JPH0447759B2 - - Google Patents

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JPH0447759B2
JPH0447759B2 JP60017138A JP1713885A JPH0447759B2 JP H0447759 B2 JPH0447759 B2 JP H0447759B2 JP 60017138 A JP60017138 A JP 60017138A JP 1713885 A JP1713885 A JP 1713885A JP H0447759 B2 JPH0447759 B2 JP H0447759B2
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JP
Japan
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sonde
axis
encoder plate
container
angle
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JP60017138A
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JPS61176797A (en
Inventor
Junosuke Iizuka
Taku Ishii
Yoshitaka Matsumoto
Osamu Murakami
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Koa Corp
Shimizu Construction Co Ltd
Original Assignee
Koa Corp
Shimizu Construction Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0447759B2 publication Critical patent/JPH0447759B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボアホール(ボーリング孔その他パ
イプ孔など)内を昇降するゾンデの軌跡を求めて
孔曲がりを測定する孔曲がり測定装置に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a hole bending measuring device that measures hole bending by determining the trajectory of a sonde moving up and down inside a borehole (boring hole, pipe hole, etc.). .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ダムやトンネルなどの地下空洞を掘削する際に
は、建設地点の地質調査を行い、設計に反映させ
るとともに採用する施工法の選定や工事の進め
方、安全対策などに万全を期すことが必要であ
る。このような場合の地質調査では、一般に岩盤
の割れ目の方向、傾斜及び性状、さらには地層の
方向及び傾斜を知ることが必要である。このため
建設地点をボーリングしてコアを採取して観察す
る方法や直接ボアホールの孔壁を観察する方法で
調査が行われている。
When excavating underground cavities such as dams and tunnels, it is necessary to conduct a geological survey of the construction site, reflect it in the design, and take every possible precaution in selecting the construction method to be adopted, how to proceed with construction, and taking safety measures. . In geological investigations in such cases, it is generally necessary to know the direction, inclination, and properties of cracks in the rock, as well as the direction and inclination of the strata. For this reason, investigations are being conducted by drilling at the construction site and collecting and observing cores, or by directly observing the borehole walls.

しかし、ボーリング長が長くなると掘削ビツト
付近に砕かれた石片がかみ込むことにより、また
硬さの異なる地層境界面を斜めに掘削する時の掘
削抵抗の差により、あるいはボーリングロツドの
材料変形特性の偏りなどにより、ボーリング孔は
不規則に曲がつて掘れてしまう場合があり、ボー
リングで得られた地質情報は正しい座標と方向を
示さない問題が生じる。一方、石油井や地熱ボー
リングコストの経済性向上のために1つの口元か
ら人為的に途中で孔曲がりさせることによつて多
数の異なる方向へボーリング先端を向けることが
行われるが、この場合も正しい孔曲がり測定が必
要となる。ボアホールの曲がりを測定するものと
して、磁性をもつた回転体をジヤイロ・バランス
装置に取り付けて観測位置でこれをロツクする
か、写真撮影をする所謂トロパリや、磁石系で回
転する記録紙に重りの付いた針を降ろし、孔をあ
けたり印をつけたりして傾斜を知る所謂村田式傾
斜計、3方向ジヤイロによつて孔曲がりをトレー
スするジヤイロなどを用いる方式が採用されてい
る。
However, as the boring length becomes longer, crushed stone fragments become trapped near the drilling bit, or due to differences in drilling resistance when diagonally excavating strata interfaces with different hardness, or due to material deformation of the boring rod. Due to unbalanced characteristics, boreholes may be dug in an irregularly curved manner, creating the problem that the geological information obtained through boring does not indicate correct coordinates and directions. On the other hand, in order to improve the economic efficiency of oil well and geothermal drilling, the tip of the borehole is directed in many different directions by artificially bending the hole midway from one mouth, but this is also correct. Hole bending measurement is required. To measure the curvature of a borehole, a magnetic rotating body is attached to a gyro balance device and locked at the observation position, or a so-called tropari is used to take photographs, or a weight is placed on a recording paper that is rotated by a magnetic system. Methods used include the so-called Murata-type inclinometer, which measures the inclination by lowering the attached needle and drilling or marking holes, and the gyroscope, which traces the bending of the hole using a three-way gyroscope.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら従来の方式において、例えば上記
トロパリや村田式傾斜計を用いたものでは、連続
的にデータがとれず、且つ即時性がないという問
題があり、またジヤイロを用いるものでは、高価
であるだけでなく精度を上げるために速度の限定
があり、校正もその都度行わなければならないと
いう問題がある。
However, conventional methods, such as those using the Tropari or Murata type inclinometer, have the problem of not being able to collect data continuously and are not instantaneous, and those using a gyroscope are expensive. There is a problem that there is a speed limit in order to increase accuracy without any problem, and calibration must be performed each time.

