JPS6342216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は堅孔内の井戸観測装置を支持するケー
ブルに加わる吊下げ張力を測定する装置に関す
る。

堅孔内でケーブルの端で懸吊される井戸観測装
置の深さを正確にきめるための従来の方法は地表
でそのケーブルのずれすなわちくり出し量を測定
しそしてそれを計算で求めたケーブルの伸びで修
正するものである。この伸長を計算する方法はケ
ーブルに加わす地表および孔内での張力を観るこ
とを必要とする。第１の近似法として孔内での張
力として掘り出された土のつくるコラム内での観
測装置の見掛けの重量を用いることが出来る。し
かしながらパツドまたは心とり装置を備えたこの
種の装置または方向性をもつた井戸用のこの程装
置では孔内での張力は主として孔の壁に対する観
測装置の摩擦によりきまるものであり、従つてケ
ーブルと観測装置の間に置かれた張力計によりこ
の張力をその本来の位置で測定することが望まし
い。

米国特許第3497958号はケーブルの動き量とケ
ーブルの地上および地中での張力値とを用いての
井戸観測装置の深さを決定する方法を開示してい
る。この特許は更にストレンゲージを用いての孔
内張力測定用装置を概略的に開示している。

孔内張力を測定するための装置の設計における
主たる問題は孔内での温度および圧力条件のもと
でこの測定を正しく行うことの困難性により生じ
る。

本発明の目的は孔内に存在する困難な温度およ
び圧力条件に特に適合する堅孔内張力測定装置を
提供することである。

本発明によれば孔内の井戸観測装置を支持する
ケーブルに加わる張力を測定する装置はケーブル
と井戸観測装置との間に接続されて張力により弾
性的に伸長する長い感応素子と、この素子の第１
部分に固定されてその第２部分すで伸びるように
なつた基準素子とからなる。これら素子上の検出
装置により張力のもとでの基準素子に対する感応
素子の第２部分の長手方向のずれを検出すること
が可能である。これら両素子は夫々長いロツドと
このロツドのまわりに置かれた同一金属からなる
スリーブから構成される。この検出装置は両素子
の内の一方に固定された１次巻線と他方の素子に
固定されて感応素子のずれを表わす誘導信号を発
生する逆相の２個のコイルからなる２次巻線を有
する変圧器である。更に１個の１次巻線には上記
のずれを表わす信号を目盛るための第２の誘導信
号を発生するために電流が順次加えられる。これ
ら両信号は合成されて感度−素子−伸長単位で目
盛られた出力信号を発生する。両素子は孔の圧力
に等しい圧力に油を維持する補償装置を有する油
入本体部材内に配置される。

第１図において、井戸観測装置１０は、プーリ
１３と１４に掛かり図示しない地上のウインチに
巻かれて装置１０を孔に沿つて動かすことの出来
る多重導体ケーブル１２の端部で孔１１内に懸吊
される。装置１０は可延のアーム１９を有してお
り、そしてその頂部に伝送部１５を有しており、
この伝送部１５がケーブル１２の導体により地上
に装置１０のセンサにより検出された測定信号を
送るようになつている。その伝送部１５はフラン
ス特許第7702976号に示される形式の回路を有し
てもよい。装置１０とケーブル１２の端部となる
ヘツド１６との間にはケーブルの地中張力を測定
するための本発明の装置１７がそう入される。こ
の張力は孔内でのケーブル１２の伸長を決定する
ために例えばプーリ１３上で測定される地上での
ケーブルの張力と合成される。巻もどされたケー
ブルの長さをも測定することにより、この伸びか
ら孔内の装置１０の深さを正確に決定することが
出来る。地上装置１８はケーブルを介して伝送さ
れる信号を受ける。

張力測定装置１７の原理を第２図に示す。装置
１７はケーブル１６のヘツドに接続するようにな
つた上部ベツド２１と観測装置１０に接続するよ
うになつた下部ケーシング２２を有する本体部材
２０からなる。ヘツド２１およびケーシング２２
はケーブルの張力により弾性的に伸びることの出
来るロツド２３からなる感応素子を通して互いに
接続する。ロツド２３のまわりにはこのロツドの
上部に固定されたこのロツドと同一の金属でつく
られて温度により同様に膨脹するスリーブ２４が
配置される。スリーブ２４は基準素子を構成する
ものであつてこれに対するロツド２３の伸びが測
定される。スリーブ２４の下部でロツド２３上に
は張力によりロツドの長手方向のずれを与える検
出装置が配置される。これら検出装置はスリーブ
２４上に逆相に装着される２個のコイル２５，２
６からなる２次巻線を有するトムソン平衝型変圧
器を有する。後述するようにこの変圧器は更にロ
ツド２３上に配置されて一時に一度づつ交流電流
を供給される２個の１次巻線３０，３１を有す
る。ロツド２３とスリーブ２４の組立体は本体部
材２０に装着される補償装置３３により井戸の圧
力に保たれた油入チヤンバ３２内に配置される。
この構成により本装置に対する孔の圧力と温度の
影響を最少にすることが出来る。

