JPH0326454Y2 - - Google Patents

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JPH0326454Y2
JPH0326454Y2 JP1985046146U JP4614685U JPH0326454Y2 JP H0326454 Y2 JPH0326454 Y2 JP H0326454Y2 JP 1985046146 U JP1985046146 U JP 1985046146U JP 4614685 U JP4614685 U JP 4614685U JP H0326454 Y2 JPH0326454 Y2 JP H0326454Y2
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flow
sensor probe
groundwater
hole
light
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は地盤調査を行う際、地中に深孔を掘
削し、その中へ測定装置を吊り降して地下水の流
向・流速を測定するレーザによる孔内流向・流速
測定装置に関する。
[Detailed explanation of the invention] [Industrial application field] This invention measures the flow direction and velocity of groundwater by drilling a deep hole in the ground and suspending a measuring device into the hole when conducting a ground survey. This article relates to a device for measuring flow direction and velocity in a hole using a laser.

〔従来の技術〕 地下水の流向・流速を測定するには、まず、ポ
ーリング機械により所定の地盤へ深孔を掘削す
る。つぎに、掘削した孔の上部に矢倉を設け、こ
の矢倉に孔内の流向・流速を測定するための測定
装置を取付け、この測定装置を測定すべき孔内の
所定の場所へ吊り降す。孔内に降ろされた測定装
置は、測定すべき地層内に固定される。測定装置
が固定されると、その地層内を流れる地下水が測
定装置内を通過する。測定装置内を通過する地下
水をセンサープローブで検知することにより、地
上で測定ケ所の地下水の流向・流速を測定するこ
とができる。
[Prior Art] To measure the flow direction and velocity of groundwater, first, a deep hole is drilled into a predetermined ground using a poling machine. Next, a Yagura is installed above the excavated hole, a measuring device for measuring the flow direction and velocity inside the hole is attached to this Yagura, and this measuring device is suspended to a predetermined location in the hole where the measurement is to be made. The measuring device lowered into the hole is fixed in the formation to be measured. When the measuring device is fixed, groundwater flowing within the formation passes through the measuring device. By detecting groundwater passing through the measuring device with a sensor probe, it is possible to measure the flow direction and velocity of groundwater at the measurement point on the ground.

従来、この種の孔内の地下水の流向・流速を測
定する測定装置としては、次のような構成のもの
が知られている。この測定装置は、中間に孔内の
所定の場所の流向・流速を測定するための測定部
であるセンサープローブと、その上、下部分にロ
ツドを介して設けられた固定機構である上部パツ
カーと下部パツカーとからなつている。さらに、
センサープローブには地下水の流れによつて濃度
が変化するトレーサー(たとえば、食塩水、又は
蒸留水、又はほう素等が用いられている。)が投
入されると共に、その濃度変化を測定するための
センサーが内蔵されている。また、上、下部パツ
カーは硬質ゴムで製作されたゴム風船状のもの
で、地上から送られた圧縮空気により膨張し、そ
れぞれ孔内の壁面に押圧されることにより固定さ
れ、さらには、中間のセンサープローブをも固定
するような構とされている。
BACKGROUND ART Conventionally, as a measuring device for measuring the flow direction and flow velocity of groundwater in a hole of this type, the following configuration is known. This measuring device has a sensor probe in the middle that is a measuring part for measuring the flow direction and flow velocity at a predetermined location in the hole, and an upper packer that is a fixing mechanism installed at the lower part via a rod. It is connected to the lower part car. moreover,
A tracer whose concentration changes depending on the flow of groundwater (for example, saline, distilled water, boron, etc. is used) is introduced into the sensor probe, and a tracer is used to measure the change in concentration. It has a built-in sensor. In addition, the upper and lower packers are rubber balloon-shaped items made of hard rubber, which are inflated by compressed air sent from the ground and fixed by being pressed against the wall inside the hole.Furthermore, the middle The structure is such that it also fixes the sensor probe.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

ところが、上記従来のトレーサーを用いる孔内
の流向・流速測定装置においては、次に掲げるよ
うな欠点がある。
However, the above-mentioned conventional in-hole flow direction/velocity measurement device using a tracer has the following drawbacks.

(1) トレーサーの濃度変化をセンサーで検知する
ことにより間接的に孔内の流速を求めることに
なるため、真の孔内流速を直接測定することが
できない。
(1) The true flow velocity in the borehole cannot be directly measured because the flow velocity in the borehole is indirectly determined by detecting changes in the concentration of the tracer with a sensor.

(2) トレーサーを投入するので測定に時間がかか
る。
(2) Measurement takes time because a tracer is injected.

(3) トレーサーによる測定なので流速の測定範囲
が限定される。
(3) The measurement range of flow velocity is limited because it is measured using a tracer.

(4) センサープローブの設置に伴い地下水の温
度、圧力が変化するため地下水の流れに変化が
生じるが、それを測定できないため、流れの変
化をチエツクできない。
(4) As the temperature and pressure of groundwater change due to the installation of sensor probes, changes occur in the flow of groundwater, but since this cannot be measured, changes in flow cannot be checked.

