JPH06260952A - 地中通信用受信装置 - Google Patents
地中通信用受信装置Info
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- JPH06260952A JPH06260952A JP6740293A JP6740293A JPH06260952A JP H06260952 A JPH06260952 A JP H06260952A JP 6740293 A JP6740293 A JP 6740293A JP 6740293 A JP6740293 A JP 6740293A JP H06260952 A JPH06260952 A JP H06260952A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 受信アンテナにより受信された送信信号に含
まれるノイズ成分を除去することができ、ＳＮ比を向上
させ地下情報の信頼性を高めることができる地中通信用
受信装置を得ることを目的とする。 【構成】 受信アンテナ１１により受信された送信信号
に混入する人工ノイズｉn を検出する人工ノイズ参照信
号検出器１９と、その送信信号に混入する自然ノイズｉ
e を検出する自然ノイズ参照信号検出器２２と、その受
信アンテナ１１により受信された送信信号から人工ノイ
ズｉn および自然ノイズｉe を加減算し、その送信信号
に含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路
２６とを備えたものである。
まれるノイズ成分を除去することができ、ＳＮ比を向上
させ地下情報の信頼性を高めることができる地中通信用
受信装置を得ることを目的とする。 【構成】 受信アンテナ１１により受信された送信信号
に混入する人工ノイズｉn を検出する人工ノイズ参照信
号検出器１９と、その送信信号に混入する自然ノイズｉ
e を検出する自然ノイズ参照信号検出器２２と、その受
信アンテナ１１により受信された送信信号から人工ノイ
ズｉn および自然ノイズｉe を加減算し、その送信信号
に含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路
２６とを備えたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、石油，天然ガス等の
井戸を掘削する場合、地下の情報を地上に送受信すると
きに用いられる極長波長電磁波の信号を受信する地中通
信用受信装置に関するものである。
井戸を掘削する場合、地下の情報を地上に送受信すると
きに用いられる極長波長電磁波の信号を受信する地中通
信用受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は例えば米国文献「ペトロリアム
エンジニア インターナショナル（ステータス レポー
ト ＭＷＤ テクノロジー）１９８８年１０月発行」
（PETROLEUM ENGINEER International，OCTOBER 1988
「Status-report：MWD Technology」）に示された従来
の地下情報を極長波長電磁波で送受信するときの状態図
である。
エンジニア インターナショナル（ステータス レポー
ト ＭＷＤ テクノロジー）１９８８年１０月発行」
（PETROLEUM ENGINEER International，OCTOBER 1988
「Status-report：MWD Technology」）に示された従来
の地下情報を極長波長電磁波で送受信するときの状態図
である。
【０００３】従来から石油，天然ガス等の井戸を掘削す
る場合には、掘削部における地質，温度，圧力等の地下
情報を得る必要があり、その方法として、掘削用のパイ
プを地上に引き上げてから検層用の計測装置を掘削した
井戸から地中に位置させて計測する方法、または掘削時
に地中と地上との間を掘削用パイプを介して循環させる
マッドと称する泥水の成分を調べるマッドロギング法が
採用されていた。
る場合には、掘削部における地質，温度，圧力等の地下