即ち、井戸（堅孔）内の圧力及び温度は深さに
応じて変化する。そして、井戸内の圧力が変化す
ると補償装置によつて本体部材２０内の流体の圧
力が、井戸内の圧力に追従維持される。即ち、上
記流体の圧力は堅内の静水圧に追従維持される。
これにより、感応素子２３と基準素子２４には常
に等しい圧力が加わることとなり、両素子２３，
２４の伸縮量は等しいものとなる。これにより、
両素子２３，２４においては、堅孔の圧力変化に
伴う影響が最少にされる。

また、堅孔内の深さに伴つて温度が変化する
と、その変化分は、本体部材２０内の熱伝導体と
して機能する流体によつて感応素子２３と基準素
子２４に伝えられる。これにより、両素子２３，
２４は共に堅孔内と同じ温度となる。而して、両
素子２３，２４はその温度の関数が同一のものと
して構成されている。このため、堅孔の温度変化
に伴つて両素子２３，２４は同じ長さだけ伸縮す
る。よつて、堅孔内の温度変化によつて両素子２
３，２４が相対的に変位することはない。よつ
て、堅孔内における温度変化に伴う影響が最少に
される。

これらのことから両素子２３，２４の相対的変
位は、堅孔内の圧力変化や温度変化とは無関係
で、測定対象としての張力のみに基づくものとし
て得られる。例えば孔内の土の温度の検出器およ
び土の抵抗検出器のような他のセンサを本体部材
２０に配置することが出来る。これらセンサは油
入チヤンバ３２を通じてケーシング２２内の回路
に電気的に接続されることになる。

第２図の張力測定装置１７を第３Ａ図、第３Ｂ
図に詳細に示す。この装置１７はケーブルヘツド
１６にねじ込まれるようになつたタツピング３６
を有する上部ヘツド２１を有する。ヘツド２１は
内部の凹みを有し、そこにキー４１により固定さ
れるコネクタ支持部４０が配置される。支持部４
０にはプラグ−イン形コネクタ４２が装着され、
このコネクタに導体４３が固定される。ヘツド２
１はスリーブ２４上に突出するフランジ４６を押
えつけるようにねじをもつリング４４により上部
本体部材４５に固定される。スリーブ２４の頂部
にはシール５１を介してヘツド２１に密閉接触す
る隔壁５０がねじ４７により固定される。隔壁５
０には導体４３に接続したコネクタ５２がシール
されて貫通される。隔壁５０の下でヘツド２１の
内側が密閉チヤンバ３２を形成し、これに後述す
るように孔の圧力に維持された流体が充填され
る。シール４９は上部本体４５とヘツド２１との
間の緊密性を保証するものである。ヘツド２１の
壁を貫通するプラグ５３によりこのチヤンバ３２
を充填することが出来る。

スリーブ２４の内側にはロツド２３が配置さ
れ、このロツドがスリーブの円錐面で軸支される
斜面を有している。ロツド２３は、ねじ５７によ
りスリーブ２４に固定されるプレート５６によつ
て上向きに固定される。スリーブ２４の下部のま
わりにはボール形スリーブ６１と６２上に下部本
体部材６０が滑動しうるように装着される。この
下部本体部材６０はクリアランス６３により上部
本体部材４５に対しそしてねじ６６によりこのス
リーブに固定されたブロツク６５の上に設けられ
たクリアランス６４によりスリーブに対して上向
きに可動である。これらブロツク６５は異常な力
がロツド２３にかかるときのストツパを構成する
からロツド２３の過度の伸びを防止するものであ
る。

