JP2602996B2

JP2602996B2 - モーリング・システム

Info

Publication number: JP2602996B2
Application number: JP2508058A
Authority: JP
Inventors: ピーターウォード; スティーヴンジェイムズグレン
Original assignee: ブリティッシュガスピーエルシー
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: DE69008828T2; JPH04500254A; HK1006984A1; GB8913319D0; EP0433407A1; WO1990015221A1; US5182516A; CA2033062A1; DE69008828D1; ES2053194T3; EP0433407B1; CA2033062C; GB9012875D0; GB2235536A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はモーリング・システムに関し、より詳細に
は、これに限定するものではないが、ガスパイプその他
の物を地上に設置するのに適用するシステムに関する。

〔発明の背景〕

本発明に係るモーリング・システムにおいては、長手
軸回りのモールの角度位置を知ることができることが必
要である。

このような角度位置は「ロール角」と一般に呼ばれて
いる。ここで、モールとは例えば、中空のドリルロッド
の先端に取り付けられた打撃モールである。この中空ド
リルロッドを介してモールの打撃機構に空気が供給され
る。モールはその先端において、傾斜面を有するヘッド
を備えている。モールが進むにつれて、モールヘッドは
その傾斜面において横方向の操舵力を受ける。ほぼ真直
な穴を掘削するため、ドリルロッド及びモールは毎分約
20回転の割合で回転し、これによって、モールは螺旋状
に進路を掘削していく。操舵を行う際には、回転を停止
させ、モールヘッドの傾斜面を所望の方向に向けたまま
にする。モールには空気が供給され続け、モールは、傾
斜面が受ける操舵力によって形成された屈曲した通路に
沿って進む。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、モール内部にあるラジオゾンデを用
いてモールのロール角を決定するモーリング・システム
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、モールの位置及び深さを表示することがで
きるモーリング・システムを提供する。このモーリング
・システムは、回転自在のモールと、モールの長さ方向
に平行に配置されている第一転送コイル及び前記方向と
交わる方向に配置されている第二転送コイルを有し、モ
ール内部にあるラジオゾンデと、二つのコイル間におい
て位相差を有する交流電流で二つの転送コイルを付勢す
るバッテリ及び発振器と、ロール角の表示を与えること
ができる位置まで地上を移動可能なレシーバーとを備え
る。

本システムの一つの形態においては、ラジオゾンデ
は、モールの長さ方向に平行に配置されている第一転送
コイル及び前記方向と交わる方向に配置されている第二
転送コイルを有しており、これらのコイルは単一の周波
数によって付勢され、二つのコイルに与えられる付勢電
圧はこれら二つのコイル間において位相差を有してお
り、コイルから生じる電界は位置選定、及びロール角と
深さの測定のために用いられる。

本システムの他の形態においては、ラジオゾンデは、
モールの長さ方向に平行に配置されている第一転送コイ
ル及び前記方向と交わる方向に配置されている第二転送
コイルを有しており、これらのコイルは単一の周波数に
よって付勢され、二つのコイルに与えられる付勢電圧は
これら二つのコイル間において位相差を有しており、コ
イルから生じる電界はロール角の測定にのみ用いられ、
モールの長さ方向に平行に配置されている第一転送コイ
ルは第二の周波数をもってさらに付勢され、それによっ
て生じる電界は位置と深さの測定に用いられる。

本システムの他の形態においては、ラジオゾンデは、
モールの長さ方向に平行に配置されている第一転送コイ
ル及び第二転送コイルと、前記方向と交わる方向に配置
されている第三転送コイルとを有しており、第一転送コ
イルは第一の周波数によって付勢され、それによって生
じた電界は位置と深さ測定のために用いられ、第二及び
第三転送コイルは第二の周波数によって付勢され、二つ
のコイルに与えられる付勢電圧はこれら二つのコイル間
において位相差を有しており、コイルから生じる電界は
ロール角の測定にのみ用いられる。

本システムの一つの形態においては、レシーバーは水
平な位相基準受信コイルと、前記位相基準コイルと向き
が異なる他の一つの受信コイルとを備えており、該レシ
ーバーは前記位相基準受信コイルがラジオゾンデの真上
になり、かつ前記第一転送コイルと平行になるまで地上
を移動可能である。レシーバーは、さらに、第一、第二
及び第三手段を有する。第一手段はモールが回転すると
きに前記他の受信コイルからの信号の振幅の変化を測定
し、第二手段は振幅の変化をロール角として表示し、第
三手段はモールが回転しているときに前記他の受信コイ
ルからの信号内で起こる位相反転を検出する。

