NL1012468C2 - Bodemsondeerinrichting met optische gegevenstransmissie. - Google Patents

Description

995124/HJB/lhe

Korte aanduiding: Bodemsondeerinrichting met optische gegevenstransmissie.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een bodemsondeerinrichting volgens de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke bodemsondeerinrichting is algemeen bekend. Voor het in de bodem drukken van de sondeerbuis is een 5 aandrijfinrichting voorzien, bijvoorbeeld met een op de buis aangrijpende klem, die door een of meer bijbehorende hydraulische cilinders naar beneden kan worden gedrukt.

Tijdens het sonderen wordt de sondeerbuis opgebouwd met onderling koppelbare sondeerbuissecties. Telkens nadat 10 de sondeerbuis over de lengte van een sectie in de bodem is gedrukt wordt een volgende sondeerbuissectie aan de bovenzijde van de sondeerbuis bevestigd. Tijdens het aankoppelen van de sonderbuissectie kan het in de bodem drukken van de sondeerbuis tijdelijk worden stopgezet, maar 15 bij voorkeur wordt het sonderen ononderbroken voortgezet.

De meetsonde is bijvoorbeeld een penetrometer met een conus voor het meten van de conusweerstand, een wrijvingsmantel voor het meten van de kleef, en eventueel sensoren voor het meten van andere parameters, zoals 20 bijvoorbeeld de hellingshoek van de sonde, de waterspanning, enzovoorts. De sonde kan echter ook anders zijn uitgevoerd.

Het is bekend de meetgegevens van de sonde via een door de aan elkaar gekoppelde buissecties lopende 25 elektrische kabel over te brengen van de meetsonde naar de verwerkings- en registratieapparatuur aan het oppervlak. De toepassing van zo'n doorlopende kabel is echter omslachtig bij het aankoppeien van de buissecties.

Bij een andere bekende oplossing vindt de transmissie 30 van de door de meetsonde verkregen gegevens op acoustische wijze plaatst, waarbij acoustische signalen zich voortplanten door het materiaal van de sondeerbuis. Deze oplossing heeft als belangrijkste nadeel dat er veel ruis in het overgezonden signaal aanwezig, met name door in de ï 0l24ft -2- omgeving van de sondering aanwezige machines, voertuigen, etc., hetgeen de verwerking en analyse van de meetsignalen bemoeilijkt.

De onderhavige uitvinding beoogt bovengenoemde nadelen 5 op te heffen. Dit oogmerk wordt bereikt door een bodemsondeerinrichting volgens conclusie 1.

Verrassenderwijs blijkt het niet problematisch te zijn dat de optische geleider wordt samengesteld uit meerdere axiale delen met telkens een overgang van het ene deel naar het 10 andere deel. Dit blijkt zelfs te funktioneren in een zeer eenvoudige uitvoering, waarbij de buissecties aan elkaar worden bevestigd, bijvoorbeeld met schroefdraad, en de einden van de optische geleiders in die buissecties zonder verdere koppelmiddelen met hun koppen dichtbij of tegen 15 elkaar komen te liggen. Verder is een voordeel dat de optische geleider zelf en de overgang van de optische signalen van het ene geleiderdeel naar het andere geleiderdeel in hoge mate ongevoelig zijn voor vocht, met name veel minder dan eventuele elektrische kabel en 20 aansluitingen. Aangezien bij de sondering vaak in vochtige omstandigheden en beneden het grondwaterpeil wordt gewerkt, is dit een praktisch belangrijk voordeel.

Verdere voordelige uitvoeringsvormen van de bodemsondeerinrichting volgens de uitvinding zijn 25 beschreven in de volgconclusies en in de navolgende beschrijving aan de hand van de tekening. Daarbij toont: fig. 1 schematisch een bodemsondering met een uitvoeringsvoorbeeld van een bodemsondeerinrichting volgens de uitvinding, en 30 fig. 2 in een schema de relevante componenten van een voorkeursuitvoeringsvorm van de bodemsondeerinrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een voertuig 1, waarop een 35 aandrijfinrichting 2 is geplaatst, die op een sondeerbuis 3 een naar beneden gerichte kracht kan uitoefenen om zo de sondeerbuis 3 in de bodem te drukken. Tevens dient de aandrijfinrichting 2 om de buis 3 weer uit de bodem te 1012468 -3- trekken. Onderaan de sondeerbuis 3 is een meetsonde 4 aangebracht.

