JPH0457963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボアホール（borehole）を計測する
方法と装置に関する。

ボアホールの通路の空間的な計測は、通常、ボ
アホールの全長に沿つて測定された一連の方位角
と傾斜角の値にもとづいて行なわれる。これらの
２つの角度の値にもとづく測定はボアホールの通
路に沿う連続した位置で行なわれるが、隣接した
位置の間の距離はまえもつて正確に知ることがで
きる。

ボアホールを設けることにより地球磁場が変化
することがないボアホールの中で方位角と傾斜角
の値を得るため、ケーシングに関し固定的に設定
された軸の方向における地球重力と地球磁場の分
力の測定を利用することができる。この場合、た
とえば、磁石の北極のごとき地球磁場に基づく方
位に関して固定的に設定された磁気基準に関し方
位角が測定される。しかし、たとえば、鋼製ライ
ニングを用いてボアホールを囲んだ場合のよう
に、ボアホールの局部的な条件により地球磁場が
変化するような状態では地球磁場に基づく方位に
関して固定された基準に関し方位角を決定するた
め磁気測定を利用することはできない。これらの
事情を斟酌すれば、ジヤイロスコープ計測器を使
用することが必要である。

この目的のためジヤイロスコープ計測器がいく
つかすでに開発されていて、一定の値より低い傾
斜角では申しぶんなく使用されている。しかし、
傾斜角が垂直軸に関し60°を越えると、傾斜が大
きくなるにしたがつて、計測精度がしだいに低下
する。したがつて、本発明は、どの傾斜角でもき
わめて正確な計測を行なうことができるととも
に、精度と信頼性が高い可動部材を使用していな
いジヤイロスコープ・ユニツトにとくに適用する
ことができる新しい計測技術を提供することを目
的とするものである。

上記の目的を達成するため、ボアホールを計測
する方法であつて、下記の諸工程、すなわち、３
軸速度ジヤイロスコープ・ユニツトをケーシング
内に取り付けたうえボアホールの入口に計測器を
配置することと；重力センサー・ユニツトにより
計測器に関し少なくとも２つの互に直交する方向
に少なくとも重力の２つの分力を検知すること
と；計測作業の始めと終りをボアホールの入口に
位置ぎめするかあるいはボアホールの通路に沿つ
た若干の既知の基準点に位置ぎめしたうえでボア
ホールに沿つて計測器を移動させることと；速度
ジヤイロスコープ・ユニツトによりボアホールの
全長に沿つた一連の位置で３つの非共面軸のまわ
りでの回転速度を検知することと；ボアホールの
入口で検知された重力の分力と方位角の初期の値
とから初期の方向コサインを決定し、後続の測定
位置で方向コサインを求めるよう速度ジヤイロス
コープ・ユニツトにより検知された回転速度を使
用してこれらの値を増分することにより各測定位
置でボアホールの位置を計算することとより成る
ことを特徴とする方法が本発明に従がつて提案さ
れたのである。

計測作業の開始時に計測器が実際に心合わせさ
れているかどうかに係わりなく、速度ジヤイロス
コープ・ユニツトの測定軸をボアホールの入口で
地球磁場に基づく方位に関して固定的に設定され
た軸と心合わせしたときの計測の結果と一致した
ものになるようにするため、方位角を変えるよう
初期方向のコサインを計算するとともに、計測作
業の全長にわたつて東の方向と西の方向について
計測器の計算された慣性回転速度の合計がほぼゼ
ロとなる結果が得られるまで後続の増分計算を行
なうことが好ましい。

本発明の一実施例によれば、計算器は、計測の
間、ボアホールの軸と一致した長軸を有するケー
シングを備えていて、ジヤイロスコープ・ユニツ
トはその枢動軸をケーシングの長軸と一致させた
うえケーシングの中で枢動可能に取り付けられて
おり、計測の間における計測器の転動に伴なう誤
差を最小程度に抑えるため、速度ジヤイロスコー
プ・ユニツトは制御をうけながら枢動軸のまわり
で回転するようになつている。

