方ではドリルヘッド1の前方にある土の軟化によって、ドリルの推進力を増加させる。   The drill head 1 of FIGS. 2 and 3 has a cylindrical shaft formed at the rear end in the excavation direction, and the cylindrical shaft has a locking system, by which the cylindrical shaft is moved. It is possible to fix to the tip of the drill rod 2. A drill head front having a shape configured to maximize the propulsive force is provided at the tip of the drill head 1. For this purpose, the drill head front includes various hard alloy elements that provide good cutting action in the ground and are extremely wear resistant. The inclined surface causes a laterally directed deflection during propulsion in the ground, thereby enabling the maneuverability of the horizontal drilling device. The inclined surface can further incorporate two nozzles for flowing bentonite, and the bentonite guided to the drill head 1 through the inside of an external supply pipe (not shown) and the hollow drill rod 2 is These two nozzles discharge from the drill head under high pressure, increasing the propulsive force of the drill by the hydraulic cutting action on the one hand and the softening of the soil in front of the drill head 1 on the other hand.

レーダユニットは、ドリルヘッド1の円筒形のシャフト内に配置されており、電気パルスを生成し、アンテナ7を介して電磁波(反射される無線信号)を放射するための送信機6と、反射された電磁波を受信するための受信機8とを含む。反射された無線信号は、未処理の状態で駆動ユニット4に送信される。駆動ユニット4は、評価ユニットを含み、評価ユニットは、地中に存在する障害物の距離、位置、寸法、および形状に関する情報を指示することができる表示装置を有する。評価ユニットはさらに、制御ユニットに接続されており、制御ユニットは、それぞれ駆動ユニット4を動作させることによって障害物を回避した操縦を可能にする。   The radar unit is arranged in the cylindrical shaft of the drill head 1 and is reflected by a transmitter 6 for generating electric pulses and for radiating electromagnetic waves (reflected radio signals) via an antenna 7. And a receiver 8 for receiving electromagnetic waves. The reflected radio signal is transmitted to the drive unit 4 in an unprocessed state. The drive unit 4 includes an evaluation unit, and the evaluation unit has a display device that can indicate information related to the distance, position, size, and shape of an obstacle existing in the ground. The evaluation unit is further connected to a control unit, which allows the steering unit 4 to be operated by avoiding obstacles by operating the drive unit 4, respectively.

レーダユニット、特にアンテナ7は、所定の方向に電磁波を送出し、これによってドリルヘッド1のハウジングの、電磁波が出射する領域を、酸化物セラミックス、すなわち誘電性材料からなるプレートによって覆うことができる。これとは対照的に、ドリルヘッド1のハウジングの残りの部分は、鋼から、ひいては導電性材料から形成することができる。このプレートは、電磁波がドリルヘッド1のハウジングを十分に通過することを保証することができ、これによってドリルヘッド1の正面および/または側面の地中を監視することが可能となる。   The radar unit, in particular the antenna 7, sends out electromagnetic waves in a predetermined direction, whereby the region of the drill head 1 where the electromagnetic waves are emitted can be covered with a plate made of oxide ceramics, that is, a dielectric material. In contrast, the remaining part of the housing of the drill head 1 can be made from steel and thus from a conductive material. This plate can ensure that the electromagnetic waves sufficiently pass through the housing of the drill head 1, which makes it possible to monitor the ground on the front and / or side of the drill head 1.

