KR20090069174A - 측정 헤드 및 측정 방법 - Google Patents

Abstract

지표면(8)에 뚫은 구멍(2, 2a, 2b)에서 수행되는 전기 측정에서 사용하기 위한 측정 헤드(1)는 상기 구멍에 적합되어 있는 가늘고 긴 본체(3)를 포함하며, 상기 본체(3)는, 상기 측정 헤드와 그 주위를 전기적으로 연결하여 상기 측정 헤드와 그 주위 사이에 전기 신호를 전송하기 위한 전극(4)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 측정 헤드(1)는 상기 구멍(2, 2a, 2b)의 길이를 따라 전극(4)의 양측에 본체(3)에 설치된 절연 수단(6)을 포함하며, 상기 구멍에 설치된 전극 주위에 상기 구멍의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되는 측정 영역(7)을 형성한다.

Description

측정 헤드 및 측정 방법{MEASURING HEAD AND MEASURING METHOD}

본 발명은 지표면에 뚫은 구멍에서 수행되는 다양한 전기 측정에 관한 것이며, 특히 암반 토질에서, 지질을 조사하기 위한 전기 측정에 관한 것이다. 본 발명은 구체적으로 측정에 사용되는 측정 헤드 및 실제의 측정 방법에 초점이 맞추어져 있다.

지표면에 뚫은 구멍을 통해 수행되는 전기 측정은 지질을 조사할 때 중요한 역할을 한다. 예를 들어 핵폐기물의 처리 장소를 고려할 때, 암반의 구조, 특히 암반에서 발견되는 갈라진 부분의 양 및 특질을 판단하는 것이 중요하다. 이러한 종류의 측정을 위한 다른 관심의 대상이 되는 어플리케이션은 광석을 탐사하는 것이다.

지질을 조사하기 위한 전기 특정 방법은 종래에 다양하게 공지되어 있다. 예를 들어, 소위 일점저항법(single point resistant: SIR)은 지표면에 뚫은 구멍에 설치한 전극과 상기 구멍의 주위 사이의 저항을 측정하는 것에 기초한다. 암반의 경우, 예를 들어, 단단한 암반에 의한 저항은 높지만 통상적으로 물로 채워져 있는 암반의 갈라진 틈 또는 갈라진 부분에 의해 상당히 감소한다. 그러므로 갈라진 부분 등의 위치를 조사할 때 이 저항을 사용할 수 있다.

다른 공지의 방법으로는 인공분극법(mise a la masse)이 있다. 이것은 지표면에 뚫은 구멍에 설치되어 있는 전극에 전류를 공급하고, 처음의 구멍으로부터 멀리 떨어져 있는 거리에서 지표면에 뚫은 다른 구멍으로부터 전압을 측정하는 방법이다. 전도성 영역에 전류 전극을 설치하면, 예를 들어 젖은 암반의 갈라진 부분 또는 광상(ore deposit)에 의해, 상기 영역에 거의 일정한 전위가 형성된다. 전도성 영역 외측의 영역의 저항이 높을수록, 이 전도성 영역 외측의 전위가 더 빠르게 감소한다. 그러므로 이 전도성 영역 내외측에서 전압을 시험하면, 이 전도성 영역의 전도성의 기하학적 구조(geometry)를 어느 정도 결정할 수 있다.

전술한 방법들은 하나의 중대한 문제를 가지고 있다. 정확한 측정을 보장하기 위해서는, 전기 측정 영역은 전극 근처로 제한되어야 한다. 예를 들어 SPR에서, 구멍 전체가 물로 채워져 있고, 이에 따라 전도성이 전도되는 경우, 예를 들어 암반의 갈라진 부분에 의한 저항은, 그 구멍의 다른 부분에서의 구멍의 벽들과 전극 사이의 저항과 반드시 크게 다르지는 않다. 인공분극법에서, 예를 들어 암반의 갈라진 부분의 크기와 형상을 조사할 때, 전극을 통해 공급된 전류는 전도성 구멍에서 위아래로 이동할 수 있고, 조사가 집중되는 갈라진 부분들과는 다른 갈라진 부분들로 이동할 수 있다. 이 경우, 전도성 영역, 즉 갈라진 부분이 전압을 측정함으로써 검출되는 경우, 문제의 갈라진 부분이 전류가 공급되는 갈라진 부분인지 확실하지 않다. 따라서 이러한 방법들의 리솔루션이 불충분하다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 회피하는 것이며 이에 의해 지표면에 뚫은 구멍에서 수행되는 전기 측정의 정확성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 측정 헤드 및 측정 방법은 각각 청구항 제1항 및 제6항에 기재되어 있는 것을 특징으로 한다.