本発明は、簡単な構成の検出手段を用いて連続
的に孔曲がり測定データを得ることができ、その
状態を即時に確認することができる孔曲がり測定
装置の提供を目的とするものである。
An object of the present invention is to provide a hole bending measuring device that can continuously obtain hole bending measurement data using a simple configuration detecting means, and can immediately check the state of the hole bending measurement data.

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

そのために本発明は、ボアホール内を昇降する
ゾンデの軌跡を求めて孔曲がりを測定する孔曲が
り測定装置であつて、透明の比重液を封入した容
器内に磁石を結合したエンコーダ板を回転自在に
軸支すると共にゾンデの軸と平行な軸及び直交す
る軸で容器を回転自在に軸支してエンコーダ板を
水平に支持しゾンデの傾斜方位を検出する方位検
出手段、透明の比重液を封入した容器内に重りを
結合したエンコーダ板を回転自在に軸支すると共
に該軸と直交しゾンデの軸と平行な軸で容器を回
転自在に軸支してエンコーダ板を鉛直に支持しゾ
ンデの傾斜角を検出する傾斜角検出手段、地上か
らゾンデを吊下げるケーブルのくり出し長さを検
出する長さ検出手段、上記傾斜方位と傾斜角とく
り出し長さの検出信号からゾンデの鉛直方向成分
の移動量とゾンデの平面上での各方位成分の移動
量とを算出し各移動量を積算して軌跡を求めるデ
ータ処理手段を備えたことを特徴とするものであ
る。
To this end, the present invention is a hole bending measuring device that measures hole bending by determining the locus of a sonde moving up and down inside a borehole, in which an encoder plate coupled with a magnet is rotatably placed in a container filled with a transparent specific gravity liquid. A direction detecting means for detecting the inclination direction of the sonde by supporting the encoder plate horizontally by rotatably supporting the container with an axis parallel to the axis of the sonde and an axis perpendicular to the axis of the sonde, and enclosing a transparent specific gravity liquid. An encoder plate with a weight coupled to it is rotatably supported in the container, and the container is rotatably supported by an axis perpendicular to the axis and parallel to the axis of the sonde, and the encoder plate is vertically supported to determine the inclination angle of the sonde. An inclination angle detection means detects the protrusion length of the cable suspending the sonde from the ground, a length detection means detects the protrusion length of the cable suspending the sonde from the ground, and the vertical component movement amount of the sonde is determined from the detection signals of the inclination direction, inclination angle and protrusion length. The present invention is characterized in that it includes a data processing means that calculates the amount of movement of each azimuth component on a plane of the sonde, integrates each amount of movement, and obtains a trajectory.

〔作用〕[Effect]

本発明の孔曲がり測定装置では、ゾンデの傾斜
方向角からゾンデのある位置におけるボアホール
が東西南北のどの方位に傾いているかが求めら
れ、ゾンデの傾斜角からボアホールがどれだけ傾
いているかが求められる。従つてこのデータとケ
ーブルのくり出し長さによりボアホールの長さと
その孔曲がり方向が計算され、これが積算される
ことによつて、ゾンデの軌跡すなわちボアホール
の軌跡が求められる。
With the hole bending measuring device of the present invention, it is possible to determine in which direction (east, west, north, south, or north) the borehole at a certain position of the sonde is tilted based on the tilt direction angle of the sonde, and how much the borehole is tilted is determined from the tilt angle of the sonde. . Therefore, the length of the borehole and the bending direction of the borehole are calculated from this data and the cable extension length, and by integrating these, the trajectory of the sonde, that is, the trajectory of the borehole is determined.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.

第1図は方位計と傾斜計の取付例を示す図、第
2図は方位計と傾斜計の検出角度を説明するため
の図、第3図は本発明の1実施例システム構成を
示す図、第4図は第3図のシステムによる処理を
説明するための図、第5図は第3図のシステムに
よる表示出力の例を示す図である。図において、
1はゾンデ、2は方位計、3は傾斜計、4はケー
ブル、5は深度計、6と7は演算部、8は記憶
部、9は制御部、10は出力制御部をそれぞれ示
している。
Fig. 1 is a diagram showing an example of how the compass and inclinometer are installed, Fig. 2 is a diagram to explain the detection angle of the compass and inclinometer, and Fig. 3 is a diagram showing the system configuration of one embodiment of the present invention. , FIG. 4 is a diagram for explaining the processing by the system of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing an example of display output by the system of FIG. 3. In the figure,
1 is a sonde, 2 is a direction meter, 3 is an inclinometer, 4 is a cable, 5 is a depth meter, 6 and 7 are a calculation section, 8 is a storage section, 9 is a control section, and 10 is an output control section. .