本発明はまた、ボアホールを計測する装置であ
つて、計測器ケーシングと、ボアホールの入口で
計測器ケーシングに関し少なくとも２つの互に直
交する方向について少なくとも２つの互に直交す
る方向について少なくとも２つの重力の分力を検
知するようになされた重力センサー・ユニツト
と、計測器ケーシングの中に取り付けられてい
て、計測器ケーシングがボアホールに沿つて移動
するにしたがつて一連の位置で３つの非共面軸の
まわりでの回転速度を検知するようになされてい
る３軸速度ジヤイロスコープ・ユニツトと、ボア
ホールの入口で検知された重力の分力と方位角の
値にもとづいて初期方向コサインを決定する手段
と、後続の測定位置で方向コサインを求めるため
速度ジヤイロスコープ・ユニツトにより検知され
た回転速度を使用してこれらの値を増分させる手
段と、方向コサインにもとづいて各測定位置でボ
アホールの位置を決定する手段により成る装置を
提供するものである。

ジヤイロスコープ・ユニツトは３組のレーザ
ー・ジヤイロより成ることが好ましく、該レーザ
ー・ジヤイロはそれぞれ、伝播媒体と該伝播媒体
の中で閉通路のまわりで反対の方向に２つのレー
ザー・ビームを伝達するレーザー源と、装置の回
転軸のまわりでの回転に伴なうビームの周波数の
ドツプラー遷移により２つのビームがぶつかる干
渉領域を検出するとともに、積分した回転速度に
比例したパルス出力を提供する光学検出器とを備
えている。

以上のように本発明によれば、方向コサインは
前に得られた値を増分させることによつて決定さ
れ、また測定の開始位置と終了位置とが同じ位置
に選ばれるので、測定開始時における計測器の心
合わせ違いに起因する測定誤差はその測定の終了
に伴つて容易に補償されるようになり、如何なる
傾斜角においても正確なボアホール測定が実現さ
れるようになる。

特に本発明の (a) 共通の点で開始及び終了するボアホール経路
に沿つて方向コサイン値を決定する。

(b) そこにおいて、方向コサイン値の増分は、３
軸の速度ジヤイロスコープ・ユニツトにより検
知される回転速度に依存する。

構成に関し、少なくとも出願人が知り得る限りに
おいては、このような従来例はなく、よつて上記
効果も、従来の方法或いは装置によつては得られ
難い。

以下、本発明の一実施例を図解した添付図面を
参照しながら本発明を詳細に説明する。

さて、第１図を参照すれば、計測装置は、使用
時、長軸がボアホールの軸と一致するようになつ
ているケーシング１０の中に３軸速度ジヤイロス
コープ・パツケイジ１２を備えており、該ジヤイ
ロスコープ・パツケイジ１２はケーシング１０の
長軸に沿つて延在した回転軸１４上に取り付けら
れているとともに、上部ベアリング、中間ベアリ
ングならびに下部ベアリング１６，１８，２０を
備えており、これらのベアリング１６，１８，２
０は上部取付プレート１７と中間取付プレート１
９と下部取付プレート２１により支承されてい
る。測定軸をケーシング１０の長軸（Ｚ軸）に沿
つて配置せしめるとともに、２つの直交軸（Ｘ軸
とＹ軸）を長軸と直角をなす面に沿つて延在せし
めた３速度ジヤイロ、たとえば、速度レーザー・
ジヤイロが前記ジヤイロ・スコープ・パツケイジ
１２に組み込まれている。シヤフト１４は入力信
号に応じてケーシング１０内でシヤフト１４を回
転させるよう構成されたトルク・モーター２２を
備えている。計測装置にはまた、３組の加速度計
を備えた重力センサー・ユニツト２４が組み込ま
れていて、該重力センサー・ユニツト２４はシヤ
フト１４に取り付けられている。なお、前記加速
度計の測定軸は速度ジヤイロの軸に平行に配置さ
れている。この実施例の変更態様においては、重
力センサー・ユニツト２４は加速度計を２組備え
ているだけてあつて、加速度計の軸は互に直角に
延在した２つの方向に沿つて配置されている。

第２図は、ボアホール３０と該ボアホール３０
の向きを限定しているいろいろな基準軸を概念的
に図解したものである。ボアホールの軸は１組の
地球磁場に基づく方位に関して固定的に設定され
た軸ON、OE、OVと１組のケーシングに関し固
定的に設定された軸OX、OY、OZより成る。な
お、前記軸OVは垂直下向きに延在しており、
ONは北向きであり、OEは東向きである。また、
前記軸Ｚは測定ステーシヨンにおけるボアホール
の局部的な方向に沿つて延在しており、OXと
OYはこの方向と直角をなす面内に所在してい
る。地球磁場に基づく方位に関して固定的に設定
された軸は下記の通り３つの時計方向に回転する
ことによりケーシングに関し固定的に設定された
軸と一致した状態で回転する。