지표면에 뚫은 구멍에서 수행되는 전기 측정에서 사용하기 위한 본 발명의 측정 헤드는 상기 구멍에 적합되어 있는 가늘고 긴 본체를 포함하며, 상기 본체는, 상기 측정 헤드와 그 주위를 전기적으로 연결하여 상기 측정 헤드와 그 주위 사이에 전기 신호를 전송하기 위한 전극을 포함한다. 바람직하게, 상기 본체는 측정을 위해 사용되는 구멍보다 그 외형이 상당히 작기 때문에, 구멍 내에 용이하게 설치될 수 있다. 본체의 외부 표면은 전극 영역을 제외하고는, 통상적으로 플라스틱 또는 그외 절연 재료로 만들어지고, 측정 헤드의 주위와의 전기적 접촉을 가지는 측정 헤드의 유일한 부분은 금속으로 피복된 전극이다. 이 상황에서 신호 전송은 전극으로부터 주위로 향할 수 있으며, 인공분극법에서 전류 신호를 공급할 때와 같이, 인공분극법의 전압 신호를 수신하는 데는 동일한 측정 헤드 구성이 마찬가지로 적절하다.

본 발명에 따르면, 측정 헤드는 측정 영역을 형성하기 위해 상기 구멍의 길이를 따라 전극의 양측에 본체에 설치된 절연 수단을 포함하며, 상기 측정 영역은 상기 구멍에 설치된 전극 주위에 상기 구멍의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되어 있다. 이와 같이 측정 영역의 범위를 정하는 것은 측정 리솔루션의 향상에 상당히 기여하는데, 왜냐하면 신호가 공급되거나 또는 신호가 수신되는 영역이 각각 전극 근처로 제한되기 때문이다. 예를 들어 인공분극법에서, 이것은 제한된 커버리지 영역의 전압 측정에 의해, 원하는 암반의 갈라진 부분 또는 그외 전도성 영역에 각각 전류가 공급되는 것을 보장하며, 이와 같이 판단되는 전도성 영역은 정확하고 동일한 영역과 접촉하고 있는 것으로 공지되어 있다.

절연 수단은 유연성 있고 탄성적인 판형태의 시트이며, 상기 시트는 본체 주위에 배치되고, 상기 구멍의 직경과 적어도 동일한 자유 직경을 가진다. 이것들은 예를 들어 플라스틱 또는 고무로 만들어질 수 있다. 본 명세서에서 유연성 있는 절연 시트의 자유 직경은 측정 헤드가 구멍에 설치되어 있지 않을 때 본체의 횡단 방향으로의 직경을 의미한다. 구멍의 직경보다 큰 직경을 가지는 유연성 있는 절연 시트는, 측정 헤드가 구멍에 설치될 때, 구멍의 벽들에 대해 빈틈 없게 가압되고, 동시에 구멍에서 세로 방향으로의 전기 접속을 차단하다. 시트가 벽에 대해 빈틈 없이 완벽하게 가압되지 않더라도, 절연 시트를 통과하는 전기 전도성은 이 경우에 상당히 감소할 것이다. 이러한 절연 시트는 매우 간단하며, 따라서 전기 절연을 구현하기 위한 저렴한 수단이다.

본 발명의 일실시예에서, 절연 시트는 본체의 길이를 따라 한 방향으로 구부러져서, 구멍에서 한 방향으로 측정 헤드의 이동을 따르고, 반대 방향으로 상기 측정 헤드가 이동할 때는, 상기 구멍의 벽들에 대해 더 빈틈 없이 가압된다. 구부러짐은 예를 들어 측정 헤드의 상부 단부 쪽으로 향할 수 있으며, 이것은 측정 헤드가 구멍 쪽으로 이동하는 것을 용이하게 하며, 측정 영역은 측정 헤드를 원하는 깊이에서 약간 위쪽으로 올림으로써 빈틈 없이 절연될 수 있다.

