KR20180021213A

KR20180021213A - 보어홀 시험 장치

Info

Publication number: KR20180021213A
Application number: KR1020187004496A
Authority: KR
Inventors: 조지 알 피스크살코; 딘 에이 코튼; 리차드 이 쥬니어 베리스; 타일러 에이 파이디몬트
Original assignee: 파일 다이나믹스, 인크.
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-28
Also published as: IL255686B; CN108350734B; EP3334900A4; MX365774B; HK1252035A1; MX2017015672A; IL255686A; KR101983096B1; US20160348500A1; AU2016307870A1; HK1252035B; BR112018001709B1; EP3334900B1; JP2018523033A; US10330823B2; JP6463871B2; AU2016307870B2; WO2017030868A1; EP3334900A1; BR112018001709A2

Abstract

적어도 보어홀 개구부, 굴착부(excavation) 및 슬러리 벽과 같은 토양 개구부(ground opening)의 벽의 상태를 측정하는 검사 시스템이 개시되고, 검사 시스템은, 관련 보어홀 내로 강하되도록 구성된 헤드 유닛을 포함하고, 데이터 수집 단계 동안 관련 보어홀 내로의 헤드 유닛의 강하를 가능하게 하도록 연관된 강하 유닛에 작동 가능하게 그리고 선택적으로 연결되도록 구성된 강하 마운트를 가지며, 데이터 수집 단계는, 헤드 유닛이 연관된 강하 유닛에 의해 보어홀의 연관된 하부 한계를 향하여 관련 보어홀 내에서 강하되는 강하 단계와, 헤드 유닛이 연관된 하부 한계로부터 멀리 관련 보어홀 내에서 상승되는 상승 단계 중 적어도 하나를 포함하고, 데이터 수집 단계 동안 관련 보어홀의 하나 이상의 물리적 특성에 관련된 적어도 한 세트의 시험 데이터가 수집되고, 헤드 유닛은, 내부 측정 시스템과, 관련 보어홀 축의 적어도 일부에 대체로 평행한 헤드 축의 반경 방향 외측으로 향하는 복수의 센서를 포함하는 센서 장치를 포함하고, 복수의 센서는 헤드 축 둘레로의 회전 없이 데이터 수집 단계 동안 헤드 유닛이 이동되게 하고, 복수의 센서는, 데이터 수집 단계 동안 수집된 적어도 한 세트의 시험 데이터를 적어도 부분적으로 생성한다.

Description

보어홀 시험 장치

본원은 2015년 8월 14일 출원된 미국 임시 출원 제62/205,335호의 우선권을 주장한다.

본원의 발명은 보어홀(borehole) 및/또는 굴착부(excavation)를 검사하기 위하여, 더욱 상세하게는 굴착부의 하부 및/또는 측벽을 검사하고 보어홀 및/또는 굴착부의 품질, 형상 및/또는 수직성(verticalty)에 관한 빠르고 신뢰성 있는 정보를 제공하기 위하여, 보어홀 또는 임의의 심굴부(deep excavation)나 개구부에서 사용될 수 있는 측정 장치에 관한 것이다.

[참조에 의한 편입]

McVay 등의 특허 제6,533,502호는 예시를 위해 여기에 참조로 편입되는 파일의 분석을 위한 무선 장치 및 방법을 개시한다. 또한, Mullins 등의 특허 제6,783,273호는 예시를 위해 역시 본원에 참조로 편입되는 콘크리트 샤프트의 무결성을 시험하는 방법을 개시한다. Piscsalko 등의 특허 제6,301,551호는 원격 파일 구동 분석기를 개시하며 이를 예시하기 위해 본원에 참조로 편입된다. Likins Jr. 등의 특허 제5,978,749호는 파일 설치 기록 시스템을 개시하며, 이를 예시하기 위해 본원에 참조로 편입된다. Piscsalko 등의 특허 제8,382,369호는 파일 감지 장치 및 이를 이용하는 방법을 개시하며, 이를 예시하기 위하여 본원에 참조로 편입된다. Dalton 등의 특허 출원 공보 제2012/0203462호는 파일 설치 및 모니터링 시스템과 이를 이용하는 방법을 개시하며, 이를 예시하기 위하여 본원에 참조로 편입된다.

Ding의 특허 제8,151,658호는 예시를 위해 여기에 참조로 편입되는 보어홀의 내부 하부의 검사를 위한 검사 장치를 개시한다. Tawfiq 등의 특허 제7,187,784호는 타공된(drilled) 샤프트 검사를 위한 보어스코프(borescope)를 개시하며, 이를 예시하기 위하여 여기에 참조로 편입된다. 또한, Tawfiq 등의 특허 제8,169,477호는 타공된 샤프트 검사를 위한 디지털 비디오 보어스코프를 개시하며, 이를 예시하기 위하여 여기에 참조로 편입된다. Hayes의 특허 제7,495,995호는 캘리퍼로 보어홀을 조사하기 위한 방법 및 장치를 개시하며, 이를 예시하기 위하여 여기에 참조로 편입된다.

Glenning 등의 특허 제6,058,874호는 수중 장치를 위한 무선 주파수 통신을 개시하며, 이를 예시하기 위하여 본원에 참조로 편입된다. An 등의 특허 제7,872,947호는 수중 장치를 위한 수중 무선 통신 시스템 및 방법을 개시하며, 역시 이를 예시하기 위하여 본원에 참조로 편입된다. Mccoy의 미국 특허 출원 공보 제2006/0194537호는 수중 장치를 위한 무선 주파수 통신을 개시하며, 이를 예시하기 위하여 본원에 참조로 편입된다.

출원인은 본원의 발명이 특히 타공된 파일 샤프트 또는 보어홀의 타공 및 검사에 특히 양호하게 작용하는 것을 발견하였으며, "보어홀(borehole)"이라 언급한 것이 본원 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 그러나, 본원은 타공된 파일 샤프트 또는 보어홀에 한정되지 않으며, 본원에서 파일 및/또는 보어홀에 대한 참조는 본원의 범위를 한정하지 않는다. 이러한 점에서, 본원의 발명은 임의의 심굴부와 관련하여 사용될 수 있으며, 품질, 형상, 반경 및/또는 수직성이 판단 및/측정될 필요가 있다. 더하여, 본원의 발명은 또한 슬러리(slurry) 벽 또는 임의의 다른 연장된 개구부(opening)와 같은 다른 개구부를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 유사하게, "파일(pile)"은 타공된 샤프트 또는 다른 깊은 기초(deep foundation) 요소를 동등하게 나타낼 수 있다. 따라서, 보어홀은 지층(ground layer)과 같은 층에서의 임의의 개구부와, 슬러리 벽과 같은 임의의 다른 굴착부를 동등하게 나타낼 수 있다. 얕은 기초부 및/또는 개구부에 대한 적용도 또한 유용하다.

감지 장치는 여러 해에 걸쳐 건축 및 건설 산업에 사용되어 왔다. 이러한 감지 장치는 현장에서 다양한 이유로 사용되는 다양한 장치를 포함한다. 이러한 장치들은 건물 및 교량의 중량을 지지하는 것과 같지만 이에 한정되지 않는 상부 구조의 중량을 지지하는 데 사용되는 파일과 같은 지지 요소의 설치 및 사용과 관련하여 사용되는 감지 장치를 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 파일과 같은 지지 기초 요소가 적절히 형성되어 설치되었고 현장에서 이의 사용 전체에 걸쳐 구조적으로 적절한 상태로 있는 것을 모두 보장하는 것이 중요하다. 또한, 과도한 침하(settlement) 없이 가해진 부하를 지지하기 위하여 충분한 지질 공학적 지지력(bearing capacity)을 가져야 한다.

파일의 설치와 관련하여, 파일이 건물 또는 상부 구조의 중량을 지지할 수 있도록 이들 구조가 적절히 건설되는 것이 중요하다. 따라서, 여러 해에 걸쳐, 파일이 구조의 건축 요건을 만족하는 것을 보장하기 위하여 파일의 설치와 관련하여 작동하도록 시스템이 설계되어 왔다. 이것은 Piscsalko 등의 특허 제6,301,551호에 예시된 바와 같이 파일의 구동과 관련하여 작동하는 감지 장치를 포함한다. 다시 말하면, Piscsalko 특허는 구조 파일의 감지 및 구동에 관한 배경 기술로서 참조로 여기에 편입된다. 이러한 장치는, 작업자가 이러한 파일을 구동하는데 도움을 줘서, 구동 과정 동안 파일에 과도한 스트레스를 가하지 않고 파일이 토양 내에서 적절히 구동되는지를 결정하고, 감리 엔지니어에 대하여 파일이 적합한 지질 공학적 지지력을 포함하는 모든 설계 요건을 충족한다는 것을 보증한다.

유사하게, 구동된 후 파일을 모니터링하는 데 사용되는 장치가 알려져 있다. 이것은 구동 과정 후에도 파일을 모니터링하는 데 사용될 수 있는 장치를 포함하는 Piscsalko의 특허를 포함한다. 또한, Mcvay 등의 특허 제6,533,502호도 구동 과정이 완료되는 동안 또는 그 후 파일을 모니터링하는 데 사용되는 장치를 개시한다. 시스템에 의해 생성된 정보는, 지질 공학적 지지력을 포함하는 파일의 현재 상태를 판단하고, 자연 재해를 포함하는 많은 사건 중 임의의 하나에 응답하여 발생하였을 수 있었거나 발생하지 않았을 수 있는, 구조적 손상과 같은, 결함 및/또는 손상을 판단하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 장치들이 타설된 파일의 구조적 무결성을 판단하는데 도움을 주기 위하여 사용될 수 있고, 파일의 타설과 이러한 타설의 품질은 콘크리트와 같은 타설된 재료가 일단 양생되면 파일의 구조적 무결성을 판단할 수 있다는 것이 당업계에 알려져 있다. Mullins 등의 특허 제6,783,273호는 타설된 파일에서 콘트리트의 양생 사이클 동안 로깅 튜브(logging tube)에서 단일 열 센서 장치를 상하로 이동시켜 콘크리트 샤프트의 무결성을 시험하는 시스템 및 방법을 개시하는 것에 의해 타설된 파일의 이러한 무결성을 측정하고자 하였다. Piscsalko의 특허 제8,382,369호는 Mullins의 장치에 대한 대안을 개시하며, 각각이 다수의 열 센서를 갖는, 구조적 무결성 및/또는 다른 구조적 특성을 평가하기 위하여 타설된 재료의 양생에 기초하여, 실시간으로, 대체로 동시에 그리고 일정한 기간 동안 전체 파일을 모니터링할 수 있고 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 수 있는 하나 이상의 센서 스트링을 포함하는 열 파일 감지 장치를 개시한다.

