JP3021757B2 - コーン貫入試験機の双方向信号伝送方式及び信号中継器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地質測定のためのコー
ン貫入試験機において、ボーリングロッド先端部のコー
ンからの各種計測信号を地上のデータ処理装置に伝送
し、及びデータ処理装置からの各種指令信号を上記コー
ンに伝送するための双方向信号伝送方式と、この伝送方
式に使用する信号中継器に関し、特に信号の双方向伝送
を、ケーブルを用いることなく可能とする技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】地質の測定装置としては、従来からコー
ン貫入試験機が公知である。

【０００３】このコーン貫入試験機は、図７に示すよう
に、ボーリングロッド１を油圧装置２によって地中Ａに
圧入していき、圧入の過程において、測定地点の各種要
素（コーン貫入低坑、周面摩擦抵抗、間隙水圧、等）を
測定していく装置であり、ボーリングロッド１の先端部
分のコーン101 には計測部３が収納され、当該コーン10
1 を地中Ａに貫入していくに従って、単位ロッド101 を
次々と継ぎ足しながら測定が行なわれる。

【０００４】コーン101 と単位ロッド102 及び単位ロッ
ド102 相互間の連結は、通常、ねじ込みによって行なわ
れ、コーン101 内部の計測部３からの計測信号は、単位
ロッド102 の内部空間を貫通する信号ケーブル４によっ
て地上のデータ処理装置５に伝送されるようになってお
り、この信号ケーブル４には、測定時の摩擦、衝撃等を
考慮し、通常キャブタイヤケーブルが使用される。

【０００５】また、従来のコーン貫入試験機は、土質の
測定のみに使用され、その信号の伝送方向は、計測部３
からデータ処理装置５に向う片方向のみである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のコーン貫入
試験機では、計測部３とデータ処理装置５とをキャブタ
イヤケーブルで構成した信号ケーブル４を用いて有線結
合しているため、例えば、単位ロッド102 を予め信号ケ
ーブル４に珠数つなぎに嵌め込んでおく必要があるこ
と、信号ケーブル４には、耐摩擦性、耐衝撃性を得るた
めに、比較的太めのキャブタイヤケーブルを使用する必
要があり、しかもその長さはボーリング深さ以上を必要
とし、極めて長くなること等により測定時の取扱いが極
めて面倒である。

【０００７】これを解決するため、本発明の発明者等
は、本件とは別の出願において、ボーリングロッド１内
で信号ケーブル４を必要としない信号伝送方法を提案し
た。しかしながら、この別出願の発明における伝送可能
な信号は、コーン101 からデータ処理装置５に向う方向
の測定データのみであるため、例えば測定の途中で測定
条件を変更すること、測定時に測定条件を付加する必要
のある測定（例えば、圧力を加えて行なう測定）、測定
以外の作業（例えば、地質サンプル等の採集）等、地上
からの指令によって行なう作業は不可能である。

【０００８】本発明は、以上に鑑み、ボーリングロッド
１内で信号ケーブル４を必要とせず、かつ、測定ととも
に地上からの指令に基いて行なう作業をも可能となるよ
うに、コーン101 とデータ処理装置５との間で双方向の
信号伝送が可能である信号伝送方式と、この信号伝送方
式のための信号中継器を得ることを課題とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、無線結合方式の互に干渉し合わない２系
統の信号中継経路を有する信号中継器を単位ロッド内に
設けるとともに、当該信号中継器の信号送出部と信号受
領部とを、上記単位ロッドの２つの連結部（単位ロッド
相互の連結部）に配置し、上記単位ロッドを複数個連結
したとき、隣接する単位ロッドの信号中継器の信号送出
部と信号受領部とが、上記２系統の信号中継経路につい
て互に独立して対向することにより、連結した全ての単
位ロッド中の信号中継器群によって直列的に無線結合さ
れた互に独立している２系統の信号伝送経路が形成さ
れ、該２系統の信号伝送経路によって、地中のコーンと
地上のデータ処理装置との間で双方向の信号伝送を行な
うようにしたものである。

【００１０】

【作用】ボーリングロッド先端のコーン（コーン内装
置）と地上（データ処理装置）との間の信号の授受は、
連結された単位ロッド内の信号中継器によって無線中継
されるので、ボーリングロッド内に信号ケーブルを必要
とせず、しかも信号中継器は互に干渉し合わない２系統
の信号伝送経路を有するので、コーンと地上との間で双
方向の信号伝送が可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図６に示す。図１は
コーン貫入試験機による地質測定の説明図、図２は回路
図、図３（Ａ）〜（Ｃ）は他の実施例の回路図、図４
（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、ボーリングロッド先端部分
（コーン及び先端の単位ロッド）、後端部分（後端の単
位ロッド及び信号授受用キャップ）、及び単位ロッド相
互の連結部の構造を示す断面図、図５は単位ロッド相互
の連結部の他の実施例の構造を示す断面図、図６は信号
中継器の他の実施例の構造を示す断面図である。

【００１２】図１に示すように、油圧装置２によって、
単位ロッド102 を次々と継ぎ足しながらボーリングロッ
ド１を地中Ａに圧入していく測定方法自体は、本発明に
おいても従来と同じであるが、ボーリングロッド１内で
の信号の伝送方法が無線結合によって行なわれること、
及び伝送される信号の方向が双方向であることが、従来
と異なる点である。