절연 효과를 더욱 높이기 위해, 본 발명의 일실시예는 본체의 길이를 따라 전극의 양측에 2 이상의 절연 시트를 연속적으로 포함한다. 이와 같이, 가능성 있는 하나의 절연 시트의 불충분한 절연 용량은 효과적인 전기 절연과 절충하지 않는다.

원하는 지면의 측정 리솔루션은 어플리케이션 및 지질에 따라 변하기 때문에, 절연 수단은 양호하게 본체의 길이를 따라 이동하도록 배치되어, 전극 주위에 배치되고 구멍의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되어 있는 측정 영역의 길이를 조정한다.

지표면에 뚫은 구멍에서 수행되는 전기 측정에서 사용하기 위한 측정 방법에 있어서, 상기 구멍에 설치된 전극과 그 주위와의 사이에 전기 신호가 전송된다. 본 발명에 따르면, 이 방법은 전극의 주위가 구멍의 길이를 따라, 상기 구멍의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되는 것을 포함한다. 이에 의해, 신호가 공급 또는 수신되는, 측정 헤드에 대한 커버리지 영역이 제한되며, 이에 따라 측정 리솔루션이 상당히 향상된다. 전술한 것과 같은 절연 수단은 전기 절연에 양호하게 사용된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 헤드의 일실시예를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 측정 헤드를 사용할 때 인공분극법의 원리를 나타낸다.

도 3은 도 2에 나타낸 것과 같은 측정 장치로부터의 측정 결과의 예를 나타 낸다.

도 1은 측정 헤드(1)의 한 부분 및 이 측정 헤드에 설치되는 드릴 구멍(2)을 나타낸다. 측정 헤드는 절연 재료로 피복된 가늘고 긴 본체(3)를 포함하며, 이 본체의 중간 부분은, 측정 헤드에 부착되고 본체의 내측에 위치한 케이블(5)을 통해 전자전도적으로(electrocunductively) 연결된 금속 전극(4)을 포함하며, 다른 측정 설비(도시되지 않음)는 지표면에 있다. 측정 헤드와 그 주위 사이의 전극을 통해 전기적 신호가 전송될 수 있다.

유연성 있고 탄성적이며 얇은 판형태인 3개의 플라스틱 시트(6)가 전극의 양측에 측정 헤드의 본체에 연속적으로 부착되어 있다. 시트의 크기는, 자유 위치에 있을 때, 각각의 시트의 직경이 드릴 구멍의 직경보다 약간 크도록 적합되어 있다. 측정 헤드가 드릴 구멍에 설치되면, 이에 따라 상기 유연성 있는 시트의 에지는 구멍의 벽들에 대해 가압된다.

플라스틱 시트는 구멍의 길이를 따라 전극 주위에 형성되어 전기 절연체로서 기능하고, 측정 영역(7)은 드릴 구멍의 다른 부분들과는 전기적으로 절연된다. 그러므로 절연된 측정 영역은, 전극과 그 주위 사이에 전기 신호가 전송될 수 있는 영역의 범위를 정한다. 이것은, 전극을 통해 신호를 공급할 때와 전극을 수신 신호 검출기로서 사용할 때, 전극의 지면 리솔루션(areal resolution)이, 전기적으로 절연된 측정 영역을 형성하지 않는 종래 기술의 해결책과 비교해 볼 때 상당히 향상된다는 것을 의미한다. 이러한 리솔루션의 향상이 도 2에 도시되어 있다. 전극 의 양측은 3개의 절연 시트를 포함하는 데, 그 이유는 하나의 절연 시트로는 모든 환경에서 측정 영역을 효과적으로 충분히 절연시킬 수 없기 때문이다.