(5) 測定部分にトレーサーを投入するため地下水
の温度や密度の変化、又は拡散現象を生じ、孔
内の地下水の本来の流れと異る流れを生じさせ
ることになる。
(5) Since the tracer is injected into the measurement area, changes in the temperature and density of groundwater or diffusion phenomena occur, causing a flow different from the original flow of groundwater in the hole.

この考案は、上記事情に鑑みてなされたもので
あり、広範囲な流速を有する地下水の真の流向・
流速を瞬間的かつ直接的に測定でき、測定装置の
孔内への設置に伴う地下水の流れに与える影響を
チエツクできる孔内の流向・流速測定装置を提供
することを目的としている。
This idea was made in view of the above circumstances, and it is important to understand the true flow direction and direction of groundwater, which has a wide range of flow velocities.
The object of the present invention is to provide a flow direction/velocity measuring device in a hole that can instantaneously and directly measure flow velocity and check the influence of installing the measuring device in the hole on the flow of groundwater.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この考案は、地中に深孔を掘削し、その孔内に
測定部であるセンサープローブと、このセンサー
プローブの両端にロツドを介して上記センサープ
ローブを孔内の所定の場所に固定するための上部
パツカーと下部パツカーとを設け、上記孔内を流
れる地下水の流向・流速を測定する孔内流向・流
速測定装置であつて、上記センサープローブに孔
内の地下水が流通可能な流路を設けると共に、こ
の流路内の地下水の流速を測定可能なレーザ・フ
オトン流速計を設け、上記レーザ・フオトン流速
計に、互いのレーザ光が上記流路内で干渉縞を形
成するように配置・固定された複数の発光部と、
上記流路からの散乱光を受光する受光部とを設
け、さらに上記レーザ・フオトン流速計に上記流
路内の温度及び水圧を測定する温度・圧力センサ
ーを設けたことを特徴としている。
This idea involves drilling a deep hole in the ground, installing a sensor probe as a measuring part in the hole, and fixing the sensor probe at a predetermined location in the hole through rods at both ends of the sensor probe. An in-hole flow direction/flow velocity measuring device is provided with an upper parter and a lower parter to measure the flow direction and flow velocity of groundwater flowing in the hole, and the sensor probe is provided with a flow path through which groundwater in the hole can flow. A laser photon current meter capable of measuring the flow velocity of groundwater in this channel is provided, and the laser photon current meter is arranged and fixed so that each laser beam forms interference fringes within the channel. a plurality of light emitting parts;
The present invention is characterized in that a light receiving section is provided to receive scattered light from the flow path, and the laser photon current meter is further provided with a temperature/pressure sensor that measures the temperature and water pressure within the flow path.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この考案を第1図ないし第6図を参照し
て説明する。第1図はこの考案の全体を説明する
ための説明図であり、符号Aは調査する地盤であ
る。A1は不透水層であり、A2は地下水が流れる
帯水層であり、Hはこの地盤Aに掘削された深孔
である。Bは地下水の流れを測定する測定区間で
あり、Mは地上に組まれた矢倉部である。Kは矢
倉部Mに取付けられたケーブルであり、Pはケー
ブルKの先端に取付けられた孔内の流向・流速測
定装置(以下、単に「測定装置」と略称する)で
ある。
This invention will be explained below with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the entirety of this invention, and reference numeral A indicates the ground to be investigated. A 1 is an impermeable layer, A 2 is an aquifer through which groundwater flows, and H is a deep hole drilled into this ground A. B is the measurement section for measuring the flow of groundwater, and M is the Yagura section built above ground. K is a cable attached to the Yagura section M, and P is a flow direction/flow velocity measurement device (hereinafter simply referred to as "measuring device") in the hole attached to the tip of the cable K.

第2図は、地上に設置された矢倉部Mを示す図
であり、符号M1は矢倉本体である。M2はケーブ
ル巻取装置であり、このケーブル巻取装置M2
は圧縮空気供給部M3と、測定値受信部M4が接続
されており、また、レーザ・フオトン流速計の一
部を形成するレーザ・ソース部M5と、フオトン
受信部M6とがそれぞれ光フアイバK4,K4,K5
で接続されている。さらに、圧縮空気供給部M3
はエアーコンプレツサM7とそれから供給される
圧縮空気の圧力調整を行う制御装置M8とからな
つており、フオトン受信部M6はフオトンデイテ
クタM9とデイジタルコリレータM10とからなつ
ている。また、ケーブル巻取装置M2には、ケー
ブルKが巻かれており、ケーブルKは矢倉本体
M1の天端に取付けられた滑車M11にかけられて
いる。滑車M11にかけられたケーブルKの先端に
は測定装置Pが取付けられている。
FIG. 2 is a diagram showing the Yagura part M installed on the ground, and reference numeral M1 is the Yagura main body. M 2 is a cable winding device, to which a compressed air supply section M 3 and a measured value receiving section M 4 are connected, and a part of the laser photon current meter is connected to the cable winding device M 2 . The formed laser source section M5 and photon receiving section M6 are connected by optical fibers K4 , K4 , and K5, respectively. Additionally, compressed air supply M 3
consists of an air compressor M7 and a control device M8 that adjusts the pressure of the compressed air supplied from it, and the photon receiver M6 consists of a photon detector M9 and a digital correlator M10 . . In addition, the cable K is wound around the cable winding device M2 , and the cable K is connected to the Yagura main unit.
It is hung on a pulley M11 attached to the top of M1 . A measuring device P is attached to the tip of a cable K that is hung around a pulley M11 .