【００１３】すなわち、各単位ロッド102 内には、無線
結合方式による信号中継器６が設けられており、この信
号中継器６は互に干渉し合わない２系統の信号中継経路
を有しており、互に隣接する単位ロッド102 中の信号中
継器６が互に無線結合されることにより、連結された全
ての単位ロッド102にわたり信号中継器６の信号中継経
路が直列的に結合されて２系統の互に独立した信号伝送
経路が形成されるようになっており、また、データ処理
装置５とボーリングロッド１との間は、最後端の単位ロ
ッド102 −Ｎ（単位ロッド相互で区別する必要のあると
きは記号「102」に添字「−１」〜「−Ｎ」を付す。）
に取付けた信号授受用キャップ（以下、キャップとい
う。）７と信号ケーブル４とによって接続されている。

【００１４】上記構造により、コーン101 のコーン内装
置３から出力された信号（主に計測信号）は、まず最先
端の単位ロッド102-1 内の信号中継器６に伝達され、上
記一方の系統の信号伝送経路を経てキャップ７に達し、
信号ケーブル４を経てデータ処理装置４に入力され、ま
た、データ処理装置５から出力された信号（主に指令信
号）は、信号ケーブル４及びキャップ７を経て最後端の
単位ロッド102 −Ｎに達し、上記他方の系統の信号伝送
経路を経てコーン101 内のコーン内装置３に入力される
。測定作業が進行し、最後端の単位ロッド102 −Ｎに更
に単位ロッド102 を継ぎ足すときには、キャップ７を単
位ロッド102 −Ｎから外し、当該単位ロッド102−Ｎに
新たな単位ロッドを連結したのち、当該新たな単位ロッ
ド102 に上記キャップ７を取付ける。この作業を単位ロ
ッド102 を継ぎ足す毎に繰り返す。

【００１５】図２により実施例の回路構成を説明する。

【００１６】ボーリングロッド１の最先端のコーン101
内にはコーン内装置３が収納されており、このコーン内
装置３は計測部３１と遠隔操作部３２とで構成されてい
る。計測部３１は、地質の各種測定データを出力するデ
ータ送出部301 、該データ送出部301 から出力される信
号（測定データ）を増幅する増幅器302 、該増幅器302
で増幅された信号を光信号に変換して先端の単位ロッド
102-1 に送出するための信号送出部を構成する発光ダイ
オード303 、上記増幅器302 の出力抵抗304等を有す
る。

【００１７】また、遠隔操作部３２は、単位ロッド102-
1 からの信号を電磁信号により受取り電気信号に変換す
るための信号受領部を構成する電磁コイル305 、信号の
伝送効率を上げるために上記電磁コイル305 と並列に接
続されて共振回路を構成するコンデンサ306 、上記電磁
コイル305 で受領した信号を増幅する増幅器307、該増幅
器307 の入力抵抗308 、上記増幅器307 の出力信号によ
って各種作業を行なう操作手段309 等を有する。

【００１８】更に、計測部３１と遠隔操作部３２とで共
通に、増幅器302 ，307 、データ送出部301 及び操作手
段309 の駆動用電源となる電池310 が設けられている。

【００１９】上記データ送出部301 は、地質の各種要素
を測定する各種センサ及び該各種センサからのデータを
伝送形態の信号に変調する変調器を含み、該変調器は、
例えば搬送周波数が５０ＫＨｚ〜１ＭＨｚのＦＭ変調器
を使用する。また、データの種類が複数のときには、当
該データを例えば時分割多重ＦＭ変調により伝送する。
データの伝送形態はアナログ信号のまま（すなわち、各
種センサからの信号形態のまま）又はデジタル信号形態
に変換しても良い。

【００２０】また、上記操作手段309 は、例えば圧力を
印加して行なう測定のための加圧用アクチュエーター、
地質サンプルを採集するための手段の駆動用アクチュエ
ーター等及びこれらアクチュエータの作動用回路等で構
成される。

【００２１】複数個が縦列に連結されてボーリングロッ
ド１の中間部をなす単位ロッド102のおのおのには信号
中継器６が収納され、この信号中継器６は、データ処理
装置５からコーン101 に向う信号を中継する第１系統の
信号中継部（以下、第１中継部という。）６１と、コー
ン101 からデータ処置装置５に向う信号を中継する第２
系統の信号中継部（以下、第２中継部という。）６２と
で構成されている。

【００２２】第１中継部６１は、前段（キャップ７の信
号送出部又はボーリングロッド後端側に隣接する単位ロ
ッド102 中の信号中継器６の第１中継部６１）からの信
号を電磁信号形態で受取り電気信号に変換するための信
号受領部を構成する電磁コイル601 、該電磁コイル601
で受領した信号を増幅することにより信号の減衰を補償
して後段（コーン内装置３の遠隔操作部３２又はボーリ
ングロッド先端側に隣接する単位ロッド102 中の信号中
継器６の第１中継部６１）に伝えるための増幅器602 、
該増幅器602 で増幅された信号を電磁信号に変換して上
記後段に送出するための信号送出部を構成する電磁コイ
ル603 、信号の伝送効率を上げるために上記電磁コイル
601 ，603 とそれぞれ並列に接続されて共振回路を構成
するコンデンサ604 ，605 、上記増幅器602 の入力抵抗
606 及び出力抵抗607 等を有する。