시트(6)는 측정 헤드의 본체의 길이를 따라 동일한 방향으로 상호적으로 구부러진다. 이것은 측정 헤드가 드릴 구멍에서의 한 방향으로의 이동, 및 측정 헤드가 구멍에서 다른 방향으로 이동할 때 구멍의 벽에 대한 시트의 압력을 용이하게 한다. 도 1의 경우에서, 구부러짐은 측정 헤드의 하부 단부(lower end) 쪽으로 향해 있다. 그렇지만, 방향은 도 2에서와 같이 마찬가지로 반대의 방향이 될 수도 있다. 구부러짐 방향은, 예를 들어 측정이 구멍의 하부 단부에서 먼저 수행된 후 구멍에서 측정 헤드를 일단씩(stepwise) 올림으로써 수행되거나 또는 정반대의 방향으로 수행되는지에 따라 다르다.

도 2는 인공분극법에서 본 발명의 효율성을 나타내고 있다. 2개의 드릴 구멍(2a, 2b)이 암반 지질(8)에 뚫려 있다. 지질은, 통상적으로 물이 채워져서 전도성이 전도되는 갈라진 부분(9)을 포함한다. 인공분극법의 원리는 전류 I를 드릴 구멍을 통해 전도성의 지하 영역에 공급하고, 다른 구멍들로부터 전압을 측정하는 것이다. 우수한 전도성을 가지는 영역은 실질적으로 이 전압 측정에서 정전위의 영역으로서 검출되고, 이 정전위의 외측에서는 이 정전위 영역 주위의 전기 전도성이 감소할 때 전위가 더욱 더 방사상으로 변화한다. 이에 의해, 암반의 갈라진 부분 또는 광상과 같은, 전도성 영역의 크기 및 형상을 결정할 수 있고 게다가 그 전도성도 결정할 수 있다. 도 2에 도시된 상황에서, 물이 차 있을 수 있는 드릴 구멍(2a)에 종래의 측정 헤드를 이용하여 전류를 공급할 때, 이 전류는 도면에서 점 선으로 도시된 화살표를 따라 상기 물이 차 있는 구멍에서 위아래로 흐를 수 있으며, 또한, 그 전도성에 의해 정해진 비율 내에서 모든 갈라진 부분(9)으로 흐를 수 있다. 이 경우, 다른 구멍(2b)으로부터 전압을 측정함으로써 전도성 영역들을 탐사할 때, 이러한 영역들은 모든 갈라진 부분에 의해 검출될 것이지만, 전압의 집중(intensity)에 의해서도, 상기 영역들 중 어느 영역이 전류를 공급하는 전극에 가장 가까운 갈라진 부분과 직접 접촉하는 지를 반드시 판단할 수 있는 것은 아니다. 도면에 도시된 바와 같이, 드릴 구멍의 다른 부분들과는 전기적으로 절연되어 있는 측정 영역(7)을 전극(4) 주위에 형성함으로써 본 발명에 따른 측정 헤드(1)를 사용할 때, 전류 공급 및 전압 측정 모두의 커버리지 영역(coverage area)은 측정 리솔루션이 상당히 향상되는 식으로 해서 범위가 정해질 수 있다. 환언하면, 예를 들어, 전류는 드릴 구멍(2a)에서 측정 영역(7)을 벗어나서 흐를 수 없다. 이것은, 전압을 측정함으로써, 전류 공급 전극의 측정 영역에 의해 위치하는 그 정확한 갈라진 부분의 전위 측정 구멍으로부터 검출하는 것을 가능하게 한다. 종래 기술에 따른 측정 헤드와 비교해 볼 때, 유사한 리솔루션 향상이 하나의 전극에 의해 수행되는 SPR에서 인지된다.

도 3의 측정 결과는, 23.6m의 깊이에 형성된, 암반의 갈라진 부분에 의한 하나의 구멍에 전류 전극이 설치되어 있고, 다른 구멍에서는 전위 측정 전극이 이동되는 장치에서 얻어진 것이다. 도면은 10 - 30m의 전극 깊이에서의 전위 측정 전극의 결과를 보여주고 있다. 측정은 본 발명에 따른 절연 고무 시트가 사용되지 않은 장치를 사용해서 수행되었는데, 이 절연 시트는 전위 측정 전극 주위에서만 사용되었고, 양 측정 헤드에 상기 절연 시트가 설치되어 있다. 절연 시트는 4개의 연속적인 시트로 이루어지는 적층으로서 사용되었다. 비율 U = RI(U=전압, I=전류, R=저항)를 이용하여, 공급된 전류에 의해 전압을 저항으로 변환시킴으로써, 그 결과가 저항값으로서 표시되어 있다. 우수한 전도성을 가지며 전류가 공급되는 영역에서, 전압은 실질적으로 일정하며, 그 세기는 전도성 영역과 전기적 접지면 사이의 저항의 세기에 따른다. 전도성 영역의 외측에서는, 전압, 그리고 마찬가지로, 측정 포인트와 전기적 접지면 사이의 저항이 감소한다. 이 현상은, 전류가 공급되는 갭에 의해, 전압 신호의 증가로서, 또한 전압으로부터 계산된 저항의 신호의 증가로서, 도 3의 결과에 표시되어 있다.