그러나, 위에서 개시된 종래 기술이 파일의 타설 동안 또는 그 후에 파일의 무결성과 보어홀의 특정 양태를 효율적으로 측정할 수 있지만, 파일의 지지력도 더욱 통상적으로 파일이 타설되기 전에 샤프트의 길이부 주위에 그리고 하부 보어홀의 아래에 있는 토양의 상태에 의존한다. 보어홀의 하부에서의 지지력은 보어홀의 하부에서의 토양의 상태에 관련되며, 느슨한 토양은 원상토(undisturbed soil) 또는 밀도 있는 토양보다 더 적은 지지력을 가진다. 느슨한 토양은 또한 지지된 구조의 바람직하지 않은 침하 증가의 원인이 된다. 따라서, 보어홀의 하부에서 느슨한 토양의 양을 감소시키는 것이 가장 좋다. 지면의 수십 미터 아래에 있을 수 있고, 흔히 물과 혼합된 현탁된 진흙 입자, 또는 가능성 있게는 액체 폴리머 혼합물로 구성되는 불투명한 슬러리 상태에 있는 보어홀의 하부를 검토하는 것과 연관된 난점을 고려하여, 샤프트 하부에서 느슨한 토양과 같은 부적합한 지지 재료의 양을 감소시키기 위하여 이른바 "소제구 버켓(clean-out bucket)"을 채용하는 것이 통례이다. 이 절차는 타공 설비를 소제구 버켓으로 교체하고, 그 다음 이는 보어홀 내로 강하된다. 그러나, 하부 세척의 성공은 보장되지 않으며, 이러한 노력의 여러 번의 패스(pass) 또는 사이클이 필요할 수 있다. 불확실성은 불필요한 노력 및 이에 따른 비용을 초래할 수 있다. 본원의 나머지 명세서 전체에 걸쳐, "암설층(debris layer)" 및/또는 "암설"이라는 용어는 일반적으로 지지층(bearing layer) 위의 부적합한 지지 재료를 정의하는데 사용될 것이다. 부적합한 지지 재료는 느슨한 토양, 느슨한 재료, 연질 재료 및/또는 일반적인 암설을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 암설은 함께 암설층을 형성한다. 보어홀 벽의 상태도 마찬가지이며, 보어홀의 상태 및 형상도 타설된 파일의 지지력에서의 인자이다.

따라서, 장기간 동안 작업 현장에서 보어홀 근처에서 작업하는 매우 숙련된 오퍼레이터를 필요로 하는 것에 의해 인건비를 불리하게 증가시키지 않으면서 시스템의 복잡성 및 비용을 감소시키는, 파일이 타설되기 전에 보어홀의 표면을 검사하기 위한 시스템에 대한 요구가 여전히 있다. 더하여, 저비용으로 보어홀 하부 및/또는 측부를 검사하고 보어홀의 하부 상에서의 암설을 치우기 위한 2차 굴착 시스템에 대한 필요성과 그에 의해 요구되는 시간을 감소시키는 시스템에 대한 요구가 있다.

본원의 발명은 보어홀 및/또는 심굴부 검사 장치에 관한 것이고; 더욱 상세하게는, 보어홀 및/또는 심굴부 검사 장치 및 시스템에 관한 것이다.

훨씬 더 상세하게는, 본원의 발명은 본원에 의해 정의되는 바와 같이 "무선으로" 작동될 수 있게 하는 구성을 갖는 보어홀 검사 장치 또는 시스템에 관한 것이지만, 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 더하여, 이는, 보어홀의 상태를 빠르고 정확하게 측정할 수 있고, 이는 보어홀 및/또는 굴착부의 품질, 형상, 반경 및/또는 수직성에 관한 빠르고 신뢰성 있는 정보를 제공하기 위하여 개구부 또는 굴착부의 하부 및/또는 측벽의 구성을 정확하게 측정 및/또는 결정하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 하나의 양태에 따라, 개구부의 하나 이상의 특성을 결정하기 위하여 보어홀의 하부 및/또는 측부의 표면을 스캔하고, 감지하고, 및/또는 검출하도록 보어홀, 굴착부 또는 샤프트 홀 내에서 향하게 될 수 있는 스캐너 또는 센서를 포함하는 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 보어홀 또는 개구부 내에서 향하게 될 수 있는 본질적으로 자납식(self-contained) 센서 장치일 수 센서 장치를 포함하는 시스템이 제공된다. 센서 장치가 자납식일 수 있다는 점에서, 장치는 "무선" 장치일 수 있고, 자납식 장치는 보어홀 내로 향하게 된다.

한 세트의 실시예에서, 센서 장치는 보어홀 외부의 및/또는 현장 외의 오퍼레이터 및/또는 시스템과 무선으로 통신할 수 있다. 본원의 전체에 걸쳐 논의되는 바와 같이, "무선" 시스템은 보어홀 내에 강하되지 않는 외부 시스템에 유선 연결되지 않으면서 장치의 다운홀(downhole) 부분이 사용될 수 있게 하는 임의의 시스템일 수 있다. 이것은, a) 시스템의 다운홀 부분이 외부 시스템(들)에 독립적으로 작동되고 및/또는 통신 배선 없이 외부 시스템(들)과 통신할 수 있게 하는 무선 운영 및/또는 통신 장치의 사용을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, b) 시스템의 다운홀 부분이 자납식이 되게 하고 데이터 측정 사이클이 완료된 후에 데이터를 통신하는 데이터 관리 시스템을 포함하고, 다운홀 부분은 보어홀로부터 및/또는 다운홀 부분이 보어홀의 표면으로 복귀한 후에 제거된다. 바람직한 형태의 이러한 장치는 아래에서 더 논의될 것이고, 이러한 바람직한 형태는 단지 예인 것으로 의도되며 본원을 한정하려고 의도되지 않는다.

다른 세트의 실시예에서, 센서 장치는 데이터를 보유하며, 그 다음 요구에 따라 그 데이터를 통신한다. 이것은 시스템이 보어홀을 순환한 후에 데이터를 통신하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 센서 장치는 보어홀로부터 적어도 부분적으로 제거된다. 바람직하지 않지만, 유선 통신 시스템이 데이터의 이러한 통신을 위하여 활용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 세트의 실시예에서, 메인 라인 또는 케이블이 굴착 및/또는 보링(boring)에 사용되는 켈리바(Kelly Bar) 및/또는 보어홀 및/또는 굴착부를 파고, 굴착하고, 보링하고 및/또는 청소하는데 사용되는 당업계에 알려진 임의의 다른 강하 장치에 장착 가능한 센서 장치를 포함하는 시스템이 제공된다. 무선 기술 및/또는 자납식 설계를 이용함으로써, 시스템은 종래의 시스템보다 더 빠르게 사용될 수 있다. 더하여, 임의의 무선 기술 및/또는 데이터 관리 시스템이 본원의 장치와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 보어홀을 검사하도록 구성된 자납식 센서 장치를 포함할 수 있는 시스템이 제공된다. 더하여, 시스템은, 종래 기술에서 필수적인, 보어홀에서 장치를 회전시키는 필요성을 제거하는 센서 장치를 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이것은 시스템을 더 단순화할 수 있다. 더하여, 이것은 기존 시스템에 비하여 정확성과 응답 시간을 개선할 수 있다.

본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 원주 방향으로 이격된 센서 및/또는 장치나 헤드 축 둘레로 원주 방향으로 이격되고 장치나 헤드 축으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 시험 장치를 갖는 센서 장치를 포함하는 보어홀 검사 시스템이 제공된다. 이것은 센서 장치가 전체 센서 장치 주위로 보어홀 벽(들)의 적어도 큰 부분을 동시에 시험할 수 있게 함으로써 장치를 회전시키는 필요성을 더 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 더하여, 이것은 보어홀 벽(들)의 더 큰 부분이 동시에 스캔될 수 있게 하도록 서로에 대하여 엇갈리게 배치된 다수의 센서 세트를 포함할 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 다수의 세트는 헤드 축을 따라 서로 축 방향으로 이격될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 보어홀 내에 발견되는 상이한 상태들에 대하여 구성된 다수의 센서 세트를 포함하는 센서 장치를 포함하는 보어홀 검사 시스템이 제공된다. 이러한 점에서, 하나의 센서 세트(하나 이상의 제1 센서를 포함)는 건조 환경에 대하여 구성될 수 있고, 하나 이상의 다른 센서 세트(하나 이상의 제2 센서 등을 포함)는 습기 있는 환경 또는 슬러리 환경에 대하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 센서, 수신기 및/또는 장치가 보어홀 내로 강하됨에 따라 슬러리 밀도 및/또는 파 속도(wave speed)에서의 변화를 측정하는데 사용될 수 있는 알려진 간격으로 있는 레퍼런스 부재를 포함하는 센서 장치를 포함하는 보어홀 검사 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 깊이 측정 시스템 및/또는 깊이 제어 시스템을 포함하는 보어홀 검사 시스템이 제공된다. 깊이 측정 시스템 및/또는 깊이 제어 시스템은 다수의 압력 센서를 포함할 수 있다. 바람직한 장치에서, 이 시스템은 서로 알려진 간격으로 있고 알려진 간격만큼 서로 축 방향으로 이격된 적어도 2개의 센서를 포함한다. 깊이 측정 시스템은, 하나 이상의 가속도계, 하나 이상의 고도계, 타이머, 클록, 로터리 인코더 또는 센서 장치의 깊이를 계산 및/또는 측정하기 위하여 알려진 임의의 다른 깊이 측정 시스템을 포함할 수 있다. 시스템 및/또는 장치의 다른 양태에서와 같이, 계산/측정된 깊이는 저장되고 및/또는 시스템의 다른 부분에 선택적으로 통신될 수 있다.