次に、第3図は測定装置Pを示す図であり、符
号1はセンサープローブである。センサープロー
ブ1の上部には直列に連結され、長さの調節可能
な上ロツド2,2の一端が固定されており、上ロ
ツド2,2の他端には硬質ゴムで作られた中空円
筒状の上部パツカー3が取付けられている。上部
パツカー3の上部にはコネクタ4が固定されてお
り、さらにその上部にはコネクタ4を介してケー
ブルKが取付けられている。他方、センサープロ
ーブ1の下部には直列に連結され、長さの調節可
能な下ロツド5,5の一端が固定されており、下
ロツド5,5の他端には硬質ゴムで作られた中空
円筒状の下部パツカー6が取付けられている。ま
た、センサープローブ1と上部パツカー3と間に
はその間にある上ロツド2,2の周りに測定値の
電送ケーブルK1が螺旋状に巻かれている。さら
に、上ロツド2,2の内部には下部パツカー6へ
の空気供給チユーブK3と、3本の光フアイバK4
K4,K5とが通つており、下ロツド5,5の内部
には下部パツカー6への空気供給チユーブK3
が通つている。
Next, FIG. 3 is a diagram showing the measuring device P, in which reference numeral 1 is a sensor probe. One end of the upper rod 2, 2 which is connected in series and whose length is adjustable is fixed to the upper part of the sensor probe 1, and a hollow cylindrical rod made of hard rubber is fixed to the other end of the upper rod 2, 2. The upper part car 3 is attached. A connector 4 is fixed to the upper part of the upper packer 3, and a cable K is further attached to the upper part via the connector 4. On the other hand, one end of lower rods 5, 5, which are connected in series and whose length can be adjusted, is fixed to the lower part of the sensor probe 1, and the other end of the lower rods 5, 5 is fixed with a hollow made of hard rubber. A cylindrical lower part car 6 is attached. Further, between the sensor probe 1 and the upper packer 3, a measurement value transmission cable K1 is spirally wound around the upper rods 2, 2 located therebetween. Furthermore, inside the upper rods 2, 2, there is an air supply tube K3 to the lower packer 6, and three optical fibers K4 ,
K 4 and K 5 communicate with each other, and an air supply tube K 3 for supplying air to the lower packer 6 communicates inside the lower rods 5 and 5 .

第4図はケーブルKの断面を示す図であり、そ
の中にはセンサープローブ1で測定値を電送する
ための電送用ケーブルK1と、上部パツカー3へ
空気を供給するための空気供給チユーブK2と、
下部パツカー6へ空気を供給するための空気供給
チユーブK3と、2本の発光用光フアイバK4,K4
と、それらの間に挟まれた受光用フアイバK5
が装填されている。
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the cable K, which includes an electric transmission cable K 1 for transmitting measured values by the sensor probe 1, and an air supply tube K for supplying air to the upper pump car 3. 2 and
Air supply tube K 3 for supplying air to the lower part car 6 and two light emitting optical fibers K 4 , K 4
and a light-receiving fiber K5 sandwiched between them.

第5図は円筒体のセンサープローブ1を示す図
であり、符号8はセンサープローブの一端にあり
マルチブレキシングデシタルシグナル発信アンプ
及び方向計・方向制御装置が内蔵された円筒体で
ある。円筒体8には、レーザ・ソースM5から発
光されて光フアイバK4,K4を通過したレーザの
出口である発光部と、発光部から射出されたレー
ザの反射光の受光部とが内蔵された円筒体9が連
結されている。また、センサープローブ1の他端
には下ロツド5との連結用のコネクタ10及びコ
ネクタ10に固定されたミラー部10aが設けら
れている。円筒体9とコネクタ部10との間には
筒状に形成されたステンレス製の支持カゴ11が
取付けられている。従つて、この支持カゴ11内
部は、孔H内の地下水が流通可能な流路とされて
いる。支持カゴ11の内部には円筒体9に一端を
固定された温度測定センサー15と、圧力測定セ
ンサー16とが設けられている。また、支持カゴ
11の中にはケーブルKから連続する。下部パツ
カー6への空気供給チユーブK3が設けられてい
る。第6図は第5図のX−X線視断面図である。
FIG. 5 is a diagram showing a cylindrical sensor probe 1, and reference numeral 8 is a cylindrical body located at one end of the sensor probe and incorporating a multi-braking digital signal transmitting amplifier and a direction indicator/direction control device. The cylindrical body 8 has a built-in light emitting part which is the exit of the laser that is emitted from the laser source M5 and passes through the optical fibers K4 and K4 , and a light receiving part that receives the reflected light of the laser emitted from the light emitting part. The cylindrical bodies 9 are connected. Further, the other end of the sensor probe 1 is provided with a connector 10 for connection to the lower rod 5 and a mirror portion 10a fixed to the connector 10. A cylindrical support basket 11 made of stainless steel is attached between the cylindrical body 9 and the connector part 10. Therefore, the inside of this support cage 11 is a flow path through which the groundwater in the hole H can flow. Inside the support cage 11, a temperature measurement sensor 15 whose one end is fixed to the cylindrical body 9 and a pressure measurement sensor 16 are provided. Further, the cable K continues into the support cage 11. An air supply tube K 3 to the lower pack car 6 is provided. FIG. 6 is a sectional view taken along the line X--X in FIG. 5.