(1) 第３図に示されている方位角Ψぶん軸OVま
わりで回転すること、 (2) 第４図に示されている傾斜角θぶん軸OE₁の
まわりで回転すること、 (3) 第５図に示されている高位の側の角度φぶん
軸OZのまわりで回転すること。

地球磁場に基づく方位に関して固定的に設定さ
れた軸ON、OE、OVからケーシングに関し固定
的に設定された軸OX、OY、OZへのベクトル変
換は下記の行列式により表わすことができる。

_x,y,z＝｛φ｝｛θ｝｛Ψ｝・_N,E,V ここで、 ｛Ψ｝＝cosΨ −sinΨ ０sinΨ cosΨ ００ ０ １ ｛θ｝＝cosθ ０ sinθ ０ １ ０ −sinθ ０ cosθ ｛φ｝＝cosφ −sinφ ０ sinφ cosφ ０ ０ ０ １ ここで、_xと_Yと_Zはケーシングに関し固
定的に設定された軸の方向OXとOYとのOZにあ
る単位ベクトルであり、一方、_Nと_Eと_Vは
地球磁場に基づく方位に関して固定的に設定され
た軸ONとOEとOVの方向にある単位ベクトルで
ある。

この変換は、下記のごとく、地球磁場に基づく
方位に関して固定的に設定された軸の方向につい
てケーシングに関し固定された軸の方向に沿う単
位ベクトルに関する方向コサイン｛1_x,y,z、m_x,y,z、
n_x,y,z｝により表現することもできる。

U_X U_Y U_Z＝1_x 1_y 1_z m_x m_y m_z n_x n_y n_zU_N U_E U_V したがつて、 1_x 1_y 1_z m_x m_y m_z n_x n_y n_z＝｛φ｝｛θ｝｛Ψ｝ 地面に作用する重力のベクトルに演算子を加
えることにより下式で得られる。

g_X g_Y g_Z＝｛φ｝｛θ｝｛Ψ｝０ ０ ０ または、 g_X＝−cosφ、sinθ、ｇ g_Y＝sinθ、sinθ、ｇ g_Z＝・cosθ、ｇ ここで、g_Xとg_Yとg_Zはケーシングに関し固定的
に設定された軸の方向OXとOYとOZに沿う重力
の分力である。

ボアホールの長さに沿つて測定した一連の方位
角Ψと傾斜角θの値によりボアホールの計測の結
果を表わすのが一般に行なわれているやり方であ
る。しかし、原点Ｏを計測作業を開始したときの
位置、すなわち、ボアホールの頂部に位置ぎめし
た状態で地球磁場に基づく方位に関して固定的に
設定された軸ONとOEとOVについて測定された
デカルト平行座標の値によりこれらの結果を表わ
すことも可能である。これらの軸に関する位置座
標はそれぞれ、緯度と出発点と真の垂直深さとし
て表示される。

計測作業の間、ボアホールの頂部からスタート
してボアホールの頂部に戻るまでボアホールの通
路に沿つて計測装置が移動するが、計測作業の始
めと終りはボアホールの位置座標の原点に位置ぎ
めされる。計測装置をボアホール頂部に位置ぎめ
して計測作業を始めたとき、地面重力のベクトル
ｇの分力g_OXとg_OYとg_OZは重力センサー装置２４
の加速度計により測定されて、測定値が記録され
る。計測作業の間、速度ジヤイロの出力はジヤイ
ロの軸のまわりでの回転速度を積分したものに比
例するが、このような出力のパルスは計数され
て、たとえば、１秒という時間δ_tの連続した時間
間隔をおいて３つのジヤイロの計数値C_MXとC_MY
とC_MZが地表面に設置された記録手段に発信され
る。計測値を地表面に発信する計測器の各位置は
計測ステーシヨンと呼ばれており、時間ｔ＝Σδ_t
と移動した径路の長さは、計数値C_MXとC_MYとC_MZ
といつしよに地表面で記録される。