第1図において、ゾンデ1内に孔曲がり測定手
段として、方位計2と傾斜計3とを設ける。方位
計2は、例えば図示点線の如くゾンデ1の軸と一
致する線lを軸にして回転自在になつた第1の支
点A,A′と、線lに直交する線mを軸にして回
転自在になつた第2の支点Q,Q′とを介して支
点A,A′でゾンデ1に取り付けられ、計測部が
地上からの鉛直方向に対して常に変わらない状態
に支持されるものであり、第6図により後述する
ように磁石を内蔵し、ゾンデ1の傾斜方向角を計
測する。同様に傾斜計3は、線lを軸にして回転
自在になつた支点R,R′を有し、点B,B′でゾ
ンデ1に取り付けられ、計測部がゾンデ1の傾き
に対応して軸lの周りを回転するようにしたもの
であり、第8図により後述するように重りを内蔵
し、ゾンデ1の傾斜角を計測する。
In FIG. 1, a compass 2 and an inclinometer 3 are provided in a sonde 1 as means for measuring hole bending. The compass 2 has first supporting points A, A' that are rotatable around a line l that coincides with the axis of the sonde 1, as shown by the dotted line in the figure, and rotates around a line m that is orthogonal to the line l. It is attached to the sonde 1 at fulcrums A and A' via second fulcrums Q and Q' which are now free, and the measuring part is always supported in an unchanged state in the vertical direction from the ground. As will be described later with reference to FIG. 6, a magnet is built in to measure the angle of inclination of the sonde 1. Similarly, the inclinometer 3 has fulcrums R and R' that are rotatable around the line 1, and is attached to the sonde 1 at points B and B', so that the measuring part adjusts according to the inclination of the sonde 1. It is designed to rotate around an axis l, and has a built-in weight as described later with reference to FIG. 8 to measure the inclination angle of the sonde 1.

そこで、第2図に示すx,y,zよりなる3次
元の座標空間において、x軸の方向を南北の方
向、y軸の方向を東西の方向、z軸の方向を地球
の重力の方向とすると、方位角θは、北からの方
位、傾斜角φは水平面からの傾斜を表し、第1図
図示のゾンデでは、方位計2の示す傾斜方向角に
より第2図に示す方位角θが求められ、傾斜計3
の示す傾斜角により第2図に示す傾斜角φが求め
られる。従つて、今第1図図示の基準点Dを北の
方位に合わせてこれを基準方位とし、第1図図示
の方位計2及び傾斜計3の状態で方位角θ及び傾
斜角φが0であると定義したとする。そうする
と、例えば第1図図示の状態からボアホールが北
の方位に角度αだけ傾いている場合には、方位角
θが0、傾斜角φがαとなる。また、ボアホール
が西の方位に向いて角度αだけ傾いている場合に
は、方位計2及び傾斜計3が線lを軸として反時
計方向に90°回転する。そのため、方位角θが−
90°、傾斜角φがαとなる。
Therefore, in the three-dimensional coordinate space consisting of x, y, and z shown in Figure 2, the x-axis direction is the north-south direction, the y-axis direction is the east-west direction, and the z-axis direction is the direction of the earth's gravity. Then, the azimuth angle θ represents the direction from the north, and the inclination angle φ represents the inclination from the horizontal plane. For the sonde shown in FIG. 1, the azimuth angle θ shown in FIG. Inclinometer 3
The inclination angle φ shown in FIG. 2 can be determined from the inclination angle indicated by . Therefore, now the reference point D shown in Figure 1 is set to the north direction, and this is set as the reference direction, and the azimuth angle θ and the inclination angle φ are 0 with the direction meter 2 and the inclinometer 3 shown in Figure 1. Suppose we define Then, for example, if the borehole is tilted northward by an angle α from the state shown in FIG. 1, the azimuth angle θ becomes 0 and the inclination angle φ becomes α. Further, when the borehole is tilted toward the west direction by an angle α, the compass 2 and the inclinometer 3 rotate 90° counterclockwise about the line 1. Therefore, the azimuth angle θ is −
90°, the inclination angle φ is α.

次に、上述した方位計2及び傾斜計3を使つて
計測された方位角θ、傾斜角φをもとに孔曲がり
測定を行う第3図図示のシステムについて説明す
る。第3図において、深度計5は、ケーブル4の
くり出し長さを制御する地上の制御機に設けら
れ、くり出されたケーブル4の長さを検出するも
のである。演算部6は、深度計5によりケーブル
4のくり出し長さが単位の長さになつたことを検
出すると、方位計2及び傾斜計2から方位角θ、
傾斜角φを読み込み、ケーブル4のくり出し長さ
ΔL、方位角θ、傾斜角φから第2図に示す座標
空間に対応する各成分によるケーブル4のくりだ
し長さΔx、Δy、Δzを算出するものであり、それ
ぞれは Δx=ΔL cosφ cosθ Δy=ΔL cosφ sinθ Δz=ΔL sinφ で表される。
Next, a system shown in FIG. 3 for measuring hole bending based on the azimuth angle θ and the inclination angle φ measured using the above-mentioned azimuth meter 2 and inclinometer 3 will be described. In FIG. 3, a depth gauge 5 is installed in a ground controller that controls the length of the cable 4, and detects the length of the cable 4 that has been pulled out. When the depth meter 5 detects that the length of the cable 4 has reached the unit length, the calculation unit 6 calculates the azimuth angle θ, from the compass 2 and the inclinometer 2.
A device that reads the inclination angle φ and calculates the extension lengths Δx, Δy, and Δz of the cable 4 according to each component corresponding to the coordinate space shown in Fig. 2 from the extension length ΔL, azimuth angle θ, and inclination angle φ of the cable 4. and are respectively expressed as Δx=ΔL cosφ cosθ Δy=ΔL cosφ sinθ Δz=ΔL sinφ.