情報を得る必要があり、その方法として、掘削用のパイ
プを地上に引き上げてから検層用の計測装置を掘削した
井戸から地中に位置させて計測する方法、または掘削時
に地中と地上との間を掘削用パイプを介して循環させる
マッドと称する泥水の成分を調べるマッドロギング法が
採用されていた。
【０００４】しかしながら、これらの方法は計測に長い
時間を要し、掘削中の地下情報をリアルタイムで計測す
ることができない。そのため、最近はＭＷＤ（Measurem
ontWhile Drelling：掘削時計測）と称するリアルタイ
ムによる計測を目的とした計測技術が研究されてきてお
り、種々の方法が提案されている。その中で電磁波を使
用する方式が図４に示した方式である。
時間を要し、掘削中の地下情報をリアルタイムで計測す
ることができない。そのため、最近はＭＷＤ（Measurem
ontWhile Drelling：掘削時計測）と称するリアルタイ
ムによる計測を目的とした計測技術が研究されてきてお
り、種々の方法が提案されている。その中で電磁波を使
用する方式が図４に示した方式である。
【０００５】図４において、大地１上には掘削リグ２を
建設しており、この掘削リグ２の直下には掘削された井
戸３が形成されており、この井戸３内の地上近くには井
戸の壁が崩壊しないように鋼製のケーシングパイプ４が
設置されており、さらにそのケーシングパイプ４の中に
ドリルパイプ５が延出し、ドリルパイプ５の先端には絶
縁カラー６を介してドリルカラー７を連結している。ま
た、ドリルパイプ５の地上部分には噴出防止装置（ＢＯ
Ｐ）５ａが設置されている。
建設しており、この掘削リグ２の直下には掘削された井
戸３が形成されており、この井戸３内の地上近くには井
戸の壁が崩壊しないように鋼製のケーシングパイプ４が
設置されており、さらにそのケーシングパイプ４の中に
ドリルパイプ５が延出し、ドリルパイプ５の先端には絶
縁カラー６を介してドリルカラー７を連結している。ま
た、ドリルパイプ５の地上部分には噴出防止装置（ＢＯ
Ｐ）５ａが設置されている。
【０００６】このドリルカラー７の先端には掘削のため
のビット８を取り付けていて、ドリルパイプ５をモータ
１４でチェーンやギアを介して回転駆動することにより
大地１を掘削する。ドリルカラー７内には掘削中の地下
の温度，圧力等を検出して電気信号に変換した変調信号
により地下情報を地上に送信する送信装置９を収納して
いる。
のビット８を取り付けていて、ドリルパイプ５をモータ
１４でチェーンやギアを介して回転駆動することにより
大地１を掘削する。ドリルカラー７内には掘削中の地下
の温度，圧力等を検出して電気信号に変換した変調信号
により地下情報を地上に送信する送信装置９を収納して
いる。
【０００７】この送信装置９の図示しない送信出力端子
は、絶縁カラー６を挟んで連結されているドリルパイプ
５とドリルカラー７とに接続されており、ドリルパイプ
５およびドリルカラー７が送信用ダイポールアンテナと
なって変調された極長波長電磁波を地上に送信するよう
にしている。
は、絶縁カラー６を挟んで連結されているドリルパイプ
５とドリルカラー７とに接続されており、ドリルパイプ
５およびドリルカラー７が送信用ダイポールアンテナと
なって変調された極長波長電磁波を地上に送信するよう
にしている。
【０００８】一方、地上の掘削リグ２の基部には、地下
より送信された極長波長電磁波を検出するため、一極は
ケーシングパイプ４から取り出し、他の一極は大地に埋
め込んだ電極１０よりなるダイポールアンテナ型の受信
アンテナ１１を設置し、地中からの極長波長電磁波を受
信するようにしている。そして受信アンテナ１１が受信
した信号を増幅器１２に入力し、増幅された信号はその
信号を復調（検波）して地下情報を得るための信号処理
部１３に入力している。なお、地層，地質，深さ等によ
っては数十Ｈｚの周波数の極長波長電磁波が使用され
る。
より送信された極長波長電磁波を検出するため、一極は
ケーシングパイプ４から取り出し、他の一極は大地に埋
め込んだ電極１０よりなるダイポールアンテナ型の受信
アンテナ１１を設置し、地中からの極長波長電磁波を受
信するようにしている。そして受信アンテナ１１が受信
