JPH11224395A - 地中コントロール通信方法及び装置 - Google Patents
地中コントロール通信方法及び装置Info
- Publication number
- JPH11224395A JPH11224395A JP10038139A JP3813998A JPH11224395A JP H11224395 A JPH11224395 A JP H11224395A JP 10038139 A JP10038139 A JP 10038139A JP 3813998 A JP3813998 A JP 3813998A JP H11224395 A JPH11224395 A JP H11224395A
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- JP
- Japan
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- metal pipe
- current
- potential
- ground
- electrode
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単且つ安価な装置を用い、小さな電流（パ
ワー）によって地上から地中の各種センサやアクチュエ
ータ等に対して速く確実にコントロール信号を通信でき
るようにする。 【解決手段】 地中に挿入した金属パイプ１０と、その
先端部分に該金属パイプとは電気的に絶縁された状態で
設けた電位検出電極１２と、金属パイプから遠く離れた
地点に設置した電流電極１４と、金属パイプと電流電極
との間にコード化された電流を流す送信部１６と、金属
パイプ内に組み込まれ前記コード化された電流によって
生じる電位を検出し金属パイプ内の各種機器の動作を制
御する受信部１８とを具備している。金属パイプと地上
の遠方の電流電極との間にコード化された電流を流し、
電位検出電極によって電位を検出し、その電位信号によ
って金属パイプ内に組み込まれている機器の動作を制御
する。
ワー）によって地上から地中の各種センサやアクチュエ
ータ等に対して速く確実にコントロール信号を通信でき
るようにする。 【解決手段】 地中に挿入した金属パイプ１０と、その
先端部分に該金属パイプとは電気的に絶縁された状態で
設けた電位検出電極１２と、金属パイプから遠く離れた
地点に設置した電流電極１４と、金属パイプと電流電極
との間にコード化された電流を流す送信部１６と、金属
パイプ内に組み込まれ前記コード化された電流によって
生じる電位を検出し金属パイプ内の各種機器の動作を制
御する受信部１８とを具備している。金属パイプと地上
の遠方の電流電極との間にコード化された電流を流し、
電位検出電極によって電位を検出し、その電位信号によ
って金属パイプ内に組み込まれている機器の動作を制御
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地質調査などにお
いて、地中に挿入した金属パイプ内に組み込まれている
センサやアクチュエータ等の機器の始動や停止などの動
作を、地上から信号ケーブルを用いることなく制御する
ためのコントロール信号を通信する方法及び装置に関す
るものである。
いて、地中に挿入した金属パイプ内に組み込まれている
センサやアクチュエータ等の機器の始動や停止などの動
作を、地上から信号ケーブルを用いることなく制御する
ためのコントロール信号を通信する方法及び装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】地質調査においては、地中に掘削してい
るボーリング孔内で、ボーリング作業中に各種の測定を
行うため、ボーリングパイプ内に組み込んだ各種のセン
サやアクチュエータなどの機器の動作を制御したい場合
がしばしば生じる。最も簡単な方法は、地中の機器と地
上の機器との間を信号ケーブルで接続して通信すること
であるが、ボーリングパイプには掘削回転機構などが組
み込まれているために、そのような構成は採用し難い。
そこで、信号ケーブルを用いずに地中の機器をコントロ
ールする種々の方法が開発されている。
るボーリング孔内で、ボーリング作業中に各種の測定を
行うため、ボーリングパイプ内に組み込んだ各種のセン
サやアクチュエータなどの機器の動作を制御したい場合