演算部7は、記憶部8から前回までΔx、Δy、
Δzの積算によつて求められたゾンデの位置座標
Xi、Yi、Ziを読み出し、これに演算部6で算出さ
れたくり出し長さΔx、Δy、Δzを加算し、現在の
ゾンデの位置座標Xi+1、Yi+1、Zi+1を算出するも
のであり、それぞれは Xi+1=Xi+Δx Yi+1=Yi+Δy Zi+1=Zi+Δz で表される。
The arithmetic unit 7 stores the information from the storage unit 8 to the previous time Δx, Δy,
Sonde position coordinates determined by integrating Δz
Read X i , Y i , Z i , add the protrusion lengths Δx, Δy, Δz calculated by the calculation unit 6 to these, and obtain the current sonde position coordinates X i+1 , Y i+1 , Z i +1 , and each is expressed as X i+1 = X i +Δx Y i+1 = Y i +Δy Z i+1 = Z i +Δz.

従つて、例えば孔口を(0、0、0)として、
北へ10m、西へ30m、地下50mの地点Aを(10、
30、50)で表すと、ゾンデがこの位置からθ=
0、φ=30°の方向にケーブルを10mくり出して
移動した場合、その変化量は、 Δx=10× cos30° cos0=8.7 Δy=10× cos30° sin0=0 Δz=10× sin30°=5 となり、よつてその位置(現在位置)は、 Xi+1=10+8.7=18.7 Yi+1=30+0=30 Zi+1=50+5=55 となる。つまり北方向に18.7m、西方向に30m、
地下方向に55mにゾンデが位置していることにな
る。
Therefore, for example, if the opening is (0, 0, 0),
Point A 10m north, 30m west, 50m underground (10,
30, 50), the sonde moves from this position to θ=
0, If you extend the cable 10m in the direction of φ = 30° and move it, the amount of change will be Δx = 10 × cos30° cos0 = 8.7 Δy = 10 × cos30° sin0 = 0 Δz = 10 × sin30° = 5 , so its position (current position) is X i+1 =10+8.7=18.7 Y i+1 =30+0=30 Z i+1 =50+5=55. In other words, 18.7m in the north direction and 30m in the west direction.
This means that the sonde is located 55m underground.

記憶部8は、演算部7で算出されたゾンデの位
置座標X、Y、Zを時系列的に記憶しておくもの
である。この記憶部8にゾンデの位置座標X、
Y、Zを時系列的に記憶するまでの処理の流れを
示したのが第4図である。そして出力制御部10
は、記憶部8に記憶された位置座標X、Y、Zか
ら例えばCRTデイスプレイやXYプロツタなどに
ゾンデの軌跡を描画し出力するものである。南北
の断面によりゾンデの軌跡を描画した例を示した
のが第5図aであり、東西の断面によりゾンデの
軌跡を描画した例を示したのが第5図bであり、
上から平面的に見たゾンデの軌跡を描画した例を
示したのが第5図cであり、3次元によりゾンデ
の軌跡を描画した例を示したのが第5図dであ
る。なお制御部9は、上記の各演算部6,7、記
憶部8、出力制御部10を含め全体を制御するも
のである。
The storage unit 8 stores the sonde position coordinates X, Y, and Z calculated by the calculation unit 7 in chronological order. This storage unit 8 stores the sonde position coordinates X,
FIG. 4 shows the flow of processing up to storing Y and Z in chronological order. and output control section 10
is for drawing and outputting the trajectory of the sonde on, for example, a CRT display or an XY plotter from the position coordinates X, Y, and Z stored in the storage section 8. Figure 5a shows an example of the sonde trajectory drawn using a north-south cross section, and Figure 5b shows an example of the sonde trajectory drawn using an east-west cross section.
FIG. 5c shows an example of the trajectory of the sonde viewed two-dimensionally from above, and FIG. 5d shows an example of the trajectory of the sonde drawn three-dimensionally. Note that the control section 9 controls the entirety of the above-mentioned calculation sections 6 and 7, storage section 8, and output control section 10.