本システムの他の形態においては、レシーバーは、水
平な位相基準受信コイルと、二つのロール角受信コイル
とを備えており、この二つのロール角受信コイルは相互
に向きが異なっており、かつ前記位相基準受信コイルと
も向きが異なっており、該レシーバーは前記位相基準受
信コイルがラジオゾンデの真上になるまで地上を移動可
能である。該レシーバーは、さらに、ロール角を表示す
るディジタル表示器と、三つ全てのコイルからの出力を
受信するレゾルバ／コンバータと、二つのロール角受信
コイルからの出力を結合させる第四の手段と、水平位相
基準コイルからの信号を用いた結合信号を基準信号とし
て復調する第五の手段と、復調した信号を表示器への転
送のためにディジタル信号に変換する第六の手段とを備
えている。

以下、図面を参照して実施例を用いて本発明を詳細に
説明することとする。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は進行中のモーリングを示す概略図、第２図はモールヘッドの詳細図、第３図はモールにおいて用いられるラジオゾンデの回
路図、第４図は、モールヘッド内部のラジオゾンデの付勢を
制御するために用いる衝撃付勢スイッチの回路図、第5A図及び第5B図はそれぞれ３コイル式レシーバー及
び４コイル式レシーバーの鉛直方向の配置図、第６図は３コイル式レシーバー内部で用いられるアナ
ログ表示の概略図、第7A図乃至第7D図は３コイル式レシーバーの回路図、第８図及び第９図は、３コイル式レシーバーが受信し
た信号であって、該３コイル式レシーバーのＺコイル内
のキャリアの位相反転の信号を示す概念図、第10図は４コイル式レシーバー内で用いられるディジ
タル・トラッキング・コンバータに対するレゾルバのブ
ロック図、第11図は４コイル式レシーバーが受信した信号の概念
図、第12図及び第13図はモールヘッド内部のラジオゾンデ
の概略図、第14図、第15図及び第16図はモール内において用いら
れるラジオゾンデの変形回路を示す回路図である。

〔実施例〕

第１図には、パイロット孔を掘るために用いられるモ
ール10が示されている。パイロット孔が完成すると、エ
キスパンダーが引かれ、パイロット孔が拡張される。次
いで、この拡張された孔の内部にガスパイプが引かれ、
あるいは、パイロット孔の拡張と同時にガスパイプが引
かれる。あるいは、打撃モールがパイロット孔内部に導
入され、パイロット孔を所望の大きさにまで拡張する。
当然のことではあるが、この方法はガスパイプの設置に
のみ用いられるわけではない。例えば、水道や下水用の
パイプに適用してもよいし、あるいは電気ケーブルその
他の物の設置に適用してもよい。第１図は次の主要な要
素をも示している。すなわち、そこから孔の掘削が開始
されるランチリグ12と、エアコンプレッサ14と、動力源
16と、制御テーブル18と、モール10の後縁と連結してい
るドリルロッド20と、オペレータ24が制御しているレシ
ーバー22である。

ドリルロッド20は、例えば、長さ1.5mであり、ランチ
リグ12において油圧モーターによって毎分20回転の割合
で回転する。この速度は臨界速度ではないが、例えば５
〜100〔rpm〕の範囲とすることができる。ドリルロッド
20は、モール10が進むにつれて、一つずつ加えられる。
圧縮空気はドリルロッド20を介してモール10の推進機構
に供給される。モール10は、例えば、棒材からつくった
50mmの強化鋼鉄ヘッド26を有する直径45mmとすることが
できる。鋼鉄ヘッド26は斜面28を有している。ドリルロ
ッド20及びモール10が回転している限りにおいては、モ
ール10はほぼ真直になっている螺旋状通路を前進する。
しかしながら、回転が止まると、斜面28に作用する土の
反作用力のために、モール10はヘッド26の角度位置に応
じて、曲がった通路を進む。

モール10がその位置を進めて行くにつれて、深さ及び
ロール角はモール10内のラジオゾンデ30と地上のレシー
バー22とを用いて決定される。ラジオゾンデ30は第２図
に示されている。ラジオゾンデ30はＸコイルとＴコイル
とを備えており、Ｘコイルはモール10の長さ方向に配置
されており、Ｔコイルはモール10の長さ方向と交わる方
向に配置されており、かつ斜面28が上方を向いたときに
水平になるように配置されている。ヘッド26には横向き
の矩形状の凹部が形成されている。この凹部は長さ70m
m、幅18mm、深さ40mmのスロット（図示せず）の形状を
なしている。スロットの端部は、モール10が推進機構に
よって駆動されたときに生じる衝撃力からラジオゾンデ
30を防護するため、ゴム化合物でライニングされてい
る。ラジオゾンデ30は外形は矩形状であり、長さ65mm、
幅15mm、深さ40mmである。ラジオゾンデ30は直流及びバ
ッテリーによって駆動され、電子関係装置（第２図には
図示せず。第３図参照。）は振動効果を減少させるため
に十分に縮小化されている。

バッテリーは充電可能であり、乾電池によく起こる接
触バウンスの問題を回避するためにハンダ電極を備えて
いる。ラジオゾンデ30にはバッテリーと外部電極との間
にダイオードが組み入れられており、電極がショートし
た場合（例えば、水の侵入による場合）の偶発的な放電
を防止している。バッテリーは約４時間連続して作動す
ることができる。