ロツド２３の下部にはナツト７０によりジヤケ
ツト７１が固定され、このジヤケツトの上に２個
の１次巻線３０と３１が長手方向に僅かにオフセ
ツトしそして互いに重なるように巻かれている。
ジヤケツト７１は突び出した下部フランジを有
し、このフランジにねじつきプラグ７２により下
部本体部材６０の端部が固定される。下部本体部
材６０はかくしてロツド２３の端部に固定され
る。スリーブ２４の下端には、ねじ７３によりジ
ヤケツト７４が固定されており、このジヤケツト
には変圧器の２次巻線を形成する２個のコイル２
５と２６が巻かれている。スリーブ２４の下部に
はそれに長手方向において弾性を与えてねじ７３
の絞めの調整によりジヤケツト７４の位置の調整
が出来るようにするスロツト７５が設けてある。
コイル２５と２６はこのようにして本装置の出力
信号がロツド２３における引張りのないとき０と
なるように巻線３０に対して位置づけられる。

ねじつきリング７６により下部本体６０に固定
されるケーシング２２は、内向きに突出して本体
６０の下端までとなつている環形部分７９を有す
る。チヤンバ３２はケーシング２２と本体６０と
の間をシール７７により密着させる。ケーシング
２２は大気圧の空気を含み、シール７８がこのケ
ーブルと本体６０との間を気密に保つている。コ
ネクタ８２は本体６０の下部を気密に保つて貫通
し、そして適正な通路内に配置された導体を通じ
てコネクタ５２または巻線２５，２６，３０，３
１へと接続される。コネクタ８２は下端はケーシ
ング２２内の種々の電子回路に接続する。ケーシ
ング２２はまた加速度計８０を含み、これが本装
置の軸に沿つてケーシング７５にかかる加速度を
表わす信号を出す。

前述したように、ロツド２３とスリーブ２４の
まわりの本体部材４５と６０の内側の空間は例え
ば油のような流体で充たされたチヤンバ３２を形
成する。この油は、本体４５に固定された一端お
よび本体６０に固定された他端を有する差動ベロ
ー８１からなる補償装置３３により孔の静水圧に
保たれている。これら補償装置は本体４６と６０
の間に配置された浮動形環形ピストンの形であつ
てもよい。

ロツド２３、スリーブ２４、ジヤケツト７１と
７４は同様に膨脹すると共に差動増幅器で検出出
来るように同一の非磁性（amagnetic）金属から
なる。ケーシング２２の下端は伝送部１５に接続
される。

動作を述べるとケーブル１２に引張りがかかる
とこれがヘツド２１に伝わつて、下端に井戸観測
装置を吊しているロツド２３を弾性的に伸長させ
る。この伸長によりロツド２３の下部はコイル２
５と２６を有するスリーブ２４の下端に対して下
向きに動く。巻線２５，２６，３０，３１からな
る変圧器によりこの動きが測定される。

第４図は変圧器による測定回路を示す。例えば
1KHzの交流を与える電源回路８５が例えば300Hz
で動作する時間基準装置８７により作動されるス
イツチ８６に接続する。スイツチ８６の機能は交
互に１次巻線３０と３１に電流を供給することで
ある。

ロツド２３を接続するこれら２個の巻線はロツ
ドの軸方向に互いにわずかにオフセツトされると
共に部分的に重なつている。オフセツト量ｄは測
定されるべき最大の張力がロツド２３にかかつた
ときロツド２３に生じる伸びにほゞ等しく選ばれ
る。この場合にはオフセツト量ｄは2500daNの張
力におけるロツド２３の伸長にほゞ等しい約２mm
となる。実際には２個の巻線３０，３１は同一の
溝内に巻かれる。第１の層は第１巻線３０を２mm
巻き次に２つの巻線３０と３１を巻きそして最後
に巻線３１のみを２mm巻くことにより得られる。
他の層は同様にして、部分的に重なる２個のオフ
セツトコイルを得るようにしてつくられている。

２次巻線２５，２６は、基準として電源８５を
有する同期検出器９１に接続した出力を有する差
動増幅器９０の入力に逆相に接続する。同期検出
器９１からの整流された出力信号は時間基準装置
８７により制御されるスイツチ９２に加えられ
る。スイツチ９２はかくして端子９３の出力V1
が１次巻線３０により誘導される信号に対応し、
端子９４の出力信号V2が巻線３１により誘導さ
れる信号に対応するように制御される。

ジヤケツト７４の位置は信号V1がロツド２３
への引張りの０のとき０となるように機械的に調
整されていることは前述した。更に、信号V1と
V2の差は巻線３０と３１のオフセツト量ｄに等
しい伸びに対応する。信号V1とV2は部分１５に
含まれる伝送回路により地上にそしてケーブル１
２の導体により地上設置１８に伝達される。地上
装置は信号V1とV2により式 Ｖ＝V1・ｄ／（V2−V1） で与えられる出力信号ｖを与える。