がしばしば生じる。最も簡単な方法は、地中の機器と地
上の機器との間を信号ケーブルで接続して通信すること
であるが、ボーリングパイプには掘削回転機構などが組
み込まれているために、そのような構成は採用し難い。
そこで、信号ケーブルを用いずに地中の機器をコントロ
ールする種々の方法が開発されている。
【０００３】従来、ボーリング孔内において用いられて
いる方法の代表的な例としては、マッドパルス法があ
る。これは、ボーリング泥水の水圧を変化させ、それを
圧力計で検出することによって通信する方法である。そ
の他の方法としては、ケーシングパイプあるいはボーリ
ングロッドを用いて音波を伝搬させて通信する方法、あ
るいは磁界又は電波を用いて通信する方法などがある。
いる方法の代表的な例としては、マッドパルス法があ
る。これは、ボーリング泥水の水圧を変化させ、それを
圧力計で検出することによって通信する方法である。そ
の他の方法としては、ケーシングパイプあるいはボーリ
ングロッドを用いて音波を伝搬させて通信する方法、あ
るいは磁界又は電波を用いて通信する方法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】マッドパルス法は、信
号を遠方まで伝播させることはできるが、ケーシング又
はロッド内の水圧を変化させる方法であるために、非常
にゆっくりとした通信とならざるをえない。また当然の
ことであるが、ボーリング泥水を用いるのであるから、
ボーリング作業の場合にしか適用できない。
号を遠方まで伝播させることはできるが、ケーシング又
はロッド内の水圧を変化させる方法であるために、非常
にゆっくりとした通信とならざるをえない。また当然の
ことであるが、ボーリング泥水を用いるのであるから、
ボーリング作業の場合にしか適用できない。
【０００５】ケーシングあるいはロッドを利用して音波
を伝播させる方法は、外部ノイズの影響を受け易く、ま
た伝播経路上で信号の反射波が発生してノイズとなる場
合も多く、誤動作の可能性が高い。磁界を用いる方法
は、距離による信号の減衰が激しく、遠方までの通信に
は使用できない。更に、電波を用いる方法は、使用する
周波数と地層の誘電率により決まる波長によって波の腹
の部分と節の部分とで極端に感度が変化するため、ボー
リングパイプの長さ（ボーリングパイプ中での機器の位
置）によっては良好な通信が行えないことが生じる。ま
た地層の比抵抗が小さくなると、減衰が大きくなる。
を伝播させる方法は、外部ノイズの影響を受け易く、ま
た伝播経路上で信号の反射波が発生してノイズとなる場
合も多く、誤動作の可能性が高い。磁界を用いる方法
は、距離による信号の減衰が激しく、遠方までの通信に
は使用できない。更に、電波を用いる方法は、使用する
周波数と地層の誘電率により決まる波長によって波の腹
の部分と節の部分とで極端に感度が変化するため、ボー
リングパイプの長さ（ボーリングパイプ中での機器の位
置）によっては良好な通信が行えないことが生じる。ま
た地層の比抵抗が小さくなると、減衰が大きくなる。
【０００６】本発明の目的は、簡単且つ安価な装置を用
い、小さな電流（パワー）によって地上から地中の各種
センサやアクチュエータ等に対して速く確実にコントロ
ール信号を通信できる方法及び装置を提供することであ
る。
い、小さな電流（パワー）によって地上から地中の各種
センサやアクチュエータ等に対して速く確実にコントロ
ール信号を通信できる方法及び装置を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、地中に挿入し
た長尺の金属部材の先端部に電位検出電極を設け、前記
金属部材と地上の遠方の電流電極との間にコード化され
た電流を流し、前記電位検出電極によって前記コード化
された電流による電位を検出し、その電位信号によって
前記金属部材に組み込まれている機器の動作を制御する
ように構成した地中コントロール通信方法である。
た長尺の金属部材の先端部に電位検出電極を設け、前記
金属部材と地上の遠方の電流電極との間にコード化され
た電流を流し、前記電位検出電極によって前記コード化
された電流による電位を検出し、その電位信号によって
前記金属部材に組み込まれている機器の動作を制御する
ように構成した地中コントロール通信方法である。
【０００８】地中に挿入した長尺の金属部材と、該金属