第２図のダイアグラムは単にコイルX,Tを示すだけで
あるが、実際には、それらのコイルは各々フェライトロ
ッドに直径4mmに巻回される。コイルＸ、Ｔは８キロヘ
ルツの交流によって付勢され、各コイルに与えられる付
勢電圧には90度の位相差がある。二つのコイルのインダ
クタンスは、８キロヘルツの周波数において、各々を流
れる電流が三角形状の波形を有するように決定される。
こうすることによって、二つのコイルがなす平面内にお
いて８キロヘルツで回転する磁界を形成することができ
る。波形が正弦曲線状であれば、磁性回転ベクトルは円
を描くが、コイルの三角形励起は楕円状の回転ベクトル
をもたらす。コイルX,Tの方向は、磁性ベクトルがモー
ル10のヘッド26内のスロットの平面を横切って回転する
のではなく、同平面内で回転するように決定される。こ
れによって、ヘッド26内部の磁性的にソフトな鋼鉄によ
る位相及び振幅情報の歪みを最小に抑えることができる
という利点を生じる。

コイルＸおよびコイルＴは発振器により付勢される。
この発振器は、Ｔコイルの位相が先になっている、90度
だけ位相がずれた二つの正方形波形出力を発する。第３
図は移送回路ダイアグラムを示す。32.768キロヘルツの
クリスタル100はシュミット・インバータとともに用い
られ32.768キロヘルツの正方形波形信号を発する。この
信号はＤ型フリップフロップ104を用いて除され、Q₁お
よび▲▼において二つの16.384キロヘルツの出力が
発せられる。次いで、これらの出力は別個の二つのＤ型
フリップフロップ106,108を用いて8.192キロヘルツに除
される。Ｄ型フリップフロップが正エッジにトリガーさ
れると、それによって出力される出力Q2とQ3は位相が90
度ずれる。出力Q2及びQ3はトランジスタ110のプッシュ
ープル作動を介して二つのコイルT,Xを駆動するために
用いられる。

バッテリーの有効寿命は第４図に示す衝撃付勢型スイ
ッチ回路を用いて延ばすことが可能である。この回路
は、ラジオゾンデをモール内に一晩中置いておかなけれ
ばならないときに、地上において発振器回路をスイッチ
オフにする。このようにして、バッテリーの有効寿命は
36時間、またはそれ以上まで延ばすことができる。

特に、ラジオゾンデは、ドリルロッドがストリングに
加えられる毎にスイッチオンされるだけである。モール
が作動しているとき、衝撃がヘッドで検出され、トラン
ジスタ回路が消勢される。しかしながら、モールが停止
すると、衝撃も止まり、トランジスタ回路は自動的にス
イッチオフとなる前に２分間付勢される。モールの位置
とロール角の測定が行われるのは、この２分間の付勢時
間の間である。

衝撃スイッチ回路は0.5ミリアンペアの、かつ100mモ
ーリング走行用のスンタバイ電流ドレーンを有してい
る。この100mモーリング走行はバッテリーの充電間にお
ける３日の期間を与えるものである。

衝撃を検出するために小さな圧電セラミックセンサ40
が用いられる。圧電セラミックセンサ40からの出力は電
圧スパイクの形であり、この電圧スパイクはコンパレー
タ42によって論理レベルのパルスに変換されている。こ
れらは、モールが走行しており、モールが再トリガー可
能な単安定44をトリガーするために用いられる間に、存
在している。パルスは0.2秒毎に発生し、単安定44の時
定数は２秒にセットされている。このため、パルスが２
秒以内に発生しないと、単安定44は時間切れとなる。し
たがって、単安定の一つの出力は衝撃の間は低く保持さ
れる。この出力は、２分の時定数を有する第二の単安定
46のトリガー入力と連結している。モールが衝撃を停止
させると、トリガー入力はロジック０からロジック１へ
移行し、かくして第二単安定46がトリガーされる。この
第二単安定46の出力はトランジスタ48を介してラジオゾ
ンデ30移送回路へ動力をスイッチするのに用いられる。

操舵の所望の正確性を得るためには、次のものを測定
することが好ましい。

（ａ）モールの平面位置と、0.3〜1.5mの範囲におい
て50mm以上の正確さでの深さ。

（ｂ）曖昧さがなく、360度の範囲にわたって±10度
以上の正確さでのロール角Ｔ。

必要な測定は、モール10のヘッド26内部にあるラジオ
ゾンデ30によって伝達された信号を受信するレシーバー
を用いて行われる。レシーバーは第5A図に示すような３
コイル式レシーバー50であってもよく、あるいは第5B図
に示すような４コイル式レシーバー52であってもよい。