第6図は本発明に用いられる方位計の例を示す
図、第7図は第6図に示す方位計の取付例を示す
図、第8図は本発明に用いられる傾斜計の例を示
す図、第9図は第8図に示す方位計の取付例を示
す図、第10図は方位計及び傾斜計に適用される
インクリメンタル型のエンコーダ方式の例を説明
するための図、第11図は方位計及び傾斜計に適
用されるアブリリユート型のエンコーダ方式の例
を説明するための図である。図において、11と
21はケース、12と22は比重液、13と23
は軸受、14は磁石、15と25はエンコーダ
板、16と26は受光部、17と27は発光部、
24は浮き、28は重り、31と32は反転保持
回路、33はインバータ、34と35は排他論理
和回路、36はアツプ・ダウン・カウンタ、37
はデコーダをそれぞれ示している。
Fig. 6 shows an example of the compass used in the present invention, Fig. 7 shows an example of how the compass shown in Fig. 6 is attached, and Fig. 8 shows an example of the inclinometer used in the present invention. 9 is a diagram showing an example of mounting the compass shown in FIG. 8, FIG. 10 is a diagram for explaining an example of an incremental encoder system applied to a compass and inclinometer, and FIG. 11 FIG. 2 is a diagram for explaining an example of an absolute type encoder system applied to a compass and an inclinometer. In the figure, 11 and 21 are cases, 12 and 22 are specific gravity liquids, and 13 and 23
is a bearing, 14 is a magnet, 15 and 25 are encoder plates, 16 and 26 are light receiving parts, 17 and 27 are light emitting parts,
24 is a float, 28 is a weight, 31 and 32 are inversion holding circuits, 33 is an inverter, 34 and 35 are exclusive OR circuits, 36 is an up/down counter, 37
indicate decoders, respectively.

第6図に示す方位計において、ケース11内に
封入された比重液12は、磁石14とエンコーダ
板15からなる可動部分の軸受13にかかる重量
がほぼ零になるような透明液体、例えばシリコ
ン・オイルである。この比重液12の中で可動部
分を軸受13により軸支することによつて、磁石
14は比重液12の浮力と粘性のために重力量が
補正されてスムーズな動きを示し、常に北の方位
を向くことになる。この磁石14と一体となつて
動くエンコーダ板15に対向して発光部17と受
光部16が配置され、発光部17からエンコーダ
板15に光を照射し、受光部16でその光を受け
ることによつて方位を判定する。方位の判定は、
例えばゾンデの観測方位が北の方位を向いている
ときのエンコーダ板15の位置を基準にすること
によつて、ゾンデの観測方位が変わり、その変位
に従つてケース11が回転すると、受光部6から
の信号によりエンコーダ板15の回転角を求め、
北の方位からの変位を判定する。この方位計の取
付例を示したのが第7図である。第7図におい
て、ケース11は、先に述べたように回転自在に
なつた支点P,P′及び支点Q,Q′を介して連結さ
れ、固定点A,A′でゾンデに固定される。この
固定点A,A′を結ぶ線は、ゾンデが真下を向い
た状態において垂直(ゾンデの軸の方向に一致)
になるように調整される。従つて、ゾンデの傾き
が変化して固定点A−A′を結ぶ線の傾きが変化
しても、ケース11の姿勢は変動せず、エンコー
ダ板15を水平状態に維持し、高い測定精度を得
ることができる。また、ゾンデ軸の方向が真下ま
たは真上を向いた状態のまま支点A,A′を結ぶ
線上で回転移動が生じた場合には、その出力は不
定となるが、この場合にはゾンデの方向の水平成
分は0であるから方位計2の測定データは必要な
い。
In the direction meter shown in FIG. 6, the specific gravity liquid 12 sealed in the case 11 is a transparent liquid, such as silicone liquid, such that the weight applied to the bearing 13 of the movable part consisting of the magnet 14 and the encoder plate 15 is almost zero. It's oil. By supporting the movable part in the specific gravity liquid 12 with a bearing 13, the magnet 14 exhibits smooth movement as the amount of gravity is corrected due to the buoyancy and viscosity of the specific gravity liquid 12, and the magnet 14 always points in the north direction. I'll be heading there. A light emitting section 17 and a light receiving section 16 are arranged opposite to the encoder plate 15 that moves together with the magnet 14, and the light emitting section 17 irradiates the encoder plate 15 with light, and the light receiving section 16 receives the light. Then determine the direction. To determine the direction,
For example, by using the position of the encoder plate 15 when the observation direction of the sonde is facing north as a reference, the observation direction of the sonde changes, and when the case 11 rotates according to the displacement, the light receiving section 6 The rotation angle of the encoder plate 15 is determined by the signal of
Determine the displacement from the north direction. FIG. 7 shows an example of how this compass is mounted. In FIG. 7, the case 11 is connected via the rotatable fulcrums P, P' and fulcrums Q, Q' as described above, and is fixed to the sonde at fixed points A, A'. The line connecting these fixed points A and A' is perpendicular when the sonde is facing straight down (corresponds to the direction of the axis of the sonde).
It is adjusted so that Therefore, even if the inclination of the sonde changes and the inclination of the line connecting the fixed points A-A' changes, the attitude of the case 11 does not change, and the encoder plate 15 is maintained in a horizontal state, achieving high measurement accuracy. Obtainable. In addition, if rotational movement occurs on the line connecting fulcrums A and A' with the direction of the sonde axis facing directly below or directly above, the output will be uncertain, but in this case, the direction of the sonde Since the horizontal component of is 0, measurement data from the compass 2 is not required.