以上の様に構成された測定装置Pを用いて地下
水の流向・流速を測定するには、まず、第1図に
示すように調査する地盤Aに測定すべき地層A2
A2…へ達する孔Hを図示しない掘削機で掘削す
る。
In order to measure the flow direction and velocity of groundwater using the measuring device P configured as described above, first, as shown in Figure 1, the ground layer A 2 to be measured,
A hole H reaching A 2 ... is excavated with an excavator (not shown).

次に、掘削された孔Hの中へ巻取装置M2に巻
かれたケーブルKを介して矢倉本体M1から測定
装置Pを吊り降ろす。吊り降ろされた測定装置P
が測定区間Bへ達すると、巻取装置M2を止めて
測定装置Pを所定の位置へ停止させる。測定装置
Pが所定の位置に停止すると、地上の圧縮空気供
給部M3から空気圧を調整しながらケーブルK内
の空気供給チユーブK2を通つて上部パツカー3
へ圧縮空気が供給される。圧縮空気が供給される
と、上部パツカー3は膨張し孔Hの壁面を押圧し
て移動不可能となり、その位置に固定される。同
様に、圧縮空気供給部M3からケーブルK内の空
気供給チユーブK3を通つて下部パツカー6へ圧
縮空気が供給されると、下部パツカー6は膨張し
てその位置に固定される。この様にして上、下部
パツカー3,6が膨張して固定されることによ
り、それらの中間部にあるセンサープローブ1も
その位置に固定される。
Next, the measuring device P is suspended from the Yagura main body M1 into the excavated hole H via the cable K wound around the winding device M2 . Hanging measuring device P
When reaches the measuring section B, the winding device M2 is stopped and the measuring device P is stopped at a predetermined position. When the measuring device P stops at a predetermined position, the air pressure is adjusted from the compressed air supply section M3 on the ground, and the air is passed through the air supply tube K2 in the cable K to the upper compressor car 3.
Compressed air is supplied to. When compressed air is supplied, the upper packer 3 expands and presses against the wall surface of the hole H, becoming immovable and fixed in that position. Similarly, when compressed air is supplied from the compressed air supply M 3 to the lower packer 6 through the air supply tube K 3 in the cable K, the lower packer 6 is expanded and fixed in its position. By expanding and fixing the upper and lower packers 3 and 6 in this manner, the sensor probe 1 located in the middle thereof is also fixed in that position.

次に、センサープローブ1が測定区間B内に固
定されると、圧力測定センサー16によつて前記
流路内の圧力変化を測定することでこの測定区間
B内の圧力変化を測定し、同時に温度測定センサ
ー15で前記流路内の圧力変化を測定することで
同測定区間B内の温度変化を測定する。測定区間
B内の地下水の流れが落ち着き流れが定常状態に
なると、測定する温度と圧力とが一定の値に落ち
着く。測定値が落ち着くと円筒体8に内蔵された
方向計で測定装置Pの向きを測定し確認する。測
定された水温・水圧・方向の測定値は円筒体8で
マルチブレキシングデジタル化してケーブルK内
の単線被覆された電送用ケーブルK1を伝つて地
上の測定値受信部M4へ電送され、そこで記録・
解析される。
Next, when the sensor probe 1 is fixed in the measurement section B, the pressure measurement sensor 16 measures the pressure change in the flow path to measure the pressure change in this measurement section B, and at the same time the temperature By measuring the pressure change in the flow path with the measurement sensor 15, the temperature change in the measurement section B is measured. When the flow of groundwater in measurement section B settles down and the flow reaches a steady state, the measured temperature and pressure settle down to constant values. Once the measured value has settled down, the orientation of the measuring device P is measured and confirmed using a direction meter built into the cylindrical body 8. The measured values of water temperature, water pressure, and direction are digitized by multiplexing in the cylindrical body 8, and are electrically transmitted to the measured value receiving section M4 on the ground through the single wire covered electric transmission cable K1 in the cable K. Record there
Parsed.