最初に、３コイル式レシーバー50の作動について説明
する。３コイル式レシーバー50は二つの水平コイルX1,X
2と垂直な受信コイルＺとを備えている。水平コイルX1
は水平な位相基準受信コイルである。第６図はコイルX1
とコイルＺ用の回路ダイアグラムを単純化して示したも
のである。コイルX2は深さ測定用のものであるが、ここ
では説明する必要がない。

最初に、位置が測定される。コイルX1をモールの既知
の長手方向に合わせた状態で地上表面にわたってレシー
バーがスキャンされ、コイルX1の出力はアナログ表示器
に表される。コイルX1からの信号はバッファされ、AD52
4増幅器200を用いて増幅される。次いで、信号は濾過さ
れ、２段階チューン増幅器212を用いて増幅される。増
幅器212からの信号はスイッチS1を経てAD536二乗平均平
方根→直流電流コンバータ214へ進む。直流電流信号は
増幅器216によって増幅され、アナログ表示器を構成し
ている可動コイルメーター60に進む。移動の振幅はラジ
オゾンデのレシーバーからの距離に依存する。最大振幅
となるのはコイルX1がラジオゾンデの鉛直上方に位置し
ているときである。

レシーバーが一旦、ラジオゾンデの鉛直上方に位置す
ると、コイルX1、X2からの出力を測定し、さらにそれら
二つのコイルの間の磁界の勾配を電子的に計算すること
によって深さを測定することができる。磁界の勾配はソ
ースからの距離の関数であるから、こうしてラジオゾン
デから検出者への距離（すなわち、深さ）の推定を行う
ことができる。

ロール角を測定するときには、スイッチS1は適当な位
置へ動かされ、コイルＺからの信号がアナログ表示器に
表される。

コイルＺからの信号もコイルX1からの信号と同様にし
て、AD524増幅器220、２段階チューン増幅器222、二乗
平均平方根→直流コンバータ214、増幅器216及び可動コ
イルメーター60を用いて処理される。

ラジオゾンデによって放射される場の形状はモールが
回転するように決められ、コイルX1によって検出された
この場の要素は一定方向及びピーク振幅に保持される。
これに対して、コイルＺによって検出された要素の振幅
はモールのロール回転の360度の範囲にわたって正弦関
数として変化する。

実際には、コイルX1はラジオゾンデ内のコイルＸによ
り放射された場にのみ応答し、この場は sin（wt）の形状を有している。ここで、ｗ＝２〔pi〕ｆであり、
ｆは８キロヘルツのキャリア周波数である。コイルX1内
に生じている電圧VXは VX＝KXsin（wt）の形状をなしており、ここでKXは伝達定数である。同様
に、コイルＺの方向性は、コイルＺがラジオゾンデ内の
コイルＴによって放射された場にのみ応答するようにさ
れており、この場は cos（wt）の形状を有している。コイルＺ内に生じた電圧VZは VZ＝KZsin（Ｒ）・cos（wt）の形状をなしている。ここで、Ｒはモールの基準０度位
置に対する回転角度である。

ロール角は、コイルＺからの信号を復調し、その結果
値であるサインＲ信号を可動コイルメーター60に表示す
ることによって測定される。モールが回転するにつれ
て、オペレータはメーターの針が０から最大まで指すよ
うにゲイン制御を調節する。しかしながら、復調過程に
おいて象限に関する情報が捨象されてしまうので、メー
ターは０〜180度および180〜360度の範囲に関する曖昧
な情報しか表示することができない。この曖昧さを解決
するため、コイルX1からのキャリア信号は位相検出回路
を通過するようにさせる。この位相検出回路は、ラジオ
ゾンデのコイルＴが水平に対して90度〜270度の範囲を
通過するときに位相反転を検出するものである。各位相
反転において、この回路は緑の発光ダイオード（LE
D）、または赤の発光ダイオードを光らせる。これらの
発光ダイオードは二つの同様に色付けされたスケール、
一つは０〜90〜180度に、他は180〜270〜360度に印され
たスケールに隣接している。０〜360度の範囲にわたっ
て、針は０から最大限度まで動き、再び０に戻る。した
がって、オペレーターは適当なスケールを選択し、さら
に針の移動の方向に注意して正しい角度を測定すること
が必要である。例えば、０〜180度のスケールにおいて
は、針が左から右へ動いている場合には、スケールの目
盛りは０〜90度とし、針が右から左へ動いている場合に
は、スケールの目盛りは90〜180度とする。

コイルＸとコイルＴからの信号は位相が90度ずれてい
るので、コイルX1とコイルＺにより検出された信号もま
た位相が90度ずれていることになるが、０〜180度の範
囲にわたってコイルX1の位相はコイルＺの位相に対して
90度先行している。これに対して、180〜360度の範囲に
わたっては、コイルX1の位相はコイルＺの位相である。