【００２３】また、第２中継部６２は、前段（コーン内
装置３の計測部３１又はボーリングロッド先端側に隣接
する単位ロッド102 中の信号中継器６の第２中継部６
２）からの信号を光信号形態で受取り電気信号に変換す
るための信号受領部を構成するフォトトランジスタ608
、該フォトトランジスタ608 で受領した信号を増幅す
ることにより信号の減衰を補償して後段（キャップ７の
信号受領部又はボーリングロッド後端側に隣接する単位
ロッド102 中の信号中継器６の第２中継部６２）に伝え
るための増幅器609 、該増幅器609 で増幅された信号を
光信号に変換して上記後段に送出するための信号送出部
を構成する発光ダイオード610 、上記フォトトランジス
タ608 の負荷抵抗611 、上記増幅器609 の出力抵抗612
等を有する。なお、この第２中継部６２の信号受領部
は、フォトトランジスタに代えてフォトダイオードを使
用することも若干の回路変更で可能である。

【００２４】更に、第１中継部６１と第２中継部６２と
で共通に、増幅器602 ，609 の駆動用電源となる電池61
3 が設けられている。

【００２５】キャップ７は、データ処理装置５から出力
された信号（コーン内装置３に対する指令信号）を電磁
信号に変換して、ボーリングロッド１の最後端に連結さ
れた単位ロッド102 −Ｎ中の信号中継器６の第１中継部
６１に送出するための信号送出部を構成する電磁コイル
701 、信号の伝送効率を上げるために上記電磁コイル70
1 と並列に接続されたコンデンサ702 、上記単位ロッド
102 −Ｎ中の信号中継器６の第２中継部からの信号（コ
ーン内装置３からの測定信号）を光信号形態で受取り電
気信号に変換するための信号受領部を構成するフォトト
ランジスタ７０３、該フォトトランジスタ７０３ の負
荷抵抗704 、該フォトトランジスタ703 の駆動用電源と
なる電池705 等を有する。

【００２６】以上の各部の構成において、電磁コイル30
5 ，601 ，603 と並列に、及び電磁コイル701 と直列に
それぞれ接続されたコンデンサ306 ，604 ，605 ，702
は、例えば信号の伝送帯域幅の設定（概ね広く設定する
場合）又は信号周波数の設定（概ね高く設定する場合）
等によっては使用しない場合もある。

【００２７】回路動作を説明すると、データ処理装置５
から出力されたコーン内装置３に対する指令信号は、ケ
ーブル４を介してキャップ７の電磁コイル701 に印加さ
れ、電磁結合によって第Ｎ段目の信号中継器６（最後端
の単位ロッド102 −Ｎ内の信号中継器）の電磁コイル60
1 に伝達される。

【００２８】第Ｎ段目の信号中継器６では、上記電磁コ
イル601 で受領した信号を、前記電磁コイル701 と上記
電磁コイル601 との間の伝送の際に受けた減衰分だけ増
幅器602 で増幅したのち電磁コイル603 に印加する。電
磁コイル603 に印加された信号は電磁結合によって第
（Ｎ−１）段目の信号中継器６（単位ロッド102 −（Ｎ
−１）内の信号中継器）の電磁コイル601 に伝達され、
以降、同様にして当該信号は連結された各単位ロッド10
2 内の信号中継器６の第１中継部６１に次々と中継され
てコーン101 内のコーン内装置３に達する。

【００２９】コーン内装置３では、 遠隔操作部３２の電
磁コイル305で当該信号を受領し、増幅器307 で操作手
段309 の動作に必要なレベルまで増幅したのち、当該操
作手段309 に印加する。これにより、当該操作手段309
は、データ処理装置５から入力した指令に基づく動作を
行なう。

【００３０】また、コーン101 内のコーン内装置３にお
いて、計測部３１のデータ送出部301 から出力された計
測信号は、増幅器302 で増幅されたのち発光ダイオード
303に印加され、光結合によって第１段目の信号中継器
６（最先端の単位ロッド102-1内の信号中継器）のフォ
トダイオード608 に伝達される。

【００３１】第１段目の信号中継器６では、上記フォト
トランジスタ608 で受領した信号を、前記発光ダイオー
ド303 と上記フォトトランジスタ608 との間の伝送の際
に受けた減衰分だけ増幅器609 で増幅したのち、発光ダ
イオード610 に印加する。発光ダイオード610 に印加さ
れた信号は光結合によって第２段目の信号中継器６（単
位ロッド102-2 内の信号中継器）のフォトトランジスタ
608 に伝達され、以降、同様にして当該信号は連結され
た各単位ロッド102 内の信号中継器６の第２中継部６２
に次々と中継されてキャップ７のフォトトランジスタ70
3 に達し、信号ケーブル４を経てデータ処理装置５に入
力される。