センサープローブ内を通過する地下水の流れが
定常状態になると、地上のレーザ・ソースM5
らレーザが発光される。発光されたレーザは、ケ
ーブルK内の光フアイバK4,K4を伝つて円筒体
9に内蔵された発光部へ到達する。発光部へ到達
した2本のレーザは、そこからセンサープローブ
の中央部、すなわち上記流路内を流れる地下水に
向つて射出される。射出された2本のレーザはセ
ンサープローブの流路内で交さし、干渉縞を発生
させる。発生した干渉縞の中を地下水中の粒子が
通過することにより散乱光が生じる。生じた散乱
光は直接、またはミラー部10aに反射されて円
筒体9に内蔵された受光部へ達する。受光部へ達
した散乱光(フオトン)はケーブルK内の光フア
イバK5を伝つて地上のフオトン受信部M6へ達す
る。フオトン受信部M6へ到達した散乱光(フオ
トン)は、フオトンデイテクタM9で検知され電
気信号に変換される。変換された電気信号は、デ
イジタルコレクターM10へ送られ解析・記録され
る。このようにして地下水の流速を知ることがで
きる。このレーザ・フオトン流速計は、光フアイ
バを用いたL.D.V.(Laser.Doppler.Velocimeter)
の原理を利用したものである。
When the flow of groundwater passing through the sensor probe reaches a steady state, a laser beam is emitted from the laser source M5 on the ground. The emitted laser passes through optical fibers K 4 , K 4 in the cable K and reaches the light emitting section built in the cylindrical body 9 . The two laser beams that have reached the light emitting section are emitted from there toward the center of the sensor probe, that is, toward the groundwater flowing in the flow path. The two emitted laser beams intersect within the flow path of the sensor probe, generating interference fringes. Scattered light is generated when particles in groundwater pass through the generated interference fringes. The generated scattered light reaches the light receiving section built into the cylindrical body 9 either directly or by being reflected by the mirror section 10a. The scattered light (photons) reaching the light receiving section travels through the optical fiber K5 in the cable K and reaches the photon receiving section M6 on the ground. The scattered light (photons) reaching the photon receiver M6 is detected by a photon detector M9 and converted into an electrical signal. The converted electrical signal is sent to the digital collector M 10 for analysis and recording. In this way, the flow rate of groundwater can be determined. This laser photon current meter is an LDV (Laser Doppler Velocimeter) that uses optical fiber.
It uses the principle of

ここで、L.D.V.の動作原理を説明する。レー
ザ・ソースから射出されたレーザ・ビームを強度
の等しい2本のビームに分光し、レンズを用いて
一点に交ささせる。この交さ領域(測定点)に
は、レーザ光の波長λと交さ角θによつて決まる
間隔をもつた干渉縞が生じる。この干渉縞の間隔
dFはdF=λ/2sin(θ/2)で表される。この測
定点を微粒子(直径数μm)が通過すると、その
粒子による散乱光の強度は、粒子が干渉縞の明部
にあるときは強く、逆に暗部にあるときは弱くな
る。そしてその変化は、粒子の移動速度に比例
し、干渉縞の間隔に反比例する。この散乱光をレ
ンズで集光して光電変換器で電気信号に変え、そ
の信号(ドツプラ信号)の周期td、あるいは周波
数fdを測定することによつて粒子の移動速度を測
定することができる。いま粒子が、干渉の面に垂
直に速度Vで通過した場合を考えるとVは、V=
dF/td=dF・fd=(λ/2sin(θ/2))・fdで表
わされる。これはあくまで粒子の速度を測定して
いるのであつて流体の速度を測定しているのでは
ない。しかし、十分小さな粒子を使用すれば、粒
子は流体に追従するために流速測定が可能とな
る。
Here, the operating principle of LDV will be explained. A laser beam emitted from a laser source is split into two beams of equal intensity, and a lens is used to make them intersect at one point. In this intersection region (measurement point), interference fringes are generated with intervals determined by the wavelength λ of the laser light and the intersection angle θ. The spacing of this interference fringe
dF is expressed as dF=λ/2sin(θ/2). When a fine particle (with a diameter of several μm) passes through this measurement point, the intensity of the light scattered by the particle is strong when the particle is in the bright part of the interference pattern, and becomes weak when the particle is in the dark part. The change is proportional to the moving speed of the particle and inversely proportional to the spacing of the interference fringes. The moving speed of particles can be measured by focusing this scattered light with a lens, converting it into an electrical signal with a photoelectric converter, and measuring the period td or frequency fd of the signal (Doppler signal). Now, if we consider the case where a particle passes perpendicularly to the plane of interference at a velocity V, V is V=
It is expressed as dF/td=dF・fd=(λ/2sin(θ/2))・fd. This only measures the velocity of the particles, not the velocity of the fluid. However, if small enough particles are used, the particles will follow the fluid, making it possible to measure the flow velocity.