パイプから十分離れた電流電極との間に電流を流す。他
方、金属部材の先端部分の該金属部材に極く近い部分に
電位検出電極を設けて、該金属部材表面と電位検出電極
との間の電位を測定する。電流が変化すると、それに応
じて検出される電位が変化するので、流す電流をコード
化すれば、検出した電位信号をデコードすることで、そ
のデコードした信号に基づき地中に位置するセンサ等の
各種動作をコントロールすることができる。ここでは、
地上から地中への一方向のみの通信であるので、コント
ロール通信と称している。
パイプから十分離れた電流電極との間に電流を流す。他
方、金属部材の先端部分の該金属部材に極く近い部分に
電位検出電極を設けて、該金属部材表面と電位検出電極
との間の電位を測定する。電流が変化すると、それに応
じて検出される電位が変化するので、流す電流をコード
化すれば、検出した電位信号をデコードすることで、そ
のデコードした信号に基づき地中に位置するセンサ等の
各種動作をコントロールすることができる。ここでは、
地上から地中への一方向のみの通信であるので、コント
ロール通信と称している。
【０００９】
【発明の実施の形態】この方法を実施するための地中コ
ントロール通信装置は、例えば地中に挿入した金属パイ
プと、該金属パイプの先端部分に該金属パイプとは電気
的に絶縁された状態で設けた電位検出電極と、前記金属
パイプから遠く離れた地点に設置した電流電極と、前記
金属パイプと電流電極との間にコード化された電流を流
す送信部と、金属パイプ内に組み込まれ前記コード化さ
れた電流によって生じる電位を検出し金属パイプ内の各
種機器の動作を制御する受信部とを具備している構成で
ある。
ントロール通信装置は、例えば地中に挿入した金属パイ
プと、該金属パイプの先端部分に該金属パイプとは電気
的に絶縁された状態で設けた電位検出電極と、前記金属
パイプから遠く離れた地点に設置した電流電極と、前記
金属パイプと電流電極との間にコード化された電流を流
す送信部と、金属パイプ内に組み込まれ前記コード化さ
れた電流によって生じる電位を検出し金属パイプ内の各
種機器の動作を制御する受信部とを具備している構成で
ある。
【００１０】地中に挿入する長尺の金属部材は、一般に
は金属パイプであるが、例えばケーシングパイプやボー
リングロッドでもよいし、ワイヤーロープでもよい。
は金属パイプであるが、例えばケーシングパイプやボー
リングロッドでもよいし、ワイヤーロープでもよい。
【００１１】
【実施例】図１は本発明に係る地中コントロール通信装
置の一実施例を示す説明図である。この装置は、地中に
挿入した金属パイプ１０と、該金属パイプ１０の先端部
分に該金属パイプ１０から電気的に絶縁された状態で設
けた電位検出電極１２と、前記金属パイプ１０から遠く
離れた地点に設置した電流電極１４とを有する。金属パ
イプ１０と電流電極１４の間には、コード化された電流
を流す送信部１６を設ける。また金属パイプ１０の内部
には、前記コード化された電流によって生じる電位を検
出して金属パイプ内の各種機器（例えば各種センサやア
クチュエータ等）の動作を制御する受信部１８を組み込
む。なお電流電極１４は、地盤２０に対して接地抵抗が
極力小さくなるように周囲を湿らせるなどして埋設する
のが好ましい。
置の一実施例を示す説明図である。この装置は、地中に
挿入した金属パイプ１０と、該金属パイプ１０の先端部
分に該金属パイプ１０から電気的に絶縁された状態で設
けた電位検出電極１２と、前記金属パイプ１０から遠く
離れた地点に設置した電流電極１４とを有する。金属パ
イプ１０と電流電極１４の間には、コード化された電流
を流す送信部１６を設ける。また金属パイプ１０の内部
には、前記コード化された電流によって生じる電位を検
出して金属パイプ内の各種機器（例えば各種センサやア
クチュエータ等）の動作を制御する受信部１８を組み込
む。なお電流電極１４は、地盤２０に対して接地抵抗が
極力小さくなるように周囲を湿らせるなどして埋設する
のが好ましい。
【００１２】電位検出電極の部分の詳細を図２に示す。
電位検出電極１２は、極く小さなものでよい。金属パイ
プ１０の先端部分を少し小径化して側壁に貫通穴２２を
形成し、円柱状の電位検出電極１２をハーメチックシー
ル２４によって前記貫通穴２２に取り付ける。ハーメチ
ックシール２４は、ステアタイト磁器などからなり、円