図3および4に示されたドリルヘッド1は、実質的に3つの部分から形成されており、これら3つの部分は、ドリルロッド2の先端に取り付けるためのシャフト端部と、堀削推進力が最大になるように設計された形状を有するドリルヘッドフロントと、ドリルヘッド1のこれらのコンポーネントの間に配置され、ドリルヘッド1のシャフトの一部を形成しているレーダハウジングとからなる。ドリルヘッド1の3つの部分の間の接続は、ロック要素を有する高速作動式のクロージャシステムによって実装される。ドリルヘッド1が3つの部分から構成されていることにより、レーダユニットの任意選択的な取り付けが可能となり、これによってドリルヘッドフロントを、シャフト端部に直接的に接続することも可能となる。掘削が実施される地面によっては、レーダ監視が必要でない可能性があり、レーダユニットは相当に高価でもあるので、購入されるレーダユニットの個数がドリルヘッドの個数よりも少ない場合もあるから、レーダユニットの任意選択的な取り付けは、有効性を改善するに過ぎないという状況が存在する場合がある。   The drill head 1 shown in FIGS. 3 and 4 is substantially formed of three parts, the shaft end for attaching to the tip of the drill rod 2 and the drilling propulsion force. It consists of a drill head front having a shape designed to be maximal and a radar housing which is arranged between these components of the drill head 1 and forms part of the shaft of the drill head 1. The connection between the three parts of the drill head 1 is implemented by a fast acting closure system with a locking element. Since the drill head 1 is composed of three parts, an optional attachment of the radar unit is possible, whereby the drill head front can also be connected directly to the shaft end. Depending on the ground where the excavation is carried out, radar monitoring may not be necessary, and radar units are also quite expensive, so the number of radar units purchased may be less than the number of drill heads. There may be situations where the optional attachment of the unit only improves effectiveness.

図3に示された実施形態による、受信機8によってアンテナ7を介して受信された未処理の無線信号の、ドリルユニット4への送信は、ワイヤ9を介して実施される。ワイヤ9は、受信機8に結合されており、ドリルロッド2の先端に接触する接触面に通じている。ドリルロッド2(それぞれのドリルロッドセクション3)内には、受信機8からドリルユニット4への電気的接触を構築するためのケーブルが設けられている。   The transmission of the raw radio signal received by the receiver 8 via the antenna 7 to the drill unit 4 according to the embodiment shown in FIG. The wire 9 is coupled to the receiver 8 and leads to a contact surface that contacts the tip of the drill rod 2. Within the drill rod 2 (each drill rod section 3), a cable for establishing electrical contact from the receiver 8 to the drill unit 4 is provided.

図4に示された実施形態による、受信機8によってアンテナ7を介して受信された未処理の無線信号の、ドリルユニット4への送信は、ワイヤレスで実施される。受信機8は、受信した反射された無線信号をドリルユニット4に送信する。受信機8は、反射された無線信号をドリルユニット4に送信するための信号送信機10を含む。   Transmission of raw radio signals received by the receiver 8 via the antenna 7 according to the embodiment shown in FIG. 4 to the drill unit 4 is performed wirelessly. The receiver 8 transmits the received reflected radio signal to the drill unit 4. The receiver 8 includes a signal transmitter 10 for transmitting the reflected radio signal to the drill unit 4.

図5は、本発明の1つの実施形態による信号、データ、および電力のフローを説明する。図5は、例示的なシステムフロー図を説明する。図5は、ドリルヘッド1のコンポーネントを概略的に示す。ドリルヘッド1のコンポーネントは、破線によって囲まれている。しかしながら、参照符号21aおよび21bが付されたコンポーネントを、ドリルヘッド1に隣接するドリルロッドに含めることも可能である。   FIG. 5 illustrates signal, data, and power flows according to one embodiment of the invention. FIG. 5 illustrates an exemplary system flow diagram. FIG. 5 schematically shows the components of the drill head 1. The components of the drill head 1 are surrounded by broken lines. However, it is also possible to include components labeled 21 a and 21 b in the drill rod adjacent to the drill head 1.

図5によれば、ドリルヘッド1は、Tx/Rx電子機器31と、電子機器21aと、電子機器21bとを含む。Tx/Rx電子機器31は、電気パルスを生成し、Txパルスによって示される電磁波を放射するように適合されている。さらに、Rx信号によって示される受信される電磁波が、Tx/Rx電子機器31によって受信される。   According to FIG. 5, the drill head 1 includes a Tx / Rx electronic device 31, an electronic device 21a, and an electronic device 21b. The Tx / Rx electronics 31 is adapted to generate electrical pulses and emit electromagnetic waves indicated by Tx pulses. Further, the received electromagnetic wave indicated by the Rx signal is received by the Tx / Rx electronic device 31.