본 발명의 추가적인 다른 양태에 따르면, 시스템은 보어홀 내의 시스템의 수직성을 판단하기 위하여 하나 이상의 가속도계 및/또는 하나 이상의 고도계를 포함할 수 있다. 더하여, 스캐너 시스템의 수직성 측정은 스캐너 시스템 측정을 보완하는데 사용될 수 있다. 더하여, 시스템은 독립적으로 및/또는 압력 센서(들), 가속도계, 타이머, 클록 및/또는 고도계를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 장치와 조합하여 깊이를 측정할 수 있는 켈리바(또는 다른 강하 장치)에 대하여 고정된 로터리 인코더를 더 포함할 수 있다. 조합하여 사용될 때, 로터리 인코더는 깊이 측정에서의 정확성을 더 개선하기 위하여 압력 센서(들), 가속도계, 타이머, 클록 및/또는 고도계와 동기될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 보어홀 내의 시스템의 깊이가, 적어도 부분적으로, 알려진 수직 간격을 갖는 2 이상의 압력 센서를 이용하여 계산될 수 있고, 압력 센서들은 깊이를 검출하기 위하여 함께 작동할 수 있다. 깊이는 슬러리 밀도에서의 변화에 기초하여 검출되고, 이것은 센서 장치의 깊이를 판단하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 로터리 인코더, 압력 센서, 가속도계, 타이머, 클록 및/또는 고도계의 사용은, 본 발명의 다른 양태 및/또는 무선 기술과 조합하여, 강하된 장치를 표면 시스템(surface system)에 연결하는 배선 및/또는 라인에 대한 필요성 및/또는 데이터 수집 동안 현장에서(on side) 또는 현장 외에서 보어홀 검사를 모니터링하는 오퍼레이터(들)에 대한 필요성을 제거한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 타이밍 시스템이 센서 시스템의 하나 이상의 부품을 동기화시키기 위하여 포함될 수 있어, 이에 의해 시스템이 "무선"이 되게 한다. 이러한 점에서, 시스템은 센서 시스템을 보어홀 내로 강하시키도록 구성된 강하 장치(lower arrangement)를 포함할 수 있다. 강하 장치는 강하 타이머를 포함할 수 있고, 센서 장치는 센서 타이머를 포함할 수 있다. 강하 타이머와 센서 타이머는 동기화될 수 있다. 또한, 센서 데이터가 시간의 함수로서 측정될 수 있고, 깊이가 시간의 함수로 측정될 수 있으며, 센서 데이터 및 깊이 데이터는 그 다음 센서 데이터의 깊이를 판단하기 위하여 시간에 관하여 동기화될 수 있다. 그 다음, 이 데이터는 데이터 수집 단계 동안 무선 동작을 가능하게 하도록 시험 동안 및/또는 시험 후에 유선 및/또는 무선으로 통신될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 로터리 인코더, 가속도계, 타이머, 클록 및/또는 고도계의 사용은, 무선 기술과 조합하여, 검사 과정의 반자동 및/또는 완전 자동을 더 양호하게 허용한다. 더하여, 다수의 보어홀이 단일 오퍼레이터 및/또는 단일 운영 시스템에 의해 본원의 장치 및 시스템을 이용하여 동시에 검사될 수 있다.

본원의 발명의 다른 양태에 따르면, 본원의 장치는 또한 다른 보어홀 검사 시스템과 조합하여 작동할 수 있다. 이것은 샤프트 하부 아래의 토양의 지지력 및/또는 샤프트 개구부의 측벽의 지지력을 측정하기 위하여 사용되는 장치를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

더욱 상세하게는, 한 세트의 실시예에서, 시스템은 반작용 하중(reaction load)을 활용함으로써 토양 저항을 측정하도록 구성된 장치와 조합하여 작동할 수 있고, 이 반작용 하중은 이미 존재하는 거대한 타공 설비의 중량에 의해 생성되는 실질적인 반응 부하일 수 있다.

본원의 발명의 또 다른 양태에 따르면, 시스템은 보어홀 하부의 표면에서의 암설층의 깊이를 판단하고 암설층 아래의 보어홀의 지지층의 지지력을 측정하기 위하여 반작용 하중을 측정할 수 있는 장치와 조합하여 작동할 수 있다.

본원의 발명의 또 다른 양태에 따르면, 시스템은 측벽의 지지력을 측정할 수 있는 장치와 조합하여 작동할 수 있고, 따라서 잠재적으로 지지력이 더 잘 알려짐에 따라 안전 마진(safety margin)을 정당하게 감소시킴으로써 더 많은 비용을 감소시킬 수 있다.

본원의 발명의 또 다른 양태에 따르면, 시스템은 다수의 센서를 포함할 수 있고, 이러한 다수의 센서는 보어홀의 2 이상의 특성을 검출하고 시험할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 다수의 센서의 사용은 장치의 회전에 대한 필요성을 또한 방지할 수 있다.

본원의 발명의 다른 양태에 따르면, 시스템은 타공 설비에 빠르게 연결되도록 구성될 수 있고, 개별의 독립적인 강하 시스템은 필요하지 않아, 이에 의해 다루기 힘든 추가 설비를 설정하기 위한 필요성을 제거하고 타공 과정의 마지막과 콘크리트 타설의 시작 사이의 임의의 시간 지연을 최소한으로 감소시킨다.

본원의 발명의 또 다른 양태에 따르면, 시스템은 힘 및 변위 센서를 모두 포함하는 장치와 조합하여 작동할 수 있어, 이에 의해 암설의 양 및/또는 보어홀 하부 및/또는 측부의 지지층의 지지력을 모두 측정한다.

본원의 발명의 또 다른 양태에 따르면, 시스템은 보어홀 내로 강하되는 헤드 유닛 상의 감지부와, 헤드 유닛과 통신할 수 있고 장치의 오퍼레이터, 현장에 있는 요원 및/또는 현장 외 요원이 볼 수 있는 실시간 데이터를 디스플레이할 수 있는 표면 시스템(현장에 있거나 현장 외에 있음)을 포함할 수 있어, 이에 의해, 보어홀 하부에 시험된 각각의 위치에 대하여 시스템이 보어홀로부터 제거되는 것을 방지하고, 따라서 효율을 개선하고 시험에 필요한 시간을 감소시킨다.

본 발명의 이러한 목적, 양태, 특징, 이점 및 발전과, 다른 목적, 양태, 특징, 이점 및 발전은 도면과 함께 아래에서 설명되는 다음 부분에서 설명될 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]을 읽는 것에 따라 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다.

본 발명은 특정 부분들 및 부분들의 배열에서 물리적인 형태를 취할 수 있으며, 이의 바람직한 예는 본 명세서의 일부를 형성하는 다음과 같은 첨부된 도면에 상세히 설명되고 예시될 것이다:
도 1은 보어 및/또는 굴착 홀 내에 위치 설정된 본 발명의 특정 양태에 따른 보어홀 검사 장치의 측부 정면도이다;
도 2는 슬러리 내에서 강하하는 도 1의 보어홀 검사 장치의 측부 정면도이다;
도 3은 보어 및/또는 굴착 홀 내에 위치 설정된 본 발명의 특정의 다른 양태에 따른 다른 보어홀 검사 장치의 측부 정면도이다;
도 4는 수직 부분을 포함하는 다른 보어홀의 측부 정면도이다;
도 5는 제1 배향으로의 센서 어레이의 확대된 개략도이다;
도 6은 제2 배향으로의 도 5에 도시된 센서 어레이의 확대된 개략도이다;
도 7은 다른 센서 어레이의 확대된 개략도이다;
도 8은 또 다른 센서 어레이의 확대된 개략도이다;
도 9는 이중 압력 센서를 갖는 본원의 보어홀 검사 장치의 다른 실시예의 측부 정면도이다; 그리고,
도 10은 시스템의 일부를 위한 측정 시스템의 개략적인 표현이다.

도시가 본 발명의 바람직하고 대안적인 실시예를 예시하기 위한 것이고, 이를 제한하기 위한 것이 아닌 도면을 이제 참조하면, 켈리바(KB) 또는 강하 케이블과 같은 강하 장치에 대하여 고정되고 및/또는 장착되는, 장착 가능한 하나 이상의 부품을 포함하는 보어홀 검사 장치 또는 시스템(10)이 도시된다. 이러한 점에서, 본원의 발명은 켈리바와 관련하여 설명되고 있지만, 검사 장치는, 켈리바, 메인 케이블 라인, 메인 체인 라인, 굴착 및/또는 보링(boring) 설비, 및/또는 보어홀 및/또는 굴착부를 파고, 굴착하고, 보링하고, 강하시키고 및/또는 청소하는데 사용되는 당업계에 알려진 임의의 다른 강하 장치에 장착 가능한 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 개구부를 굴착하고, 보링하고, 강하하고 및/또는 검사하는데 사용되는 임의의 설비 또는 시스템에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명이 켈리바와 관련된 사용을 위하여 설명되고 있지만, 이는 켈리바에 한정되지 않는다. 켈리바(KB) 또는 다른 강하 장치는 마운트(20)가 강하 장치(KB)에 대하여 장치 또는 시스템(10)의 일부 또는 전부를 고정하게 하는 장착 장치(mounting arrangement(MA))를 포함할 수 있다. 마운트는 켈리바의 단부 위로 활주하는 크기를 가질 수 있고, 장치를 바에 고정하기 위하여, 핀(22)과 같은, 잠금 특징부(locking feature)를 포함할 수 있으며, 이는 아래에서 더욱 상세히 논의될 것이다. 그러나, 임의의 부착 구성이 본원의 발명으로부터 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다.

더욱 상세하게는, 보어홀 검사 장치 및 시스템(10)은 보어홀(BH) 내로 강하될 수 있는 다운홀(downhole) 시험 헤드 유닛 또는 헤드 어셈블리, 유닛 또는 장치(30)를 포함하고, 보어홀은 지층(G)의 상부 개구부(O) 및 하부 한계(bottom extent(BE)) 사이에 연장하는 하나 이상의 측벽(SW)을 가진다. 하부 한계(BE)는 보어홀 하부를 정의한다. 시스템(10)은 헤드 유닛(30)과 직접 통신할 수 있는 하나 이상의 표면 제어 및/또는 디스플레이 유닛(들)(40)을 더 포함할 수 있지만 이것은 필수적인 것은 아니며, 아래에서 더 논의될 것이다.

헤드 유닛(30)은 본원의 발명을 벗어나지 않는 임의의 구성일 수 있다. 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(30)은 상부(31) 및 대향하는 하부(32)를 포함한다. 헤드 유닛(30)은 헤드 유닛 축(34)으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 하나 이상의 측부(33)를 더 포함한다. 헤드 유닛(30)은 외부층 또는 쉘(35)과, 하나 이상의 수밀성 내부 영역(36)을 더 포함하며, 이는 아래에서 더 논의될 것이다. 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 헤드 유닛(30)은 헤드 유닛 축(34)이 연직이 되도록 보어홀 내에 위치 설정될 수 있으며, 시스템(10)은 보어홀이 이의 길이를 따라 지면 내에서 연직인지 판단하기 위하여 보어홀의 수직성을 더 검출할 수 있다.