【００３２】以上のように、単位ロッド102-1 〜102 −
Ｎが連結されることによって、各単位ロッド102 内の信
号中継器６が直列的に無線結合され、これによって形成
される２系統の信号伝送経路を介してコーン内装置３と
データ処理装置５との間で双方向に信号の伝送が行なわ
れる。しかも、上記２系統の信号伝送経路は、一方が電
磁結合により、他方が光結合によりそれぞれ形成されて
いるので、互に干渉することはない。

【００３３】また、以上の実施例では、信号中継器６の
第１中継部６１を経由する第１系統の信号伝送経路でデ
ータ処理装置５から出力される指令信号を伝送し、第２
中継部６２を経由する第２系統の信号伝送経路でコーン
内装置３から出力される計測信号を伝送するようにした
が、この信号伝送経路と、伝送する信号との関係は上記
と逆であってもよい。

【００３４】次に図３により、他の実施例の回路構成を
説明する。

【００３５】図３（Ａ）に示す実施例は、前記図２で説
明した実施例の信号中継器６から増幅器602 ，609 を除
いたもので、第１中継部６１は、信号受領部をなす電磁
コイル601 と、信号伝送部をなす電磁コイル603 とをコ
ンデンサ614 により結合して構成され、第２中継部６２
は、信号受領部をなすフォトトランジスタ608 と信号送
出部をなす発光ダイオード610 とを抵抗612 で結合して
構成される。

【００３６】この実施例では、信号伝送時の減衰補償機
能がないが、増幅器602 ，609 が不要であることによ
り、回路構成が簡単で安価に構成でき、また、電池613
の消費も少なくなる。

【００３７】この実施例の信号中継器６は、次のように
して使用される。すなわち、前記図２に示す実施例の信
号中継器６の増幅器602 、609 を、Ｋ段分の信号減衰の
補償をなすように構成し、連結する単位ロッド102に収
容する信号中継器６は、Ｋ個を連結するうちの１個を図
２に示すものとし、（Ｋ−１）個を図３（Ａ）に示すも
のとする。このようにすることによって、ボーリングロ
ッド１を安価に構成できる。

【００３８】また、コーン101 内のコーン内装置３から
出力される信号のレベル及びデータ処理装置５から出力
される信号のレベルが充分に高い場合、又は単位ロッド
102内の信号中継器６相互での信号授受時に受ける減衰
が少ないように工夫されている場合には、増幅器602 ，
609 を有する信号中継器６をより少なくすることがで
き、もしくは測定条件によっては（例えば、浅い深度の
測定で、単位ロッド102の連結数が少ない場合等、）、
全て当該図３（Ａ）に示す信号中継器６とすることも可
能である。

【００３９】また、図３（Ａ）に示す実施例の変形とし
て、第１中継部６１又は第２中継部６２のいずれか一方
に減衰補償機能を付与する（すなわち、一方を図２に示
す実施例とする。）ことも可能である。

【００４０】更に第２中継部６２（光結合手段による信
号中継部）の他の実施例として、例えばプラスチック光
ファイバで構成したライトガイドを用いることもでき
る。すなわち、単位ロッド102 の内部に、上記ライトガ
イドを、その光伝達方向両端面が上記単位ロッド102 の
２つの連結部に配置されるように収納し、コーン内装置
３の計測部３１から光を媒体として出力される信号を上
記単位ロッド102 内のライトガイドで中継するようにす
る。この構成では、少くとも第２中継部６２には、電気
部品を必要としない（第１中継部６１を図３（Ａ）の構
成にすれば、電池613 も不要となる。）ので、構成が更
に簡単になる。なお、この構成では、当然ながら信号の
減衰補償がなされないので、第２中継部６２について
は、前記図３（Ａ）の実施例と同じ方法で用いられる。

【００４１】以上に説明した実施例において、電池613
にはリチウム電池を使用する。このリチウム電池の容量
は比較的大きく（例えば、800mA・H ）、例えば図２に示
す信号中継器６において、最適に構成すれば、アイドル
電流を６０μＡ、駆動時電流（信号の授受が行なわれた
ときの電流）を４ｍＡ程度とすることができ、このよう
にすれば電池613 は、単位ロッド102 の保管だけを考慮
すれば約１年半、１日に１時間単位ロッド102を使用す
るものとすれば約５ケ月間使用できるので、電池613 の
交換回数は非常に少なくてよい。

【００４２】然しながら、電池613 の寿命を更に長く
し、又は少容量で安価な電池を用いる場合には、図３
（Ｂ）のようにすればよい。

【００４３】図３（Ｂ）は駆動電力の供給方法について
の他の実施例の回路構成を示すもので、615 は電池613
からの電流供給路に挿入されたスイッチであり、616 は
駆動用電力を必要とする被給電回路部（前記実施例の増
幅器602 ，609 、フォトトランジスタ608 、発光ダイオ
ード610 に相当する。）である。

【００４４】スイッチ615 には、例えば絶縁体容器内に
２つの接点部材と水銀とが密閉封止されて構成された傾
斜感応型のスイッチが使用され、当該スイッチ615 は、
単位ロッド102 の保管時の姿勢（通常、横長にねかせら
れたとき）でオフとなり、単位ロッド102 の使用時の姿
勢（通常、垂直状に立てられたとき）でオンとなるよう
な方向で中継装置６内に取付けられる。従って、電池61
3 から被給電回路部616 への電流供給は、単位ロッド10
2 の使用時のみであり、保管時には当該スイッチ615 が
オフとなって被給電回路部616 にアイドル電流は流れ
ず、電池613 の寿命は長くなる。なお、この図３（Ｂ）
に示す実施例は、コーン内装置３内の電池310 について
も実施することができる。