筒部分の一端にフランジ部分を一体的に形成した構造で
あって、外側から圧入したり、あるいは挿入して接着又
はガラス溶着などによって取り付ける。このハーメチッ
クシール２４は、周囲の地下水やボーリング掘削用泥水
などに対して水密性を確保するとともに金属パイプ１０
と電位検出電極１２との電気的絶縁を確保する機能を果
たす。ハーメチックシール２４の外側には、金属パイプ
小径部の全周にわたって絶縁コーティング２６を形成す
る。絶縁コーティング２６は、ゴムでもよいし樹脂でも
よい。この絶縁コーティング２６は、主として電位検出
電極１２と金属パイプの露出面との最短距離を長くする
ために設けられている。
電位検出電極１２は、極く小さなものでよい。金属パイ
プ１０の先端部分を少し小径化して側壁に貫通穴２２を
形成し、円柱状の電位検出電極１２をハーメチックシー
ル２４によって前記貫通穴２２に取り付ける。ハーメチ
ックシール２４は、ステアタイト磁器などからなり、円
筒部分の一端にフランジ部分を一体的に形成した構造で
あって、外側から圧入したり、あるいは挿入して接着又
はガラス溶着などによって取り付ける。このハーメチッ
クシール２４は、周囲の地下水やボーリング掘削用泥水
などに対して水密性を確保するとともに金属パイプ１０
と電位検出電極１２との電気的絶縁を確保する機能を果
たす。ハーメチックシール２４の外側には、金属パイプ
小径部の全周にわたって絶縁コーティング２６を形成す
る。絶縁コーティング２６は、ゴムでもよいし樹脂でも
よい。この絶縁コーティング２６は、主として電位検出
電極１２と金属パイプの露出面との最短距離を長くする
ために設けられている。
【００１３】金属パイプ１０の先端部分を少し小径化し
ているのは、それによって電位検出電極１２の先端位置
を金属パイプ１０の外径（小径化されていない部分の外
径）にほぼ一致させることができ、金属パイプ１０の地
中への挿入時に電位検出電極１２が損傷しないようにす
るためである。
ているのは、それによって電位検出電極１２の先端位置
を金属パイプ１０の外径（小径化されていない部分の外
径）にほぼ一致させることができ、金属パイプ１０の地
中への挿入時に電位検出電極１２が損傷しないようにす
るためである。
【００１４】図３は地上に設ける送信部１６の回路ブロ
ック図であり、図４は金属パイプ内に設ける受信部１８
の回路ブロック図である。
ック図であり、図４は金属パイプ内に設ける受信部１８
の回路ブロック図である。
【００１５】送信部１６は、定電流回路３０と、交流発
生部３２と、コード化回路３４などからなる。定電流回
路３０によって一定電流値の電流（少なくとも１０ｍＡ
以上）を供給し、交流発生部３２によって交流波形とす
る。交流波形を用いるのは、外部ノイズによる影響を低
減し電極での分極を除くためである。正弦波でもよい
が、実際には電気回路の効率をよくするために、矩形波
として流すのがよい。コード化回路３４は、交流波形を
変調してコントロール信号を乗せるためのものであり、
トーンダイヤラ方式のように異なる周波数を用いてコー
ド化するか、あるいはビット構成によるコード化を行う
ものでよい。このようなコード化回路３４は、汎用の通
信用エンコーダＩＣと、その信号によって電流をスイッ
チングする回路の組み合わせで容易に作製できる。
生部３２と、コード化回路３４などからなる。定電流回
路３０によって一定電流値の電流（少なくとも１０ｍＡ
以上）を供給し、交流発生部３２によって交流波形とす
る。交流波形を用いるのは、外部ノイズによる影響を低
減し電極での分極を除くためである。正弦波でもよい
が、実際には電気回路の効率をよくするために、矩形波
として流すのがよい。コード化回路３４は、交流波形を
変調してコントロール信号を乗せるためのものであり、
トーンダイヤラ方式のように異なる周波数を用いてコー
ド化するか、あるいはビット構成によるコード化を行う
ものでよい。このようなコード化回路３４は、汎用の通
信用エンコーダＩＣと、その信号によって電流をスイッ
チングする回路の組み合わせで容易に作製できる。
【００１６】受信部１８は、電位検出電極１２で検出し
た電位信号を増幅する増幅器３６と、その増幅信号から
コードを分離するデコード回路３８と、デコードされた
信号に基づき各種機器の動作を制御するためのコントロ
ール信号を発生するコントロール信号発生部４０などか