한 세트의 실시예들에서, 헤드 유닛(30)은 하나 이상의 무선 통신 시스템(48)을 이용하여 표면 유닛(들)(40)과 직접 통신한다. 이러한 직접 통신은, 요구되는 바에 따라 및/또는 필요한 바에 따라, 실시간일 수 있고 및/또는 간헐적일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 무선 통신 시스템(48)은 헤드 유닛(30)에 연결되는 제1 무선 안테나(내부 및/또는 외부)(50)와 표면 제어 유닛(30)에 연결되는 제2 무선 안테나(내부 및/또는 외부)(52)를 포함하는 무선 통신 시스템이다. 이 안테나들은 당해 업계에 알려진 임의의 기술을 활용할 수 있으며 바람직하게는 데이터를 전송하고 수신하는 트랜스시버이다. 더하여, 안테나 기술은 보어홀이 공기로 채워졌는지 또는 액체(L)(예를 들어, 슬러리)로 채워졌는지에 의존할 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 제어 유닛(40)은 보어홀 내에 있는 액체(L)에 적어도 부분적으로 잠긴 안테나(52a)를 포함할 수 있다. 더하여, 무선 기술은 또한 보어홀 액체 대신에 공기를 통한 송신을 가능하게 하도록 액체(L)로 채워진 보어홀 내에 데이터를 송신하기 위하여 켈리바 내의 중심 개구부를 활용할 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 슬러리를 통한 송신은 많은 무선 기술을 제거할 수 있고, 켈리바의 내부 캐비티의 사용은 광학 무선 기술의 이용과 같은 이의 이용을 가능하게 한다. 무선 통신 시스템(48)은 헤드 유닛 또는 어셈블리(30)가 배선에 대한 필요성 없이 데이터 수집 단계 및/또는 데이터 송신 단계 동안 표면 제어 유닛(40)과 통신할 수 있게 하여, 이에 의해 시스템(10)의 설정을 단순화시키고 시스템의 동작을 단순화시키지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 이해될 수 있는 바와 같이, 데이터 수집 동안의 유선 통신은 작업 현장에서 관리되어야만 하는 긴 길이의 통신 배선 또는 라인을 포함할 수 있다. 더하여, 작업 현장에서의 배선은 손상될 수 있고, 이는 고장 시간(downtime)을 생성할 수 있다. 더하여, 표면 제어 및/또는 디스플레이 유닛(들)(40)은 현장에 있는 임의의 위치에서 보어홀에 또는 그 근처에 위치된 현장 유닛일 수 있거나, 또는 하나 이상의 보어홀을 위한 보어홀 작업이 현장 외에 있는 엔지니어에 의해 수행되는 원격 위치에 위치된 현장 외 유닛일 수 있다. 더하여, 시스템은 현장 표면 제어 및/또는 디스플레이 유닛(들)(40)과 함께 작동하거나 헤드 유닛(30)과 직접 함께 작동하는 분리된 현장 외 제어 및/또는 디스플레이 유닛(들)(41)을 더 포함할 수 있다. 당해 업계에 알려진 임의의 통신 시스템이 현장 외 위치로 또는 그로부터 통신하는데 사용될 수 있다.

헤드 유닛(30)은 헤드 유닛의 내부 측정 시스템(58)을 동작시키기 위하여 전력을 제공하기 위한 자납식 전원(56)을 더 포함할 수 있고, 이는 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 전원(56)은 재충전 가능한 전력 시스템을 포함하는 당해 업계에 알려진 임의의 전원일 수 있다. 더하여, 전원(56)은 배터리 시스템의 더 긴 동작 수명을 가능하게 하는 교환 가능하고 및/또는 재충전 가능한 배터리 팩의 사용을 포함할 수 있다. 재충전 가능한 배터리 시스템이 일반적으로 알려져 있다는 점에서, 이는 간략함을 위하여 더 상세히 설명되지 않을 것이다.

표면 유닛(40 및/또는 41)은 시스템을 동작시키고 및/또는 데이터를 수집하도록 구성된 임의의 제어 유닛일 수 있으며, 컴퓨터 시스템, 랩탑, 태블릿, 스마트폰, 휴대용 시스템, 손목 장착 시스템 및/또는 이와 유사한 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 종류의 시스템은 당해 업계에서 알려져 있으며, 상세는 간략함을 위하여 본원에 포함되지 않는다.

본원의 다른 실시예에서, 시스템의 상이한 부분이 본원의 발명으로부터 벗어나지 않으면서 다운홀 헤드 유닛(30) 내에 있을 수 있다. 관련되는 유닛(40 및/또는 41)에서도 마찬가지이다. 이러한 점에서, 시스템(10)을 위한 운영 시스템의 일부 또는 전부는 헤드 유닛(30)의 내부 측정 시스템(58)의 통합 부분일 수 있고, 유닛(40)은 디스플레이, 데이터 송신 및/또는 데이터 저장 기능 중 더 많은 것을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 표면 유닛(40)은 디스플레이 및 제어 유닛이고, 헤드 유닛(30)은 표면 유닛(40)으로부터 수신된 명령에 기초하여 동작한다. 따라서, 운영 시스템은 어느 하나의 장치 및/또는 양 장치일 수 있다. 임의의 장치에서, 전체 장치는 하나 이상의 원하는 시험 루틴을 자동으로 수행하고 및/또는 보어홀 내의 시스템을 안내하도록 구성된 하나 이상의 사전 프로그래밍된 동작 모드를 포함할 수 있다. 이것은 데이터 수집 단계 동안 유닛(30)을 위한 하나 이상의 동작 스텝을 포함할 수 있다. 더하여, 이러한 사전 프로그래밍된 동작은 아래에서 더 논의될 하나 이상의 센서로부터의 입력에 기초하여 시스템을 안내하는 것을 포함할 수 있다. 무선 통신 시스템은 고주파수 초음파 기술을 포함하지만 이에 한정되지 않는 당해 업계에 알려진 임의의 무선 시스템일 수 있다. 더하여, 무선 기술은 통신하고 있는 재료에 기초하여 상이한 주파수에 동작할 수 있다. 이것은, 습기 있는 상태 또는 슬러리 상태에서의 대략 0.5 내지 2 ㎒의 범위와 건조 상태에서의 대략 10 내지 100 ㎑의 범위에서의 동작을 포함할 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 동작은 습기 있는 상태 또는 슬러리 상태에서 대략 1 ㎒로, 그리고 건조 상태에서 대략 20 내지 60 ㎑, 바람직하게는 대략 40 ㎑로 이루어진다. 더하여, 무선 통신 시스템은 헤드 유닛이 습기 있는 상태에 있는지 또는 건조 상태에 있는지 판단하기 위하여 하나 이상의 액체 센서(54)를 포함할 수 있고, 이는 습기 또는 건조 모드로 또는 그로부터 시스템을 자동 또는 수동으로 스위칭하는데 사용될 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 센서(54)는 초음파 센서를 포함하고 및/또는 아래에서 더욱 상세히 논의되는 초음파 센서들 중 하나를 이용할 수 있다.

다운홀 헤드 유닛(30)은 본 발명을 벗어나지 않으면서 상이한 독립성 레벨로 동작할 수 있다. 이러한 점에서, 헤드 유닛(30)은 시험의 데이터 수집 단계에 있을 때 유닛(40 및/또는 41)에 독립적으로 동작할 수 있지만, 데이터 송신 단계에 있을 때 유닛(40 및/또는 41)과 함께 동작할 수 있다. 본원에서, 데이터 수집 단계는 헤드 유닛(30)이 보어홀(BH) 내에 있고 보어홀을 시험하고 있을 때이다. 데이터 수집 단계는 헤드 유닛(30)이 하부 한계(BE)를 향하여 보어홀 개구부(O)로부터 보어홀 내에서 강하되고 있는 강하 단계 및/또는 헤드 유닛이 개구부(O)를 향하여 하부 한계(BE)로부터 보어홀(BH) 내에서 상승되고 있는 상승 패이즈와, 이들의 임의의 부분 집합을 포함할 수 있다. 시험 데이터는 이 단계들 중 하나 또는 양자에서 얻어질 수 있다.

한 세트의 실시예에서, 데이터는 센서(70)를 포함하는 센서 장치(59)로부터 강하 단계에서 얻어지는 센서 판독에 기초하여 획득되고, 이는 아래에서 더 논의될 것이다. 그 다음, 헤드 유닛이 하부 한계(BE)에 또는 그 위에 있는 설정점일 수 있는 하부 정지 지점(lower stop point(LSP))에 도달한 후에, 헤드 유닛(30) 및/또는 센서 장치(59)는 시스템 축(34) 둘레로 회전될 수 있다. 회전이 완료되면, 데이터가 회전 없이 상승 단계 동안 얻어질 수 있다. 도 5 및 6을 참조하면, 헤드(30)의 센서 장치(59)의 2개의 배향이 도시되며, 이는 아래에서 더 논의될 것이다. 본 실시예에서, 센서 장치는 강하 단계 동안 45도의 원주 방향 증분으로 제1 배향(도 5)으로 있을 수 있고 그 다음 헤드 유닛(30)이 하부 정지 지점(LSP)에 도달한 후에 22.5도만큼 회전되는 8개의 센서(70h)를 포함한다. 그 다음, 상승 단계 동안, 헤드 유닛(30)은 제2 배향(도 6)으로 데이터 판독을 얻을 수 있다. 이것은 단일 수직 스캔의 측정된 각도 해상도를 2배로 한다. 4개의 수평 센서(70h)를 포함하는 헤드 유닛에 대하여(도 1 및 10), 헤드 유닛(30)은 45도만큼 회전될 수 있다. 더하여, 데이터 수집 단계는 전체 시험 데이터에 대하여 더 높은 정도의 각도 해상도를 생성하기 위하여 더 작은 회전 각도로 다수의 강하 및 상승 단계("다수의 측정 사이클")를 포함할 수 있다.