第8図に示す傾斜計において、エンコーダ板2
5には浮き24と重り28とが取り付けられる。
そしてこのエンコーダ板25は、重り28を取り
付けた側が常に下になるようにケース21内で垂
直にされて軸受23によつて軸支される。従つ
て、第8図bは第8図aの側面図(断面図)を表
しているが、この図に示す状態から左右方向に傾
くと、エンコーダ板25上での発光部27と受光
部26の位置が変化することになり、この変化量
を検出することによつて傾斜が測定される。この
傾斜計の取付例を示したのが第9図である。第9
図において、ケース21は、先に述べたように回
転自在になつた支点R,R′を介して連結され、
固定点B,B′でゾンデに固定される。この固定
点B,B′を結ぶ線は、ゾンデが真下を向いた状
態において垂直(ゾンデの軸と一致する方向)に
なるように調整される。従つて、ゾンデがどの方
向に傾斜してもケース21はその傾斜に伴いB,
Bを結ぶ線を軸として回転し、エンコーダ板25
を常に垂直に維持し、高い測定精度を得ることが
できる。すなわち、傾斜計は、第8図a図示の左
右方向には傾くことなく、ゾンデの傾斜に伴い第
8図b図示の左右方向にのみ傾くように支持され
る。
In the inclinometer shown in FIG.
5 is attached with a float 24 and a weight 28.
The encoder plate 25 is vertically supported within the case 21 by a bearing 23 so that the side to which the weight 28 is attached always faces downward. Therefore, although FIG. 8b represents a side view (cross-sectional view) of FIG. The position of will change, and the inclination will be measured by detecting the amount of change. FIG. 9 shows an example of how this inclinometer is installed. 9th
In the figure, the case 21 is connected via the rotatable fulcrums R and R' as described above.
It is fixed to the sonde at fixed points B and B'. The line connecting these fixed points B and B' is adjusted so that it is vertical (in a direction coinciding with the axis of the sonde) when the sonde is facing straight down. Therefore, no matter which direction the sonde is tilted, the case 21 will move B,
The encoder plate 25 rotates around the line connecting B.
can be maintained vertically at all times to obtain high measurement accuracy. That is, the inclinometer is supported so that it does not tilt in the left-right direction as shown in FIG. 8a, but only in the left-right direction as shown in FIG. 8b as the sonde inclines.

エンコーダ板を使つた測定のメカニズムとして
は、例えば第10図に示すインクリメンタル型の
エンコーダ方式、第11図に示すアブリリユート
型のエンコーダ方式などがあり、以下にこれらの
原理を説明する。
Measuring mechanisms using an encoder plate include, for example, the incremental encoder system shown in FIG. 10, the absolute encoder system shown in FIG. 11, and the principles of these will be explained below.

インクリメンタル型のエンコーダ方式のもの
は、第10図aに示すようなスリツトS1,S2,S3
をエンコーダ板に設け、受光部ではこれらのスリ
ツトS1,S2,S3を通した発光部からの光を受ける
ようにするものである。スリツトS1,S2,S3のう
ち、スリツトS1,S2は回転方向と回転角を検出す
るためのものであり、スリツトS3は基準位置を設
定するものである。第10図bは、スリツトS1
S2の信号により回転方向と回転角を検出する回路
の例を示したものであり、第10図cは、第10
図bに示す回路の動作を説明するための波形図で
ある。
The incremental encoder system has slits S 1 , S 2 , S 3 as shown in Figure 10a.
are provided on the encoder plate, and the light receiving section receives light from the light emitting section through these slits S 1 , S 2 , and S 3 . Among the slits S 1 , S 2 , and S 3 , the slits S 1 and S 2 are for detecting the rotation direction and the rotation angle, and the slit S 3 is for setting the reference position. FIG. 10b shows the slit S 1 ,
This shows an example of a circuit that detects the rotation direction and rotation angle using the S2 signal.
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG.