De sondeerbuis 3 wordt tijdens het sonderen samengesteld uit axiaal met elkaar koppelbare buissegmenten 5 5, waarvan een voorraad is opgeslagen in een voorraadhouder 6. Telkens wanneer de sondeerbuis 3 over een bepaalde afstand in de bodem is gedrukt, wordt de buis 3 aan de bovenzijde verlengd, met een volgend buissegment 5. De buissegmenten 5 hebben bijvoorbeeld een lengte tussen 1 en 10 2 meter, zodat bij een gebruikelijke sonderingsdiepte tussen 10 en 30 meter vele segmenten 5 met elkaar worden gekoppeld.

De sonde 4 is voorzien van niet weergegeven meetmiddelen voor het verkrijgen van gegevens omtrent de 15 bodem. Bijvoorbeeld is de meetsonde 4 een standaard conuspenetrometer met een conusvormige neus en een bijbehorende krachtopnemer voor het meten van de conusweerstand als de sondeerbuis 3 in de bodem wordt gedrukt.

20 De bodemsondeerinrichting omvat verder gegevenstransmissiemiddelen voor de transmissie van door de meetsonde 4 verkregen bodemgegevens naar een locatie bij of nabij het oppervlak van de bodem, in dit geval naar in het voertuig 1 opgestelde verwerkings- en registratieapparatuur 25 12.

De gegevenstransmissiemiddelen omvatten bij de meetsonde 4 opgestelde zendermiddelen 7, die zijn ingericht voor het toevoeren van gegevens aan een geleider voor de transmissie van de gegevens naar de apparatuur 12 in het 30 voertuig 1. Bij het bovenste einde van de sondeerbuis 3 zijn ontvangemiddelen 8 opgesteld, die zijn ingericht voor het ontvangen van gegevens die door de zendermiddelen via de geleider zijn verzonden.

Voor de transmissie van de gegevens wordt hier gebruik 35 gemaakt van een optische geleider in de sondeerbuis 3.

Hiertoe is elke buissectie 5 voorzien van een zich tussen de axiale einden daarvan uitstrekkend optische geleiderdeel (niet getoond), zodanig dat door koppeling van meerdere 1012 4 6 Ö -4- buissecties 5 een doorgaande optische geleider in de sondeerbuis 3 wordt gevormd. Verder zijn de zender- en ontvangermiddelen 7, 8 ingericht voor optische gegevenstransmissie. Het blijkt mogelijk de delen van de 5 geleider met hun koppen dichtbij of tegen elkaar te brengen om zo de overdracht van het optische signaal van het ene geleiderdeel naar het andere geleiderdeel te bereiken. Eventueel zijn bij de overgangen van de geleiderdelen, dus aan de axiale einden van de buissecties 5, lenzen voorzien 10 voor een betrouwbare signaaloverdracht. De optische geleiderdelen kunnen uit glas of kunststof zijn vervaardigd en eventueel de vorm hebben van een of meer relatief dikke staven in het inwendige van de meestal uit metaal vervaardigde sondeerbuis of de vorm van een dunne 15 glasvezel, eventueel een bundel glasvezels.

Zoals eerder beschreven wordt de sondeerbuis 3 tijdens het sonderen regelmatig verlengd. Aangezien de ontvangermiddelen 8 zich bij het boveneinde van de bovenste buissectie 5 bevinden, wordt bij het aankoppelen van een 20 nieuwe buissectie 5 de optische verbinding tijdelijk verbroken. De aandrijfinrichting 2 is bij voorkeur van een type dat het mogelijk maakt de sondering tijdens het aankoppelen van een nieuwe sectie voort te zetten, zodat de sondeerbuis 3 steeds verder in de bodem wordt gedrukt. Om 25 te verhinderen dat meetgegevens die door de sonde 4 worden gemeten tijdens het aankoppelen van een buissectie 5 verloren gaan door de onderbreking van de optische geleider is er bij voorkeur in voorzien dat de zendermiddelen 7 een geheugen omvatten, dat hier zodanig is dat bij een 30 sondering alle meetgegevens worden opgeslagen en na het weer uit de bodem trekken van de sondeerbuis 3 en de sonde 4 kunnen worden uitgelezen. Hierdoor kunnen de bij de onderbrekingen in de transmissie niet ontvangen gegevens alsnog worden opgenomen in het meetresultaat. In een 35 variant is het geheugen zodanig dat via de geleider verzonden gegevens ook tijdelijk worden opgeslagen in een bij de zendmiddeln 7 geplaatst geheugen en de verzending van die gegevens op een later tijdstip een of meer malen 1012468 -5- wordt herhaald, zodat tijdens het aankoppelen van een buissectie - en de daarmee gepaard gaande onderbreking van de optische geleider - beschikbaar gekomen meetgegevens alsnog worden verzonden. Om een en ander betrouwbaar te 5 laten werken kan erin zijn voorzien dat aan de meetgegevens een tijdindicatie wordt toegevoegd overeenkomstig het tijdstip waarop de gegevens zijn gemeten. Met die gegevens kan men dus eenvoudig een doorlopende reeks meetgegevens verkrijgen zonder hiaten.

