JPH02101283A - ボアホール壁面観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ポーリング孔やパイプ孔などのボアホールの
壁面観測を行うボアホール壁面観測装置に関する。

〔従来の技術〕

ダムやトンネルなどの建設では、地下の岩盤を１１とし
たり、掘削し空洞にして利用するが、事前に建設地点の
地質調査を行い、その結果を設計に反映させるとともに
採用する施工法の選定や工事の進め方、安全対策などに
万全を期すことが必要である。

地質調査では、一般に岩盤の割れ目の方向、幅及び傾斜
、さらには地層の方向及び傾斜を知ることが必要である
。その調査方法には、建設地点をポーリングしてコアを
採取して観察する方法や直接ボアホールの壁面を観測す
る方法がある。

ポーリング調査ではポーリングコアを地上に取り出して
観察しなければならず、この際風化の著しいコアはくず
れてしまって観察できない部分が生じたり、連続データ
として採取できずに層別平均値のデータにしてしまった
りしている。従って、より高い精度で地質を調査しよう
とする場合には、−ｉに直接ボアホールの壁面を観測す
る装置が有効な手段となる。この装置としては、光ヘッ
ドを回転させながらボアホールの内壁に光ビームを照射
してその反射光を光電変換器で受けて電気信号に変換し
、光ビームを照射している向きと深度から展開画像を得
るボアホール壁面観測装置があり、本出願人もボアホー
ル壁面観測装置に関し別途出＠（例えば特願昭６０−２
７４９９号、特願昭６０−２６０４９号）しているので
次にその構成を簡単に説明する。

第２図はボアホール壁面観測装置の構成例を示す図、第
３図は方位計の構成例、第４図は方位計の取り付は状態
を示す図、第５図は傾斜計の構成例を示す図、第６図は
傾斜計の取り付は状態を示す図である。

第２図において、ゾンデ１１は、ボアホール２６の中を
上下動し、壁面に光を照射してその反射強度を観測する
観測部、及びその観測位置を正確に検出する位置検出部
からなるものである。

観測部は、方向計１３及びレンズ１４とミラー１５とを
備えた光学ヘッド１６が旋回用モーター１２に連結され
ている。また、ハーフ・ミラー１９を通して、この光学
へ・ンド１６に光ビームを送り出すための光源２２と光
ビーム作成のためのレンズ２１、スリット２０、さらに
は光学ヘッド１６からの反射ビームを検出するためのス
リット１７、光電変換器１８が設けられる。このような
構成によって、光源２２からの光は、レンズ２１、スリ
ット２０でビーム状にし、ハーフ・ミラー１９、ミラー
１５、レンズ１４を通してボアホールの内壁に照射され
る。そしてその反射ビームの強度は、レンズ１４、ミラ
ー１５、ハーフ・ミラー１９、スリット１７を通して光
電変換器１８で測定される。従って、旋回用モーター１
２により光学ヘッド１６を旋回させなからゾンデ１１を
下降させると、ボアホールの内壁スキャンが行われ、そ
の反射ビームの強度に対応する電気信号が光電変換器１
８から得られることになる。

上述の如き観測部による壁面観測は、内蔵された方向計
１３によって常にゾンデ１１の基準位置が一定方向を向
いている時は、基準位置からの方向をｍ認しながら行わ
れる。しかし、この方向計１３だけの場合には、ボアホ
ールが完全に鉛直であることが必要であり、それ以外の
場合には観測精度が著しく低下する。そこで、ボアホー
ルが鉛直でなく曲がっていても正確に観測位置を知るた
めに位置検出部が用いられる。