【００４５】図３（Ｃ）は、駆動電力の供給方法につい
て、更に他の実施例の回路構成を示すもので、617 は充
電可能なエネルギー蓄積手段、618はエネルギー蓄積手
段617 への充電回路を構成するダイオード、619 は増幅
器602 への信号入力レベルを一定値に制限する振幅制限
素子（例えば２個のダイオードを互に逆極性で並列接続
して構成する。）であり、その他の記号は、図２に示す
ものと同じである。

【００４６】この実施例は、前記実施例における電池61
3 （これは１次電池である。）に代え、充電可能なエネ
ルギー蓄積手段617 、例えば２次電池又は所謂スーパー
キャパシタと謂われる高容量コンデンサ等を使用したも
ので、このエネルギー蓄積手段617 への充電手段とし
て、信号受領側の電磁コイル601 と、当該エネルギー蓄
積手段617 との間にダイオード618 を挿入接続したもの
である。なおこのダイオード618 はエネルギー蓄積手段
617 からの電流が増幅器602 の入力に流れ込むのを阻止
する逆流防止手段ともなっている。

【００４７】この実施例では、データ処理装置５から送
出する指令信号と信号中継器６で使用する電力及び上記
エネルギー蓄積手段617 に蓄積する電力とを同一経路で
送るようにしており、このため、上記指令信号は大きな
電力で送出されるのでその送出レベルはかなり高くな
る。従って、この高レベル信号が増幅器602 にそのまま
入力されないよう当該増幅器602 の入力に振副制限素子
619 が接続されている。エネルギー蓄積手段617 への充
電動作は、信号中継器６とキャップ７とが結合している
期間内、すなわち、当該信号中継器６を内蔵する単位ロ
ッド102 がボーリングロッド１の最後端に連結されてい
る期間に、当該信号中継器６の作動とともに行なわれる
（所謂フローティングによる充電）。また、最後端から
２段目以降の単位ロッド102 に内蔵の信号中継器６で
は、信号の伝送経路に他の信号中継器６が介在するの
で、当該信号中継器６が作動するに充分な電力で信号伝
送がなされない。従って、当該２段目以降の信号中継器
６では、そのエネルギー蓄積手段617 への充電はもとよ
り、その作動もデータ処理装置５からの信号の電力によ
ってはなされず、専らエネルギー蓄積手段617 に蓄積さ
れたエネルギーによって作動することとなる。

【００４８】エネルギー蓄積手段617 へのエネルギー蓄
積量は、１回の試験時間内に信号中継器６が消費する電
力量で充分であるから、以上の説明のように充電時間が
短時間であってもよく、また、短時間のうちにエネルギ
ー蓄積手段617 に充分なエネルギーを蓄積するために、
キャップ７では電磁コイル701 とコンデンサ702 を直列
に接続して直列共振回路を構成し、データ処理装置５か
らの信号が大電流で供給できるようにしている。なお、
この実施例では、データ処理装置５から電力供給を行う
必要があることから、電磁結合によって形成される信号
中継経路（第１中継部６１）を、データ処理装置５から
コーン内装置３に向う信号に伝送経路として使用する必
要がある。

【００４９】次に実施例の構造を説明する。

【００５０】ボーリングロッド１の最先端にはコーン10
1 が、最後端にはキャップ７がそれぞれ連結され、コー
ン101 とキャップ７との間には、必要数Ｎ個（このＮ個
は、測定が進むにつれて増やされていく。）の単位ロッ
ド102 が連結される。

【００５１】コーン101 は、先端部101 Ａが所定角度の
円錐形状をした筒形に構成され、内部に前記コーン内装
置３が収納され、後端部101 Ｂには雌ねじ101 Ｃが切ら
れていて、単位ロッド102 との連結部を形成しており、
この連結部の内部底面中央には、信号授受部311が固定
的に取付けられている。この信号授受部311 は、図２に
おいて、コーン内装置３を構成するもののうち、信号送
出部をなす発光ダイオード303 と信号受領部をなす電磁
コイル305 で構成されている。

【００５２】単位ロッド102 は、内部が中空で長手方向
に貫通した円筒形状に形成され、一方の端部102 Ａには
雄ねじ102 Ｂが切られていてコーン101 又は他の単位ロ
ッド102 との連結部を形成しており、他方の端部102 Ｃ
には雌ねじ102 Ｄが切られていて単位ロッド102 相互の
連結部を形成していて、内部空間102 Ｅは上記両端部10
2 Ａ，102 Ｃに貫通していて当該内部空間102 Ｅに信号
中継器６が嵌装収納されている。