10 Het zal duidelijk zijn dat de optische geleider ook kan worden benut voor transmissie in tegengestelde richting, dus van het oppervlak naar de meetsonde 4, bijvoorbeeld om de werking van de sonde 4 aan te sturen of om een bepaald communicatieprotocol te realiseren tussen 15 sonde 4 en registratie-apparatuur 12.

Verder kunnen er meerdere parallele optische geleiders in de secties 5 van de sondeerbuis 3 zijn voorzien, zodat verschillende gegevens elk via een eigen geleider kunnen worden verzonden. Gezien de grote 20 signaaloverdrachtcapaciteit van een enkele optische geleider zal het in de praktijk echter meestal mogelijk zijn te volstaan met een enkele optische geleider.

Figuur 2 toont meer in detail de relevante componenten van de inrichting van figuur 1. In figuur 2 is met 25 verwijzingscijfer 2 een bekende aandrijfinrichting getoond, waarmee de sondeerbuis 3 in de bodem kan worden gedrukt.

De zendermiddelen 7 omvatten bij voorkeur een schakeling voor de conditionering van de door de meetsonde 4 afgegeven elektrische signalen en voor de omzetting van 30 die analoge signalen in digitale signalen. Verder omvatten de zendermiddelen 7 een optische zender en in dit gavle tevens een optische ontvanger voor het uitzenden en ontvangen van optische signalen, die al dan niet met het oog zichtbaar zijn, en gedigitaliseerde gegevens of 35 besturingscommando's omvatten. Tevens is bij de zendermiddelen 7 het eerder besproken geheugen voorzien.

Een bijbehorende micro-processor verzorgt de besturing van de elektronische componenten en het geheugen.

1§12468 -6-

De zendermiddelen 7 zijn bij voorkeur opgenomen in een bijbehorende zenderbuissectie 10, die bij voorkeur aan zijn ene einde losneembaar koppelbaar is met de sonde 4 en aan zijn andere einde losneembaar koppelbaar is met een van een 5 optische geleiderdeel voorziene buissectie 5. Verder is bij voorkeur in de zenderbuissectie 10 voorzien in een voedingsschakeling voor de meetsonde 4.

In die zenderbuissectie 10, of in een daarmee koppelbare aparte buissectie, is verder nog bij voorkeur 10 een oplaadbare of verwisselbare elektrische batterij ondergebracht voor het verschaffen van de elektrische energie voor de eerder genoemde zendermiddelen 7 en eventueel voor de meetsonde 4.

In een verdere variant kan erin zijn voorzien dat in 15 het traject tussen de zendermiddelen 7 en de ontvangermiddelen 8 een of meer optische versterkers worden toegepast. Bij voorkeur is voorzien in aparte sondeerbuissecties, waarin een optische versterker is ondergebracht. In de praktijk kan zo'n versterkersectie dan 20 bijvoorbeeld om de 8 - 12 meter in de sondeerbuis 3 tussen de buissecties 5 worden geplaatst. Bij voorkeur is elke versterkersectie voorzien van een eigen elektrische (oplaadbare) batterij.