다운홀 헤드 유닛(30)의 독립적인 동작에 관련된 무선 통신 및/또는 동작은, 데이터 수집 단계 동안 유닛(40 및/또는 41)과 헤드 유닛(30) 및/또는 센서 장치(59) 사이의 직접적인 유선 연결을 필요로 하지 않는 임의의 형태의 통신일 수 있고, 그와 같이 정의된다. 이러한 점에서, 시스템(10)은 유선 연결 없이 헤드 유닛(30) 및/또는 센서 장치(59)의 동작을 가능하게 하는 측정 시스템(58)을 포함한다. 이것은 데이터 수집 단계 동안 다운홀 헤드 유닛(30) 및 유닛(40 및/또는 41) 사이의 무선 통신 시스템(48)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 수집 단계 동안 다운홀 헤드 유닛(30) 및 유닛(40 및/또는 41) 사이의 이러한 무선 통신은 다운홀 헤드 유닛(30)으로부터의 데이터 송신에만 한정될 수 있다. 다른 세트의 실시예에서, 무선 동작은 데이터 수집 단계의 일부 또는 전부 동안 유닛(40 및/또는 41)에 독립적으로 동작하고 데이터 수집 단계에 독립적일 수 있는 데이터 송신 단계 동안 유닛(40 및/또는 41)과 통신하는 헤드 유닛(30)을 포함할 수 있다. 이러한 점에서, 다운홀 헤드 유닛(30)의 데이터 송신 단계는 데이터 수집 단계의 완료 이후로 한정될 수 있고, 이 송신은 "무선" 통신 및/또는 운영 시스템인 것으로서의 시스템의 지정을 변경하지 않으면서 유선 및/또는 무선 송신에 의한 것일 수 있다. 이것은 헤드(30)가 보어홀의 상부에 또는 그 근처에 있게 되고 및/또는 보어홀로부터 제거된 후의 다운홀 헤드 유닛(30)으로부터의 유선 및/또는 무선 송신을 포함한다. 그러나, 데이터 수집 단계 동안에 보어홀 내에 있을 때 헤드(30)의 동작은 유선 통신이 없으며, 동작은 "무선"이다.

더하여, 헤드 유닛(30)이 본원에 의해 정의된 바와 같은 자납식 유닛이면, 유닛(30)은 적어도 부분적으로 독립적으로 동작할 수 있으며, 헤드 유닛(30)은 현장 컴퓨팅 시스템에 대한 필요성을 심지어 제거하고 및/또는 단지 현장 컴퓨팅 시스템이 하나 이상의 현장 외 시스템으로의 전달자(conduit)가 되는 것만을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 헤드 유닛(30)은, 헤드 유닛(30)과 휴대 전화 서비스 사이의 휴대 전화 연결을 이용한 것과 같은 직접 연결에 기초하여 데이터 수집 및/또는 송신 단계 동안 클라우드 컴퓨팅 위치 및 시스템에 직접적으로 전송하는 것과 같이 현장 외 위치 시스템(41)에 직접적으로 송신하도록 구성될 수 있다.

그러나, 이해될 수 있는 바와 같이, 독립적인 동작은 본원의 발명을 벗어나지 않으면서 많은 형태를 취할 수 있고, 본원에서, 독립적인 동작은 헤드 유닛(30)이 유닛(40 및/또는 41)과 같은 표면 시스템에 대한 유선 연결 없이 적어도 일부 기능을 수행할 수 있다는 것을 의미한다. a) 모든 운영 시스템, 명령, 데이터 저장 및 이와 유사한 것이 헤드 유닛(30)의 내부 측정 시스템(58)의 일부이고 유닛(30)이 자체로 완전한 기능 시스템인 완전한 독립성과 - 데이터 수집 단계 동안 수집된 데이터는 이에 따라 유닛(40 및/또는 41)과 같은 표면 시스템에 완전히 독립적이다 -, b) 헤드 유닛(30)이 독립적인 동작을 포함하지만 시스템(10)이 유닛(40 및/또는 41)에 의해 적어도 부분적으로 제어되는 명령, 데이터 저장 및 이와 유사한 것 중 하나 이상을 포함하는 부분 독립성과 - 이것은 헤드(30)의 데이터 수집 단계를 위한 바람직한 동작 모드를 프로그래밍하기 위한 유닛(40 및/또는 41)의 사용, 데이터 수집 단계 동안의 데이터 수신, 동작 스텝들 중의 적어도 일부의 제공 및/또는 하나 이상의 동기화 클록의 제어를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다 -, c) 헤드 유닛(30)이 데이터 수집 단계 동안 유닛(40 및/또는 41)에 의해 실질적으로 제어되는 실질적인 독립성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 많은 정도의 독립적인 동작이 있다. 다시 말하면, 예들이 제공되었지만, 이러한 예들은 소진적이지 않으며, 이러한 동작 모드들의 상이한 변형이 본원의 발명 내에 고려된다.

헤드 유닛(30)은 본원의 발명을 벗어나지 않으면서 다양한 범위의 구성을 포함할 수 있다. 단지 논의를 위하여, 다음의 설명은 본원의 발명을 한정하려고 의도되지 않으며, 헤드 유닛(30)은 상부(31), 하부(32) 및 하나 이상의 측부(33)를 포함하는 헤드 플레이트 및/또는 어셈블리(60)를 포함할 수 있다. 헤드 유닛은 도면에 도시된 바와 같이 둥글 수 있지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 헤드 유닛(30)은 보어홀 벽의 물리적 특성, 보어홀 하부의 물리적 특성을 판단하고 및/또는 시스템의 동작에 도움을 주기 위한 하나 이상의 센서 장치(59)를 더 포함하고, 아래에서 더 논의될 것이다. 이러한 센서 장치(들)는 다양한 기능 및/또는 용도를 가질 수 있고, 다른 센서와 조합하여 또는 자체적으로 작동할 수 있다.

센서 장치는 장치의 동작을 돕도록 작동할 수 있는 위에서 언급된 액체 센서(54)를 포함할 수 있다. 센서 장치는 보어홀의 물리적 특성의 측정을 위한 하나 이상의 스캐너 또는 센서(70)를 더 포함한다. 이러한 점에서, 센서(70)는 보어홀 벽, 보어홀 하부 개구부 및/또는 액체(L)의 상부 한계를 스캔하거나, 감지하거나 또는 검출하여 헤드 유닛(30), 센서 장치(59) 및/또는 플레이트(60)에 대한 이 항목들의 위치를 판단하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 이 센서들은 원하는 데이터를 획득하기 위하여 필요한 바에 따라 배향될 수 있다. 이러한 점에서, 센서(70h)는 헤드 축(34)에 대하여 반경 방향 외측으로 센서이다. 이 센서들이 헤드 축(34)으로부터 반경 방향 외측으로 측정하고 있다는 점에서, 이 센서들로부터 획득된 데이터는 축(34)과 특정 센서(70h)의 반경 방향 외측으로 위치된 측벽(SW)의 일부 사이의 반경 간격으로서 설명되고, 이는 또한 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 헤드 유닛(30)은 하부 한계(BE)의 표면 상태를 판단하고 및/또는 보어홀의 상부 및/또는 하부에 대한 유닛(30)의 위치를 판단하는데 도움을 주기 위하여 하부 한계를 스캔하는데 활용될 수 있는 센서(70t 및/또는 70b)를 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 이것은 유닛(30)을 자납식 시스템으로 만드는데 도움을 주기 위하여 사용될 수 있다.

센서(70)는 본원의 발명으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 스캔 기술을 활용할 수 있다. 센서에 의해 생성된 데이터는 반경과 같은 보어홀 크기의 치수, 보어홀 벽에서의 결함 검출, 보어홀 벽의 형상, 수직 배향 및/또는 보어홀 벽의 임의의 다른 치수 특성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 보어홀에 대한 치수 데이터를 제공하는데 사용될 수 있다. 그리고, 다수의 센서는 헤드(30) 및/또는 어셈블리(60)를 회전시키는 필요성을 방지하고 및/또는 획득된 데이터의 해상도를 개선하기 위하여 축(34) 둘레로 원주 방향으로 이격될 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 센서(70)는 분석될 표면에 있을 수 있거나, 그에 있거나 또는 그에 향하게 될 수 있는 적어도 하나의 소나(sonar) 전송기 및/또는 수신기(또는 트랜스시버)를 포함한다. 센서(70h)는 측벽(SW)의 일부에 지향될 수 있다. 또한, 이것은 하나 이상의 초음파 센서의 이용을 포함할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 습기 있는 상태 또는 슬러리 상태에서의 대략 0.5 내지 2 ㎒의 범위와 건조 상태에서의 대략 10 내지 100 ㎑의 범위에서의 동작을 포함할 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 동작은 습기 있는 상태 또는 슬러리 상태에서 대략 1 ㎒로, 그리고 건조 상태에서 대략 20 내지 60 ㎑로 이루어진다. 어느 센서가 사용되더라도, 센서 장치(59) 내의 복수의 센서는 보어홀의 일반적인 3차원 형상 및/또는 개구부(O)와 하부 한계(BE) 사이의 이의 길이를 따르는 보어홀의 반경 또는 이들의 적어도 일부를 함께 계산할 수 있다. 수평 센서(70h)의 개수에 따라, 이것은 측정의 상부 한계와 하부 정지 지점(LSP) 사이의 강하 단계 및 상승 단계 사이에서의 회전에 대한 필요성 없이 수행될 수 있다. 적어도, 이것은 원하는 해상도를 위하여 필요한 측정 사이클의 개수를 감소시킬 수 있다. 더하여, 헤드 유닛(30) 및/또는 시스템(10)은 상이한 환경을 위하여 상이한 기술을 사용할 수 있다. 이러한 점에서, 센서(70)는 습기 있는 상태 또는 슬러리 상태를 위한 초음파 센서 및/또는 건조 상태를 위한 초음파, 레이저 및/또는 광학 센서를 포함할 수 있다. 또한, 초음파 센서는 습기 있는 상태 및 건조 상태 모두에서의 사용을 위하여 구성될 수 있다. 이러한 점에서, 초음파 센서가 액체 또는 슬러리에 대하여 더 높은 주파수로 동작되고 공기에 대하여 더 낮은 주파수로 동작될 수 있도록, 초음파 센서는 상이한 주파수로 송신하도록 구성될 수 있다. 더하여, 시스템은 다수의 세트의 상이한 센서 구성 및/또는 유형을 포함하는 센서 장치(59)를 포함할 수 있고, 한 세트의 센서는 건조 상태를 위하여 사용될 수 있고 다른 세트의 센서는 습기 있는 상태에서 사용될 수 있다. 또한, 이러한 다수의 세트는 액체 또는 슬러리에 대하여 더 높은 주파수로 동작하도록 구성된 하나 이상의 초음파 센서를 갖는 제1 세트와, 공기에 대하여 더 낮은 주파수로 동작하도록 구성된 하나 이상의 초음파 센서를 갖는 제2 세트를 포함할 수 있다.

