JPH0624090U - 水中で作動する機械装置用の信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘削孔の水中で作動する機械装置と地上側の
間で水を媒体とする信頼性の高いワイヤレスの信号の伝
送を可能にする。 【構成】 拡底ビット２０→ケリーバー１３→ワイヤー
ロープ１２アースドリル機１０のアースラインと、発信
器３２→発信アンテナ３３→液水２→スタンドパイプ３
→受信器１５のワイヤレスのループを形成し、地下部の
発信器３２側から信号電流を流す。このように、地上部
側の従来の水中アンテナに代えて掘削孔の周囲に補強用
として設けられるスタンドパイプ３を受信アンテナとし
て利用することにより、泡の発生・乱流や水質等に影響
されない信頼性の高い信号伝送を実現する。また、この
ときの信号電流は、特定周波数で変調をかけることによ
り、地中に流れる雑音電流等との識別を容易にし、信頼
性を高める。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば拡底掘削装置のような掘削孔の水中で作動する機械装置にお いて、地上側と水中側の間でモニター用等の信号をワイヤレスで伝送するために 用いる信号伝送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の技術としては、本出願人による実公昭６２−７７４６号がある 。この従来技術は、泥水が満たされた杭孔の底部で拡底掘削を行う拡底ビットに 発信器と水中発信アンテナを配置し、地上側の受信器から水中へ受信アンテナを 投下し、この間に微弱な信号電流を流して、泥水中の拡底ビットの動作状態の検 出信号を受信器へ伝送し、掘削作業工程の定型化を図るとともにその作業の正確 さを期するものであった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の水中受信アンテナによる信号の伝送では、地中電流 （ノイズ）の影響を受けたり、掘削孔内の泡の発生・補給水口から流入する水に よる乱流や泥水の水質等の影響を受けたりして、水中を流れる電流が一定せず、 信号が受信できない場合が発生し、信頼性の高い信号伝送が行えなかった。

【０００４】 本考案は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、掘 削孔の水中で作動する機械装置と地上側の間で水を媒体とする信頼性の高いワイ ヤレスの信号の伝送を可能にする信号伝送装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するため、本考案の水中で作動する機械装置用の信号伝送装 置においては、発信器と受信器のうちの一方を地上側に配置し、前記発信器と受 信器のうちの他方を掘削孔の水中で作動する機械装置に配置し、前記発信器の発 信出力端子の一端および前記受信器の受信入力端子の一端を前記地上側から水中 に至る前記機械装置の構成部材に接続し、前記発信器と受信器のうちの一方の発 信出力端子もしくは受信入力端子の他端を前記掘削孔を囲うケーシングに接続し 、前記発信器と受信器のうちの他方の発信出力端子もしくは受信入力端子の他端 を水中アンテナに接続し、前記水中アンテナと前記ケーシングの間に水を媒体と して前記発信器から雑音電流と容易に識別可能な特定周波数で変調した信号電流 を流して前記発信器に信号の伝送を行うことを特徴としている。

【０００６】

【作用】

本考案の水中で作動する機械装置用の信号伝送装置では、発信器→水中アンテ ナ（またはケーシング）→水→ケーシング（または水中アンテナ）→受信器→機 械装置の導電性構成部材→発信器というワイヤレスのループを形成し、発信器側 から信号電流を流す。このように、地上側の従来の水中アンテナに代えて掘削孔 の周囲に補強用として設けられるケーシングを利用することにより、泡の発生・ 乱流や水質等に影響されない信頼性の高い信号伝送を実現する。また、このとき の信号電流は、特定周波数で変調をかけることにより、地中に流れる雑音電流等 との識別を容易にし、信頼性を高める。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。

【０００８】 図１は本考案の一実施例の構成を示す概略図である。本実施例は、アースドリ ル工法で杭孔の拡底掘削を行う拡底掘削装置を適用例とする。図において、１は 杭孔であり、ベントナイト液等の液水２で満たされている。この液水２は杭孔１ の側壁に水の遮断膜を形成し液水２の静水圧でその側壁の崩壊を防いでいる。ま た、３は杭孔１の地上側から挿入され杭孔を囲う補強用のケーシングを構成する 数ｍのスタンドパイプであり、表層は崩れやすいため、杭孔１の地上側から数ｍ の地下側付近までの土砂の崩壊を防いでいる。