ら構成する。このデコード回路３８も、汎用の通信用デ
コーダＩＣが利用できる。
た電位信号を増幅する増幅器３６と、その増幅信号から
コードを分離するデコード回路３８と、デコードされた
信号に基づき各種機器の動作を制御するためのコントロ
ール信号を発生するコントロール信号発生部４０などか
ら構成する。このデコード回路３８も、汎用の通信用デ
コーダＩＣが利用できる。
【００１７】図１に戻って、地中に挿入した金属パイプ
１０と、該金属パイプ１０から十分離れた電流電極１４
との間に電流Ｉを流し、金属パイプ１０の先端部分に設
けた電位検出電極１２と金属パイプ１０の表面との間の
電位Ｖを測定する。
１０と、該金属パイプ１０から十分離れた電流電極１４
との間に電流Ｉを流し、金属パイプ１０の先端部分に設
けた電位検出電極１２と金属パイプ１０の表面との間の
電位Ｖを測定する。
【００１８】この測定電位Ｖの概略見積りをするために
一様な比抵抗ρをもった地層に金属パイプ１０があるも
のとし、電流が一様な電流密度ｉがその表面から垂直に
流れ出るものとすると、金属パイプ１０から距離Ｌだけ
離れた点における電位Ｖは、 Ｖ＝ρＬｉ 電流密度ｉは金属パイプ１０の表面積Ｓ、半径ｒ
（ｍ）、挿入長さＨ（ｍ）とすると、 Ｓ＝２πｒＨ ｉ＝Ｉ／Ｓ＝Ｉ／２πｒＨ 従って測定される電位Ｖは Ｖ＝ρＬＩ／２πｒＨ となる。ここで、例えばＩ＝１００ｍＡ、ρ＝１０ ohm
・ｍ、Ｌ＝０．０２ｍ、ｒ＝０．０２５ｍ、Ｈ＝１００
ｍとすると、 Ｖ＝１．２７ｍＶ となり、検出可能な値となる。
一様な比抵抗ρをもった地層に金属パイプ１０があるも
のとし、電流が一様な電流密度ｉがその表面から垂直に
流れ出るものとすると、金属パイプ１０から距離Ｌだけ
離れた点における電位Ｖは、 Ｖ＝ρＬｉ 電流密度ｉは金属パイプ１０の表面積Ｓ、半径ｒ
（ｍ）、挿入長さＨ（ｍ）とすると、 Ｓ＝２πｒＨ ｉ＝Ｉ／Ｓ＝Ｉ／２πｒＨ 従って測定される電位Ｖは Ｖ＝ρＬＩ／２πｒＨ となる。ここで、例えばＩ＝１００ｍＡ、ρ＝１０ ohm
・ｍ、Ｌ＝０．０２ｍ、ｒ＝０．０２５ｍ、Ｈ＝１００
ｍとすると、 Ｖ＝１．２７ｍＶ となり、検出可能な値となる。
【００１９】電位検出感度を更に大きくするには、電流
をより大きくしたり、電位検出電極と金属パイプの露出
面との距離をより大きくすればよい。
をより大きくしたり、電位検出電極と金属パイプの露出
面との距離をより大きくすればよい。
【００２０】
【発明の効果】本発明は上記のように、地中に挿入した
金属部材と地上の遠方の電流電極間に流すコード化され
た電流による電位を該金属部材先端の電位検出電極によ
って検出し機器の動作を制御する地中コントロール通信
技術であるから、簡単且つ安価な装置を用いて、小さな
電流（パワー）によって地上から地中の各種センサ等に
対してコントロール信号を伝送することが可能となる。
本発明では電流をコード化しているために、速く且つ確
実な通信が可能となる。更に信号ケーブルを必要としな
いため、ボーリング掘削作業中でも各種の機器をコント
ロールすることが可能である。
金属部材と地上の遠方の電流電極間に流すコード化され
た電流による電位を該金属部材先端の電位検出電極によ
って検出し機器の動作を制御する地中コントロール通信
技術であるから、簡単且つ安価な装置を用いて、小さな
電流（パワー）によって地上から地中の各種センサ等に
対してコントロール信号を伝送することが可能となる。
本発明では電流をコード化しているために、速く且つ確
実な通信が可能となる。更に信号ケーブルを必要としな
いため、ボーリング掘削作業中でも各種の機器をコント
ロールすることが可能である。
【図１】本発明に係る地中コントロール通信装置の一実
施例を示す説明図。
施例を示す説明図。
【図２】その電位検出電極の部分の詳細図。
【図３】送信部の回路ブロック図。
【図４】受信部の回路ブロック図。
１０ 金属パイプ １２ 電位検出電極 １４ 電流電極 １６ 送信部 １８ 受信部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｅ２１Ｂ 47/18
Claims (2)
- 【請求項１】 地中に挿入した長尺の金属部材の先端部
に設けた電位検出電極によって、前記金属部材と地上の
遠方の電流電極との間に流すコード化された電流による