なお周知のように、ボアホールに沿つて計測器
が移動する距離は、例えば計測に付属する線（ワ
イヤ）の長さに基づいて連続的にモニタすること
ができる。よく知られた標準的な作業では、ワイ
ヤを付けて計測器を降ろす。そして計測器が到達
した深さは、このワイヤを基準にして決定され
る。また別の方法として、この計測器が移動する
距離は、上記計測ステーシヨン間を移動するため
に要した時間によつて決定することも可能であ
る。何れも、こうした分野においてはよく知られ
た方法である。

地表面に設けられた適当な計算回路を使用して
一連の計算を行なうためこれらの計数値を使用す
ることができる。最初の計測ステーシヨン以外の
各計測ステーシヨンについて25の独立した計算が
行なわれるが、計測ステーシヨンについて得られ
た測定データーとそれ以前の計測ステーシヨンに
ついて得られた測定データーと計算データーなら
びに適当な地理的な緯度λにおける回転ベクトル
のうち地面速度の既知の接線方向の分力ω_ETの半
径方向の分力ω_ERを使用してこれらの計算が行な
われる。

ステーシヨンＫに関するこれらの計算の要領を
示せば次の通りである。

１ (a) ω_EXk＝ω_ET・1_x(k-z)−ω_ER・n_x(k-1) (b) _EXk＝ω_ET・1_y(k-z)−ω_ER・n_y(k-1) (c) _EZk＝ω_ET・1_z(k-1)−ω_ER・n_z(k-1) (d) δt_k＝t_k−t_k-1 (e) δr_XCk＝（C_MXk−C_MX(K-1)）−ω_EXk・δt_k (f) δr_YCk＝（C_MYk−C_MY(K-1)）−ω_EYk・δt_k (g) δr_ZCk＝（C_MZk−C_MZ(K-1)）−ω_EZk・δt_k (h) δ1_xk＝δr_YCk・n_x(k-1) −δr_ZCk・m_x(k-1) (i) δm_xk＝δr_ZCk・1_x(k-1) −δr_xck・n_x(k-1) (j) δn_xk＝δr_xck・m_x(k-1) −δr_YCk・1_x(k-1) (k) δ1_yk＝δr_YCk・n_y(k-1) −δr_ZCk・m_y(k-1) (l) δm_yk＝δr_ZCk・1_y(k-1) −δr_XCk・n_y(k-1) (m) δn_yk＝δr_XCk・m_y(k-1) −δr_YCk・1_y(k-1) (n) δ1_zk＝δr_YCk・n_z(k-1) −δr_ZCk・m_z(k-1) (o) δm_zk＝δr_ZCk・1_z(k-1) −δr_XCk・n_z(k-1) (p) δn_zk＝δr_XCk・m_z(k-1) −δr_YCk・1_z(k-1) (q) 1_xk＝1_x(k-1)＋δ1_xk (r) m_xk＝m_x(k-1)＋δm_xk (s) n_xk＝n_x(k-1)＋δn_xk (t) 1_yk＝1_y(k-1)＋δ1_yk (u) m_yk＝m_y(k-1)＋δm_yk (v) n_yk＝n_y(k-1)＋δn_yk (w) 1_zk＝1_z(k-1)＋δ1_zk (x) m_zk＝m_z(k-1)＋δm_zk (y) n_zk＝n_z(k-1)＋δn_zk 上記の式中、｛C_MXk、C_MYk、C_MZk｝と
｛C_MX(k-1)、C_MY(k-1)、C_MZ(k-1)｝はステーシヨン
Ｋとその以前のステーシヨンｋ−１で得られた
計数値であり、t_kとt_k-1はこれらのステーシヨ
ンに所在していた時間であり、｛1_xk,yk,zk、
m_xk,yk,zk、n_xk,yk,zk｝と｛1_{x(k-1),y(k-1),z(k-1)}、
m_{x(k-1),y(k-1),z(k-1)}、n_{x(k-1),y(k-1),z(k-1)}、｝は
これ
らのステーシヨンにおける方向コサインであ
り、｛ω_EXk、ω_EYk、ω_EZk｝はケーシングに関し
固定的に設定された軸の方向における回転ベク
トルの地面速度の分力である。