第10図bにおいて、反転保持回路31,32
は、パルスが入力される毎に出力を反転して保持
する回路であり、反転保持回路31にはスリツト
S1の信号が供給され、反転保持回路32にはスリ
ツトS2の信号が供給される。そのためエンコーダ
板が回転すると、反転保持回路31,32は、そ
の方向に応じて第10図cの,に示すような
波形を出力する。そこで、反転保持回路31の出
力波形を微分回路とインバータ33を通した信
号と出力波形とを排他論理和回路35に入力す
ることによつてクロツクを生成し、また、出力
波形ととを排他論理和回路34に入力するこ
とによつてアツプ/ダウンの指定信号を生成す
る。アツプ・ダウン・カウンタ36は、このクロ
ツクとアツプ/ダウンの指定信号によつて動
作するものであり、その値は、スリツトS3の基準
位置からの回転角に対応した値を示すことにな
る。デコーダ37は、アツプ・ダウン・カウンタ
36の値を角度信号に変換するものである。
In FIG. 10b, inversion holding circuits 31 and 32
is a circuit that inverts and holds the output every time a pulse is input, and the inversion holding circuit 31 has a slit.
The signal of S 1 is supplied, and the signal of slit S 2 is supplied to the inversion holding circuit 32. Therefore, when the encoder plate rotates, the inversion/holding circuits 31 and 32 output waveforms as shown in FIG. 10c, depending on the direction. Therefore, a clock is generated by inputting the output waveform of the inverting/holding circuit 31, the signal passed through the differentiating circuit and the inverter 33, and the output waveform to the exclusive OR circuit 35, and the output waveform and By inputting it to the summation circuit 34, an up/down designation signal is generated. The up/down counter 36 is operated by this clock and the up/down designation signal, and its value indicates a value corresponding to the rotation angle of the slit S3 from the reference position. The decoder 37 converts the value of the up/down counter 36 into an angle signal.

また、アブリリユート型のエンコーダ方式のも
のは、第11図aに示すようにエンコーダ板を所
定の回転角に分割して白黒のパターンに塗り分
け、受光部ではこれら白黒のパターンからの反射
光を受けるようにするものである。第11図aに
示す例の場合には、22.5°の回転角に分割しA0
いしA3の領域の白黒のパターンにより回転角を
判定するようにしたものである。従つて、第11
図bに示すような判定表によれば、A0ないしA3
の領域の白黒のパターンが「0010」である場合に
は45°ないし67.5°の回転角であると判定される。
In addition, in the case of an absolute encoder system, the encoder plate is divided into predetermined rotation angles and painted into black and white patterns, as shown in Figure 11a, and the light receiving section receives the reflected light from these black and white patterns. It is intended to do so. In the case of the example shown in FIG. 11a, the rotation angle is divided into 22.5° rotation angles, and the rotation angle is determined based on black and white patterns in the areas A0 to A3 . Therefore, the 11th
According to the judgment table shown in Figure b, A 0 to A 3
If the black and white pattern in the area is "0010", it is determined that the rotation angle is between 45° and 67.5°.

なお、先に述べたように方位計や傾斜計は、エ
ンコーダ方式に限らず、ポテンシヨメータ方式そ
の他固定側と回転側との相対的な回転角を検出す
るものであれば適宜採用し得るものであることは
勿論である。また、比重液内に回転角検出部を収
容し、測定感度を向上させる構成は、上述の例に
限らず適宜拡大して適用してもよい。方位計や傾
斜計の測定データ転送手段も、例えばゾンデ内に
送信器を装備し、地上の制御機からの要求に応じ
て送出するように構成するなど、周知の技術を使
うことによつて構成することができ、本発明はこ
れらの構成に限定されるものでないことはいうま
でもない。
As mentioned above, the compass and inclinometer are not limited to the encoder type, but any potentiometer type or other type that can detect the relative rotation angle between the fixed side and the rotating side can be adopted as appropriate. Of course it is. Further, the configuration of accommodating the rotation angle detection section in the specific gravity liquid to improve measurement sensitivity is not limited to the above-mentioned example, and may be expanded as appropriate. The measurement data transmission means for the compass and inclinometer can also be constructed using well-known technology, such as equipping a transmitter inside the sonde and configuring it to transmit data in response to a request from a controller on the ground. It goes without saying that the present invention is not limited to these configurations.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、容器内に比重液を封入してエンコーダ板を回
転自在に軸支するのでエンコーダ板の軸受抵抗を
小さくすることができ、シンプルでコンパクトな
構成により検出感度を上げることができる。しか
も、それぞれのエンコーダ板の回転角をそのまま
ゾンデの傾斜方位、傾斜角として検出すればよい
ので、信号処理も簡単に行うことができる。した
がつて、複雑且つ高価な装置を使うことなく、比
較的容易に連続的な孔曲がりのデータを得ること
ができ、ボアホールの空間的配置及び予定位置と
のズレ、さらには実際の深度や鉛直深度なども知
ることができる。従つて地質調査を正確に行うこ
とができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the specific gravity liquid is sealed in the container and the encoder plate is rotatably supported, so that the bearing resistance of the encoder plate can be reduced, and a simple and compact Detection sensitivity can be increased depending on the configuration. Furthermore, since the rotation angle of each encoder plate can be directly detected as the tilt direction and tilt angle of the sonde, signal processing can be easily performed. Therefore, it is possible to obtain continuous hole bending data relatively easily without using complicated and expensive equipment, and to check the spatial arrangement of the borehole, deviations from the planned position, and even the actual depth and vertical position. You can also know the depth. Therefore, geological surveys can be carried out accurately.

