JPH04329336A

JPH04329336A - 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

Info

Publication number: JPH04329336A
Application number: JP3100822A
Authority: JP
Inventors: Atsutoshi Miyazaki; 宮崎温敏; Seiji Katagiri; 片桐誠二; Kyuichi Oi; 大井久一
Original assignee: Meisei Electric Co Ltd
Current assignee: Meisei Electric Co Ltd
Priority date: 1991-05-02
Filing date: 1991-05-02
Publication date: 1992-11-18
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JP3021757B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１０１　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１０
１　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１０
２−１　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３０
５　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３０
８　、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３
２又はボーリングロッド先端側に隣接する単位ロッド１
０２　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６
０６　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
６２）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６
０８　、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６１３　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７０１　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３
０５　，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６０１　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６
０３　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１０２　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１
０２　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７０３　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　，６０
９　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６
１０　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１０
２　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６１
３　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１０
２　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６１
５　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１０
２　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６１３　から被給電回路部６１６　への
電流供給は、単位ロッド１０２　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６
１３　（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６１
８　を挿入接続したものである。なおこのダイオード６
１８　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１
０１　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１０２　Ａ，１０
２　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１０２　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１０
２　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１
０２　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６２２　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　，６
０１　，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１０２　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１０２　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１０
２　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６
２１　，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６
２０　の両端に前記実施例と同じ構造の電磁コイル６０
１，６０３　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，６０
３　Ｂの中央に設けられた貫通孔６０１　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　　　　　　　　　　　　　　６
２…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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。