この計算により温度変化によつてこれら回路に
導入される誤差またはドリフトを消去することが
出来る。信号ｖはかくしてロツド２３の伸長の単
位で目盛られる。この信号はケーブルの張力がロ
ツド２３の伸長に近似的に比例するから、このケ
ーブルに加わる張力を表わす。加速度計８０から
の信号はかくして部分的に含まれる伝送回路によ
り地上装置に伝達される。地中の張力と井戸観測
装置の加速度の信号は地上装置１８で表示記録す
ることが出来る。

好適な実施例においては、これら信号は合成さ
れて装置１０と孔の壁との間の摩擦力を決定す
る。Ｔを張力、孔の壁に対する装置１０の摩擦を
Fr、装置１０の重量をμ、装置１０の加速度を
γとすると、次式が成立する。

Ｔ−Pa−Fr＝μ・γ ゾンデの装置重量Paは土の密度を知つていれば
それを孔に降す前に容易に計算することが出来
る。かしくて特殊な計算回路または地上に置かれ
て適当にプログラムされた市販のコンピユータに
より摩擦力Frを計算することが出来る。

従つて孔内の温度と圧力条件に特に適合したケ
ーブルの内張力を測定する装置を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の孔内における概略図、
第２図は本発明の装置の動作原理を示す図、第３
Ａ図および第３Ｂ図は本発明の一実施例の断面
図、第４図は本発明の装置の電気回路図である。 １０……井戸観測装置、１１……堅孔、１３，
１４……プーリ、１２……ケーブル、１５……伝
送部、１６……ヘツド、１７……張力測定装置、
１８……地上装置、１９……アーム、２０……本
体部材、２１……ヘツド、２２……ケーシング、
２３……ロツド、２４……スリーブ、２５，２６
……２次巻線、３０，３１……１次巻線、３２…
…油入チヤンバ、３３……補償装置、４０……コ
ネクタ支持体、４１……キー、４２……プラグ・
インコネクタ、４６……フランジ、５０……隔
壁、８０……加速度計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーブルと井戸観測装置との間に接続されて
   吊り下げ張力の効果により弾性的に伸長するよう
   になつた長い感応素子と； この感応素子の最初の部分に固定されており、
   その感応素子に沿つてその感応素子の他の部分に
   向つて延成され、温度の関数として上記感応素子
   と同一の率で伸長する基準素子と； 前記感応素子と前記基準素子を収容し、それら
   の素子を堅孔内の温度と同じ温度とするための流
   体のつまつた本体部材と； この本体部材上にあつて上記流体の圧力を前記
   堅孔内の圧力に追従維持させる圧力の補償装置
   と； 上記基準素子および上記感応素子上にあつて、
   吊下げ張力の効果のもとで上記基準素子に対する
   上記感応素子の前記他の部分の長手方向のずれを
   検出して、温度変化には実質的に無関係に吊下げ
   張力を表わす出力信号を発生する検出装置と；か
   ら成る堅孔内の井戸観測装置を支持するケーブル
   に加わる吊下げ張力を測定する張力測定装置。 ２ 前記感応素子および前記基準素子は同じ金属
   材料からなり、そして夫々がロツドとそれを囲む
   スリーブからなるごとくなつた特許請求の範囲第
   １項記載の張力測定装置。 ３ 前記検出装置は前記両素子の内の一方に固定
   して電流供給をうける１次巻線と他方に固定して
   上記感応素子のずれを表わす誘導信号を発生する
   ２次素子とを有する変圧器からなるごとくなつた
   特許請求の範囲第１項および第２項の内のいずれ
   かに記載する張力測定装置。 ４ 前記検出装置は前記ずれを表わす前記信号を
   測るための第２誘導信号を発生するための付加的
   巻線を有するごとくなつた特許請求の範囲第３項
   記載の張力測定装置。 ５ 前記付加的巻線は前記両素子の前記一方の、
   前記１次巻線から与えられた距離のところに固定
   されており、更に前記２次巻線に前記第１および
   第２誘導信号を順次等誘導するために前記１次巻
   線と上記付加巻線に順次電流を供給する装置を有
   するごとくなつた特許請求の範囲第４項記載の張
   力測定装置。 ６ 感度−素子−伸長単位で測定される出力信号
   を発生するように前記第１および第２誘導信号を
   合成する装置を更に含む特許請求の範囲第４項ま
   たは第５項記載の張力測定装置。