【０００９】 拡底掘削装置は、アースドリル機１０と拡底ビット２０から成る。アースドリ ル機１０にはクレーン部１１に中空角パイプ製もしくはキー溝付パイプ製のケリ ーバー１３がワイヤーロープ１２で昇降可能に吊り下げられており、そのケリー バー１３の下端に拡底ビット２０が結合されている。また、アースドリル機１０ はパワースイベル１４を有し、ケリーバー１３はこのパワースイベル１４を遊挿 して昇降され、パワースイベル１４により回転される。またアースドリル機１０ には、本実施例の信号伝送装置を構成する受信器１５，受信器モニター１６およ びこれらに電源を供給するバッテリー１７が取り付けられている。

【００１０】 図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は拡底ビット２０の詳細を示す図であり、（ａ） はその拡底開始前の状態を示す正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は拡底状態 を示す側面図である。図において、２１はドライブパイプであり、ボディパイプ ２２へ軸方向に滑動自在にかつ回転力が伝達可能にスプライン嵌合されている。 ドライブパイプ２１の上端にはクロスヘッド２３が設けられており、その先端が 図１で示したケリーバー１３の下端のソケットに嵌合され、ピンで固定されてい る。ボディパイプ２２の上部には杭孔１内で姿勢の安定を図るためのスタビライ ザ２４が設けられ、下部には拡底掘削した土砂を収容するバケット２５が設けら れている。スタビライザ２４下部からバケット２５内に至るボディパイプ２２の 周囲には、２本の板状のガイド２６が互いに対向してクロスする方向に所要の傾 斜を有して固着されている。これらのガイド２６に拡底掘削用の拡翼ビット２７ が、それぞれ１個づつ上下に滑動自在に取り付けられている。個々の拡翼ビット ２７は、それぞれ支持ロッド２８を介してドライブパイプ２１上部のクロスヘッ ド２３に連結される。これにより、ドライブパイプ２１がボディパイプ２２内を 下動すると、各拡翼ビット２７も同時にガイド２６の傾斜に沿って下方へ滑動し 、下方への移動に比例して掘削の径が拡がるようになっている。なお、バケット ２５には、拡翼ビット２７が下動したときに突き出るための切り欠き部が設けら れる。この切り欠き部は拡翼ビット２７が上動して左回転するとシャッタが回動 して閉じられ、バケット２５内の土砂の流出を防ぐ構造となっている。

【００１１】 次に、上記拡底ビット２０には、地上側で拡底掘削状態を把握するために、信 号伝送装置を構成する位置検出器３１，発信器３２，発信アンテナ３３，バッテ リー３４等がスタビライザ２４もしくはその近傍に設けられる。位置検出器３１ は、図３の断面図に示すようにワイヤロープ３１ａがスプリング３１ｂ内蔵のワ イヤドラム３１ｃに巻き取られる構造となっており、そのワイヤドラム３１ｃの シャフトに、水密なケーシング３１ｆに収容されたロータリーエンコーダ３１ｄ が連結されている。ワイヤロープ３１ａの先端は図２のクロスヘッド２３に接続 されており、図２（ａ），（ｂ）の状態ではワイヤロープ３１ａが引き出され、 拡翼ビット２７が下動するに従って引き込まれ、逆に図２（ｃ）から図２（ａ） ，（ｂ）の状態に上動して復帰するときは再び引き出される。この間、ワイヤロ ープ３１ａが引き込まれあるいは引き出されるとき、図３のワイヤドラム３１ｃ のシャフトが回転し、ロータリーエンコーダ３１ｄはワイヤロープ３１ａの引き 出しあるいは引き込みに連動しかつ回転の方向を示すパルス信号を出力する。こ のパルス信号出力は防水型のコネクタ３１ｅを介して図２の発信器３２へ接続さ れる。発信器３２はバッテリー３４で作動し、その発信出力は発信アンテナ３３ に接続される。なお、発信器３２，バッテリー３４はそれぞれ水密のケーシング に収納されて取り付けられている。また、位置検出器としては、ロータリーエン コーダに代えてポテンショメータやシンクロモータ等を用いワイヤドラムの回転 角度をパルス信号に代えて電流変化もしくは電圧変化として取り出すものを用い ても良い。この場合には、アナログ−ディジタル変換を行って信号伝送を行う。