X1及びＺコイル増幅器からの信号は、該信号を正方形
波形に変換する開ループゲイン増幅器250,252に送られ
る。これらは4031D型フリップフロップ254のクロック及
びデータ入力部に送られる。X1コイル信号から発生した
各クロックパルスの上昇エッジの際に、Ｚコイル信号か
ら発生した「Ｄ」入力部上の論理レベルは「Ｑ」出力部
に転送される。このようにして、進ませると、ロジック
１が「Ｑ」出力部に現れる。「Ｄ」に付加された信号が
クロックを遅らせると、ロジック０が「Ｑ」出力部に現
れる。出力「Ｑ」および「」は二つの発光ダイオード
256,258を発光させるために用いられる。

第８図は（ｉ）においてコイルX1に発生したキャリア
電圧を示している。このキャリア電圧は、前述したよう
に、 VX＝KXsin（wt）の波形を有しており、ここでｗはｗ＝（2pi）（8kHz）である。これは、モールが回転作用を受ける場合でも一
定に保たれる。また、これは、小角度のピツチ及びヨー
（yaw）に対しても一定であり続ける。第８図の（ii）
には、コイルＺに生じた電圧が示されている。この電圧
は VZ＝KZsin（Ｒ）cos（wt）の形状を有しており、ここでＲは基準０度位置に対する
モールの回転角度である。第８図の（iii）に示すよう
に、キャリア信号はモールが回転運動を行う際に変調さ
れる。

第９図はキャリア信号の１サイクルを示す。同図
（ｉ）および（ii）は各々コイルX1及びＺによって検出
されたものであり、ロール角は、同図（iii）に示すよ
うに、各々０度、90度、180度及び270度におけるもので
ある。この図からわかるように、コイルＺによって検出
されたキャリア信号においては、コイルＴが90度および
270度のロール角となったときに位相反転が生じてい
る。

第10図には、４コイル式レシーバーにおいて用いられ
るディジタルトラッキングコンバータに対するレゾルバ
のブロック図が示されている。第10図に示すブロック図
の左側に連結している４コイル式レシーバーの部品は第
7B図に示す回路の部品254の左側と同様である。４コイ
ル式レシーバーを用いる場合には、そのレシーバーは地
表をスキャンされ、ラジオゾンデの鉛直上方にモールが
位置するようにし、コイルX1がモールの長手方向に合わ
せられるようにされる。レシーバー（第5B図参照）は別
個の受信コイルであるＹコイルを有しており、このＹコ
イルはＺコイル及びX1,X2コイルに対して直交してい
る。X1コイルをモールの長さ方向に平行に合わせた状態
で、X1コイル及びＺコイルは、３コイル式レシーバーに
おいて述べたように、ラジオゾンデから放射された場を
検出する。Ｚコイル及びＹコイルはロール角受信コイル
である。

X1コイルに生じた電圧は VX＝KXsin（wt）の形状を有しており、Ｚコイルに生じた電圧は、 VZ＝KZsin（Ｒ）cos（wt）の形状を有している。ＺコイルとＹコイルは相互に直交
しており、またＴ伝達コイルの回転平面内にあるので、
モールが回転すると、Ｚコイルにより検出されたピーク
振幅はＹコイルにより検出されたピーク振幅と位相が90
度ずれている。このように、Ｙコイルに生じた電圧は VY＝KYcos（Ｒ）cos（wt）の形状を有している。

ロール角度の情報は、第10図に示すTS81型のレゾルバ
−ディジタル−トラッキングコンバータを用いてディジ
タル形式に変換される。この回路はキャリア周波数にお
いて基準信号VXを受け、またsin（Ｒ）あるいはcos
（Ｒ）で変調された二つのデータ信号VZ,VYを受け取
る。作動時には、正弦及び余弦マルチプライヤは、正弦
および余弦関数を組み込んでいるディジタル−アナログ
変換器をマルチプライする。アップダウンカウンタの現
在の状態は試験角度Ｆを表すディジタル数字であると仮
定することから始める。コンバータはディジタル角度
が、測定されているアナログ角度Ｒに等しくなるように
調節し、アナログ角度Ｒをトラックする。Ｚコイルの出
力電圧である VZ＝KZsin（Ｒ）cos（wt）は余弦マルチプライヤに送られ、cos（Ｆ）を乗じら
れ、 KZsin（Ｒ）cos（Ｆ）cos（wt）を得る。Ｙコイルの出力電圧である VY＝KYcos（Ｒ）cos（wt）は正弦マルチプライヤに送られ、sin（Ｆ）を乗じら
れ、 KYcos（Ｒ）sin（Ｆ）cos（wt）を得る。

これら二つの信号はエラー増幅器によって減算され、
エラー信号をつくりだす。このエラー信号は cos（wt）・［sinRcosF−cosRsinF］または cos（wt）・sin（Ｒ−Ｆ）の形状である。