した信号を増幅器１２に入力し、増幅された信号はその
信号を復調（検波）して地下情報を得るための信号処理
部１３に入力している。なお、地層，地質，深さ等によ
っては数十Ｈｚの周波数の極長波長電磁波が使用され
る。
【０００９】また、図４中に示すように、電流ｉs （実
線）は送信装置９により地中に電磁波を放射したとき、
ドリルパイプ５および地中を流れる電流である。Ｅは上
記電流ｉs によって形成された等電位線である。受信ア
ンテナ１１はこの電位差を検出する。この信号は増幅器
１２で増幅され、信号処理部１３で地下からの情報とし
て認識される。
線）は送信装置９により地中に電磁波を放射したとき、
ドリルパイプ５および地中を流れる電流である。Ｅは上
記電流ｉs によって形成された等電位線である。受信ア
ンテナ１１はこの電位差を検出する。この信号は増幅器
１２で増幅され、信号処理部１３で地下からの情報とし
て認識される。
【００１０】ところで、リグ２ではビット８を介して掘
削するため、ドリルパイプ５をモータ１４で直接回転さ
せる。このモータ１４を駆動すると、図５に示すように
モータ１４の駆動回路１５からモータ１４までのリード
線と大地間やモータ１４の巻線とリグ２の間の浮遊容量
Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 を介して、大地にアース電流ｉn1，ｉ
n2，ｉn3が流れる。このアース電流が図４の電流ｉn
（破線）に示すようにドリルパイプ５、泥水（図中の斜
線部分）およびケーシングパイプ４を介して大地１中に
流れ出し、受信アンテナ１１に送信信号ｉs と同様に混
入し、送信信号ｉs のＳＮ比を低くしている。この電流
ｉn を人工のノイズ電流と呼ぶ。
削するため、ドリルパイプ５をモータ１４で直接回転さ
せる。このモータ１４を駆動すると、図５に示すように
モータ１４の駆動回路１５からモータ１４までのリード
線と大地間やモータ１４の巻線とリグ２の間の浮遊容量
Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 を介して、大地にアース電流ｉn1，ｉ
n2，ｉn3が流れる。このアース電流が図４の電流ｉn
（破線）に示すようにドリルパイプ５、泥水（図中の斜
線部分）およびケーシングパイプ４を介して大地１中に
流れ出し、受信アンテナ１１に送信信号ｉs と同様に混
入し、送信信号ｉs のＳＮ比を低くしている。この電流
ｉn を人工のノイズ電流と呼ぶ。
【００１１】さらに、大地１には電離層や地磁気の変
動、さらにはマグマのマントル対流の影響などにより誘
起されるとしている自然電流（地電流）ｉe （図中、一
点鎖線）が流れている。この電流ｉe は上記の人工ノイ
ズｉn に比べて低い帯域に分布しているが、送信信号ｉ
s の低い帯域と同じ帯域となるため、送信信号ｉs のＳ
Ｎ比を低くする要因となっている。
動、さらにはマグマのマントル対流の影響などにより誘
起されるとしている自然電流（地電流）ｉe （図中、一
点鎖線）が流れている。この電流ｉe は上記の人工ノイ
ズｉn に比べて低い帯域に分布しているが、送信信号ｉ
s の低い帯域と同じ帯域となるため、送信信号ｉs のＳ
Ｎ比を低くする要因となっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の受信装置は以上
のように構成されているので、リグ２上に設置されてい
る電気機器、特にモータ１４が稼働すると、アース電流
ｉn1，ｉn2，ｉn3が流れ出し、大地１を介して受信アン
テナ１１に混入するため地下からの受信信号のＳＮ比が
低下する。また、受信信号のＳＮ比を改善するために、
受信信号を伝送経路での減衰量の少ない低い周波数で伝
送しても、自然電流ｉe のノイズ成分が増大し、受信信
号のＳＮ比の改善効果は向上せず、従ってより深い深度
からの情報伝送ができなくなり、また情報の信頼性が低
下する。さらに、この問題の対策として、送信装置９の
送信パワーを向上すればよいが、送信パワーを上げるに
は、送信装置９の形状が大きくなり、従ってドリルパイ
プ５内に収納するには寸法の限界から実現できないなど