【００５３】信号中継器６は、例えばプラスチック管材
で形成したケース620 の両端にそれぞれ信号授受部621
，622 が固定的に取付けられ、内部に当該信号中継器
６の電子回路623 が収納されて構成され、単位ロッド10
2 の内部空間102 Ｅに嵌装したとき、その一端の信号授
受部621 が単位ロッド102 の一方の端部102 Ａの雄ねじ
102 Ｂ形成部分先端に、及び他端の信号授受部622 が単
位ロッド102 の他方の端部102 Ｃの雌ねじ102 Ｄ形成部
分底部にそれぞれ露出して配置されるようになってい
る。

【００５４】信号授受部621 は、図２において、第１中
継部６１の信号送出部をなす電磁コイル603 と、第２中
継部６２の信号受領部をなすフォトトランジスタ608 と
で構成され、また、信号授受部622 は、第１中継部６１
の信号受領部をなす電磁コイル601 と、第２中継部６２
の信号送出部をなす発光ダイオード610 とで構成されて
いる。

【００５５】キャップ７は、端部706 に単位ロッド102
の外径に等しい穴707 が形成され、この穴707 の底面中
央には、単位ロッド102 の端部102 Ｃに施された雌ねじ
102Ｄの内径（ねじ山間の径）より若干小さい外径の円
筒部708 が形成されていて、その先端に信号授受部709
が取付けられており、また、内部には電子回路710 が収
納され、この電子回路710 には信号ケーブル４が接続さ
れていて、当該信号ケーブル４は保護ブッシング711 を
介してキャップ７の側面から導出されている。また、信
号授受部709 は、図２において、信号送出部をなす電磁
コイル701 と信号受領部をなすフォトトランジスタ703
とで構成されている。

【００５６】図４（Ｃ）は、信号中継器６の信号授受部
621 及び622 の構造を示したもの（隣接する２つの信号
中継器６の一方の信号授受部621 と他方の信号授受部62
2 とを示したもの）である。

【００５７】信号授受部621 の電磁コイル603 は、コイ
ル巻回部の中心に貫通孔603 Ａが設けられたポットコア
603 Ｂにコイル603 Ｃが巻回されて構成され、上記貫通
孔603 Ａにフォトトランジスタ608 が嵌め込まれてお
り、このように構成された信号授受部621 は上記ポット
コア603 Ｂの開口面を外側にしてケース620 の端部に嵌
め込んで取付けられている。

【００５８】また、信号授受部622 は、ポットコア601
Ｂの貫通孔601 Ａ内に嵌め込まれるのが発光ダイオード
610 であることの他は、上記信号授受部621 と同じ構造
であり、更に、コーン内装置３の信号授受部311 は、こ
れがコーン101 に直接取付けられていることを除いては
上記信号授受部622 と同じ構造であり、キャップ７の信
号授受部709 は、これがキャップ７に直接取付けられて
いることを除いては上記信号授受部621 と同じ構造であ
るので、これら信号授受部622 、311 及び709の構造は
以上の説明から容易に理解できる。

【００５９】また、上記各部の電磁コイル305 ，601 ，
603 ，701 はいずれもポットコアに巻回したコイルで構
成されているが、伝送する信号の周波数を比較的高く設
定する場合には空心コイルで構成することもできる（後
述の図５、図６に示す構造においても同様である。）。

【００６０】以上に説明したコーン101 と単位ロッド10
2 及び単位ロッド102 相互は螺合によって連結され、単
位ロッド102 とキャップ７とは嵌め込みによって連結さ
れる。連結された状態では、信号授受部311 と621 、信
号授受部621 と622 、信号授受部622 と709 とが、それ
ぞれ若干の隙間を隔てて対向する。

【００６１】また、測定途中のボーリングロッド１内へ
の地下水の侵入、測定時の衝撃等を考慮し、コーン内装
置３及びその信号授受部311 、信号中継器６及びその信
号授受部621 、622 、キャップ７の信号授受部709 に
は、防水及び耐衝撃処理が施してある。

【００６２】次に図５に示す実施例を説明する。

【００６３】この実施例と前記図４で説明した実施例と
の違いは、信号中継器６に於いて、対向する信号授受部
621 と622 とを弾性力によって密着突合させ、相互間の
空隙をなくすようにしたものである。

【００６４】すなわち、信号授受部621 と622 自体の構
造は、前記図４の構造と同じであるが一方の信号授受部
622 は、例えばゴムのような弾性素材で形成した取付部
材624 を介してケース620 の一端に取付けられており、
この構造により信号授受部622 は上記ケース620 の内壁
面をガイドとして当該ケース620 の長手方向、すなわ
ち、単位ロッド102 相互の連結方向に若干の弾性力が付
与される。

【００６５】また、単位ロッド102 において、２つの信
号授受部621 ，622 のポットコア開口面間の差渡し寸法
（単位ロッド102相互を連結する前の差渡し寸法）が当
該単位ロッド102 の連結面間の差渡し寸法Ｌ（図４
（Ａ）参照）より若干長く設定してあり、単位ロッド10
2 相互を連結すると、上記ポットコア開口面間の差渡し
寸法が上記寸法Ｌまで圧縮され、２つの信号授受部621
，622 とは弾圧的に密着突合し、相互間の空隙がなく
なる。