또한, 헤드 유닛(30)의 센서(70)는 초음파 신호로 보어홀의 측벽(SW)의 일부 및/또는 보어홀의 하부(BE)의 일부를 스캔할 수 있는 소나 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 다수의 소나 센서는 본원에서 정의된 바와 같이 헤드(30) 및/또는 센서 장치(59)를 회전시킬 필요성을 방지하기 위하여 다수의 방향으로 전송하도록 구성될 수 있다. 이러한 점에서, 헤드 유닛(30)은 헤드 유닛 축(34) 둘레로 연장하고, 헤드(30)는 축(34)이 보어홀 축(76)과 대체로 동축이 되도록 보어홀(BH) 내에 위치 설정될 수 있지만, 이는 필수적인 것은 아니며, 유닛(30)이 보어홀 내로 강하됨에 따라 아마도 변화할 것이다. 이러한 점에서, 센서(70h)는 헤드 유닛(30)의 축(34)으로부터 반경 방향 외측으로 향하고, 센서와 측벽(SW) 사이의 간격을 측정한다. 그 다음, 다수의 센서(70h)로부터의 이러한 측정은 보어홀의 전체 반경 및 보어홀에 대한 헤드 유닛(30)의 위치를 판단하는데 사용될 수 있다. 이것은 보어홀이 수직인지, 보어홀이 보어홀의 방향과 반경을 변경하는지, 및/또는 보어홀이 이의 측벽(SW) 내에 임의의 결함을 갖는지 판단하는데 사용될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 헤드(30)는 헤드 축(34)이 보어홀 축(76)과 실질적으로 동축이 되도록 보어홀 내에 위치 설정될 수 있다. 그 다음, 헤드가 강하됨에 따라, 센서(70h)는 보어홀 축(76)이 헤드 축(34)과 동축인 상태를 유지하는지 검출할 수 있다. 헤드 축(34)이 연직이 되도록 헤드가 강하되고 있으면, 이것은 보어홀이 연직이 아니라는 표시이다. 다시 말하면, 센서(70h)는 단일 센서일 수 있지만, 헤드 유닛(30)이 축(34)으로부터 반경 방향 외측으로 향하는 헤드 유닛 축(34) 둘레로 위치 설정된 복수의 원주 방향으로 이격된 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 이 구성에서, 헤드 유닛(30)은 데이터 수집 단계 동안 회전될 필요는 없으며, 이는 정확성을 증가시키고 시험 시간을 크게 감소시키는 것으로 밝혀졌다.

더하여, 센서 장치(59) 및 센서 장치(59)의 센서(70h)를 포함하는 센서(70)는 다양한 동작 모드를 포함할 수 있고, 이러한 동작 모드는 내부 측정 시스템(58) 및/또는 센서 장치(59)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 점에서, 시스템(10)은 모든 센서(70h)가 동시에 동작하는 센서 장치(59)를 포함할 수 있고, 이는 병렬 동작이다. 다른 세트의 실시예에서, 센서(70h)와 같은 센서는 세트로 동작할 수 있다. 예를 들어, 모든 짝수 센서(70h)가 제1 시험 기간 동안 동작할 수 있고, 모든 홀수 센서가 제2 시험 기간 동안 동작할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 한 유형의 센서가 제1 시험 기간 동안 동작하고, 다른 유형이 제2 시험 기간 동안 동작할 수 있다. 이것은 깊이 센서와 같은 하나의 또는 특수한 애플리케이션 센서의 동작을 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유닛(30)은 다수의 센서(70)를 갖는 센서 장치(59)를 포함한다. 다시 말하면, 이것은 헤드 유닛(30)을 회전시킬 필요성을 감소시킨다. 센서(70)는 축(34) 주위로 원주 방향으로 이격되거나 축(34)으로부터 적어도 반경 방향으로 연장하는 헤드 유닛(30)의 측벽 에지(66) 중 하나 이상에 위치 설정된 제1 센서(70h) 세트를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 헤드 축(34) 둘레로 원주 방향으로 이격된 4개의 수평 센서(70h)가 있다. 그러나, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 더 많거나 더 적은 센서가 본원의 발명을 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 더 많은 센서가 해상도를 개선하고, 시험 횟수를 줄이고 및/또는 측정 사이클의 회수를 줄일 수 있다. 무선 기술과 헤드를 회전시키는 필요성을 방지하기 위한 반회전(anti-rotation) 센서 장치의 사용을 포함함으로써, 헤드 유닛(30) 동작은 상당히 단순화될 수 있고, 시험 횟수가 개선될 수 있고, 정확성이 개선될 수 있다. 또한, 헤드 유닛은 빠르게 설정되고 보어홀 내로 강하될 수 있는 자납식 헤드 유닛일 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 헤드 유닛(30)은 켈리바(KB) 및/또는 강하 케이블과 같은 작업 현장에서 사용되는 기존의 강하 시스템에서 마운트(MA)와 관련하여 작동할 수 있는 지지 브라켓(20)을 포함한다. 다시 말하면, 임의의 장착 장치가 헤드 유닛(30)을 강하 장치, 켈리바(KB)에 고정하기 위하여 사용될 수 있지만, 도시된 마운트(20)는 헤드 유닛(30)을 켈리바에 고정하기 위하여 핀(22)을 활용한다.

다시 말하면, 센서(70)로부터 센서 장치(59)에 의해 수집된 데이터는 무선 기술을 이용하여 표면 유닛(40)에 송신될 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 무선 통신은 통신 시스템(48)과 안테나(50 및 52 또는 52a)에 의한 것이다. 다른 세트의 실시예에서, 데이터는 데이터 수집 단계 이후에 헤드 유닛으로부터 직접 통신된다. 이러한 점에서, 유닛(30)은 적어도 동작의 데이터 수집 단계 동안 자납식일 수 있다. 또한, 헤드 유닛(30)의 내부 측정 시스템(58)은 메모리(96)를 포함할 수 있고, 메모리(96)는 데이터 수집 단계를 제어하고, 데이터 수집 단계 동안 수집된 데이터를 저장하고, 및/또는 데이터 송신 단계 동안 데이터를 통신하기 위하여 헤드 프로세서(98)를 위한 동작 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터 메모리를 위한 메모리는 동작 명령을 위한 메모리에 독립적이다. 그 다음, 데이터 수집 단계가 완료된 이후에, 헤드 유닛은 상부로 상승될 수 있고, 데이터는 이것이 표면으로 올라온 직후에 헤드 유닛(30)으로부터 다운로드될 수 있다. 데이터의 이러한 추출은 또한 안테나(50)를 이용한 무선 통신에 의한 것일 수 있고 및/또는 이것은 유선 통신 장치(83)를 포함할 수 있다. 무선 통신 장치(83)는 케이블 연결부(85)를 갖는 선택적으로 고정 가능한 케이블(84)을 포함할 수 있고, 케이블(84)은 표면 유닛(40 및/또는 41) 내의 데이터 포트(86)와 헤드 유닛(30) 내의 데이터 포트(88) 사이에 선택적으로 고정 가능할 수 있다. 또한, 이것은 헤드 유닛이 데이터 송신 단계에 있을 때로 한정될 수 있으며, 이는 헤드 유닛이 적어도 부분적으로 보어홀 밖에 있을 때일 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 헤드 유닛(30)과 표면 유닛(40 및/또는 41) 사이의 무선 및/또는 유선 통신은 데이터 수집 단계 동안 보어홀 내에 있을 때의 헤드 유닛(30)과의 통신에 비하여 헤드 유닛이 보어홀 밖에 있을 때 훨씬 다르다. 다시 말하면, 업계가 사용하는 전형적인 무선 RF 또는 광 통신 링크의 전부를 포함하는 임의의 통신 시스템 및/또는 기술이 사용될 수 있다. RF 링크는, BLUETOOTH^®, ZigBee^®, Wi-Fi, USB(Universal Serial Bus) 및 RS232 통신 표준 및/또는 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 광 통신 링크는 Li-Fi를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

헤드 유닛(30)을 켈리바에 장착하는 것이 헤드 유닛이 회전될 수 있게 하지만, 정확한 회전 각도는 임의의 주어진 시간에 측정되는 측벽 및/또는 하부 벽의 일부를 정확하게 판단하는데 필요할 수 있을 것이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 헤드 유닛(30)은 5개의 센서(70)를 갖는 센서 장치(70h)를 포함한다. 이것은 4개의 수평 센서(70h)와 하나의 하부 센서(70b)를 포함한다. 다시 말하면, 5개보다 더 많거나 더 적은 센서가 본원의 발명으로부터 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다.

다시 말하면, 한 세트의 실시예에서의 센서(70)는 센서와 측벽 사이의 간격 또는 거리를 검출하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 초음파 센서일 수 있다. 그 다음, 다수의 센서로부터의 다수의 판독은 보어홀 내의 임의의 표면의 형상 및/또는 구성을 계산하는데 사용될 수 있다. 특히, 수평 센서(70h)는 보어홀의 측벽(들)의 형상 및/또는 전체 반경을 검출하고 판단하는데 사용될 수 있다. 하부 센서 또는 센서들(70b)은 보어홀의 하부 표면(BE)의 형상을 검출하고 판단하는데 사용될 수 있다. 이 대신에, 하부 센서 또는 센서들(70b)은 하부 한계(BE) 및/또는 하부 정지 지점(LSP)의 위치를 검출하고 판단하는데 사용될 수 있다.