の問題点があった。
のように構成されているので、リグ２上に設置されてい
る電気機器、特にモータ１４が稼働すると、アース電流
ｉn1，ｉn2，ｉn3が流れ出し、大地１を介して受信アン
テナ１１に混入するため地下からの受信信号のＳＮ比が
低下する。また、受信信号のＳＮ比を改善するために、
受信信号を伝送経路での減衰量の少ない低い周波数で伝
送しても、自然電流ｉe のノイズ成分が増大し、受信信
号のＳＮ比の改善効果は向上せず、従ってより深い深度
からの情報伝送ができなくなり、また情報の信頼性が低
下する。さらに、この問題の対策として、送信装置９の
送信パワーを向上すればよいが、送信パワーを上げるに
は、送信装置９の形状が大きくなり、従ってドリルパイ
プ５内に収納するには寸法の限界から実現できないなど
の問題点があった。
【００１３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、受信信号のＳＮ比を向上させ、
地下からの情報の信頼性を高める地中通信用受信装置を
得ることを目的とする。
ためになされたもので、受信信号のＳＮ比を向上させ、
地下からの情報の信頼性を高める地中通信用受信装置を
得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る地
中通信用受信装置は、受信アンテナにより受信された送
信信号に混入する人工ノイズを検出する人工ノイズ参照
信号検出器と、その送信信号に混入する自然ノイズを検
出する自然ノイズ参照信号検出器と、その受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズおよび自然ノ
イズを加減算し、その送信信号に含まれるノイズ成分を
除去するノイズキャンセラ回路とを備えたものである。
中通信用受信装置は、受信アンテナにより受信された送
信信号に混入する人工ノイズを検出する人工ノイズ参照
信号検出器と、その送信信号に混入する自然ノイズを検
出する自然ノイズ参照信号検出器と、その受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズおよび自然ノ
イズを加減算し、その送信信号に含まれるノイズ成分を
除去するノイズキャンセラ回路とを備えたものである。
【００１５】請求項２の発明に係る地中通信用受信装置
は、一極は地中に埋設された電極とし、もう一極はケー
シングパイプまたはドリルパイプに電気的に接続された
受信アンテナと、そのケーシングパイプまたはドリルパ
イプの周囲に設けられたトロイダルコイルおよび検出さ
れた電流を増幅する増幅器から成る人工ノイズ参照信号
検出器と、ケーシングパイプまたはドリルパイプを軸対
称とすると共に一極はそのケーシングパイプまたはドリ
ルパイプからその受信アンテナの電極への方向と同一の
位置に埋設されたダイポールアンテナおよびその電位差
を増幅する増幅器から成る自然ノイズ参照信号検出器
と、その受信アンテナにより受信された送信信号から人
工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、その送信信号に
含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路と
を備えたものである。
は、一極は地中に埋設された電極とし、もう一極はケー
シングパイプまたはドリルパイプに電気的に接続された
受信アンテナと、そのケーシングパイプまたはドリルパ
イプの周囲に設けられたトロイダルコイルおよび検出さ
れた電流を増幅する増幅器から成る人工ノイズ参照信号
検出器と、ケーシングパイプまたはドリルパイプを軸対
称とすると共に一極はそのケーシングパイプまたはドリ
ルパイプからその受信アンテナの電極への方向と同一の
位置に埋設されたダイポールアンテナおよびその電位差
を増幅する増幅器から成る自然ノイズ参照信号検出器
と、その受信アンテナにより受信された送信信号から人
工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、その送信信号に