【００６６】この実施例では、信号中継器６相互の結合
部に構造的空隙が形成されないことから、信号授受時の
信号の減衰を非常に少なくすることができる。従って増
幅器602 、609 を使用しない信号中継器６（図３（Ａ）
に示す信号中継器）を内蔵する単位ロッド102 を多数用
いることができ（測定の条件によっては、全て増幅器な
しの単位ロッドとすることも可能である。）、測定コス
トが安価となる利点がある。

【００６７】なお、図５に示す構造で信号中継器６を構
成する場合では、コーン101 内の信号授受部311 又は／
及びキャップ７内の信号授受部709 も同様の弾性取付構
造とすると、コーン101 と単位ロッド102 との連結部分
及び単位ロッド102 とキャップ７との連結部分において
も信号授受部相互間の空隙をなくすことができるので、
より効果的である。

【００６８】また、図５において、双方の信号授受部62
1 ，622 を弾性取付部材624 を介して取付けるようにし
てもよく、このようにした場合には、コーン101 内の信
号授受部311 及びキャップ７内の信号授受部709 が弾性
取付構造でなくても、当該信号授受部311 ，709 部分に
形成される空隙をなくすことができる。

【００６９】次に図６に示す実施例を説明する。

【００７０】今まで説明してきた実施例は、信号中継器
６の第１中継部６１と第２中継部６２の双方を電子回路
により構成した例であるが、図６に示した実施例では、
光を伝送媒体とした第２中継部６２を、電子回路によら
ないで構成している。

【００７１】すなわち、信号中継器６のケース620 内に
は、第１中継部６１を構成する電子回路623 とともに、
例えばプラスチック光ファイバで構成したライトガイド
８が収納されており、このライトガイド８により光を伝
送媒体とする信号を中継するようにしている。

【００７２】この実施例においても、前記実施例と同
様、第１中継部６１の信号送出部と信号受領部とは電磁
コイル601 と603 とで構成されており、ケース620 の両
端に前記実施例と同じ構造の電磁コイル601，603 が取
付けられている。そして、当該電磁コイル601 ，603 の
ポットコア601 Ｂ，603 Ｂの中央に設けられた貫通孔60
1 Ａ，603 Ａには、上記ライトガイド８の両端が、例え
ばレンズユニット801 ，802 を取付けた状態で嵌装され
ている。

【００７３】コーン内装置３の発光ダイオード303 によ
り光信号形態で送出された信号は、信号中継器６におい
て、ライトガイド８のレンズユニット802 側端面に入力
され、当該ライトガイド８中を伝送されてレンズユニッ
ト801 側端面から放出され、この動作が連結された各単
位ロッド102 内の信号中継器６で繰り返えされてキャッ
プ７のフォトトランジスタ703 に達し、ここで電気信号
に変換されて信号ケーブル４を介しデータ処理装置５に
入力される。

【００７４】この実施例では、信号中継器６の第２中継
部６２に電子回路部品を必要としないから、極めて簡単
かつ安価に構成でき、また、第１中継部６１を図３
（Ａ）に示す構成とした場合には、電池613 をも不要と
なり、更に安価に構成できる。

【００７５】しかしながら、当然ながらこの実施例では
光信号の減衰補償がなされないため、単位ロッド102 を
多数本使用する測定では、一部に減衰補償機能を有する
信号中継器６を内蔵する単位ロッド（図２に示す単位ロ
ッド）102 を併用する必要がある。ただし、例えばプラ
スチック光ファイバでは光信号を非常に少ない減衰で伝
送できるので、例えば図３（Ａ）に示す信号中継器６を
内蔵する単位ロッド102 を使用する場合に比べて、減衰
補償機能を有する信号中継器６の使用個数が少なくてよ
い。

【００７６】また、この実施例においても、プラスチッ
ク光ファイバが可撓性を有することから、前記図５で説
明した実施例と同様、信号授受部621 ，622 の一方又は
双方を弾性力を付与して取付ける構造とすることも可能
である。

【００７７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、互に
干渉し合うことのない無線結合方式の２系統の信号中継
経路を有する信号中継器を単位ロッドに内蔵させ、連結
された全ての単位ロッド中の上記信号中継器が直列的に
無線結合されて、互に独立した２系統の信号伝送経路が
形成されるようにし、この２系統の信号伝送経路によっ
て地中のコーン内装置と地上のデータ処理装置との間で
双方向に信号を伝送するようにしたものであり、信号ケ
ーブルをボーリングロッド内に必要とせず、しかも地中
と地上とで双方向に信号の伝送が可能であるので、多種
多様な地質測定が極めて容易に、かつ能率よく行なうこ
とができる。

【００７８】また、ボーリングロッド内に信号ケーブル
を必要とする従来の測定では、信号ケーブルの切断事故
によって測定作業を繰返したり、又は測定不能となるこ
と（地質測定の性格から、同じ測定ポイントで測定を繰
り返すことはできないので、極めて狭い範囲の地質測定
を行なう場合には測定自体が不可能となる。）がしばし
ば生じたが、本発明ではボーリングロッド内に信号ケー
ブルを必要としないので、上記のような不都合は生じな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のコーン貫入試験機による地質測
定の説明図。

【図２】本発明実施例の回路図。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明実施例の回路図。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明実施例の構造を示す断
面図。