Tx/Rx電子機器31は、電子機器21aに含まれた制御ユニット22によって電力供給される。さらに、制御ユニット22は、Tx/Rx電子機器31にタイミングデータを送信し、このタイミングデータに基づいて、Tx/Rx電子機器31が電気パルスを生成し、電磁波が送信される。さらに、制御ユニットは、Tx/Rx電子機器31によって受信された信号の形態の、生のレーダデータを受信する。データは、未処理の状態で送信されることができる。   The Tx / Rx electronic device 31 is supplied with power by the control unit 22 included in the electronic device 21a. Furthermore, the control unit 22 transmits timing data to the Tx / Rx electronic device 31, and based on this timing data, the Tx / Rx electronic device 31 generates an electric pulse, and an electromagnetic wave is transmitted. Furthermore, the control unit receives raw radar data in the form of signals received by the Tx / Rx electronics 31. Data can be transmitted in an unprocessed state.

制御ユニット22は、レーダモデムインタフェース23と双方向に通信するように適合されているものとして説明されている。制御ユニット22は、構成データおよび/または状態データをそれぞれレーダモデムインタフェース23から受信するように、かつ、レーダモデムインタフェース23に送信するように適合されている。   The control unit 22 is described as being adapted to communicate bidirectionally with the radar modem interface 23. The control unit 22 is adapted to receive configuration data and / or status data from the radar modem interface 23 and to transmit to the radar modem interface 23, respectively.

ドリルヘッド電子機器21aの一部として配置されている姿勢センサ24が設けられている。姿勢センサ24は、制御ユニット22から電力を受け取ることができる。制御ユニットを姿勢センサ24に接続することができ、これによって、姿勢センサ24によって生成された信号を、制御ユニット22によって受信することが可能となる。姿勢センサ24は、ドリルヘッド1のロール角を検出することができる。ロール角は、ドリルヘッド1がドリルヘッド1の長手軸線を中心として回転する角度に対応し得る。制御ユニット22は、ドリルヘッド1のロール角に対応する信号を受信することができる。   A posture sensor 24 is provided which is arranged as a part of the drill head electronic device 21a. The attitude sensor 24 can receive power from the control unit 22. The control unit can be connected to the attitude sensor 24 so that the signal generated by the attitude sensor 24 can be received by the control unit 22. The attitude sensor 24 can detect the roll angle of the drill head 1. The roll angle may correspond to the angle at which the drill head 1 rotates about the longitudinal axis of the drill head 1. The control unit 22 can receive a signal corresponding to the roll angle of the drill head 1.

制御ユニット22は、受信したレーダデータを、ドリルヘッド1のロール角に関する情報と一緒に未処理の状態で送信することができる。ロール角と一緒にされた、レーダデータのそれぞれの情報は、「タグ付きレーダデータ」と呼ばれ、レーダモデムインタフェース23に送信される。   The control unit 22 can transmit the received radar data together with information regarding the roll angle of the drill head 1 in an unprocessed state. Each information of the radar data combined with the roll angle is called “tagged radar data” and is transmitted to the radar modem interface 23.

タグ付きレーダデータは、電子機器21aのレーダモデムインタフェース23からイーサネットリンク26を介して電子機器21bのスペクトル拡散モデムインタフェース25に送信される。イーサネットリンク26は、レーダモデムインタフェース23とスペクトル拡散モデムインタフェース25との間の双方向通信を提供する。   The tagged radar data is transmitted from the radar modem interface 23 of the electronic device 21a to the spread spectrum modem interface 25 of the electronic device 21b via the Ethernet link 26. The Ethernet link 26 provides bi-directional communication between the radar modem interface 23 and the spread spectrum modem interface 25.

制御ユニット22には、電力変換および監視ユニット27を介して電力が供給される。電力変換および監視ユニット27は、スペクトル拡散モデムインタフェース25のための電力供給部として機能する。さらに、電力変換および監視ユニット27は、スペクトル拡散モデムインタフェース25にドリルストリング状態データを提供する。   Power is supplied to the control unit 22 via the power conversion and monitoring unit 27. The power conversion and monitoring unit 27 functions as a power supply for the spread spectrum modem interface 25. In addition, the power conversion and monitoring unit 27 provides drill string status data to the spread spectrum modem interface 25.

