KR101778604B1 - 시추공자력계용 중성부력 자력센서 - Google Patents

시추공자력계용 중성부력 자력센서 Download PDF

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박경수
이창식
김규중
이상묵
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(주) 에이에이티
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Abstract

본 발명은 시추공자력계용 중성부력 자력센서에 관한 것으로, 상하가 개방된 형태의 파이프 형상의 하우징; 상기 하우징의 내부에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부에 장착되며 상부가 개방된 형태의 자력센서부; 상기 자력센서부의 개방된 상부를 막는 뚜껑; 및 상기 자력센서부의 내부에 배치되며 자력을 측정하는 자력센서를 포함하되, 상기 자력센서의 상부 및 하부에는 각각 스프링이 설치되고, 상기 뚜껑 및 상기 자력센서부의 하부에는 상기 자력센서의 상부 및 하부에 설치된 상부스프링 및 하부스프링이 고정되는 고정홈이 형성되며, 상기 자력센서부의 내부에는 상기 자력센서가 상하로 진동할 때, 상기 진동을 댐핑할 수 있는 액체가 채워져 있고, 상기 자력센서의 양 측면부에는 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링이 회전하지 않도록 하는 스프링멈춤부가 부착되며, 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링은 상기 자력센서의 상부 및 하부에 끼워지며, 스프링멈춤부의 양 끝단부까지 끼워지고, 상기 스프링멈춤부에는, 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링을 고정시킬 수 있는 홈이 형성되어 있으며, 상기 뚜껑의 중앙에는, 자력센서 케이블이 통과하는 관통공이 형성되어 있고, 상기 자력센서부의 내부를 채우는 액체의 비중은 상기 자력센서의 비중과 동일하여 상기 자력센서가 액체속에서 중성부력이 되게하고, 상기 뚜껑은 상기 자력센서부와 나사결합되고, 상기 하우징의 개방된 상부 및 하부를 막는 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

시추공자력계용 중성부력 자력센서{Neutrally buoyant Magnetic sensor for Borehole Magnetometer}
본 발명은 시추공자력계의 자력센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시추공자력계가 시추공벽에 부딪히면서 왕복할 때, 그 내부에 있는 자력센서에 전달되는 물리적인 충격을 최소화할 수 있는 시추공자력계용 중성부력 자력센서에 관한 것이다.
자력탐사는 신속하고 간편한 물리탐사법으로서 자원탐사, 지질구조 조사, 토목 등 다양한 분야에 효과적으로 적용된다. 그중 시추공자력탐사는 지하 깊이 시추공을 뚫어서 지구 내부의 물리적인 특성을 파악하기 위한 탐사방법으로 이를 위해 시추공자력계가 사용된다.
시추공자력계는 육상 또는 해저에 시추공을 뚫어 지하자원을 탐사하거나 암석층 또는 퇴적층에 남아있는 과거 지구자기장(지자기)의 변화를 측정하기 위하여 사용되는 자력측정 장비이다. 시추공자력계에는 자력을 측정할 수 있는 자력센서가 포함되어 있는데, 자력센서로는 일반적으로 소형이며 세 방향(X,Y,Z)의 자력을 측정하는 3축 플럭스게이트 자력계(fluxgate magnetometer)가 주로 사용된다.
한편, 종래의 시추공자력계는 하우징과 하우징 내부에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착되는 각종 전자장치와 센서들로 구성되어 있다. 프레임은 원형의 플라스틱 봉을 가공한 것으로 상부에는 전자장치들을 끼울 수 있는 홈들이 파여져 있고, 하부에는 자력센서를 꼭 끼울 수 있는 홈이 파여져 있다. 프레임의 중간은 가공하지 않은 봉 상태로 남아 있는데, 이는 상부의 전자장치들로부터 발생하는 자력이 하부의 자력센서에 영향을 덜 미치도록 분리하기 위한 것이다. 하우징은 파이프와 파이프의 상하를 막는 상부 뚜껑과 하부 뚜껑으로 구성되어 있다. 하우징의 상부 뚜껑에는 시추공자력계에 전원을 공급하고 자료를 송수신하기 위한 케이블이 연결된다. 여기서, 시추공자력계를 통해 자력을 측정할 때, 하강시와 상승시의 깊이에 따른 자력 자료가 서로 일치하는지를 확인하기 위해, 케이블을 이용하여 시추공자력계를 시추공으로 하강시키면서 자력 자료를 취득한 다음, 역으로 상승시키면서 다시 자료를 취득한다.