位相判別検出器は、X1コイル出力電圧を基準値として
用いてこのACエラー信号を復調する。この結果として、
DCエラー信号はsin（Ｒ−Ｆ）に比例することとなる。
このDCエラー信号は電圧制御型発振器（VCO）を駆動
し、次いでこの電圧制御型発振器はアップ−ダウンカウ
ンターを適正な方向にカウントさせ、sin（Ｒ−Ｆ）が
０に等しくなるようにさせる。この時点においては、Ｆ
＝Ｒであり、カウンターはロール角Ｒを表すディジタル
出力値を有するに至る。

トラッキングコンバータの作動はVZ信号とVY信号の振
幅の比にのみ依存するので、ラジオゾンデの深度内での
振動に起因するこれらの信号の減衰は結果に影響を与え
ることはない。同様の理由により、トラッキング・コン
バータは波形の歪みには感応せず、また最大10％までの
調和歪みは許容し得る。

４コイル式レシーバーは３コイル式レシーバーに対し
て三つの作動上の利点を有している。

（１）本システムのゲインは深度が変化するにつれて
自動的に調整される。このため、オペレータはロール角
を読み取る前にＺコイルからの信号レベルを調節する必
要がない。

（２）ロール角の表示はLEDの円形リング、あるいは
ディジタル出力の形で示される。３コイル式レシーバー
においては、オペレータはロール角を読み取るために
は、二つのスケールのうちの何れか一方を選択し、針の
移動の方向を決定しなければならなかった。これに対し
て、本システムでは表示の形を大幅に単純化することが
できる。

（３）ロール角表示器は一定速度で移動するので、モ
ールのヘッドが所望の角度となる状態でモールを停止さ
せる工程を単純化することができる。

TS81コンバータの出力は12ビットの純粋バイナリ出力
であり、ロール角に比例する値を有している。この出力
はデコードされ、３ビットの７セグメントディスプレイ
か、あるいは必要な分解能に応じて12,16もしくは32LED
のリングを駆動するために用いられる。

第11図の（ｉ）はX1コイル内に生じたキャリア電圧を
示しており、このキャリア電圧は、上述したように、 VX＝KXsin（wt）の形状を有している。ここで、ｗはｗ＝（2pi）（8kHz）である。この値はモールが回転運動を行っている間、一
定に保たれる。また、この値は小ピッチ及びヨー角度に
おいても一定に保たれる。

第11図の（ii）はＺコイル内に生じた電圧を示してお
り、この電圧は VZ＝KZsin（Ｒ）cos（wt）の形状を有しており、ここでＲは基準０度位置に対する
モールのロール角度である。第11図の（iii）に示すよ
うに、キャリア信号はモールが回転運動を行っている際
に復調される。

第11図の（iv）はＹコイル内に生じた電圧を示す。こ
の電圧は VY＝KYcos（Ｒ）cos（wt）の形状を有している。キャリア信号はＺコイルにより検
出された位相と同じ位相を有しているが、変調信号はＺ
コイルにより検出された位相と比較して位相が90度ずれ
ている。

実際には、新しいロッドがドリルストリングに加えら
れる毎に位置及び深度が繰り返しモニターされ、この間
もモーリングは続いている。モールの進路を訂正する必
要があるときには、油圧モーターの回転を停止させるこ
とによって、３コイル式レシーバーまたは４コイル式レ
シーバーのアナログ表示器またはディジタル表示器に表
示された方向に斜面の位置を停止させる。モーリングは
油圧モーターを停止させたままの状態で継続し、モール
はカーブを描いて進む。この作動の間においても、ロッ
ドがストリングに加えられているので、位置及び深度は
モニターされ続ける。最終的には、進路の訂正が完了
し、モーリングは以前のように回転を伴って継続させる
ことができる。

本システムは打撃モールへの応用に限定されるもので
はない。例えば、非打撃モールにも応用することがで
き、またモール後端に取り付けられたロッドにより回転
させられるモールに限定されるものではない。

第12図は変形モールを示している。この変形モールに
おいては、ラジオゾンデ30はＴコイルを有しており、こ
のＴコイルは第２図に示した配置とは異なり、斜面28が
上方を向いたときに垂直方向になるようになっている。
ＸコイルとＴコイルをこの方向に配置することによっ
て、モールヘッドのスロットの平面を横切って回転する
ような磁力ベクトルが形成される。このように配置する
ことによって、他の方向への配置と比較して、放射され
た場の減衰が減少し、位相及び振幅情報の歪みが最小に
保たれるという利点を得ることができる。

第13図は変形ラジオゾンデを示している。このラジオ
ゾンデにおいては、二つのコイルＸ及びコイルX2を有し
ており、これら二つのコイルはモールの長手方向と平行
に配置されている。第13図は、さらにラジオゾンデをオ
ン状態にスイッチする変形方法をも示している。