スペクトル拡散モデムインタフェース25は、スペクトル拡散データを提供し、このスペクトル拡散データを、ドリルストリングを介して、掘削を制御するドリルユニット4に送信することができる。ドリルストリングは、電力供給のためには一方向に機能し、レーダデータの信号のためには双方向に機能する。スペクトル拡散データは、ドリルストリングから、レーダデータおよびロール角の情報を視覚化するための表示装置および/または制御装置へとスリップリング28によってタップすることができる。制御装置において、レーダデータを、生の信号とこれに関連するそれぞれのロール角とに基づいて処理することができる。地下の障害物の位置を示すそれぞれの装置42上に、画像を表示させることができる。これに加えてまたはこれに代えて、ドリルヘッド1が、ドリルヘッド1の現在の方向にさらに移動したときに障害物に接触する危険を冒している場合には、制御装置42によって警告信号を生成することが可能である。   The spread spectrum modem interface 25 provides spread spectrum data, which can be transmitted via a drill string to the drill unit 4 that controls drilling. The drill string functions in one direction for power supply and in both directions for radar data signals. Spread spectrum data can be tapped by slip ring 28 from the drill string to a display and / or control device for visualizing radar data and roll angle information. In the control device, the radar data can be processed based on the raw signal and the respective roll angle associated therewith. An image can be displayed on each device 42 indicating the position of an underground obstacle. In addition or alternatively, if the drill head 1 is at risk of touching an obstacle when further moved in the current direction of the drill head 1, a warning signal is generated by the control device 42. Is possible.

スリップリング28を介して、レーダデータに関する信号、および/またはドリルストリングへの電力を供給することが可能である。   Via the slip ring 28 it is possible to supply signals relating to radar data and / or power to the drill string.

Claims (15)