含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路と
を備えたものである。
【００１６】請求項３の発明に係る地中通信用受信装置
は、人工ノイズ参照信号検出器および自然ノイズ参照信
号検出器にそれぞれ対応して設けられた伝達関数を調整
する適応フィルタと、その適応フィルタからの出力信号
の総和を求める加算器と、受信アンテナにより受信され
た送信信号からその加算器により求められた出力信号の
総和を減算する減算器とを有するノイズキャンセラ回路
を備えたものである。
は、人工ノイズ参照信号検出器および自然ノイズ参照信
号検出器にそれぞれ対応して設けられた伝達関数を調整
する適応フィルタと、その適応フィルタからの出力信号
の総和を求める加算器と、受信アンテナにより受信され
た送信信号からその加算器により求められた出力信号の
総和を減算する減算器とを有するノイズキャンセラ回路
を備えたものである。
【００１７】
【作用】請求項１の発明における地中通信用受信装置
は、人工ノイズ参照信号検出器により検出された人工ノ
イズと自然ノイズ参照信号検出器により検出された自然
ノイズとを加算し、その加算されたノイズ成分を受信ア
ンテナにより受信された送信信号から減算することによ
り、その送信信号に含まれるノイズ成分を除去する。
は、人工ノイズ参照信号検出器により検出された人工ノ
イズと自然ノイズ参照信号検出器により検出された自然
ノイズとを加算し、その加算されたノイズ成分を受信ア
ンテナにより受信された送信信号から減算することによ
り、その送信信号に含まれるノイズ成分を除去する。
【００１８】請求項２の発明における地中通信用受信装
置は、トロイダルコイルをケーシングパイプまたはドリ
ルパイプの周囲に設けることにより、そのケーシングパ
イプまたはドリルパイプに流れ送信信号の人工ノイズと
なる電流を検出する。また、ダイポールアンテナの一極
はそのケーシングパイプまたはドリルパイプから受信ア
ンテナの電極への方向と同一の位置に埋設することによ
り、自然ノイズに対するダイポールアンテナおよび受信
アンテナの感度を同一にする。また、ダイポールアンテ
ナをケーシングパイプまたはドリルパイプと軸対称に埋
設することにより、地中からの送信信号の差動検出値を
零にする。
置は、トロイダルコイルをケーシングパイプまたはドリ
ルパイプの周囲に設けることにより、そのケーシングパ
イプまたはドリルパイプに流れ送信信号の人工ノイズと
なる電流を検出する。また、ダイポールアンテナの一極
はそのケーシングパイプまたはドリルパイプから受信ア
ンテナの電極への方向と同一の位置に埋設することによ
り、自然ノイズに対するダイポールアンテナおよび受信
アンテナの感度を同一にする。また、ダイポールアンテ
ナをケーシングパイプまたはドリルパイプと軸対称に埋
設することにより、地中からの送信信号の差動検出値を
零にする。
【００１９】請求項３の発明における地中通信用受信装
置は、適応フィルタにより、人工ノイズ参照信号検出器
および自然ノイズ参照信号検出器の人工ノイズおよび自
然ノイズに対応して伝達関数を調整し、このノイズキャ
ンセラ回路の出力値を最小にする。このとき、このノイ
ズキャンセラ回路の出力にはノイズ成分は含まれない。
置は、適応フィルタにより、人工ノイズ参照信号検出器
および自然ノイズ参照信号検出器の人工ノイズおよび自
然ノイズに対応して伝達関数を調整し、このノイズキャ
ンセラ回路の出力値を最小にする。このとき、このノイ
ズキャンセラ回路の出力にはノイズ成分は含まれない。
【００２０】
【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１において、１６はケーシングパイ
プ４を流れる電流を検出するトロイダルコイル、１７は
上記トロイダルコイル１６を積巻した鉄心、１８はトロ
イダルコイル１６の出力信号を増幅する増幅器、１９は
トロイダルコイル１６と増幅器１８よりなる人工ノイズ
参照信号検出器、２０は井戸３を対称軸に地中に２つの
電極２０ａ，２０ｂを埋設し、自然電流を検出するダイ
ポールアンテナ、２１はダイポールアンテナ２０の出力