다른 세트의 실시예에서, 센서(70)는 동일하거나 유사한 판독을 얻는데 활용될 수 있는 하나 이상의 레이저 및/또는 광학 센서를 포함할 수 있다. 이러한 센서는 슬러리로 채워지지 않은 홀을 위하여 의도된다. 또한, 적어도 한 세트의 실시예에서, 장치는 센서들의 조합을 갖는 센서 장치(59)를 포함할 수 있고, 하나 이상의 초음파 센서가 액체 또는 슬러리 내에서의 스캐닝에 활용될 수 있고, 하나 이상의 레이저, 초음파 및/또는 광학 센서가 건조 상태에서 활용될 수 있다. 도 3을 특별히 참조하면, 센서 장치(59)는 제1 센서 어레이(70h) 및 제2 센서 어레이(71h)를 포함할 수 있다. 이러한 센서 어레이들은 유닛 축(34) 둘레로 연장하고 및/또는 동일한 센서 기술 및/또는 상이한 센서 기술의 이용을 포함할 수 있는 다수의 층 및/또는 센서 어레이 내에 위치 설정될 수 있다. 이러한 점에서, 증가하는 개수의 센서가 장치의 각도 해상도를 개선하기 위하여 사용될 수 있다. 상이한 스캔 기술이 하나의 헤드 유닛(30)이 상이한 보어홀 환경에서 작동할 수 있게 하는데 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 한 세트의 실시예는 해상도를 개선하기 위하여 장치의 측부(들)의 대부분의 주위로 (적어도 반경 방향 외측으로) 위치 설정된 센서를 포함한다. 매우 방향성이 있는 좁은 센서 범위를 포함하는 센서가 사용되면, 더 많은 개수의 센서가 인접한 센서와의 간섭 없이 사용될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 이것은 각도 해상도를 개선할 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 이것은 측부 주위로 이격되고 헤드 장치의 유닛 축(34)으로부터 반경 방향으로 연장하는 10개 이상의 센서를 포함할 수 있다. 도 8은 16개의 센서(70h)를 도시한다. 다른 세트의 실시예에 따라, 20개 이상의 센서가 측부 주위로 위치 설정되고 장치의 유닛 축(34)으로부터 반경 방향으로 연장할 수 있다. 또 다른 세트의 실시예에 따라, 30개 이상의 센서가 측부 주위로 위치 설정되고 헤드 장치의 유닛 축(34)으로부터 반경 방향으로 연장할 수 있다. 헤드 유닛, 측부 센서의 크기 및/또는 다른 인자에 따라, 2 이상의 센서 층 또는 세트가 장치의 축 둘레로 위치 설정될 수 있다. 이러한 다른 층 또는 세트는 또한 상이한 센서 기술을 활용할 수 있다. 다시 말하면, 하나의 동작 모드에서, 헤드 유닛은 이것이 하부 정지 지점(LSP)에 도달할 때까지 보어홀 또는 굴착부 내로 강하될 수 있다(강하 단계). 그 다음, 헤드 유닛(30) 및/또는 센서 장치(59)는 상승 단계 전에 부분적으로 회전될 수 있다. 이것은 벽(들)에 대하여 센서의 회전 배향을 변경하기 위하여 상승될 때 장치의 회전 위치를 변경함으로써 장치의 각도 해상도를 개선하는데 사용될 수 있다. 이 회전 방법은 또한 더 적은 센서가 사용되고 및/또는 매우 방향성이 있는 센서가 사용될 때 센서의 데이터에서의 갭을 해결하기 위하여 사용될 수 있다.

또 다른 세트의 실시예에 따라, 센서 장치(59)는 하나 이상의 캘리브레이션 센서 장치(79)를 더 포함할 수 있다. 캘리브레이션 센서는 깊이 측정 및/또는 확인, 밀도 측정 및/또는 확인, 및/또는 다른 동작 기능을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 기능을 가질 수 있다. 이는 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 헤드 유닛(30) 주위로 슬러리의 밀도를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함한다. 이러한 점에서, 헤드 유닛(30)은 알려진 위치로 다른 장치를 향하여 지향되고, 장치가 보어홀 내로 강하됨에 따라 슬러리 밀도에서의 변화를 판단하고 설명하는데 사용될 수 있는, 위에서 설명된 스캐너 및/또는 센서와 같은, 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 이러한 점에서, 그라우트(grout)와 같은 경화될 재료로 채워질 때까지 보어홀을 유지하는데 사용되는 유체 또는 슬러리가 상이한 깊이에서 상이한 밀도를 가진다. 더하여, 밀도에서의 변화는 센서(70)의 소나 센서의 파 속도에 영향을 미칠 것이고, 파 속도는 밀도가 증가함에 따라 느려진다. 따라서, 시스템의 정확성은 슬러리의 밀도가 변화함에 따라 영향을 받을 수 있다. 슬러리 밀도에서의 변화를 설명하기 위하여, 본원의 발명은 하나 이상의 밀도 센서(80)를 더 포함할 수 있다. 센서(80)는 알려진 위치(81)에서의 물체 또는 알려진 위치에서의 송신기(80) 및 수신기(81)를 향하여 지향되는 단일 유닛 장치일 수 있고, 유닛(80, 81)은 알려진 간격(82)만큼 서로 이격된다. 간격이 알려져 있다는 점에서, 밀도 센서(80)가 슬러리 밀도에서의 변화를 계산함으로써 헤드(30) 및/또는 시스템(10)을 캘리브레이션하기 위하여 활용될 수 있다. 이 캘리브레이션 정보는 그 다음 센서(70)로부터의 센서 판독을 조정하는데 사용될 수 있다. 더하여, 밀도 센서(80)는 또한 압력 센서(110)와 같은 깊이 센서와 함께 작동할 수 있고, 이는 아래에서 더 논의될 것이다. 이것은 시스템의 깊이 측정의 정확성 및/또는 센서의 정확성을 증가시키는데 사용될 수 있다.

다시 말하면, 한 세트의 실시예에서, 장치(80)는 송신 장치일 수 있고, 장치(81)는 수신 장치일 수 있으며, 알려진 간격(82)은 송신기와 수신기 사이의 거리이다. 그 다음, 밀도 측정은 송신기로부터 수신기로 전송된 수신 신호로부터 시간 지연 및 시간 지연에서의 변화를 추적함으로써 이루어질 수 있다. 그 다음, 이것은 보어홀 내의 임의의 깊이에서 슬러리의 변화하는 밀도를 설명하기 위하여 센서(70b)로부터의 센서 판독을 조정하는데 사용될 수 있다. 더하여, 수신기(81)는 또한 센서(70) 중 하나와 조합하여 사용될 수 있고, 센서(70) 중 적어도 하나는 유닛(80) 역할을 하고, 수신기(81)는 센서(70) 중의 그 하나로부터 알려진 거리(82)에 위치 설정된다. 다시 말하면, 수신기(81)로부터의 송신 시간에서의 변화는 밀도를 계산하는데 사용될 수 있다. 캘리브레이션 시스템은 밀도 센서(80) 및 수신기(81)와 함께 측정 시스템(58)의 일부일 수 있다.

보어홀 검사 장치(10)는 하나 이상의 깊이 측정 시스템(89)을 더 포함할 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 헤드(30) 및/또는 센서 장치(59)의 깊이를 아는 것은 스캐닝된 이미지가 보어홀 내에서 어디에 위치되는지 아는데 중요하다. 깊이 측정 시스템(89)은 헤드 유닛(30)의 시스템(58)의 일부일 수 있는 하나 이상의 내부 측정 시스템(90)을 포함할 수 있다. 시스템(90)은 보어홀 내의 시스템의 깊이 및/또는 깊이 변화를 판단하기 위하여 가속도계, 자이로스코프, 초음파 센서, 고도계(들)(91) 및/또는 압력 센서(110)를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 그리고, 이 시스템은 헤드(90)에 대한 현재 깊이를 판단하기 위하여 다른 시스템과 함께 사용될 수 있다. 더하여, 깊이 측정 시스템(89)은 독립적으로 및/또는 헤드 유닛(30) 내의 다른 시스템과 조합하여 깊이를 측정할 수 있는 켈리바, 강하 케이블, 메인 라인 및/또는 다른 강하 장치에 대하여 고정된 로터리 인코더(92)를 포함할 수 있다. 로터리 인코더(92)는 지지부(100)와 휠(102)을 포함할 수 있고, 휠(102)은 켈리바(KB), 배선 또는 강하 장치를 결합하도록 구성된다. 조합하여 사용될 때, 로터리 인코더는 헤드 유닛에 온보드된 시스템과 동기될 수 있다. 이러한 점에서, 표면 유닛(40)과 같은 표면 시스템 및/또는 인코더(92) 모두는 타이밍 장치 또는 클록(104)을 포함할 수 있고, 헤드 유닛(30)은 타이밍 장치 또는 클록(106)을 포함할 수 있다. 클록(104 및 106)은 센서(70)가 시간 단위에 기초하여 측벽(들)(SW)에 대하여 판독을 얻을 수 있고 핑(ping)될 수 있도록 동기화된다. 클록들이 동기화되고 헤드 유닛(30)이 알려진 레이트로 강하 동안 강하되고 상승 단계 동안 상승되면, 각각의 "핑(ping)"에 대한 깊이는 시간에 기초하여 판단될 수 있다. 또한, 가속도계, 압력 센서 및/또는 고도계는 깊이 측정 및/또는 강하 레이트에서의 정확성을 더 개선할 수 있다. 무선 기술과 조합한 로터리 인코더, 가속도계 및/또는 고도계의 사용은 장치를 표면 시스템에 연결하는 배선 및/또는 라인 및/또는 보어홀 검사를 모니터링하는 오퍼레이터(들)에 대한 필요성을 제거한다. 더하여, 인코더(92)는 인코더(92)와 헤드(30) 및/또는 표면 유닛(40, 41) 사이의 통신을 가능하게 하는 무선 시스템(108)을 포함할 수 있다.

한 세트의 실시예에 따라, 그리고 특히 도 9를 참조하여, 헤드 유닛(30)은 단독으로 또는 위에서 설명된 다른 시스템과 조합하여 보어홀 내에서 깊이를 측정하기 위한 하나 이상의 압력 센서(110)를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 압력 센서가 깊이를 측정하는데 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는, 헤드 유닛(30)은 제1 압력 센서(110a) 및 제2 압력 센서(110b)를 포함할 수 있다. 또한, 압력 센서(110a)는 상부 센서일 수 있고, 압력 센서(110b)는 헤드 축(34)에 대하여 축 방향으로 이격되고 알려진 간격(112)만큼 분리된 하부 센서일 수 있다. 알려진 간격(112)은 임의의 알려진 간격일 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 간격(112)은 대략 12 인치일 수 있다. 한 세트의 실시예에서, 간격(112)은 대략 8 인치 내지 24 인치의 범위이다. 일 실시예에서, 이것은 6 인치보다 더 크다. 간격(12)이 알려진 간격이라는 점에서, 센서(110)는 압력 변화에 의해 수직 이동을 확인할 수 있다. 예를 들어, 센서 간격(112)만큼의 헤드의 이동은 압력 센서(110a)가 이동 전에 판독된 센서(110b)와 동일한 압력을 이동 후에 판독하게 하여야 한다. 이것은 깊이를 판단 및/또는 확인하는데 사용될 수 있다. 깊이는 동일한 방식으로 계산될 수 있고, 이동이 시작하기 전에 센서(110a)가 센서(110b)의 압력을 판독하면 간격(112)의 거리만큼 헤드 유닛이 이동되었다고 판단될 수 있다. 그 결과, 양 센서의 압력의 분석은 깊이를 추적 및/또는 확인하는데 활용될 수 있다. 시스템 및/또는 장치의 다른 양태에서와 같이, 이 데이터는 저장될 수 있고 및/또는 실시간으로 및/또는 데이터 송신 단계 동안 시스템의 다른 부분에 통신될 수 있다.