【００１２】 次に、本実施例の要部である信号伝送装置の構成を図４のブロック図に示す。 図において、３１は位置検出器、３２は発信器、３３は発信アンテナであり、前 述したものである。また、３５は図２（ａ），（ｂ）の状態すなわち拡翼ビット ２７が上動した状態を検出するマグネットセンサもしくはリミットスイッチであ り、マグネットセンサの場合には拡翼ビット２７側の対応位置にマグネットが設 けられる。以上は杭孔の水中すなわち地下部の構成部材である。

【００１３】 発信器３２はマイコン（マイクロコンピュータ）等で構成されるパルス列変換 器３２ａと、パルス変調器３２ｂと、キャリア周波数発振器３２ｃと、増幅器３ ２ｄから成る。パルス列変換器３２ａにはマグネットセンサ３５の検出信号と位 置検出器３１の検出信号（パルス信号）が入力され、マグネットセンサ３５の検 出信号によりワイヤロープの原点を検出し、そこから位置検出器３１の検出信号 をワイヤドラムの回転方向に従って加算もしくは減算計数して図２の拡翼ビット ２７の位置を算出し、この位置情報をコード化しパルス列に変換して、変調器３ ２ｂへシリアルデータとして出力する。変調器３２ｂには、キャリア周波数発振 器３２ｃからパルス変調に用いる２周波のキャリアが出力される。パルス変調器 ３２ｂで変調された上記パルス列は増幅器３２ｄで増幅され発信アンテナ３３に 出力される。ここで、増幅器３２ｄ出力の一端はアースとして拡底ビット２０本 体へ接続される。

【００１４】 次に、信号伝送装置の地上部の構成要素として、３はスタンドパイプ、１５は 受信器、１６は受信器モニターであり、前述したものである。受信器１５は、増 幅器１５ａと、フィルタ回路１５ｂと、信号弁別器１５ｃと、拡底状況表示部１ ５ｄとから成る。増幅器１５ａの入力は一端が受信アンテナとして作用するスタ ンドパイプ３へ、他端がアースドリル機１０に電気的に接続され、水中を微弱電 流として伝播して来た発信器３２からの出力信号を増幅し、フィルタ回路１５ｂ へ出力する。フィルタ回路１５ｂは、変調信号のみを取り出して信号弁別器１５ ｃへ渡す。信号弁別器１５ｃは、必要なパルス列を復調し、拡底状況表示部１５ ｄへ出力する。拡底状況表示部１５ｄはマイコン等で構成され、前記のパルス列 をデコードして拡翼ビットの位置情報を得、これより拡底状況の経過等を判断し て、表示情報を作成し受信器モニター１６へ出力し、表示を行う。

【００１５】 以上のように構成した実施例の動作および作用を述べる。

【００１６】 本実施例における拡底ビット２０は、予め軸孔として掘削された杭孔１に吊り 降ろされ、その先端が着地すると拡翼ビット２７がパワースイベル１４で回転さ れて、拡底掘削を行う。拡翼ビット２７は、拡底掘削するにつれてクロスヘッド ２３とともに下動し、位置検出器３１のワイヤロープ３１ａはスプリング３１ｂ によってワイヤドラム３１ｃに巻き戻されて引き込まれる。ここで、拡底掘削の 度合いは、拡翼ビット２７の滑降位置、即ちクロスヘッド２３の軸方向の上下位 置、即ちワイヤロープ３１ａの伸縮長に連動する。そこで、本実施例では、この 位置情報を地下部の発信器３３から地上部の受信器１５へ水を媒体として信号電 流を流しワイヤレスで伝送する。