電位を検出し、その電位信号によって前記金属部材に組
み込まれている機器の動作を制御する地中コントロール
通信方法。 - 【請求項２】 地中に挿入した金属パイプと、該金属パ
イプの先端部分に電気的に絶縁された状態で取り付けた
電位検出電極と、前記金属パイプから遠く離れた地点に
設置した電流電極と、金属パイプと電流電極との間にコ
ード化された電流を流す送信部と、金属パイプ内に組み
込まれ前記コード化された電流による電位を検出し金属
パイプ内の機器の動作を制御する受信部とを具備してい
る地中コントロール通信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10038139A JPH11224395A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 地中コントロール通信方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10038139A JPH11224395A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 地中コントロール通信方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224395A true JPH11224395A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12517098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10038139A Pending JPH11224395A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 地中コントロール通信方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11224395A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009129027A3 (en) * | 2008-04-17 | 2009-12-23 | Schlumberger Canada Limited | Downlink while pumps are off |
| JP2020528116A (ja) * | 2017-07-21 | 2020-09-17 | ザ チャールズ スターク ドレイパー ラボラトリー， インク．Ｔｈｅ Ｃｈａｒｌｅｓ Ｓｔａｒｋ Ｄｒａｐｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｉｎｃ． | 共振源を用いたダウンホールセンサシステム |
-
1998
- 1998-02-04 JP JP10038139A patent/JPH11224395A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009129027A3 (en) * | 2008-04-17 | 2009-12-23 | Schlumberger Canada Limited | Downlink while pumps are off |
| US8284073B2 (en) | 2008-04-17 | 2012-10-09 | Schlumberger Technology Corporation | Downlink while pumps are off |
| EP2286063A4 (en) * | 2008-04-17 | 2017-07-19 | Schlumberger Technology B.V. | Downlink while pumps are off |
| JP2020528116A (ja) * | 2017-07-21 | 2020-09-17 | ザ チャールズ スターク ドレイパー ラボラトリー， インク．Ｔｈｅ Ｃｈａｒｌｅｓ Ｓｔａｒｋ Ｄｒａｐｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｉｎｃ． | 共振源を用いたダウンホールセンサシステム |
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