시추공자력계는 시추공 속에서 왕복할 때 시추공벽에 부딪히고 긁히기 때문에, 하우징은 충격에 노출되어 있다. 하지만, 종래의 시추공자력계의 자력센서는 하우징 내부의 프레임에 물리적으로 고정되어 있으므로 하우징에 가해지는 충격이 프레임을 통하여 자력센서에도 그대로 전달되는 문제점이 있었다. 또한, 시추공벽의 물성에 따라 받는 충격량도 일정하지 않으므로 자력센서에서 발생하는 잡음도 일정하지 않다는 문제점이 있었다. 이에 따라, 시추공자력계 내부에 있는 자력센서에 시추공벽에서 발생하는 물리적인 충격이 최소화될 수 있도록 하는 기술 개발이 필요한 실정이다.
등록특허공보 제10-1438571호(등록일자: 2014. 09. 01.)
본 발명은 상기한 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 시추공자력계의 자력센서가 고정되는 프레임의 하부를 프레임과 분리하여 자력센서부로 독립시키고, 자력센서부의 상부 및 하부에 각각 스프링을 설치하고, 자력센서부 내부를 자력센서와 비중이 동일한 액체로 채워 자력센서가 받는 부력이 중성이 되게함으로써, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생하는 물리적인 충격이 자력센서부 내부에 설치된 자력센서로 전달되는 것을 최소화할 수 있는, 시추공자력계용 중성부력 자력센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상하가 개방된 형태의 파이프 형상의 하우징; 상기 하우징의 내부에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부에 장착되며 상부가 개방된 형태의 자력센서부; 상기 자력센서부의 개방된 상부를 막는 뚜껑; 및 상기 자력센서부의 내부에 배치되며 자력을 측정하는 자력센서를 포함하되 상기 자력센서의 상부 및 하부에는 각각 스프링이 설치되고, 상기 뚜껑 및 상기 자력센서부의 하부에는 상기 자력센서의 상부 및 하부에 설치된 상부스프링 및 하부스프링이 고정되는 고정홈이 형성되며, 상기 자력센서부의 내부에는 상기 자력센서가 상하로 진동할 때, 상기 진동을 댐핑할 수 있는 액체가 채워져 있고, 상기 자력센서의 양 측면부에는 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링이 회전하지 않도록 하는 스프링멈춤부가 부착되며, 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링은 상기 자력센서의 상부 및 하부에 끼워지며, 스프링멈춤부의 양 끝단부까지 끼워지고, 상기 스프링멈춤부에는, 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링을 고정시킬 수 있는 홈이 형성되어 있으며, 상기 뚜껑의 중앙에는, 자력센서 케이블이 통과하는 관통공이 형성되어 있고, 상기 자력센서부의 내부를 채우는 액체의 비중은 상기 자력센서의 비중과 동일하여 상기 자력센서가 액체속에서 중성부력이 되게하고, 상기 뚜껑은 상기 자력센서부와 나사결합되고, 상기 하우징의 개방된 상부 및 하부를 막는 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에 따르면, 시추공자력계 내부에 있는 자력센서의 상부 및 하부에 각각 스프링을 설치함으로써, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생되는 상하 방향의 물리적인 충격을 흡수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자력센서가 배치된 자력센서부의 내부를 자력센서와 비중이 동일한 액체로 채움으로써, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생되는 물리적인 충격으로부터 발생되는 진동을 빠르게 댐핑할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자력센서를 포함하는 시추공자력계에서, 실린더 형태의 자력센서부의 뚜껑 및 하부에 스프링용 고정홈이 형성되어 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자력센서의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자력센서의 양 측면부에 스프링멈춤부가 부착된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에서, 자력센서부의 내부에 배치된 자력센서의 상부 및 하부에 스프링이 설치되고, 자력센서부의 내부가 액체로 채워진 모습을 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에서, 자력센서부의 내부에 배치된 자력센서의 상부에 스프링이 설치된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에서, 자력센서부가 기울었을 때의 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계의 전체 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계(10)는 하우징(100), 프레임(200) 및 자력센서(300)로 구성된다. 이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계(10)의 세부 구성에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
하우징(100)은 상하가 개방된 형태의 비자성의 파이프로 구성되고, 내부에는 프레임(200)이 장착되며, 개방된 상부 및 하부를 막는 상부 뚜껑(미도시) 및 하부 뚜껑(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 하우징(100)은 상부 뚜껑을 통해 시추공자력계에 전원을 공급하거나 측정 자료를 송수신할 수 있는 케이블이 연결될 수 있으며, 이를 위해 상부 뚜에는 케이블이 관통할 수 있는 관통구(미도시)가 형성될 수 있다.