位置検出部は、孔面がりを測定する手段として、方位計
２３と傾斜計２５とを設け、光学ヘッドの向きを測定す
る手段として回転計２４を設ける。

方位計２３は、例えば図示点線の如くゾンデ１１の軸方
向と一致する線Ｐを軸に回転自在になった第１の支点Ａ
、Ａ’と、線βに直交する線ｍを軸に回転自在になった
第２の支点Ｑ、Ｑ’　とを介して支点Ａ、Ａ’でゾンデ
１１に取り付けられ、計測部が地上からの鉛直方向に対
して常に変わらない状態に支持されるものである。方位
計の具体的な構成を示したのが第３図であり、磁石３４
、エンコーダ板３５、発光部３７、受光部３６を内蔵し
、ゾンデ１１の傾斜方向角を計測している。同様に傾斜
計２５は、′ｙＡｌを軸に回転自在になった支点Ｒ，Ｒ
’を有し、点Ｂ、Ｂ’でゾンデ１１に取り付けられ、計
測部がゾンデ１１の傾きに対応して線Ｐの周りを回転す
るようになったものである。具体的な構成は第５図に示
すように重り４４を取り付けたエンコーダ板４５、発光
部４７、受光部４６を内蔵し、ゾンデ１１の傾斜角を計
測する。また、回転計２５は、方位計２３の取り付は支
点Ａの位置に設けられ、ゾンデ１１の基準となる方向Ｅ
を計測している。それぞれの取り付は状態を示したのが
第４図及び第６図である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の如きボアホール孔壁観測装置は、
ゾンデの先端まで電気の信号線を引っ張っているため、
使用条件によってはノイズが入りやすく動作も不安定に
なる等の問題がある。例えば地熱発電等の地質調査では
、高温の中で使用するため、画像信号処理回路や方位計
、傾斜計等の動作が不安定になると、観測画像が乱れ、
観測位置の精度が悪くなるという問題がある。しかも、
地中深くまで降下させるので、熱的或いは電気的条件を
正確に把握することができず、予測できないところもあ
る。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、ノイズ
に強く良質の観測画像を得ることができるボアホール壁
面観測装置の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、ボアホール内を昇降、又は水平移
動するゾンデより壁面に光を照射してその反射光を取り
込み壁面の観測を行うボアホール壁面観測装置であって
、ゾンデ内に、ミラーを有しミラーの回転により光ビー
ムを走査しながら壁面に照射すると共に壁面からの反射
ビームを取り込む光学系とスリット、エンコーダ板を有
し該エンコーダ板の回転角を光学的に検出し°ζ観測位
置を検出する位置検出手段、及び光源を備え、光学系の
観測部及び位置検出手段の検出部から受光部までの間を
光ファイバーで接続したことを特徴とする。

（作用〕 本発明のボアホール壁面観測装置では、ゾンデ内に光源
を配置して光を壁面と各位置検出手段のエンコーダ板を
照射するので、壁面の観測や位置検出に必要にして充分
な光量を確保することができる。また、壁面観測の光信
号と各位置検出手段の検出光信号は、ゾンデ先端のよう
に環境が悪くノイズの多い領域を光ファイバーで伝送す
るので、検出精度を高めることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係るボアホール壁面観測装置の１実施
例を示す図であり、１．２．２′は光ファイバー、３は
エンコーダ、４はモータ、５は歯車駆動機構、６は回転
筒、７−１は回転ミラー７−２は光源、８は方位計、８
−１と９−１はエンコーダ板、９は回転計、１０は傾斜
計、１１はゾンデ、１１−１はスリットを示す。

第１図（ａ）において、光ファイバー１．２は、図示し
ないがその端部に受光部（光電変換素子）を配置したも
のであり、ゾンデ１１の先端から離れた、地上或いは地
上に近い位置までを光学系で構成し、地上或いは地上に
近い位置に光電変換素子を配置できるようにしている。

光ファイバー１は、孔壁観測用の光信号を伝送するもの
であり、光ファイバー２は、観測位置検出用の光信号（
エンコーダによる角度信号）を伝送するものである。回
転筒６は、回転ミラー７−１が回転中心の上下位置に固
定され、歯車駆動機構５を介してモータ４により回転駆
動されるものである。下側の回転ミラー７−１には、光
源７−２が対向して配置され、下側の回転ミラー７−１
からスリット１１−１に向けて反射させ孔壁を照射する
。そして、孔壁の反射ビームを上側の回転ミラー７−１
から結像レンズに向けて反射させ光ファイバー１より反
射ビームを取り込む、エンコーダ３は、発光部、受光部
と組み合わせてモータの回転角を検出するものであり、
光源を発光部として持ち検出光信号が光ファイバー２を
通して受光部に伝送するように構成している。そして、
この信号から回転ミラー７−１の回転角が検出される。

歯車駆動機構５に接続するモータ４のシャフトは、図示
のように長くすることによってゾンデ１１の先端よりも
離れた位置にモータ４を配置できるようにしている。

スリット１１−１には、照射光及び反射光の透過する部
材が用いられるが、単に透明なガラスや樹脂を使用した
だけでは、この部分で照射光が反射し画像上のノイズと
なって現れる。そこで、例えば光信号として近赤外領域
の波長を用い、或いはスリット１１−１として偏光特性
のある部材を用いると上記のようなノイズを低減するこ
とができる。

方位計８及び傾斜計１０は、第３図及び第５図に示すも
のと同じであるが、それぞれが光源を発光部として持ち
、エンコーダ板の受光信号がゾンデ上方部或いは地上に
設けられた受光部まで光ファイバー２で接続される。回
転計９も同様にエンコーダ板から受光部まで光ファイバ
ー２で接続される。