下記の計算は、最初の計測ステーシヨンで得
られた測定データーを使用して前記ステーシヨ
ンについて実施されたものである。

２ (a) t₀＝０（または既知の値） (b) s₀＝０（または既知の値） (c) C_MX＝C_MY＝C_MZ＝０（または既知の値） (d) 1_xp＝cos∝ (e) m_xp＝sin∝ (f) n_xp＝（−g_pX）／ｇ (g) 1_yp＝−sinα (h) m_yp＝cosα (i) n_yp＝（g_pY）／ｇ (j) 1_zp＝（−g_pX・cosα＋g_pY・sinα）／ｇ (k) m_zp＝（−g_pX・sinα−g_pY・cosα）／ｇ (l) n_zp＝（g_pZ）／ｇ ここで、αは初期方位角（φ＋Ψ）の値に近
い任意の値であり、｛1_xp,yp,zp，m_xp,yp,zp、
n_xp,yp,zp｝は初期方向コサインである。

このような初期方向コサインの値を決定する手
段が、上記地表面に設けられた適当な計算回路
（通常コンピユータによつて構成される）におい
て定義されている。

初期方向コサインは、理想的にはケーシングに
関し固定的に設定された軸が地球磁場に基づく方
位に関して固定的に設定された軸の方向に沿つて
位置しているよう設定されなければならない。し
たがつて、下式が成立する。

1_xp 1_yp 1_zp m_xp m_yp m_zp n_xp n_yp n_zp＝１ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ 計測器のうちケーシングに関し固定的に設定さ
れた軸は移動を始めたとき地球磁場に基づく方位
に関して固定的に設定された軸と実際には心が合
つていない。したがつて、初期方向コサインを決
定することが必要である。ケーシングに関し固定
的に設定された軸の方向に沿つて測定軸を位置ぎ
めした３組の加速度計により地面の重力のベクト
ルの分力の初期値を求めることができるので、
下式により初期方向コサインを表わすことができ
る。

cosφ.cosθ −sinφ.cosθ sinθ・cosψ ・cosψ−sinφ・sinψ ・cosψ−cosφ・sinψ cosφ・cosθ −sinφ・cosθ sinθ・sinψ ・sinψ＋sinφ・cosψ ・sinψ＋cosφ・cosψ −cosφ・sinθ sinφ・sinφ・sinθ cosθ ここで sinθ＝（（g_pX）²＋（g_pY）²）^1/2／ｇ cosθ＝（g_pZ）／ｇ sinφ＝（g_pY）／（（g_pX）²＋（g_pY）²）^1/2 cosφ＝−（g_pX）／（（g_pX）²＋（g_pY）²）^1/2 ここで ｇ＝（（g_pX）²＋（g_pY）²＋（g_pZ）²）^1/2 方位角Ψの初期の値は重力の分力の初期の値の
関数ではない。したがつて、初期方向コサインは
２式に記載されている計算により方位角Ψの値を
変えるよう計算され、また１式に記載されている
増分計算は下記の増分合計といつしよにこのよう
な増分計算それぞれについて実施される。

このような方向コサインの増分計算を実行する
手段も、上記地表面に設けられた適当な計算回路
において定義されている。

Ｉ＝ 〓^s,t （m_x・δC_MX＋m_y・δC_MY＋m_Z・δC_MZ） この合計は積分∫ω_M/OE・δtを表わしている。こ
こで、ω_M/OEは地面のOE方向のまわりにおける計
測器の回転について計算された見かけの初期速度
である。

OE方向のまわりにおける計測器の真の初期回
転速度は下式により表わすことができる。

ω_I/OE＝ω_E/OE＋ωＳ／OE ここで、ω_E/OEはOEまわりにおける地面に関す
る回転速度であり、ω_S/OEは通路Ｓの移動に伴な
うOEのまわりにおける計測器の回転速度である。

ω_E/OE＝０であるので、下式が成立する。

∫ Ｓω_I/OE・δt＝ ∫ Ｓω_I/OE・δt さらに、移動の始点と終点は同一であるので、
下式が成立する。

∫ Ｓω_I/OE・δt＝ ∫ω_S/OE Ｓ／In−Run・δt＋ ∫ω_S/OE・δt Ｓ／Out−Run＝０ したがつて、∫ Ｓω_I/OE・δt＝０ 方位角Ψを変えて計算を行ない、測定された速
度成分が通路の真の初期速度の計算された分力に
等しくなつたときに合計Ｉ＝０が得られる。原点
を計測作業の始めと終りに位置ぎめした状態で地
球磁場に基づく方位に関して固定的に設定された
軸についてボアホールの通路の位置座標を計算す
れば次の通りである。