第14図は第３図に示した回路の改良形を示す。290に
おいて、シュミット・インバータとともに32.768キロヘ
ルツクリスタルを用いて32.768キロヘルツの正方形波が
つくられる。この信号はＤ型フリッフフロップを用いて
除され、292及び294において、16.384キロヘルツの二つ
の逆位相信号が発生する。次いで、296及び298におい
て、各信号はさらに二つのＤ型フリップフロップを用い
てさらに除され、8.192キロヘルツの二つの直角位相信
号が発生する。Ｄ型フリップフロップは正エッジでトリ
ガーされているので、生じた出力は位相が90度ずれてい
る。これら二つの信号はIC4、５によってバッファさ
れ、コイルX,Tを駆動するために用いられる。IC4及びIC
5はパワーMOSFETであり、第３図に示したトランジスタ
よりも効率的にコイルを駆動するために用いられるもの
である。パワーオン・リセット回路R₃,C₂,IC1（C,D,E）
はコイルＸに送られた信号がコイルＴに送られた信号よ
りも先行することを確保するためのものである。

コイル（第15図）は発振器回路により付勢される。こ
の発振器回路は、300及び302において、相互間で90度の
位相シフトを有する二つの４キロヘルツ正方形波と、30
4において、より高い周波数の第三の正方形波を発す
る。32.768キロヘルツ・クリスタルは、306において、
シュミット・インバータとともに用いられて32.768キロ
ヘルツの正方形波を発生させる。308及び304において、
この信号は縦続接続された二つのＤ型フリップフロップ
を用いて除され、8.192キロヘルツ周波数の二つの逆位
相の信号が発生する。304においてこの信号はIC5の半分
によってバッファされ、コイルＸを駆動するために用い
られる。304及び308において、さらに二つのＤ型フリッ
プフロップを用いてこの信号はさらに除され、300及び3
02において周波数4.096キロヘルツの直角位相の二つの
信号が発生する。

信号はIC5の半分によってバッファされ、これを用い
てコイルＸが駆動される。300において、この信号はIC4
によってバッファされ、これを用いてコイルＴが駆動さ
れる。

コイル（第16図）は発振器回路により付勢される。こ
の発振器回路は、350及び352において、相互間で90度の
位相シフトを有する二つの正方形波と、354において、
より高い周波数の第三の正方形波を発する。32.768キロ
ヘルツ・クリスタルは、356において、シュミット・イ
ンバータとともに用いられて32.768キロヘルツの正方形
波を発生させる。354及び358において、この信号は縦続
接続された二つのＤ型フリップフロップを用いて除さ
れ、8.192キロヘルツ周波数の二つの逆位相の信号が発
生する。354においてこの信号はIC5によってバッファさ
れ、コイルX2（第13図参照）を駆動するために用いられ
る。354及び358において、さらに二つのＤ型フリップフ
ロップを用いてこの信号はさらに除され、350及び352に
おいて周波数4.096キロヘルツの直角位相の二つの信号
が発生する。次いで、これらの信号はIC4によってバッ
ファされ、コイルX,Tを駆動するために用いられる。

バッテリーの寿命を延ばす方法は以上に加えて、ラジ
オゾンデ内部の遠隔付勢スイッチを用いることであり、
このスイッチを用いて発振器回路および伝達コイル（第
13図参照）への電力がオフにされる。

作動においては、正弦波形発振器262と単一伝達コイ
ル264とからなる伝達ユニット260はモールの大体の位置
の上方の地上に置かれ、モールの方向に合わせられる。
オペレーターはボタン266を押し、発振器を付勢し、こ
れによって信号を放射する。放射された信号は、それが
鋼鉄ヘッドに浸透し、ラジオゾンデコイル、すなわちコ
イルＸの一つによって検出されるように、低周波数であ
るように選択されている。