以上の原理に基づき、測定区間B内の地下水の
温度と圧力を温度測定センサー15と圧力測定セ
ンサー16とで測定することにより、流れが定常
状態になつたことを確認し、その流れの状態をレ
ーザで測定することにより、真の地下水の流速を
直接的に測定することができる。このようにし
て、一方向の測定が終了すると、円筒体8に内蔵
された方向制御装置でセンサープローブを90゜回
転させることにより、上記測定方向と直交する方
向の流速を測定することができる。さらに、この
測定区間Bでの測定が終了すると、上、下部パツ
カー3,6の空気を抜き、次の測定区間の深さに
測定装置Pを移動させて測定を繰り返す。
Based on the above principle, by measuring the temperature and pressure of the groundwater in the measurement section B with the temperature measurement sensor 15 and the pressure measurement sensor 16, it is confirmed that the flow has reached a steady state, and the state of the flow is determined. By measuring with a laser, the true groundwater flow velocity can be directly measured. When the measurement in one direction is completed in this manner, the sensor probe is rotated by 90 degrees using the direction control device built into the cylinder 8, thereby making it possible to measure the flow velocity in the direction perpendicular to the measurement direction. Furthermore, when the measurement in this measurement section B is completed, the air is removed from the upper and lower packers 3 and 6, and the measurement device P is moved to the depth of the next measurement section and the measurement is repeated.

このようにして測定装置Pで地下水の温度・圧
力・流向・流速を測定するので孔H内の地下水の
真の流向・流速を直接測定することができ、測定
時間の短縮が可能であると共に、流速の測定範囲
がV=1×10-6cm/sec〜V=5×104cm/secと
広範囲の測定が可能である。さらに、測定装置P
の設置に伴う一過性の流れをチエツクできるの
で、常に定常状態の流速を測定することができ
る。また、このセンサープローブ1の構造は地下
水に密度変化、又は拡散現象等の影響を与えるこ
とがほとんどない。さらに、この測定装置Pは圧
力センサー16により上、下部パツカー3,6の
きき具合を確認できる。
In this way, since the temperature, pressure, flow direction, and flow velocity of the groundwater are measured by the measuring device P, the true flow direction and flow velocity of the groundwater in the hole H can be directly measured, and the measurement time can be shortened. The measurement range of flow velocity is V=1×10 −6 cm/sec to V=5×10 4 cm/sec, and a wide range of measurement is possible. Furthermore, the measuring device P
Since it is possible to check the transient flow caused by the installation of the system, it is possible to always measure the flow velocity in a steady state. Furthermore, the structure of the sensor probe 1 hardly affects the groundwater by density changes or diffusion phenomena. Furthermore, this measuring device P can check the pressure of the upper and lower packers 3 and 6 using the pressure sensor 16.

次に、第7図を用いてこの考案の第2の実施例
を説明する。本例は上記第1の実施例の測定装置
Pに次に示すようなセンサープローブを適用した
場合の実施例である。第7図において符号20は
センサープローブであり、上記実施例のセンサー
プローブ1と同一の構成要素について同一符号を
付し、その説明を省略する。このセンサープロー
ブ20は測定点を通る流体中の微粒子にレーザ光
を照射して得られる後方散乱光を受光して流体の
流速を測定するものであり、センサープローブ1
で用いられたミラー部10aを不要とするもので
ある。そのため、円筒体9の内部には、レーザ光
を発光する2本の発光用光フアイバ21,21
と、後方散乱光を受光する受光用光フアイバ22
とが光軸の調節を不要とするように一体化されて
固定されている。また、発光用光フアイバ21,
21と受光用光フアイバ22との前方には集光レ
ンズ23が固定されており、集光レンズ23と受
光用光フアイバ22との間には後方散乱光の受光
レンズ24が設けられている。そして、受光用光
フアイバ22は、その先端部が受光レンズ24の
焦点位置にセツトされており、後方散乱光が焦光
レンズ23と受光レンズ24との作用により効率
良く受光用光フアイバ24に入光するように構成
されている。したがつて、センサープローブ20
は上記実施例のセンサープローブ1よりセンサー
プローブの長さ(センサープローブ1の支持カゴ
11部分の長さ)が短いものとなつている。その
他の構成については上記実施例と同一の構成とさ
れている。
Next, a second embodiment of this invention will be described using FIG. 7. This example is an example in which a sensor probe as shown below is applied to the measuring device P of the first example. In FIG. 7, reference numeral 20 denotes a sensor probe, and the same components as those of the sensor probe 1 of the above embodiment are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. This sensor probe 20 measures the flow velocity of the fluid by receiving backscattered light obtained by irradiating laser light onto particles in the fluid passing through the measurement point.
This eliminates the need for the mirror section 10a used in the previous embodiment. Therefore, inside the cylindrical body 9, there are two light-emitting optical fibers 21, 21 that emit laser light.
and a light-receiving optical fiber 22 that receives backscattered light.
are integrated and fixed so that adjustment of the optical axis is not necessary. Moreover, the light emitting optical fiber 21,
A condenser lens 23 is fixed in front of the light-receiving optical fiber 21 and the light-receiving optical fiber 22, and a light-receiving lens 24 for backscattered light is provided between the condenser lens 23 and the light-receiving optical fiber 22. The tip of the light-receiving optical fiber 22 is set at the focal point of the light-receiving lens 24, and the backscattered light efficiently enters the light-receiving optical fiber 24 through the action of the focusing lens 23 and the light-receiving lens 24. It is constructed to emit light. Therefore, the sensor probe 20
The length of the sensor probe (the length of the support basket 11 portion of the sensor probe 1) is shorter than that of the sensor probe 1 of the above embodiment. The other configurations are the same as those of the above embodiment.