信号を増幅する増幅器、２２はダイポールアンテナ２０
と増幅器２１よりなる自然ノイズ参照信号検出器であ
る。
ついて説明する。図１において、１６はケーシングパイ
プ４を流れる電流を検出するトロイダルコイル、１７は
上記トロイダルコイル１６を積巻した鉄心、１８はトロ
イダルコイル１６の出力信号を増幅する増幅器、１９は
トロイダルコイル１６と増幅器１８よりなる人工ノイズ
参照信号検出器、２０は井戸３を対称軸に地中に２つの
電極２０ａ，２０ｂを埋設し、自然電流を検出するダイ
ポールアンテナ、２１はダイポールアンテナ２０の出力
信号を増幅する増幅器、２２はダイポールアンテナ２０
と増幅器２１よりなる自然ノイズ参照信号検出器であ
る。
【００２１】２３は増幅器１８の出力信号の振幅および
位相特性を調整する適応フィルタ、２４は増幅器２１の
出力信号の振幅および位相特性を調整する適応フィル
タ、２５は増幅器１２の出力信号から適応フィルタ２３
および出力信号の成分を除去する加減算器、２６は適応
フィルタ２３，２４と加減算器２５よりなる雑音キャン
セラ回路である。
位相特性を調整する適応フィルタ、２４は増幅器２１の
出力信号の振幅および位相特性を調整する適応フィル
タ、２５は増幅器１２の出力信号から適応フィルタ２３
および出力信号の成分を除去する加減算器、２６は適応
フィルタ２３，２４と加減算器２５よりなる雑音キャン
セラ回路である。
【００２２】また、図２は並列適応フィルタを用いたノ
イズキャンセラ回路２６の構成図であり、図３は受信ア
ンテナ１１およびノイズ参照信号を検出するためのトロ
イダルコイル１６およびダイポールアンテナ２０の平面
図である。
イズキャンセラ回路２６の構成図であり、図３は受信ア
ンテナ１１およびノイズ参照信号を検出するためのトロ
イダルコイル１６およびダイポールアンテナ２０の平面
図である。
【００２３】次に動作について説明する。電磁波の伝送
動作、さらにリグ２による坑井の掘削動作は、前述した
従来の動作と同じなので説明を省略する。
動作、さらにリグ２による坑井の掘削動作は、前述した
従来の動作と同じなので説明を省略する。
【００２４】従来の動作の説明で述べたように、坑井を
掘削中に坑底からの送信信号を受信する場合、図１に示
すように、リグ２の電気機器で発生したアース電流ｉn2
がドリルパイプ５およびこのドリルパイプ５から泥水斜
線部およびケーシングパイプ４を介して破線矢印ｉn1に
示すように大地１に流れ出し、受信アンテナ１１に混入
する。また、自然電流ｉe は図１あるいは図３に示すよ
うに電流の帯状に流れ、受信アンテナ１１に混入する。
掘削中に坑底からの送信信号を受信する場合、図１に示
すように、リグ２の電気機器で発生したアース電流ｉn2
がドリルパイプ５およびこのドリルパイプ５から泥水斜
線部およびケーシングパイプ４を介して破線矢印ｉn1に
示すように大地１に流れ出し、受信アンテナ１１に混入
する。また、自然電流ｉe は図１あるいは図３に示すよ
うに電流の帯状に流れ、受信アンテナ１１に混入する。
【００２５】一方、送信信号ｉs0は実線矢印ｉs1に示す
ように、ドリルパイプ５および大地１を伝搬しながら受
信アンテナ１１が設置されている地表面に伝搬する。ま
た、一部は実線矢印ｉs2に示すように、ドリルパイプ５
の地表面より上部を伝搬し、モータ１４が設置されてい
るリグ２に伝わってゆく。
ように、ドリルパイプ５および大地１を伝搬しながら受
信アンテナ１１が設置されている地表面に伝搬する。ま
た、一部は実線矢印ｉs2に示すように、ドリルパイプ５
の地表面より上部を伝搬し、モータ１４が設置されてい
るリグ２に伝わってゆく。
【００２６】ここで、送信信号ｉs0の周波数をｆ0 と
し、アース電流ｉn1，ｉn2，ｉn3と自然電流ｉe とをノ
イズ電流の周波数帯をｆ1 〜ｆ2 ＝Δｆとすると、上記
周波数の関係は以下のように表せる。 ｆ1 ＜ｆ0 ＜ｆ2 ・・・・・（１） すなわち、送信周波数ｆ0 は、ノイズ電流の帯域ｆ1 〜
ｆ2 に含まれている。よって、従来のフィルタでノイズ
を除去することができない。
し、アース電流ｉn1，ｉn2，ｉn3と自然電流ｉe とをノ
イズ電流の周波数帯をｆ1 〜ｆ2 ＝Δｆとすると、上記