信号は濾過及び増幅され、フェーズロックループを用
いられ信号上にロックされ、論理回路が付勢される。こ
れにより、ラジオゾンデ発振回路への電力がスイッチオ
ンとなる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モールの位置と深度とを表示することがで
きるモーリングシステムにおいて、回転自在のモールと、前記モールの長手方向に平行に配置された第一伝達コイ
ルと、前記モールの長手方向と交わって配置されている
第二伝達コイルとを有する、前記モール内部にあるラジ
オゾンデと、前記二つの伝達コイルを交流電流で、二つのコイル間に
位相差が生じるように付勢するバッテリーおよび発振器
を備える手段と、ロール角を表示することができる位置まで地上を移動し
得るレシーバーと、を備えるモーリングシステム。
【請求項２】前記ラジオゾンデは前記モールの磁気的に
活発な部分に配置されていることを特徴とする請求項
（１）記載のモーリングシステム。
【請求項３】前記ラジオゾンデは強化鋼のモールヘッド
内部にある凹部内に配置されており、前記凹部の寸法は
放射された磁界との干渉を減少させるのに最適になるよ
うにされており、これによってロール角は350度以上に
おいて±10度よりも正確に測定することができることを
特徴とする請求項（１）または（２）記載のモーリング
システム。
【請求項４】前記モールは直径が50ミリメートルである
ことを特徴とする請求項（１）乃至（３）の何れか一つ
に記載のモーリングシステム。
【請求項５】前記ラジオゾンデは前記モールの長さ方向
に平行な第一伝達コイルと、前記モールの長さ方向と交
わる方向の第二伝達コイルとを有しており、これら二つ
のコイルは単一の周波数により付勢され、これら二つの
コイルへの付勢電圧は相互に位相差を有しており、これ
らのコイルから放射された場は位置決定およびロール角
と深度の測定のために用いられることを特徴とする請求
項（１）乃至（４）の何れか一つに記載のモーリングシ
ステム。
【請求項６】前記ラジオゾンデは前記モールの長さ方向
に平行な第一伝達コイルと、前記モールの長さ方向と交
わる方向の第二伝達コイルとを有しており、これら二つ
のコイルは単一の周波数により付勢され、これら二つの
コイルへの付勢電圧は相互に位相差を有しており、これ
らのコイルから放射された場はロール角の測定にのみ用
いられ、前記第一伝達コイルは第二の周波数でさらに付
勢され、その結果生じる場は位置決定および深度測定に
用いられることを特徴とする請求項（１）乃至（４）の
何れか一つに記載のモーリングシステム。
【請求項７】前記ラジオゾンデは前記モールの長さ方向
に平行な第一伝達コイル及び第二伝達コイルと、前記モ
ールの長さ方向と交わる方向の第三伝達コイルとを有し
ており、前記第一伝達コイルは第一の周波数により付勢
され、その結果生じた場は位置決定と深度測定のために
用いられ、前記第二伝達コイル及び前記第三伝達コイル
は第二の周波数により付勢され、これら二つのコイルへ
の付勢電圧は相互に位相差を有しており、これら二つの
コイルから生じた場はロール角の測定にのみ用いられる
ことを特徴とする請求項（１）乃至（４）の何れか一つ
に記載のモーリングシステム。
【請求項８】前記レシーバーは水平な位相基準受信コイ
ルと、前記位相基準コイルと交わる方向の他の受信コイ
ルとを有しており、該レシーバーは、前記位相基準受信コイルが前記ラジオ
ゾンデの直接上方に、かつ前記第一伝達コイルと平行に
なるに至るまで地表上を移動可能であり、前記レシーバーは、前記モールが回転しているときに、前記他の受信コイル
からの信号の振幅の変化を測定する第一手段と、前記振幅の変化をロール角として表示する第二手段と、前記モールが回転しているときに前記受信コイルからの
信号内部で生じる位相反転を検出する第三手段とを有し
ていることを特徴とする請求項（１）乃至（７）の何れ
か一つに記載のモーリングシステム。
【請求項９】前記レシーバーは、水平な位相基準受信コイルと、相互に交わる方向であり、かつ前記位相基準コイルと交
わる方向の二つのロール角受信コイルとを有しており、該レシーバーは、前記位相基準受信コイルが前記ラジオ
ゾンデの直接上方に、かつ前記第一伝達コイルと平行に
なるに至るまで地表上を移動可能であり、前記レシーバーは、さらに、ロール角が表示されるディジタル表示器と、三つ全てのコイルからの出力を受信するレゾルバ／コン
バータと、前記二つのロール角受信コイルからの出力を結合させる
第四の手段と、前記水平位相基準コイルからの信号を基準信号として用
いて前記結合信号を復調する第五の手段と、前記復調した信号を前記表示器に送るディジタル信号に
変換する第六の手段と、を有していることを特徴とする請求項（１）乃至（７）
の何れか一つに記載のモーリングシステム。
【請求項１０】前記モールは衝撃により駆動されるもの
であることを特徴とする請求項（１）乃至（９）の何れ
か一つに記載のモーリングシステム。
【請求項１１】前記ラジオゾンデは衝撃作動型スイッチ
を有しており、該スイッチは、衝撃駆動型モールの活動により発生する衝撃力を検出
し、次いで前記モールが活動している間に前記ラジオゾ
ンデのスイッチをオフにすることによって、測定を行わ
ないときには、前記ラジオゾンデのスイッチをオフに
し、前記モールが測定を行う所定の時間だけ活動を停止した
ときに前記ラジオゾンデのスイッチをオンにし、次いで、自動的にスイッチを再びオフにすることによっ
てバッテリーの電力を節約するものであることを特徴と
する請求項（10）記載のモーリングシステム。
【請求項１２】前記ラジオゾンデは、地上におけるラジ
オ伝達器の付勢に応答して付勢可能であることを特徴と
する請求項（１）乃至（10）の何れか一つに記載のモー
リングシステム。
【請求項１３】同じレシーバーを用いて前記モールの平
面位置及び深度を測定することを特徴とする請求項
（１）乃至（12）の何れか一つに記載のモーリングシス
テム。