In figuur 2 is verder te herkennen dat de 25 ontvangermiddelen 8 niet op het bovenste einde van de sondeerbuis 3 zijn bevestigd, hetgeen overigens wel binnen het kader van de aanvrage valt, maar dat voorzien is in een contactloze overdracht van de meetgegevens van de kop van de sondeerbuis naar de de registratieapparatuur 12. Hiertoe 30 zijn de ontvangermiddelen 8 op een afstand boven die de sondeerbuis 3 op een bijbehorende drager geplaatst. De ontvangermiddelen 8 omvatten hier een camera 9, die is gericht en scherpgesteld op de kop van de optische geleider in de bovenste sectie 5 van de sondeerbuis 3. In een 35 mogelijke uitvoering is die camera 9 stationair opgesteld en is voorzien van een automatische camerascherpstelling, die de camera 9 telkens bijstelt bij de verplaatsing van de kop van. de sondeerbuis 3 tijdens het sonderen. Bij de i o 1 2 4 s 8 -7- camera 9 kan een stelsel van een of meer lenzen zijn voorzien.

Bij voorkeur is de camera 9 op een zodanige plaats aangebracht, dat de camera op zijn plaats kan blijven als 5 een volgende sectie 5 aan de bovenzijde van de sondeerbuis 3 wordt gekoppeld. De camera 9 is hier gekoppeld met een verwerkingseenheid, die de ontvangen optische signalen omzet en afgeeft aan verder niet omschreven registratieapparatuur 12.

10 Zoals eerder genoemd kan de optische geleider in de sondeerbuis 3 ook worden benut om signalen naar beneden te zenden. Dit zou bijvoorbeeld een besturingscommando kunnen zijn om de meetsonde 4 en/of de eventuele versterker(s) in bedrijf te stellen of uit te schakelen, danwel de werking 15 daarvan te regelen. In figuur 2 is een optische zendereenheid 11 te herkennen, die op het moment dat het gewenst is een besturingscommando naar de meetsonde 4 te zenden, op of boven de bovenzijde van de sondeerbuis 3 wordt gehouden en een optisch signaal kan afgeven aan de 20 optische geleider in de sondeerbuis 3. In een mogelijke uitvoering wordt die zendereenheid na het verzenden van het commando weer wordt verwijderd, zodat de camera 9 zicht krijgt op de kop van de sondeerbuis 3. De zendereenheid 11 kan bijvoorbeeld zo klein zijn dat deze in de hand kan 25 worden gehouden.

Het zal duidelijk zijn dat de camera 9 ook op een andere plaats kan zijn opgesteld dan recht boven de sondeerbuis 3, met name indien gebruik wordt gemaakt van geschikte lenzen en/of reflectoren om het optische signaal 30 van de kop van de sondeerbuis 3 bij de camera 9 te brengen.

In een mogelijke variant worden de optische ontvangemiddelen 8 wel direct bovenop de sondeerbuis 3 geplaatst, bijvoorbeeld in de vorm van een handzame eenheid die gemakkelijk losneembaar op de kop van de sondeerbuis 3 35 kan worden geplaatst. In een mogelijke uitvoering is erin voorzien dat in die eenheid de ontvangen optische signalen worden omgezet in draadloos verzendbare radiosignalen, zodat via een telemetrie-systeem de gegevens vanaf die 1012468 -8- optische ontvangermiddelen 8 kunnen worden overgedragen naar de registratie-apparatuur 12. Bij het aankoppelen van een nieuwe buissectie hoeft dan alleen die eenheid tijdelijk te worden losgenomen en bovenop de nieuw 5 aangekoppelde buissectie te worden geplaatst.

1 0 1 i. 4 6 8

Claims (15)

1. Bodemsondeerinrichting omvattende een uit meerdere koppelbare buissecties samenstelbare sondeerbuis (3), welke sondeerbuis tijdens het in de bodem drukken telkens met een of meer buissecties (5) wordt verlengd, een aan de 5 sondeerbuis aangebrachte meetsonde (4), welke meetsonde is voorzien van meetmiddelen voor het verkrijgen van gegevens omtrent de bodem, en gegevenstransmissiemiddelen (7,8) die zijn ingericht voor de transmissie van gegevens tussen de meetsonde (4) en een locatie bij of nabij het oppervlak van 10 de bodem, welke gegevenstransmissiemiddelen bij of nabij de meetsonde opgestelde zendermiddelen (7) omvatten, die zijn ingericht voor het toevoeren van gegevens aan een geleider voor de transmissie van de gegevens naar bij of nabij het oppervlak van de bodem opgestelde ontvangermiddelen (8), 15 die zijn ingericht voor het ontvangen van gegevens die door de zendermiddelen zijn verzonden, met het kenmerk, dat elke buissectie (5) is voorzien van een zich tussen de einden daarvan uitstrekkend optische geleiderdeel, zodanig dat door koppeling van die buissecties een doorgaande optische 20 geleider wordt gevormd in de sondeerbuis, en dat de zenden ontvangermiddelen zijn ingericht voor optische gegevenstransmissie. .