緯度＝ 〓^s,t δ（LAT） 出発点＝ 〓^s,t δ（DEP） 真の垂直深さ＝ 〓^s,t δ（TVD） ここで、 δ（LAT）＝1_z・δ_s δ（DEP）＝m_z・δ_s δ（TVD）＝n_z・δ_s 計測の結果は、これらの座標から計算された一
連の方位角Ψと傾斜角θの値により表わすことが
できる。

そして、このような位置座標を計算し、決定す
る手段も、上記地表面に設けられた適当な計算回
路において定義されている。

ジヤイロに関し固定的に設定された軸がケーシ
ングに関し固定的に設定された軸と一致すれば、
上述の計算はすべて有効である。しかし、ジヤイ
ロに関し固定的に設定されたＺ軸をケーシングの
長軸と一致させるとともに、ジヤイロに関し固定
的に設定されたＸ軸とＹ軸をトルク・モーター２
２によりOZ軸のまわりで転動状態に制御するこ
とができるプラツトホームの中に配置したうえ、
計測器が機械化されているのが実情である。OZ
軸のまわりで測定された速度を制御関数として使
用してOZ軸のまわりにおけるプラツトホームの
転動を制御することは容易であるので、ω_MZのス
ケール・フアクター誤差を最小程度に抑え、ω_MX
とω_MYの基準誤差にもとづく誤差を減らす技術を
採用することも可能である。

上述の計測方法においては、３組の加速度計を
備えた重力センサー・ユニツトが測定器のケーシ
ング内に取り付けられていて、計測作業の間、計
測器といつしよにボアホールに沿つて移動するよ
うになつている。しかし、この計測方法を実施す
るにさいしては、重力センサー・ユニツトを十分
に小型化し、ケーシング内に取り付けることがで
きるようにするとともに、とくに温度に関しボア
ホール下部における下利な状態に耐えることがで
きるようにすることが必要である。したがつて、
本発明に係る別の実施態様においては重力センサ
ー・ユニツトは計測ユニツトから分離されてい
て、地表面における初期心合わせの基準に使用さ
れているだけであつて、ボアホールの下部には使
用されていない。重力センサー・ユニツトが別個
のものであるので、厳しい寸法と温度に関する要
求条件に適応させる必要がなく、またボアホール
下部に加速度計を取り付ける必要がないので、ボ
アホール下部用の計測器をより頑大なものにする
ことができることがこの方法の特長をなしてい
る。どの方法を採用するにせよ、地球磁場に基づ
く方位に関して固定的に設定された基準フレーム
内に計測器を固定しておいて、初期心合わせの目
的（またはボアホール内での基準心合わせの目
的）のためにだけ加速計が使用される。

理論的な背景 時間ｔにおけるケーシングに関し固定的に設定
された軸OXとOYとOZの単位ベクトルは（_X、
Ｕ_Y、_Z）である。これらの軸は回転し、時間δt
後、＝ω_X・_X＋ω_Y・_Y＋ω_Z・_Zにより表示
された回転により単位ベクトルの軸はOX′と
OY′とOZ′となる。したがつて、′＝＝δt・
（ｘ）の場合だけ、フレームが回転するので、
時間δt後、回転フレーム内のベクトルＶはベクト
ルV′となる。

もし、軸OXとOYとOZに関するの方向コサ
インが（１、ｍ、ｎ）であり、軸OXとOYとOZ
に関する′の方向コサインが（1′、m′、n′）で
あれば、下式が成立する。

1′・_X＋m′・_Y＋n′・_Z＝１、_X
＋ｍ・_Y＋ｎ・_Z＋（δr_X ・_X＋δr_Y・_Y＋δr_Z・_Z）ｘ（１・
_X＋ｍ・_Y＋ｎ・_Z） ここで、δr_X＝ω_X・δt、δr_Y＝ω_Y・δt、δr_Z＝
ω_Z・δtしたがつて、下式が得られる。