【図５】本発明実施例の構造を示す要部断面図。

【図６】本発明実施例の構造を示す要部断面図。

【図７】従来例のコーン貫入試験機による地質測定の説
明図。

【符号の説明】

１…ボーリングロッド １０１…コーン １０２…単位ロッ
ド １０２Ａ，１０２Ｃ…端部 ３…コーン内装置 ３１…計測部 ３２…遠隔操作部 ３０１…データ送出部 ３０３…発光ダイ
オード ３０５…電磁コイル ３０９…操作手段 ３１１…信号授受部 ５…データ処理装置 ６…信号中継器 ６１…第１系統中継部 ６２…第２系統中
継部 ６０１，６０３…電磁コイル ６０２，６０９…
増幅器 ６０８…フォトトランジスタ ６１０…発光ダイ
オード ６１３…電池 ６１５…傾斜感応
型スイッチ ６１７…エネルギー蓄積手段 ６１８…ダイオー
ド ６２１，６２２…信号授受部 ６２４…弾性取付
部材 ７…信号授受用キャップ ７０１…電磁コイル ７０３…フォトト
ランジスタ ７０９…信号授受部 ８…ライトガイド ８０１，８０２…レンズユニット

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62 E02D 1/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測部と遠隔操作部とでなるコーン内装
   置を内蔵したコーンに単位ロッドを次々と継ぎ足しなが
   ら当該コーンを地中に圧入していき、当該コーンの圧入
   過程で各種地質測定等を行なうようにしたコーン貫入試
   験機の信号伝送方式であって、上記単位ロッドには無線
   結合方式の互に干渉し合わない２系統の信号中継経路を
   有する信号中継器が内蔵されており、上記２系統の信号
   中継経路のそれぞれの信号伝送部と信号受領部とは、上
   記単位ロッド相互を連結する連結部にそれぞれ配置され
   ており、上記単位ロッドを複数個連結したとき、隣接す
   る単位ロッドに内蔵された信号中継器の信号送出部と信
   号受領部とが、上記２系統の信号中継経路について互に
   独立して対向することにより、連結した全ての単位ロッ
   ド中の信号中継器群によって直列的に無線結合された互
   に独立している２系統の信号伝送経路が形成され、該２
   系統の信号伝送経路によって上記コーン内装置と地上の
   データ処理装置との間で双方向に信号を伝送するように
   したコーン貫入試験機の双方向信号伝送方式。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の双方向信号伝送方式に
   使用する信号中継器であって、単位ロッド相互を連結す
   る連結部の一方に配置した電磁コイルでなる第１系統の
   信号中継経路の信号送出部及び半導体受光素子でなる第
   ２系統の信号中継経路の信号受領部と、上記連結部の他
   方に配置した電磁コイルでなる第１系統の信号中継経路
   の信号受領部及び半導体発光素子でなる第２系統の信号
   中継経路の信号送出部と、上記半導体受光素子及び半導
   体発光素子の駆動用電池を有する信号中継器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の双方向信号伝送方式に
   使用する信号中継器であって、単位ロッド相互を連結す
   る連結部にそれぞれ配置した電磁コイルでなる第１系統
   の信号中継経路の信号送出部及び信号受領部と、上記連
   結部間に設けられ、光伝達方向の両端面を信号受領部及
   び信号送出部として第２系統の信号中継経路を構成する
   ライトガイドを有する信号中継器。
4. 【請求項４】 第１系統及び／又は第２系統の信号中継
   経路の信号受領部と信号送出部との間に設けられた信号
   減衰補償用の増幅器と、該増幅器の駆動用電池を有する
   請求項２又は３に記載の信号中継器。
5. 【請求項５】 単位ロッドを地中への圧入時姿勢にした
   ときにオンして駆動用電池からの電流供給を開始する傾
   斜感応型スイッチを有する請求項２又は４に記載の信号
   中継器。
6. 【請求項６】 電磁コイルを円形に巻回したコイルで構
   成して単位ロッドのそれぞれの連結部の中央に配置する
   とともに、当該それぞれの電磁コイルの巻回中心部にそ
   れぞれ半導体発光素子の発光面及び半導体受光素子の受
   光面又はライトガイドの光出入端面を配置した請求項２
   又は３に記載の信号中継器。
7. 【請求項７】 信号送出部及び信号受領部の一方又は双
   方は、単位ロッド相互の連結方向に弾性力を有する部材
   により取付けられており、連結した一方の単位ロッドの
   信号中継器の信号送出部と他方の単位ロッドの信号中継
   器の信号受領部とを上記弾性力によって弾圧的に密着突
   合させるようにした請求項２又は３に記載の信号中継
   器。
8. 【請求項８】 請求項２又は４に記載の信号中継器にお
   いて、第１系統の信号中継経路をコーン内計測部に向う
   信号の中継経路とし、駆動用電池に代えて設けた充電可
   能なエネルギー蓄積手段と、上記第１系統の信号中継経
   路の信号受領部をなす電磁コイルと上記エネルギー蓄積
   手段との間に設けた充電回路を有する信号中継器。
9. 【請求項９】 エネルギー蓄積手段が２次電池である請
   求項８に記載の信号中継器。
10. 【請求項１０】 エネルギー蓄積手段が高容量コンデン
    サである請求項８に記載の信号中継器。