2. Bodemsondeerinrichting volgens conclusie 1, waarbij de 25 zendermiddelen (7) geheugenmiddelen omvatten voor het opslaan van meetgegevens.

3. Bodemsondeerinrichting volgens conclusie 2, waarbij de geheugenmiddelen zijn ingericht om alle bij een sondering 30 gemeten meetgegevens op te slaan.

4. Bodemsondeerinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij het geheugenmiddelen zodanig zijn ingericht dat via de optische geleider verzonden 35 meetgegevens ook tijdelijk worden opgeslagen en de verzending op een later tijdstip een of meer malen wordt 10 12 4M -ΙΟΙ herhaald, zodat tijdens het aankoppelen van een buissectie - en de daarmee gepaard gaande onderbreking van de optische geleider - beschikbaar gekomen meetgegevens alsnog worden verzonden. 5

5. Bodemsondeerinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij een of meer buissecties zijn uitgevoerd als versterkersondeerbuissectie met daarin een optische versterker voor het versterken van het optische 10 signaal.

6. Bodemsondeerinrichting volgens conclusie 5, waarbij elke versterkersondeerbuissectie is voorzien van een bijbehorende elektrische (oplaadbare) batterij. 15

7. Bodemsondeerinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de ontvangermiddelen zijn ingericht voor een contactloze overdracht van de door de optische geleider verzonden signalen vanaf de bovenzijde 20 van de sondeerbuis.

8. Bodemsondeerinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de ontvangermiddelen een op een afstand van de kop van de sondeerbuis opgestelde camera 25 omvatten, die is ingericht voor het ontvangen van bij het bovenste einde van de optische geleider arriverende optische signalen.

9. Bodemsondeerinrichting volgens conclusie 8, waarbij 30 een verplaatsbare, in het bijzonder in de hand te houden, zendereenheid (11) is voorzien voor het verzenden van optische signalen, welke zendereenheid is ingericht om tijdelijk boven of op het bovenste einde van de sondeerbuis te worden geplaatst. 35

10. Bodemsondeerinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de zendermiddelen (7) zijn ondergebracht in een bijbehorende sondeerbuissectie. 1 o 11 4 6 8 -11-

11. Boderasondeerinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij een (oplaadbare) elektrische batterij is voorzien in een sondeerbuissectie voor het voeden van de zendermiddelen en eventueel de meetsonde, in 5 het bijzonder in een specifiek daarvoor bestemde sondeerbuissectie.

12. Sondeerbuissectie bestemd voor het uit meerdere sondeerbuissecties samenstellen van een sondeerbuis voor 10 het in de bodem drukken van een sonde, met het kenmerk, dat de sondeerbuissectie is voorzien van een zich tussen de axiale einden daarvan uitstrekkende optische geleider voor gegevenstransmissie van de sonde naar het oppervlak.

13. Sondeerbuissectie bestemd voor het uit meerdere sondeerbuissecties samenstellen van een sondeerbuis voor het in de bodem drukken van een sonde, met het kenmerk, dat de sondeerbuissectie is voorzien van een optische versterker en bijbehorende (oplaadbare) elektrische 20 batterij.

14. Sondeerbuissectie bestemd voor het uit meerdere sondeerbuissecties samenstellen van een sondeerbuis voor het in de bodem drukken van een sonde, met het kenmerk, dat 25 de sonderbuissectie een of meer (oplaadbare) elektrische batterijen omvat voor het voeden van een of meer in aangekoppelde sondeerbuissecties ondergebrachte elektrische apparaten.

15. Bodemsondeerinrichting omvattende een aandrijfinrichting voor het in de bodem drukken van een sondeerbuis, die uit meerdere koppelbare buissectie samenstelbaar ist met het kenmerk, dat bij de aandrijfinrichting een camera is opgesteld, zodanig dat 35 deze kan worden gericht op het bovenste einde van de sondeerbuis voor het ontvangen van signalen, in het bijzonder meetgegevens, die via een in de sondeerbuis opgenomen optische geleider worden doorgegeven. 10 1^46 8