次に、このセンサープローブ20の作用につい
て説明する。
Next, the operation of this sensor probe 20 will be explained.

センサープローブ20内を通過する地下水の流
れが定常状態になると、地上のレーザ・ソース
M5からレーザが発光される。発光されたレーザ
はケーブルK内の光フアイバK4,K4を伝つて円
筒体9に内蔵された2本の発光用光フアイバ2
1,21から射出される。射出された2本のレー
ザ光は集光レンズ23によつて第7図に示す測定
点Sに集光され、そこに干渉縞を発生させる。発
生した干渉縞の中を地下水中の粒子が通過する
と、後方散乱光が生じる。発生した後方散乱光は
集光レンズ23と受光レンズ24とで集光され、
受光用光フアイバ22へ導かれる。受光用光フア
イバ22へ導かれた後方散乱光は、ケーブルK内
の光フアイバK5を伝つて地上へ達し、地上にて
電気信号に変換され解析・記録される。
When the flow of groundwater passing through the sensor probe 20 reaches a steady state, the laser source on the ground
A laser is emitted from M5 . The emitted laser beam is transmitted through the optical fibers K 4 and K 4 in the cable K to the two light emitting optical fibers 2 built into the cylindrical body 9.
It is ejected from 1,21. The two emitted laser beams are focused by a condenser lens 23 on a measurement point S shown in FIG. 7, and interference fringes are generated there. When particles in groundwater pass through the generated interference fringes, backscattered light is generated. The generated backscattered light is collected by a condenser lens 23 and a light receiving lens 24,
The light is guided to the light receiving optical fiber 22. The backscattered light guided to the light-receiving optical fiber 22 travels through the optical fiber K5 in the cable K and reaches the ground, where it is converted into an electrical signal and analyzed and recorded.

ここで、上述したように、センサープローブ2
0内の発光用光フアイバ21,21と受光用光フ
アイバ22とは一体化して固定されており、さら
に、それらの前方には集光レンズ23と受光レン
ズ24とが上記光フアイバ21,21,22と適
性な焦点距離を保持してセツトされているため、
このセンサープローブ20においては測定する毎
に光軸の調節が不要である。また、後方散乱光を
測定する構成とされているため、センサープロー
ブ20の長さはレーザの発光部から測定点Sまで
の距離があれば信号を得ることができ、センサー
プローブ20の長さを短くすることができるとと
もに、測定時間の短縮が可能となる。その他の作
用、効果については上記第1の実施例と同様であ
る。
Here, as mentioned above, the sensor probe 2
The light-emitting optical fibers 21, 21 and the light-receiving optical fiber 22 in 0 are integrally fixed, and in front of them, a condensing lens 23 and a light-receiving lens 24 are connected to the optical fibers 21, 21, 22. Since it is set at an appropriate focal length of 22,
This sensor probe 20 does not require adjustment of the optical axis every time a measurement is made. In addition, since it is configured to measure backscattered light, a signal can be obtained as long as the length of the sensor probe 20 is long enough from the laser light emitting part to the measurement point S. It is possible to shorten the measurement time and also to shorten the measurement time. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

上述したように、この考案はセンサープローブ
に孔内の地下水が流通可能な流路を設けると共
に、この流路内の地下水の流速を測定可能なレー
ザ・フオトン流速計と温度・圧力センサーとを設
け、上記レーザ・フオトン流速計に、互いのレー
ザ光が上記流路内で干渉縞を形成するように配
置・固定された複数の発光部と、流路からの散乱
光を受光する受光部とを設けたことにより、次に
掲げる効果を得ることができる。
As mentioned above, this idea provides a sensor probe with a flow path through which groundwater can flow, and is also equipped with a laser photon current meter and a temperature/pressure sensor that can measure the flow velocity of groundwater in this flow path. , the laser photon current meter includes a plurality of light emitting sections arranged and fixed so that each other's laser beams form interference fringes within the flow channel, and a light receiving section that receives scattered light from the flow channel. By providing this, the following effects can be obtained.

(1) 孔内の地下水の真の流速を直接測定すること
ができる。
(1) The true flow velocity of groundwater inside the hole can be directly measured.

(2) 測定時間の短縮が可能である。(2) Measurement time can be shortened.

(3) 流速の測定範囲がV=1×10-6cm/sec〜5
×104cm/secと広い範囲の測定が可能である。
(3) Flow velocity measurement range is V=1×10 -6 cm/sec ~ 5
It is possible to measure a wide range of ×10 4 cm/sec.