特に水平ドリル装置のための、地中削孔用のドリルヘッド(1)であって、
ハウジングと、無線信号を生成するための送信機(6)と、アンテナ(7)と、反射された無線信号を受信するための受信機(8)とを含む、
ドリルヘッド(1)において、
前記アンテナユニット(7)は、無線信号を地中に送信し、反射された無線信号を受信するように適合されており、
前記アンテナユニット(7)は、前記ドリルヘッド(1)の前方および側方にある障害物に関する信号を受信するように配置されている
ことを特徴とする、ドリルヘッド(1)。
A drill head (1) for underground drilling, especially for horizontal drilling equipment,
A housing, a transmitter (6) for generating a radio signal, an antenna (7), and a receiver (8) for receiving the reflected radio signal;
In the drill head (1),
The antenna unit (7) is adapted to transmit radio signals into the ground and receive reflected radio signals;
Drill head (1), characterized in that the antenna unit (7) is arranged to receive signals relating to obstacles in front and side of the drill head (1).
前記受信機(8)は、前記反射された無線信号が未処理の状態で地上の装置に送信され得るように適合されている、
請求項1記載のドリルヘッド(1)。
The receiver (8) is adapted such that the reflected radio signal can be transmitted unprocessed to a terrestrial device;
Drill head (1) according to claim 1.
前記受信機(8)は、信号送信機(10)に結合されており、
前記信号送信機(10)は、前記受信機(8)によって受信された前記反射された無線信号を未処理の状態で地上の装置に送信するように適合されている、
請求項1または2記載のドリルヘッド(1)。
The receiver (8) is coupled to a signal transmitter (10);
The signal transmitter (10) is adapted to transmit the reflected radio signal received by the receiver (8) in an unprocessed state to a ground device;
Drill head (1) according to claim 1 or 2.
前記地上の装置は、未処理の前記反射された無線信号をワイヤレスで受信するように適合されている、
請求項1から3までのいずれか1項記載のドリルヘッド(1)。
The terrestrial device is adapted to wirelessly receive the raw reflected radio signal;
Drill head (1) according to any one of the preceding claims.
前記受信機(8)は、ケーブルまたはワイヤ(9)に結合されており、
前記ケーブルまたはワイヤ(9)は、前記反射された無線信号を、前記ドリルヘッド(1)に接続可能なドリルロッドセグメントの接続要素に送信するための連結要素に接続される、
請求項1から4までのいずれか1項記載のドリルヘッド(1)。
The receiver (8) is coupled to a cable or wire (9);
The cable or wire (9) is connected to a coupling element for transmitting the reflected radio signal to a connecting element of a drill rod segment connectable to the drill head (1).
Drill head (1) according to any one of the preceding claims.
前記ドリルヘッド(1)は、位置取得装置を含み、
前記受信機(8)は、前記位置取得装置のデータを、前記反射された無線信号と一緒に地上の装置に送信するように適合されている、
請求項1から5までのいずれか1項記載のドリルヘッド(1)。
The drill head (1) includes a position acquisition device,
The receiver (8) is adapted to transmit the position acquisition device data to the ground device along with the reflected radio signal;
Drill head (1) according to any one of the preceding claims.
前記受信機(8)は、前記反射された無線信号および前記位置取得装置のデータを、離散マルチトーン変調によって送信するように適合されている、
請求項6記載のドリルヘッド(1)。
The receiver (8) is adapted to transmit the reflected radio signal and the position acquisition device data by discrete multitone modulation;
Drill head (1) according to claim 6.
地中削孔用のドリル装置、特に水平ドリル装置において、
前記ドリル装置は、請求項1から7までのいずれか1項記載のドリルヘッド(1)と地上の装置とを有する
ことを特徴とする、ドリル装置。
In drilling equipment for underground drilling, especially horizontal drilling equipment,
A drilling device, characterized in that it comprises a drill head (1) according to any one of claims 1 to 7 and a ground device.
前記地上の装置は、前記ドリルヘッド(1)を操縦するように適合されている、
請求項8記載のドリル装置。
The ground device is adapted to steer the drill head (1);
The drill device according to claim 8.
前記地上の装置は、前記反射された無線信号および/または前記位置取得装置のデータを視覚化するように適合されている、
請求項8または9記載のドリル装置。
The ground device is adapted to visualize the reflected radio signal and / or the data of the position acquisition device;
The drilling device according to claim 8 or 9.
前記地上の装置は、前記反射された無線信号および/または前記位置取得装置のデータに応答して前記ドリルヘッド(1)を操縦するように適合されている、
請求項8から10までのいずれか1項記載のドリル装置。
The ground device is adapted to steer the drill head (1) in response to the reflected radio signal and / or data of the position acquisition device;
The drill device according to any one of claims 8 to 10.
地中削孔中に対象物を検出する方法であって、
ドリルヘッド(1)から無線信号を送信するステップと、
反射された無線信号を、前記ドリルヘッド(1)内の受信機(8)を介して受信するステップと
を含む、方法において、
同一のアンテナユニット(7)による、前記無線信号を地中に送信するステップと、前記反射された無線信号を受信するステップとを含み、
前記アンテナユニット(7)は、前記ドリルヘッド(1)の前方および側方にある障害物を検出する
ことを特徴とする、方法。
A method for detecting an object in an underground drilling hole,
Transmitting a radio signal from the drill head (1);
Receiving a reflected radio signal via a receiver (8) in the drill head (1).
Transmitting the radio signal to the ground by the same antenna unit (7); and receiving the reflected radio signal;
Method according to claim 1, characterized in that the antenna unit (7) detects obstacles in front and side of the drill head (1).
受信した前記反射された無線信号を未処理の状態で地上の装置に送信するステップを含み、
受信した前記反射された無線信号を、ドリルヘッド(1)と、前記ドリルヘッド(1)に接続されるドリルロッドセグメントとを通るワイヤ(9)を介して送信する、
請求項12記載の方法。
Transmitting the reflected radio signal received to a ground device in an unprocessed state;
Transmitting the received reflected radio signal via a wire (9) passing through a drill head (1) and a drill rod segment connected to the drill head (1);
The method of claim 12.
受信した前記反射された無線信号を未処理の状態で地上の装置に送信するステップを含み、
受信した前記反射された無線信号を、前記ドリルヘッド(1)から前記地上の装置(4)にワイヤレスで送信する、
請求項12記載の方法。
Transmitting the reflected radio signal received to a ground device in an unprocessed state;
Wirelessly transmitting the reflected radio signal received from the drill head (1) to the ground device (4);
The method of claim 12.
前記反射された無線信号を位置取得装置のデータと一緒に、特に離散マルチトーン変調によって送信するステップを含む、
請求項12から14までのいずれか1項記載の方法。
Transmitting the reflected radio signal together with position acquisition device data, in particular by discrete multitone modulation,
15. A method according to any one of claims 12 to 14.
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