프레임(200)은 하우징(100) 내부에 장착된다. 본원발명에서 프레임(200)은 원형의 플라스틱 봉을 가공한 것으로 프레임(200)의 상부에는 각종 전자장치들을 장착할 수 있는 홈들이 파여져 있고, 하부에는 내부에 자력센서(300)가 배치되는 자력센서부(210)를 장착할 수 있는 홈이 파여져 있다. 실시예에 따라, 프레임(200)의 상부에는 시추공자력계가 회전할 경우 회전에 따른 지자기의 방위각을 보정하기 위해, 지자기의 방위각을 정확하게 측정하기 위한 자이로 센서 및 경사계가 장착될 수 있다. 여기서, 프레임(200)의 중간은 가공하지 않은 봉 상태로 남아있는데, 이는 프레임(200)의 상부에 장착된 각종 전자장치들로부터 발생하는 자력이 프레임(200) 하부에 위치한 자력센서부(210) 내부에 장착되어 있는 자력센서(300)에 영향을 덜 미치도록 분리하기 위한 것이다.
한편, 상술한 바와 같이, 본원발명의 프레임(200)의 하부에는 자력센서(300)가 내부에 배치되는 자력센서부(210)가 장착되는데, 이하에서는 자력센서부(210)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
자력센서부(210)는 프레임(200)의 하부에 장착되며, 그 내부에는 자력을 측정하는 자력센서(300)가 배치된다. 여기서, 자력센서부(210)는 상부가 개방된 실린더 형상으로, 개방된 상부를 막는 뚜껑(211)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 뚜껑(211)에는 추후 설명할 자력센서(300)의 상부에 설치된 상부스프링(310)을 고정시킬 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 상기 홈에 대해서는 추후 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
더 나아가, 실시예에 따라, 뚜껑(211)은 자력센서부(210)와 나사결합을 통해 결합될 수 있다. 이때, 자력센서부(210) 상부의 양측면부에 형성된 결합구(212)에 나사를 삽입하여 조여주는 나사결합 방식으로 자력센서부(210)와 뚜껑(211)은 결합될 수 있다. 여기서, 상기 뚜껑(211)의 양 측면부에는 안착홈이 형성되어 자력센서부(210)의 결합구(212)를 통해 결합된 나사의 끝단이 안착되도록 구성할 수 있으며, 더 나아가 상기 안착홈 내면에 나사산을 형성하여 상기 나사가 나사결합하도록 구성할 수 있다. 하지만, 나사결합은 일실시예에 따른 것으로, 자력센서부(210)와 뚜껑(211)을 보다 안정적으로 결합할 수 있다면, 이외의 다양한 결합방식이 본 발명에 적용될 수 있다.