결과에 의해 나타난 바와 같이, 전위 측정 전극과 결합하여 단지 하나의 절연 시트만을 사용하면, 절연 시트를 사용하지 않은 상황에 비해 갭에 의한 신호가 3배 이상으로 된다. 측정 헤드의 양측에 절연 시트를 사용한 경우에는, 검출된 신호가 절연 시트를 사용하지 않은 신호에 비해 10배 이상 강하게 된다. 이러한 결과는, 본 발명에 따른 드릴 구멍의 다른 부분들로부터 전극의 주위를 전기적으로 절연함으로써 전기 측정의 리솔루션에 도달될 수 있는 효율성을 분명하게 보여주고 있다.

본 발명은 전술한 예에 제한되지 않으며, 청구의 범위의 범주 내에서 이러한 실시예의 많은 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (6)

1. 지표면(8)에 뚫은 구멍(2, 2a, 2b)에서 수행되는 전기 측정에서 사용하기 위한 측정 헤드(1)에 있어서,

   상기 구멍에 적합되어 있는 가늘고 긴 본체(3)를 포함하며,

   상기 본체(3)는, 상기 측정 헤드와 그 주위를 전기적으로 연결하여 상기 측정 헤드와 그 주위 사이에 전기 신호를 전송하기 위한 전극(4)을 포함하며,

   상기 측정 헤드(1)는 측정 영역(7)을 형성하기 위해 상기 구멍(2, 2a, 2b)의 길이를 따라 전극(4)의 양측에 본체(3)에 설치된 절연 수단(6)을 포함하며, 상기 측정 영역(7)은 상기 구멍에 설치된 전극 주위에 상기 구멍의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되어 있는, 측정 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절연 수단은 유연성 있고 탄성적인 판형태의 플라스틱 시트(6)이며, 상기 플라스틱 시트(6)는 상기 본체(3) 주위에 배치되고, 상기 구멍(2, 2a, b2)의 직경과 적어도 동일한 자유 직경을 가지는, 측정 헤드.
3. 제2항에 있어서,

   상기 절연 시트(6)는 상기 본체(3)의 길이를 따라 한 방향으로 구부러져서, 상기 구멍(2, 2a, 2b)에서 한 방향으로 상기 측정 헤드의 이동을 따르고 반대 방향 으로의 상기 측정 헤드의 이동의 결과로서 상기 구멍의 벽들에 대해 더 빈틈 없이 가압되는, 측정 헤드.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   측정 영역(7)의 절연 효과를 높이기 위해, 본체(3)의 길이를 따라 전극(4)의 양측에 2 이상의 절연 시트(6)가 연속적으로 설치되어 있는, 측정 헤드.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   절연 수단(6)은 측정 영역(7)의 길이를 조정하기 위해 본체(3)의 길이를 따라 이동하도록 배치되며, 상기 측정 영역(7)은 전극(4) 주위에 배치되고 구멍(2, 2a, 2b)의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되는, 측정 헤드.
6. 지표면에 뚫은 구멍(2, 2a, 2b)에서 수행되는 전기 측정에서 사용하기 위한 측정 방법에 있어서,

   상기 구멍에 설치된 전극(4)과 그 주위와의 사이에 전기 신호(I, U)가 전송되고,

   상기 전극(4)의 주위는 상기 구멍(2, 2a, 2b)의 길이를 따라, 상기 구멍의 다른 부분들로부터 전기적으로 절연되는, 측정 방법.

Images