또한, 하나 이상의 가속도계(120) 및/또는 자이로스코프(122)가 스캔되는 홀의 수직성을 계산하기 위하여 활용될 수 있다. 더 상세하게는, 그리고 특히 도 4를 참조하면, 보어홀(O)이 보링될 때, 보링 도구는 보어의 편향을 발생시킬 수 있는 토양 내 장애물(in ground obstacle(IGO))을 만날 수 있고, 보어 개구부는 수직부(VP)와 비수직부(NVP)를 포함할 수 있다. 가속도계 및/또는 자이로스코프는 헤드 유닛이 보어홀 개구부의 수직성을 검출할 수 있게 하도록 헤드 유닛 축(34)이 연직인지 판단하고 및/또는 이를 유지하기 위하여 헤드 유닛 헤드(30) 및/또는 센서 장치(59)의 수직성을 확인할 수 있다. 더하여, 가속도계 및/또는 자이로스코프는 헤드 유닛을 개구부 내로 강하시키기 위하여 시스템(10) 내의 다른 부품과 함께 사용될 수 있다. 그 다음, 이 정보는 센서(70)로부터의 센서 데이터와 조합하여 사용될 수 있어, 홀 크기 판단 및 개구부(O)의 수직성 판단이 이것이 수직 부분으로부터 비수직 부분으로의 전이를 가지는 경우 및/또는 그 반대의 경우를 판단할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 기술과 조합한 로터리 인코더, 가속도계 및/또는 고도계의 사용은 반자동화되고 및/또는 완전 자동화된 검사 모드에서 작동하는 시스템의 능력을 개선한다. 더하여, 이러한 동작 모드는 다수의 보어홀이 단일 표면 유닛 장치 또는 시스템으로 동시에 검사될 수 있게 할 수 있고, 적어도 하나의 실시예는 단일 표면 유닛 및/또는 현장 외 유닛과 통신하는 다수의 헤드 유닛을 포함한다.

본원의 시스템 및 장치는 검사 장치(10)가 중요한 설정 없이 다양한 보어홀 구성 및 크기로 동작할 수 있는 빠르게 사용되는 보어홀 측정 시스템이 될 수 있게 하도록 함께 작동할 수 있다. 더하여, 본원의 시스템은 본원의 발명으로부터 벗어나지 않으면서 다른 감지 장치와 조합하여 작동할 수 있다.

여기에서 예시되고 설명된 본 발명의 바람직한 실시예가 상당히 강조되었지만, 다른 실시예 및 이의 균등물이 만들어 질 수 있고, 많은 변형이 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 바람직한 실시예에 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더하여, 위에서 설명된 실시예가 본 조합되어 출원의 발명의 또 다른 실시예를 형성할 수 있다. 따라서, 전술한 서술하는 사항이 한정이 아니라 단지 본 발명의 예시로서 이해되어야 하는 것이 분명하게 이해되어야 한다.

Claims

적어도 보어홀 개구부, 굴착부(excavation) 및 슬러리 벽을 비롯한 토양 개구부(ground opening)의 벽의 상태를 측정하는 검사 시스템으로서,
상기 검사 시스템은, 관련 보어홀 내로 강하되도록 구성된 헤드 유닛을 포함하고, 데이터 수집 단계 동안 상기 관련 보어홀 내로의 상기 헤드 유닛의 강하를 가능하게 하도록 관련 강하 유닛에 작동 가능하게 그리고 선택적으로 연결되도록 구성된 강하 마운트를 구비하며, 상기 데이터 수집 단계는, 상기 헤드 유닛이 상기 관련 강하 유닛에 의해 상기 보어홀의 관련 하부 한계를 향하여 상기 관련 보어홀 내에서 강하되는 강하 단계와, 상기 헤드 유닛이 상기 관련 하부 한계로부터 멀리 상기 관련 보어홀 내에서 상승되는 상승 단계 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 관련 보어홀의 하나 이상의 물리적 특성에 관련된 적어도 한 세트의 시험 데이터가 수집되고, 상기 헤드 유닛은 내부 측정 시스템과 센서 장치를 포함하고, 상기 센서 장치는 관련 보어홀 축의 적어도 일부에 대체로 평행한 헤드 축의 반경 방향 외측으로 향하는 복수의 센서를 포함하고, 상기 센서 장치의 상기 복수의 센서는 상기 헤드 축 둘레로의 회전 없이 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 헤드 유닛이 이동되게 하고, 상기 복수의 센서는, 상기 데이터 수집 단계 동안 수집된 상기 적어도 한 세트의 시험 데이터를 적어도 부분적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 헤드 유닛은 무선 운영 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제2항에 있어서, 상기 검사 시스템은 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 관련 보어홀의 외부에 표면 유닛을 더 포함하고, 상기 무선 운영 시스템은 상기 헤드 유닛과 상기 표면 유닛 사이에 무선 통신 시스템을 포함하여, 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 표면 유닛과 상기 헤드 유닛 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제2항에 있어서, 상기 무선 운영 시스템은 내부 전원 및 데이터 저장소를 갖는 자납식(self-contained) 운영 시스템인 내부 측정 시스템을 갖는 상기 헤드 유닛을 포함하고, 상기 데이터 저장소는 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 헤드 유닛의 동작을 위한 명령 및 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 적어도 한 세트의 시험 데이터의 저장을 위한 데이터 저장 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 상기 검사 시스템은 상기 관련 보어홀의 외부에 표면 유닛을 더 포함하고, 상기 무선 운영 시스템은 상기 데이터 수집 단계의 전과 후 중 적어도 하나인 데이터 송신 단계 동안 상기 명령 및 상기 시험 데이터 중 적어도 하나를 통신하기 위한 데이터 통신 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제5항에 있어서, 상기 데이터 통신 장치는 무선인 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제5항에 있어서, 상기 데이터 통신 장치는 상기 데이터 송신 단계 동안 상기 헤드 유닛과 상기 표면 유닛 사이의 선택적인 유선 통신을 위한 선택적으로 연결 가능한 코드(cord)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제7항에 있어서, 상기 헤드 유닛과 상기 표면 유닛 사이의 상기 선택적인 유선 통신은 상기 데이터 송신 단계에만 한정되는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 상기 검사 시스템은 상기 관련 보어홀 내의 상기 센서 장치의 헤드 유닛 깊이를 측정하는 깊이 시스템을 포함하고, 상기 깊이 시스템은 표면 유닛 타이머를 포함하는 표면 유닛을 포함하고, 상기 깊이 시스템은 상기 자납식 운영 시스템 내에 헤드 타이머를 더 포함하고, 상기 깊이 시스템은 상기 데이터 수집 단계 동안 상기 관련 보어홀 내로의 상기 헤드 유닛의 강하를 가능하게 하는 상기 관련 강하 유닛의 이동을 측정하도록 구성된 깊이 센서를 더 포함하고, 상기 표면 유닛 타이머와 상기 헤드 유닛 타이머는 상기 헤드 유닛의 대응하는 깊이에 대하여 상기 데이터 수집 단계동안 수집된 상기 적어도 한 세트의 시험 데이터를 상관시키는 것을 가능하게 하도록 동기화 가능한 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제9항에 있어서, 상기 깊이 시스템은 적어도 2개의 압력 센서를 더 포함하고, 상기 적어도 2개의 압력 센서는 제1 압력 센서와 제2 압력 센서를 포함하고, 상기 제1 압력 센서는 상기 헤드 축에 대하여 압력 센서 간격만큼 상기 제2 압력 센서 위로 축방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제10항에 있어서, 상기 압력 센서 간격은 6 인치보다 더 큰 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 검사 시스템은 상기 관련 보어홀 내의 상기 센서 장치의 깊이를 측정하는 깊이 시스템을 포함하고, 상기 깊이 시스템은 적어도 2개의 압력 센서를 포함하고, 상기 적어도 2개의 압력 센서는 제1 압력 센서와 제2 압력 센서를 포함하고, 상기 제1 압력 센서는 상기 헤드 축에 대하여 압력 센서 간격만큼 상기 제2 압력 센서 위로 축방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제12항에 있어서, 상기 압력 센서 간격은 6 인치보다 더 큰 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제12항에 있어서, 상기 깊이 시스템은 가속도계, 고도계 및 로터리 인코더 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 상기 헤드 유닛은 가속도계, 고도계, 압력 센서 및 로터리 인코더 중 적어도 하나를 포함하는 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 헤드 유닛의 헤드 깊이 및 헤드 수직성(verticalty) 중 적어도 하나를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 헤드 축의 반경 방향 외측으로 향하는 상기 복수의 센서는 복수의 소나(sonar) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 헤드 축의 반경 방향 외측으로 향하는 상기 복수의 센서는 복수의 초음파 센서, 복수의 레이저 센서, 복수의 광학 센서, 복수의 소나 트랜스듀서, 복수의 RF 트랜스듀서 및 복수의 광학 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 헤드 축의 반경 방향 외측으로 향하는 상기 복수의 센서는 제1 센서 세트와 제2 센서 세트를 포함하고, 상기 제1 센서 세트는 소나 센서, 초음파 센서, 레이저 센서 및 광학 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 상기 헤드 유닛은 상기 관련 보어홀 내에서 센서 장치 깊이를 측정하는 것, 상기 헤드 깊이를 확인하는 것, 관련 보어홀 유체의 관련 보어홀 유체 밀도를 측정하는 것, 및 상기 복수의 센서의 센서 파 속도(wave speed)를 측정하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 적어도 하나의 캘리브레이션 센서 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캘리브레이션 센서 장치는 상기 관련 보어홀 유체 밀도를 측정하는 밀도 센서 및 상기 관련 보어홀 유체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 밀도 센서는 송신기 및 수신기를 포함하고, 상시 수신기는 알려진 밀도 센서 간격만큼 상기 송신기로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제4항에 있어서, 표면 유닛은 현장 외(off-site) 컴퓨팅 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 센서는 적어도 3개의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 센서는 적어도 5개의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 센서는 적어도 10개의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 시스템.