1′−１＝δ1＝δr_Y・ｎ−δr_Z・ｍ m′−ｍ＝δm＝δr_Z・１−δr_X・ｎ n′−ｎ＝δn＝δr_X・ｍ−δr_Y・１ 計測の間に得られたデーターの処理と関連して
上述したように、地球磁場に基づく方位に関して
固定的に設定された軸ONとOEとOVについてケ
ーシングに関し固定的に設定された方向に単位ベ
クトルの方向コサインの値を連続的に更新するた
め、積分計算が下式に従がつて行なわれる。

1_x,y,z＝ 〓^s,t （δ1_x,y,z）＋1_xp,yp,zp m_x,y,z＝ 〓^s,t （δm_x,y,z）＋m_xp,yp,zp n_x,y,z＝ 〓^s,t （δn_x,y,z）＋n_xp,yp,zp 増分的な時間変化δtと増分的な通路長さの変化
δsに対応した増分値を下式から計算することがで
きる。

δ1_x,y,z＝δr_YC・n_x,y,z−δr_ZC・m_x,y,z δm_x,y,z＝δr_ZC・1_x,y,z−δr_XC・n_x,y,z δn_x,y,z＝δr_XC・m_x,y,z−δr_YC・l_x,y,z ここで、 δr_XC＝（ω_MX−ω_EX）・δt＝δC_MX−δC_EX δr_YC＝（ω_MY−ω_EY）・δt＝δC_MY−δC_EY δr_ZC＝（ω_MZ−ω_EZ）・δt＝δC_MZ−δC_EZ