또한, 상기 뚜껑(211)의 중앙에는 자력센서(300) 케이블이 통과하는 관통공(213)이 형성된다. 이때, 상기 케이블을 통해 전원이 공급되거나 자력센서(300)를 통해 측정된 자료들이 송수신될 수 있다. 여기서, 뚜껑(211)에 형성된 관통공(213)은 케이블을 통과시킨 후, 자력센서부(210)의 내부에 채워지는 액체가 새어나오지 않도록 하기 위해 탄성이 있는 접착제나 방수코넥타 등을 사용하여 밀폐 처리될 수 있다. 더 나아가, 실시예에 따라, 뚜껑(211)과 자력센서부(210)의 사이의 틈으로 자력센서부(210)의 내부에 채워진 액체가 새어나오는 것을 방지하게 위해 오링(O-ring)(214)이 뚜껑(211)에 결합될 수 있다. 하지만, 오링을 사용하는 것은 자력센서부(210)의 내부의 액체가 새어나오는 것을 방지하기 위한 하나의 방법으로, 자력센서부(210)의 내부 액체가 외부로 새어나오는 것을 방지할 수 있다면 오링 이외의 다양한 방법이 응용되어 본 발명에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자력센서를 포함하는 시추공자력계에서, 실린더 형태의 자력센서부의 뚜껑 및 하부에 스프링용 고정홈이 형성되어 있는 것을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자력센서부(210)의 뚜껑(211) 및 하부에는 각각 고정홈(215,216)이 형성된다. 추후 설명하겠지만, 자력센서(300)의 상부 및 하부에 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)이 설치되는데 상부스프링(310)은 뚜껑(211)에 형성된 고정홈(215)에 고정되게 설치되며, 하부스프링(320)은 자력센서부(210)의 하부에 형성된 고정홈(216)에 고정되게 설치된다. 여기서, 고정홈(215,216)의 형상은 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)의 일부가 추후 설명할 도 4에 도시된 바와 같이 끼워질 수 있는 원통형일 수 있다. 더 나아가, 고정홈(215,216)의 외경 사이즈는 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)이 단단히 끼워질 수 있도록 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)의 외경 사이즈와 일치하거나 그보다 조금 더 클 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 자력센서(300)에 대해 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자력센서의 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자력센서의 양 측면부에 스프링멈춤부가 부착된 것을 나타내는 도면이다.
자력센서(300)는 자력센서부(210)의 내부에 배치되며 자력을 측정하는 역할을 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따라 자력센서(300)는 직육면체의 형상으로 구성될 수 있다. 본원발명에서 자력센서(300)는 소형이며, 세 방향(X,Y,Z)의 자력을 측정할 수 있는 3축 플럭스게이트(fluxgate magnetometer)가 사용될 수 있으나, 이는 일실시예에 따른 것일 뿐, 이외에 다양한 자력센서(300)가 사용될 수 있다.
한편, 자력센서(300)의 양 측면부에는 도 4에 도시된 바와 같이 스프링멈춤부(330)가 형성될 수 있다. 이때, 스프링멈춤부(330)는 자력센서(300)에 설치되는 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)이 회전하지 않도록 하는 역할도 한다. 이를 위해, 스프링멈춤부(330)에는 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)이 자력센서(300)에 끼워질 때, 상기 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)을 고정시킬 수 있는 홈(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
일반적으로, 자력센서(300)의 측정 자료는 하나의 수직성분과 두 방향의 수평성분으로 출력된다. 이때, 전체 자력은 세 성분의 합성자력으로 계산하지만, 지자기의 방위각을 측정할 때에는 두 방향의 수평성분을 통해 주로 계산되기 때문에, 자력센서(300)를 자력센서부(210) 내부에 설치할 때, 자력센서(300)가 회전하지 않도록 고정할 필요가 있다. 만약, 자력센서(300)와 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)의 결합이 강하지 않으면 자력센서(300)가 회전할 수 있는데, 자력센서(300)가 회전하는 것을 방지하기 위해, 스프링멈춤부(330)와 맞닿는 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)의 부분을 접착제 등을 이용하여 고정하거나, 필요한 경우 상술한 바와 같이 스프링멈춤부(330)에 홈(미도시)을 형성하여 자력센서(300)가 홈에 걸려 고정되어 회전하지 않도록 할 수도 있다. 여기서, 스프링멈춤부(330)의 소재로 다양한 소재가 사용될 수 있으나, 가볍고 단단하며 자성이 없는 재질의 플라스틱 재질이 주로 사용될 수 있다.