(4) センサープローブの設置に伴い地下水の温
度・圧力が変化するため地下水の流れに変化が
生じるが、温度・圧力センサーにより流路内の
圧力・温度変化を常時チエツクすることができ
るので、常に定常状態の流向・流速を測定する
ことができる。しかも、圧力センサーにより流
路内の水圧をモニターしているので、上部、下
部パツカー膨張による流路内の水圧上昇により
これらパツカーのきき具合を確認できると共
に、その後の水圧の減衰状況から測定区間の透
水性を推定することができる。
(4) As the temperature and pressure of the groundwater changes due to the installation of the sensor probe, changes will occur in the flow of groundwater, but since the temperature and pressure sensor can constantly check the pressure and temperature changes in the flow path, It is possible to measure the flow direction and velocity in steady state. Moreover, since the water pressure in the flow path is monitored by a pressure sensor, it is possible to check the level of pressure in the flow path due to the increase in water pressure in the flow path due to the expansion of the upper and lower packers, and also to check the condition of the measurement section based on the subsequent attenuation of water pressure. Water permeability can be estimated.

(5) センサープローブにトレーサーを用いないの
で、測定する地下水に密度変化や拡散現象を生
ずることがほとんどなくなる。
(5) Since a tracer is not used in the sensor probe, there are almost no density changes or diffusion phenomena in the groundwater being measured.

(6) また、この測定装置は、従来の測定装置よ
り、その径を細くできるので、より小口径の深
孔に適用できる。
(6) Moreover, this measuring device can be made smaller in diameter than conventional measuring devices, so it can be applied to deep holes with smaller diameters.

(7) 発光部及び受光部が予めセンサープローブ内
に固定・配置されており、光学系につきものの
微調整等が不要で簡易・迅速な測定が可能であ
る。
(7) The light-emitting part and the light-receiving part are fixed and placed in the sensor probe in advance, making it possible to perform simple and quick measurements without the need for fine adjustments that are typical of optical systems.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図ないし第6図はこの考案の実施例を示す
図であり、第1図はこの考案の全体を説明するた
めの説明図、第2図は矢倉部を示す正視図、第3
図は測定装置の正面図、第4図はケーブルの断面
図、第5図はセンサープローブの斜視図、第6図
は第5図のX−X線視断面図、第7図は後方散乱
光を測定するセンサープローブを説明するための
説明図である。 A……地盤、H……孔、M5……レーザ・ソー
ス部、M6……フオトン受信部、1,20……セ
ンサープローブ、2……上ロツド、3……上部パ
ツカー、5……下ロツド、6……下部パツカー、
9……発光部・受光部内蔵の円筒体、15……温
度測定センサー、16……圧力測定センサー。
Figures 1 to 6 are diagrams showing embodiments of this invention. Figure 1 is an explanatory diagram for explaining the whole of this invention, Figure 2 is a front view showing the Yagura section, and Figure 3 is a front view showing the Yagura section.
The figure is a front view of the measuring device, Figure 4 is a cross-sectional view of the cable, Figure 5 is a perspective view of the sensor probe, Figure 6 is a cross-sectional view taken along the line X-X of Figure 5, and Figure 7 is backscattered light. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a sensor probe that measures . A...Ground, H...Hole, M5 ...Laser source section, M6 ...Photon receiving section, 1, 20...Sensor probe, 2...Upper rod, 3...Upper guard, 5... Lower rod, 6... lower part car,
9...Cylindrical body with built-in light emitting part/light receiving part, 15...Temperature measurement sensor, 16...Pressure measurement sensor.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 地中に深孔を掘削し、その孔内に測定部である
センサープローブと、このセンサープローブの両
端にロツドを介して上記センサープローブを孔内
の所定の場所に固定するための上部パツカーと下
部パツカーとを設け、上記孔内を流れる地下水の
流向・流速を測定する孔内流向・流速測定装置で
あつて、上記センサープローブに孔内の地下水が
流通可能な流路を設けると共に、この流路内の地
下水の流速を測定可能なレーザ・フオトン流速計
を設け、上記レーザ・フオトン流速計に、互いの
レーザ光が上記流路内で干渉縞を形成するように
配置・固定された複数の発光部と、上記流路から
の散乱光を受光する受光部とを設け、さらに上記
レーザ・フオトン流速計に上記流路内の温度及び
水圧を測定する温度・圧力センサーを設けたこと
を特徴とするとレーザによる孔内流向・流速測定
装置。
A deep hole is drilled in the ground, and inside the hole there is a sensor probe which is a measuring part, and an upper and lower part are attached to both ends of the sensor probe to fix the sensor probe in a predetermined place in the hole via rods. An in-hole flow direction/flow velocity measuring device for measuring the flow direction/flow velocity of groundwater flowing in the borehole, wherein the sensor probe is provided with a flow path through which the groundwater in the borehole can flow, and the flow channel A laser photon current meter capable of measuring the flow velocity of groundwater in the flow path is installed, and the laser photon current meter has a plurality of light emitting lights arranged and fixed so that each other's laser beams form interference fringes within the flow path. and a light-receiving section that receives scattered light from the flow path, and the laser photon current meter is further provided with a temperature/pressure sensor that measures the temperature and water pressure in the flow path. A device for measuring flow direction and velocity inside a hole using a laser.
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