なお、発光部を受光部と対にして配置し受光部のある位
置から光ファイバーで壁面観測部やセンサーまで光を導
入するようにも構成できるが、光源に接続する光ファイ
バーが長くなると、特に地上までの往復を光ファイバー
で導いた場合には、光センサ部に対して数十倍の光量が
必要になる場合がある。このような場合に、光ファイバ
ーを用いると、導入する光量が限定され充分な光量が得
られないという問題が生じる。他方、ランプには、地熱
による２００°Ｃ以上もの高温の雰囲気の中でも光源と
して使用できる耐熱性のものとして、例えばハロゲンラ
ンプがある。そこで、常温から２００″Ｃ程度の高い温
度の雰囲気の中での壁面観測では、上記の構成を採用す
ることができる。

また、第１図（ｂ）に示すように壁面観測用の光源７−
２により直接ミラー７−１を通して壁面を照射すると共
に、この光ｍ７−２から光ファイバー２′を通して各エ
ンコーダ板８−１．９−１４に導いてもよい、このよう
にすると、壁面観測部では光源からの光を直接利用し、
位置検出部では光ファイバーを用いることになるが、光
を導入する位置まで引っ張る光ファイバーが短くなるた
め、位置検出部にも充分な光量を供給することができる
。つまり、この構成の場合には、モータ４の駆動用及び
光源の点灯用としてゾンデ１１内に電源が供給されるこ
とになる。そして、壁面観察の光信号および各エンコー
ダ板の検出信号のみが地上信号処理装置の光センサまで
導かれ、地上で光信号が電気信号に変換されて処理され
る。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。上記の実施例では、回転
角の検出方式に透過型を採用したが、エンコーダ板の片
面に発光部と受光部を対にして配置する反射型の回転角
検出方式を採用してもよい、また、回転ミラーを回転筒
の上下に設けたが、照射側のみ回転させ、取り込み側を
円錐鏡にしてもよい。さらに、第１図に示す例では、光
源７−２からの光をミラー７−１で直接受けて反射させ
るように構成しているが、光量が不足する場合のように
充分な光量を確保する必要がある場合には、光ｔＡ７−
２とミラー７−１との間にレンズを配置して集光するこ
とによって、ビーム状の強力な光をミラー７−１で反射
させ壁面を照射するようにしてもよい。

光電変換素子を配置する受光部は、光ファイバーを極力
短くするためにゾンデ内の上部に設けるようにしてもよ
いが、観測する地質の条件等を考慮してゾンデと地上と
の中間や地上に設ける等適宜選択するように構成しても
よいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ゾン
デ先端の観測部や位置検出部の光信号をそのまま光学系
で伝送するので、環境の悪い観測部から電気信号処理回
路を無くすことができる。

しかも、光ファイバーを用い画像信号や検出信号を環境
の良好な領域まで光信号で伝送してから電気信号に変換
するので、ノイズの少ない良質の観測画像を得ることが
でき、また、高い精度の位置検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るボアホール壁面観測装置の１実施
例を示す図、第２図はボアホール壁面観測装置の構成例
を示す図、第３図は方位計の構成例、第４図は方位計の
取り付は状態を示す図、第５図は傾斜計の構成例を示す
図、第６図は傾斜計の取り付は状態を示す図である。 １．２．２′・・・光ファイバー、３・・・エンコーダ
、４・・・モータ、５・・・歯車駆動機構、６・・・回
転筒、７−１・・・回転ミラー、７−２・・・光源、８
・・・方位計、９・・・回転計、１０・・・傾斜計、１
１・・・ゾンデ、１１−１・・・スリット。 出　願　人　　清水建設株式会社（外１名）代理人　弁
理士　阿　部　龍　吉（外５名）第６ 図 （し） 、３１ 第４ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボアホール内を昇降、又は水平移動するゾンデよ
   り壁面に光を照射してその反射光を取り込み壁面の観測
   を行うボアホール壁面観測装置であって、ゾンデ内に、
   ミラーを有しミラーの回転により光ビームを走査しなが
   ら壁面に照射すると共に壁面からの反射ビームを取り込
   む光学系とスリット、エンコーダ板を有し該エンコーダ
   板の回転角を光学的に検出して観測位置を検出する位置
   検出手段、及び光源を備え、光学系の観測部及び位置検
   出手段の検出部から受光部までの間を光ファイバーで接
   続したことを特徴とするボアホール壁面観測装置。
2. （２）光源を光学系の観測部及び位置検出手段の検出部
   のそれぞれに配置したことを特徴とする請求項１記載の
   ボアホール壁面観測装置。
3. （３）光源を光学系の観測部に配置し、該光源からミラ
   ーを介して光を壁面に照射すると共に光ファイバーでエ
   ンコーダ板まで光を導入するように構成したことを特徴
   とする請求項１記載のボアホール壁面観測装置。