한편, 자력센서(300)의 상부 및 하부에는 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)이 설치된다. 이때, 스프링은 자성이 없고 기계적 강도가 좋은 PC(Polycarbonate) 재질의 플라스틱 스프링을 사용하는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로, 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)은 자력센서(300)의 상부 및 하부에 끼워지는데, 자력센서(300)의 양측면부에 부착된 스프링멈춤부(330)의 양 끝단부에 맞닿을 때까지 끼워지게 된다. 이처럼, 본원발명에 따르면, 자력센서(300)에 설치된 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)에 의해, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생되는 상하 방향의 물리적인 충격이 흡수되어 자력센서(300)가 물리적인 충격으로부터 발생되는 잡음의 영향을 보다 덜 받을 수 있다.
이하에서는, 자력센서(300)에 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)이 설치되는 것에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에서, 자력센서부의 내부에 배치된 자력센서의 상부 및 하부에 스프링이 설치되고, 자력센서부의 내부가 액체로 채워진 모습을 나타내는 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에서, 자력센서부의 내부에 배치된 자력센서의 상부에 스프링이 설치된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상부스프링(310) 및 하부스프링(320)은 자력센서(300)의 상부 및 하부에 각각 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상부스프링(310)의 일면은 뚜껑(211)에 형성된 고정홈(215)에 끼워져 고정되고, 다른 일면은 자력센서(300)의 상부에 끼워지는데 스프링멈춤부(330)의 상단부에 맞닿을 때까지 끼워져 설치된다. 여기서, 상부스프링(310)의 내경은 상부스프링(310)을 자력센서(300)의 상부에 끼울 때 강하게 결합될 수 있도록 형성되어야 하는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부스프링(310)의 내경이 자력센서(300) 상단부의 대각선의 길이와 일치 또는 비슷하게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 동일한 방식에 의해, 하부스프링(320)의 일면은 자력센서부(210) 하단부에 형성된 고정홈(216)에 끼워져 고정되고, 다른 일면은 자력센서(300)의 하부에 끼워지는데 스프링멈춤부(330)의 하단부에 맞닿을 때까지 끼워져 설치된다. 이때, 하부스프링(320)의 내경도 하부스프링(320)을 자력센서(300)의 하부에 끼울 때 강하게 결합될 수 있도록 형성되어야 하므로, 하부스프링(320)의 내경 또한 자력센서(300) 하단부의 대각선의 길이와 일치 또는 비슷하게 형성되는 것이 바람직하다.
실시예에 따라, 상부스프링(310)과 스프링멈춤부(330)가 맞닿는 부분을 접착제 등을 이용하여 고정할 수 있고, 다른 실시예에 따라, 상부스프링(310)의 일부가 스프링멈춤부(330)에 형성된 홈(미도시)에 걸리게 하여 고정시킬 수도 있다. 이와 동일한 방식에 의해, 하부스프링(320)은 자력센서부(210)의 하단부에 형성된 고정홈(216)에 끼워져 고정될 수 있으며, 스프링멈춤부(330)와 맞닿는 부분은 접착제 등을 이용하여 고정할 수 있고, 다른 실시에에 따라, 하부스프링(320)의 일부가 스프링멈춤부(330)에 형성된 홈에 걸리게 하여 고정시킬 수도 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 자력센서부(210) 내부에는 액체(w)로 가득 채워진다. 이때, 상기 액체(w)는 자력센서(300)와 비중이 서로 동일한 액체이며, 자력센서(300)가 상하로 진동할 때, 상기 진동을 댐핑하는 역할을 한다. 일반적으로, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생되는 상하 방향의 물리적인 충격이 가해지면 자력센서(300)는 상하로 진동하게 되는데, 공기 중에서는 상기 진동이 더 오랫동안 지속될 수 있으므로, 상기 진동이 보다 빠르게 댐핑되도록 하기 위해 자력센서(300)가 상기 액체(w)에 잠기도록 자력센서부(210)의 내부를 액체(w)로 채우는 것이다.
본 발명에서 액체의 실시예로는 비중이 매우 크고 전기적 절연성이 우수한 FC-40(미국 3M사 제품)에 등유를 적당량 섞어서 사용하는 것이다. FC-40은 비중이 약 1.855이며 등유는 약 0.83이므로, 이 두 액체를 혼합하여 약 1.4 정도되는 자력센서의 비중에 맞출 수 있다.