【００１７】 拡底状況を示す拡底ビットの位置情報は、パルス列変換器３２ａがマグネット センサ３５からの原点検出信号と位置検出器３１からの検出信号（パルス信号） を取り込んで位置情報を算出し、その位置情報をパルス列に変換してシリアルデ ータとして出力する。従って、多数のマグネットセンサを配置して位置検出を行 うこともできる。変調器３２ｂはこれにキャリア周波数を重ね合わせて、パルス 変調を行う。パルス列としては、図５に一例を示すように、長いパルスＰの後に ハイ（Ｈ）レベルのスタートパルスＳとロー（Ｌ）レベルのストップパルスＥの 間に等間隔にデータビットＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５をビット有りならＨレ ベル、無しならＬレベルとし、これに長いパルスＰを加えてワンセットとし、繰 り返し出力する。変調器３２ｂではパルス列のＨレベルには例えば５ｋＨｚのキ ャリア周波数を重ね合わせ、Ｌレベルには例えば３ｋＨｚのキャリア周波数を重 ね合わせてパルス変調をかける。この変調された信号は増幅されて、発信アンテ ナ３３より放電される。

【００１８】 信号伝送は、拡底ビット２０→ケリーバー１３→ワイヤロープ１２→アースド リル機１０で繋がったアースラインと、発信アンテナ３３→スタンドパイプ３間 の水中を通して流れる微弱な電流によりワイヤレスでなされる。地上部の発信器 １５では、水中を伝播して来た微弱な電流を受信し、まず全体を増幅する。次に 、他の雑音信号と区別するため、水中放電されたキャリア周波数のみをフィルタ 回路１５ｂで取り出し、この信号を信号弁別部１５ｃでさらに増幅し整流すると 、地下部の発信器３２で作られたパルス列が復調され再現される。これを拡底状 況表示部１５ｄに取り込んで、拡底状況の経過等を判断し、受信器モニター１６ に表示する。

【００１９】 以上述べたように、本実施例では地上部側の受信アンテナとして杭孔１の補強 用のスタンドパイプ３を用いることにより、杭孔１内の泡の発生・乱流等が多く 液水２中に流れる電流が一定しないような場合でも、安定に微弱電流が受信でき るようになる。また、実測の結果２〜１０ｋＨｚ程度の信号電流が最も良く地中 電流等の雑音と区別することができ、その範囲で変調のキャリア周波数を選択す れば、より信頼性の高いデータ伝送を行うことができる。ただし、特にこの周波 数に限定するものではない。

【００２０】 なお、上記実施例は、アースドリル工法への適用例で説明したが、ケーシング を拡底ビットの支持層まで埋め込みながら杭孔を掘削するオールケーシング工法 や、実公昭６２−７７４６号に示されるリバース工法による拡底ビットにも当然 適用可能である。さらに、その他の水中で作動する機械装置に広く用いることが できることも自明である。このとき、地上部が発信側で、水中の地下部が受信側 となって、地上部の制御信号を地下部で受信して機械装置を作動させるような使 用の態様をとることも可能である。このように本考案は、その主旨に沿って種々 に応用され、種々の実施態様を取り得るものである。

【００２１】

【考案の効果】

以上の説明で明らかなように、本考案によれば、掘削孔のような水中で作動す る機械装置と地上側の間で安定に信頼性の高いワイヤレスの信号伝送を行うこと が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す概略図

【図２】（ａ）は上記実施例の拡底ビットの詳細を示す
正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその拡底状態を
示す図

【図３】上記実施例に用いる位置検出器の断面図

【図４】上記実施例の要部である信号伝送装置のブロッ
ク構成図

【図５】上記信号伝送装置の動作を説明するためのパル
ス列を示す図

【符号の説明】

１…杭孔 ２…液水 ３…スタンドパイプ １０…アースドリル機 １３…ケリーバー １５…受信器 ３１…位置検出器 ３２…発信器 ３３…発信アンテナ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発信器と受信器のうちの一方を地上側に
   配置し、前記発信器と受信器のうちの他方を掘削孔の水
   中で作動する機械装置に配置し、前記発信器の発信出力
   端子の一端および前記受信器の受信入力端子の一端を前
   記地上側から水中に至る前記機械装置の構成部材に接続
   し、前記発信器と受信器のうちの一方の発信出力端子も
   しくは受信入力端子の他端を前記掘削孔を囲うケーシン
   グに接続し、前記発信器と受信器のうちの他方の発信出
   力端子もしくは受信入力端子の他端を水中アンテナに接
   続し、前記水中アンテナと前記ケーシングの間に水を媒
   体として前記発信器から雑音電流と容易に識別可能な特
   定周波数で変調した信号電流を流して前記発信器に信号
   の伝送を行うことを特徴とする水中で作動する機械装置
   用の信号伝送装置。