【図面の簡単な説明】

第１図は、ケーシングを長さ方向に切断した状
態で計測器を概念的に図解した斜視図、第２図
は、２つの基準軸の間の変換を概念的に表示した
説明図、第３図より第５図までは、第２図に示さ
れている変換のいろいろな段階を図解した説明図
である。 １０……ケーシング、１２……ジヤイロスコー
プ・パツケイジ、１４……回転軸、１６，１８，
２０……ベアリング、１７，１９，２１……ベア
リング取付プレート、２２……トルク・モータ
ー、２４……重力センサー・ユニツト、３０……
ボアホール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシングと該ケーシング内に取り付けられ
   たジヤイロスコープ・ユニツトとを具えた計測器
   と一緒にボアホールを移動するとともに、計測器
   に関して互いに直行する少なくとも２つの方向に
   ついて少なくとも２つの重力の分力を前記計測器
   の一部を形成する重力センサー・ユニツトを使用
   して検知することにより、ボアホールを計測する
   方法であつて、 該方法が下記の工程、すなわち ボアホールの入口に計測器を配置する工程と、 ボアホールの入口で重力検知ユニツト２４を用
   いて前記重力の分力を検知する工程と、 計測作業の始めと終わりを、ボアホールの入口
   に位置決めするか、或いはボアホールの通路に沿
   つた既知の基準点に位置決めした上、ボアホール
   に沿つて計測器を移動させる工程と、 ３軸速度ジヤイロスコープ・ユニツトであるジ
   ヤイロスコープ・ユニツト１２により、ボアホー
   ルの長さに沿つた一連の測定位置で、３つの非共
   面軸の回りで回転速度を検知する工程と、 ボアホールの入口で検知された重力の分力と方
   位角の初期の値とから初期の方向コサインを決定
   し、更に後続の測定位置で方向コサインを求める
   ために、前記速度ジヤイロスコープ・ユニツト１
   ２により検知された回転速度を使用してこれらの
   値を増分し、且つ前記一連の複数の測定位置間の
   ボアホールに沿つて計測器が進んだ既知の距離を
   使用して各測定位置でのボアホールの位置を計算
   する工程と、 具えることを特徴とするボアホールを計測する方
   法。 ２ 計測作業の開始時に計測器が実際に心合わせ
   されているか否かに係わりなく、速度ジヤイロス
   コープ・ユニツト１２の測定軸をボアホールの入
   口で地球磁場に基づく方位に関して固定的に設定
   された軸と心合わせしたときの計測の結果と一致
   したものとするため、方位角を変えるよう初期方
   向コサインを計算するとともに、計測作業の全長
   にわたつて東の方向と西の方向について計測器の
   計算された慣性回転速度の合計がほぼゼロとなる
   結果が得られるまで後続の増分計算を行うことを
   特徴とする 特許請求の範囲第１項記載のボアホールを計測す
   る方法。 ３ 計測器が、計測の間、ボアホールの軸と一致
   した長軸を有する細長いケーシング１０を備えて
   いて、速度ジヤイロスコープ・ユニツト１２がそ
   の枢動軸をケーシング１０の長軸と一致させた
   上、枢動可能にケーシング１０内に取り付けられ
   ており、計測の間、計測器の転動に伴う誤差を最
   小限度に抑えるため、速度ジヤイロスコープ・ユ
   ニツト１２が制御を受けながら枢動軸の回りで回
   転することを特徴とする 特許請求の範囲第１項または第２項記載のボアホ
   ールを計測する方法。 ４ 重力センサー・ユニツト２４が計測器のケー
   シング１０内に取り付けられていて、計測の間、
   計測器と一緒にボアホールに沿つて移動すること
   を特徴とする 特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   記載のボアホールを計測する方法。 ５ 重力センサー・ユニツト２４が計測器から分
   離されていて、ボアホールの入口で前記重力の分
   力を検知するよう使用されるが、計測の間、計測
   器と一緒にボアホールに沿つて移動しないことを
   特徴とする 特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   記載のボアホールを計測する方法。 ６ ボアホールの入口に原点を位置決めした上、
   地球磁場に基づく方位に関して固定的に制定され
   た軸について測定された一連の座標値と緯度と出
   発点と真の垂直深さにより計測の結果を表すこと
   を特徴とする 特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   または第４項または第５項記載のボアホールを計
   測する方法。 ７ 一連の方位角と傾斜角の値により計測の結果
   を表すことを特徴とする 特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   または第４項または第５項記載のボアホールを計
   測する方法。 ８ 計測器ケーシングと、該計測器ケーシング内
   に取り付けられたジヤイロスコープ・ユニツト
   と、計測器ケーシングに関し互いに直交した少な
   くとも２つの方向について少なくとも２つの重力
   の分力を検知する重力センサーとを具えるボアホ
   ールを計測する装置であつて、 ジヤイロスコープ・ユニツト１２が、ボアホー
   ルに沿い計測器ケーシング１０が移動するにした
   がつて一連の位置で３つの非共面軸の回りでの回
   転速度を検知するようにされた３軸速度ジヤイロ
   スコープであり、本装置が更に、 計測器ケーシング１０に関しボアホールの入口
   で重力センサー・ユニツト２４により検知された
   重力の分力と方位角の値から初期の方向コサイン
   を決定する手段と、 後続の測定位置での方向コサインを求めるべ
   く、前記速度ジヤイロスコープ・ユニツト１２に
   より検知された回転速度を使用してこれらの値を
   増加させる手段と、 方向コサインに基づいて各測定位置におけるボ
   アホールの位置を決定する手段と、 を具えることを特徴とするボアホールを計測する
   装置。 ９ 速度ジヤイロスコープ・ユニツト１２がその
   枢動軸をケーシング１０の長軸と一致させた上、
   ケーシング１０内に枢動可能に取り付けられてお
   り、制御を受けながら枢動軸の回りで速度ジヤイ
   ロスコープ・ユニツト１２を回転させるトルク付
   加手段ユニツト２２が設けられていることを特徴
   とする 特許請求の範囲第８項記載のボアホールを計測す
   る装置。 １０ 重力センサー・ユニツト２４が、計測の
   間、計測器ケーシング１０と一緒にボアホールに
   沿つて移動することができるよう計測器ケーシン
   グ１０の中に取り付けられていることを特徴とす
   る 特許請求の範囲第８項または第９項記載のボアホ
   ールを計測する装置。 １１ 重力センサー・ユニツト２４が計測器ケー
   シング１０から分離されていて、計測の間、計測
   器ケーシング１０と一緒にボアホールに沿つて移
   動しないことを特徴とする 特許請求の範囲第８項または第９項記載のボアホ
   ールを計測する装置。 １２ 速度ジヤイロスコープ・ユニツト１２が３
   組のレーザー・ジヤイロよりなることを特徴とす
   る 特許請求の範囲第８項または第９項または第１０
   項または第１１項記載のボアホールを計測する装
   置。