더 나아가, 공기 중에서는 중력에 의해 평소에 상부 스프링은 늘어나 있고 하부 스프링은 눌려 있게 되는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 자력센서(300)와 비중이 서로 동일한 액체에 자력센서(300)를 담궈 가해지는 부력이 중성부력이 되도록 하는 것이다. 이와 같이 중성부력 상태가 되면 자력센서(300)는 뜨지도 가라앉지도 않는 상태로 설치될 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여 중성부력의 효과에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에서, 자력센서부가 기울었을 때의 모습을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 자력센서부(210)의 내부에는 액체(w)가 채워져 있는데, 만약, 자력센서부(210) 내부를 액체(w)로 채우지 않으면 자력센서부(210)가 도 7과 같이 기울었을 때, 자력센서(300)는 중력 때문에 아래로 쳐져서 자력센서부(210)의 내부벽에 닿을 수 있다. 이때, 자력센서(300)가 자력센서부(210)의 내부벽에 닿지 않게 하려면 상당히 강한 스프링을 사용하여야 하는데, 스프링이 강하면 완충효과를 기대하기 힘들게 된다. 하지만, 본원발명에서와 같이, 자력센서부(210)의 내부에 액체(w)를 가득채워 자력센서(300)가 액체(w)에 중성부력으로 떠있으면, 연한 스프링을 사용할 수 있으므로 완충효과를 최대화할 수 있고, 도 7과 같이 자력센서부(210)가 기울더라도 자력센서(300)가 자력센서부(210)의 내부벽에 닿지 않게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시추공자력계용 중성부력 자력센서에 따르면, 시추공자력계 내부에 있는 자력센서의 상부 및 하부에 각각 스프링을 설치함으로써, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생되는 상하 방향의 물리적인 충격을 흡수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자력센서가 배치된 자력센서부의 내부를 자력센서와 비중이 동일한 액체로 채움으로써, 시추공자력계가 시추공을 왕복하면서 발생되는 물리적인 충격으로부터 발생되는 진동을 빠르게 댐핑할 수 있는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 시추공자력계 100: 하우징
200: 프레임 ` 210: 자력센서부
211: 뚜껑 212: 결합구
213: 관통공 214: 오링
215,216: 고정홈 300: 자력센서
310: 상부스프링 320: 하부스프링
330: 스프링멈춤부

Claims (1)

  1. 상하가 개방된 형태의 파이프 형상의 하우징; 상기 하우징의 내부에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부에 장착되며 상부가 개방된 형태의 자력센서부; 상기 자력센서부의 개방된 상부를 막는 뚜껑; 및 상기 자력센서부의 내부에 배치되며 자력을 측정하는 자력센서를 포함하되, 상기 자력센서의 상부 및 하부에는 각각 스프링이 설치되고, 상기 뚜껑 및 상기 자력센서부의 하부에는 상기 자력센서의 상부 및 하부에 설치된 상부스프링 및 하부스프링이 고정되는 고정홈이 형성되며, 상기 자력센서부의 내부에는 상기 자력센서가 상하로 진동할 때, 상기 진동을 댐핑할 수 있는 액체가 채워져 있고, 상기 자력센서의 양 측면부에는 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링이 회전하지 않도록 하는 스프링멈춤부가 부착되며, 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링은 상기 자력센서의 상부 및 하부에 끼워지며, 스프링멈춤부의 양 끝단부까지 끼워지고, 상기 스프링멈춤부에는, 상기 상부스프링 및 상기 하부스프링을 고정시킬 수 있는 홈이 형성되어 있으며, 상기 뚜껑의 중앙에는, 자력센서 케이블이 통과하는 관통공이 형성되어 있고, 상기 자력센서부의 내부를 채우는 액체의 비중은 상기 자력센서의 비중과 동일하여 상기 자력센서가 액체속에서 중성부력이 되게하고, 상기 뚜껑은 상기 자력센서부와 나사결합되고, 상기 하우징의 개방된 상부 및 하부를 막는 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시추공자력계용 중성부력 자력센서.
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