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

第1図は方位計と傾斜計の取付例を示す図、第
2図は方位計と傾斜計の検出角度を説明するため
の図、第3図は本発明の1実施例システム構成を
示す図、第4図は第3図のシステムによる処理を
説明するための図、第5図は第3図のシステムに
よる表示出力の例を示す図、第6図は本発明に用
いられる方位計の例を示す図、第7図は第6図に
示す方位計の取付例を示す図、第8図は本発明に
用いられる傾斜計の例を示す図、第9図は第8図
に示す方位計の取付例を示す図、第10図は方位
計及び傾斜計に適用されるインクリメンタル型の
エンコーダ方式の例を説明するための図、第11
図は方位計及び傾斜計に適用されるアブリリユー
ト型のエンコーダ方式の例を説明するための図で
ある。 1……ゾンデ、2……方位計、3……傾斜計、
4……ケーブル、5……深度計、6と7……演算
部、8……記憶部、9……制御部、10……出力
制御部、11と21……ケース、12と22……
比重液、13と23……軸受、14……磁石、1
5と25……エンコーダ板、16と26……受光
部、17と27……発光部、24……浮き、28
……重り、31と32……反転保持回路、33…
…インバータ、34と35……排他論理和回路、
36……アツプ・ダウン・カウンタ、37……デ
コーダ。
Fig. 1 is a diagram showing an example of how the compass and inclinometer are installed, Fig. 2 is a diagram to explain the detection angle of the compass and inclinometer, and Fig. 3 is a diagram showing the system configuration of one embodiment of the present invention. , FIG. 4 is a diagram for explaining the processing by the system in FIG. 3, FIG. 5 is a diagram showing an example of display output by the system in FIG. 3, and FIG. 6 is an example of the compass used in the present invention. , FIG. 7 is a diagram showing an example of how the compass shown in FIG. 6 is installed, FIG. 8 is a diagram showing an example of the inclinometer used in the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing an example of the compass shown in FIG. 8. FIG. 10 is a diagram for explaining an example of an incremental encoder system applied to a direction meter and an inclinometer.
The figure is a diagram for explaining an example of an absolute type encoder system applied to a compass and an inclinometer. 1...Sonde, 2...Direction meter, 3...Inclinometer,
4...Cable, 5...Depth meter, 6 and 7...Calculation unit, 8...Storage unit, 9...Control unit, 10...Output control unit, 11 and 21...Case, 12 and 22...
Specific gravity liquid, 13 and 23...Bearing, 14...Magnet, 1
5 and 25... Encoder plate, 16 and 26... Light receiving section, 17 and 27... Light emitting section, 24... Float, 28
...Weight, 31 and 32...Inversion holding circuit, 33...
...Inverter, 34 and 35...Exclusive OR circuit,
36...up/down counter, 37...decoder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ボアホール内を昇降するゾンデの軌跡を求め
て孔曲がりを測定する孔曲がり測定装置であつ
て、 透明の比重液を封入した容器内に磁石を結合し
たエンコーダ板を回転自在に軸支すると共にゾン
デの軸と平行な軸及び直交する軸で容器を回転自
在に軸支してエンコーダ板を水平に支持しゾンデ
の傾斜方位を検出する方位検出手段、 透明の比重液を封入した容器内に重りを結合し
たエンコーダ板を回転自在に軸支すると共に該軸
と直交しゾンデの軸と平行な軸で容器を回転自在
に軸支してエンコーダ板を鉛直に支持しゾンデの
傾斜角を検出する傾斜角検出手段、 地上からゾンデを吊下げるケーブルのくり出し
長さを検出する長さ検出手段、 上記傾斜方位と傾斜角とくり出し長さの検出信
号からゾンデの鉛直方向成分の移動量とゾンデの
平面上での各方位成分の移動量とを算出し各移動
量を積算して軌跡を求めるデータ処理手段を備え
たことを特徴とする孔曲がり測定装置。
[Scope of Claims] 1. A hole bending measurement device that measures hole bending by determining the trajectory of a sonde moving up and down inside a borehole, which comprises a rotatable encoder plate having a magnet coupled to a container filled with a transparent specific gravity liquid. A direction detection means for detecting the tilt direction of the sonde by horizontally supporting the encoder plate by rotatably supporting the container on axes parallel to and perpendicular to the axis of the sonde, and enclosing a transparent specific gravity liquid. An encoder plate with a weight connected thereto is rotatably supported in a container, and the container is rotatably supported by an axis that is perpendicular to the axis and parallel to the axis of the sonde, so that the encoder plate is vertically supported and the sonde is tilted. An inclination angle detection means for detecting the angle, a length detection means for detecting the protruding length of a cable suspending the sonde from the ground, and a movement amount of the vertical component of the sonde from the detection signals of the above-mentioned inclination direction, inclination angle, and protrusion length. What is claimed is: 1. A hole bending measuring device comprising: data processing means for calculating the amount of movement of each azimuth component on a plane of the sonde, and calculating the trajectory by integrating each amount of movement.
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