周波数の関係は以下のように表せる。 ｆ1 ＜ｆ0 ＜ｆ2 ・・・・・（１） すなわち、送信周波数ｆ0 は、ノイズ電流の帯域ｆ1 〜
ｆ2 に含まれている。よって、従来のフィルタでノイズ
を除去することができない。
【００２７】そこで、送信信号を受信する受信アンテナ
１１とは別の方法で、送信信号のノイズ成分となるノイ
ズ電流と相関のある参照信号を検出し、両者の差動をと
ることによってノイズ成分を低減し、送信信号成分のみ
を抽出する。以下にその原理を説明する。なお、この説
明では説明を簡略化するため、信号は全てスカラ量で表
している。
１１とは別の方法で、送信信号のノイズ成分となるノイ
ズ電流と相関のある参照信号を検出し、両者の差動をと
ることによってノイズ成分を低減し、送信信号成分のみ
を抽出する。以下にその原理を説明する。なお、この説
明では説明を簡略化するため、信号は全てスカラ量で表
している。
【００２８】地表面では送信信号ｉs1とアース電流ｉn1
は受信アンテナ１１を基準にすると、同じ方向に流れる
ので、送信信号ｉs1とアース電流ｉn1は同相信号とな
る。また、自然電流ｉe は図３に示すように、一方向に
流れ受信アンテナ１１に混入する。従って、受信アンテ
ナ１１で受信できる信号、すなわち増幅器１２の出力ｅ
12は次式で表せる。 ｅ12＝ａ12（ｉs1＋ｉn1＋ｉe ） ・・・・・（２） ここで、ａ12は増幅器１２の電流−電圧変換係数であ
る。
は受信アンテナ１１を基準にすると、同じ方向に流れる
ので、送信信号ｉs1とアース電流ｉn1は同相信号とな
る。また、自然電流ｉe は図３に示すように、一方向に
流れ受信アンテナ１１に混入する。従って、受信アンテ
ナ１１で受信できる信号、すなわち増幅器１２の出力ｅ
12は次式で表せる。 ｅ12＝ａ12（ｉs1＋ｉn1＋ｉe ） ・・・・・（２） ここで、ａ12は増幅器１２の電流−電圧変換係数であ
る。
【００２９】一方、ドリルパイプ５を流れる送信信号ｉ
s2とアース電流ｉn2はトロイダルコイル１６を設置して
いる箇所では逆方向に流れる。従って、トロイダルコイ
ル１６で検出できる電流、すなわち増幅器１８の出力ｅ
18は次式のようになる。 ｅ18＝ａ18（ｉs2−ｉn2） ・・・・・（３） ここで、ａ18は増幅器１８の電流−電圧変換係数であ
る。また、電流の流れる方向は、送信信号ｉs を基準と
した。
s2とアース電流ｉn2はトロイダルコイル１６を設置して
いる箇所では逆方向に流れる。従って、トロイダルコイ
ル１６で検出できる電流、すなわち増幅器１８の出力ｅ
18は次式のようになる。 ｅ18＝ａ18（ｉs2−ｉn2） ・・・・・（３） ここで、ａ18は増幅器１８の電流−電圧変換係数であ
る。また、電流の流れる方向は、送信信号ｉs を基準と
した。
【００３０】さらに、図３に示すように、井戸３を中心
に同心円状に等電位線を有する送信信号ｉs1およびリグ
２で発生したアース電流ｉn1に対し、自然電流ｉe のノ
イズ参照信号を検出するダイポールアンテナ２０は、井
戸３を対称軸に等距離に電極２０ａ，２０ｂを設置し、
上記の送信信号ｉs1とアース電流ｉn1に対し差動型で検
出する機能を有している。よって、ダイポールアンテナ
２０で検出できる信号は、自然電流ｉe の成分のみで、
増幅器２１の出力ｅ21は次式のようになる。 ｅ21＝ａ21・ｉe ・・・・・（４） ここで、ａ21は増幅器２１の電流−電圧変換係数であ
る。
に同心円状に等電位線を有する送信信号ｉs1およびリグ
２で発生したアース電流ｉn1に対し、自然電流ｉe のノ
イズ参照信号を検出するダイポールアンテナ２０は、井
戸３を対称軸に等距離に電極２０ａ，２０ｂを設置し、
上記の送信信号ｉs1とアース電流ｉn1に対し差動型で検
出する機能を有している。よって、ダイポールアンテナ
２０で検出できる信号は、自然電流ｉe の成分のみで、
増幅器２１の出力ｅ21は次式のようになる。 ｅ21＝ａ21・ｉe ・・・・・（４） ここで、ａ21は増幅器２１の電流−電圧変換係数であ
る。
【００３１】次に、図２に示す適応フィルタ２３，２４
により増幅器１８，２１により出力された出力信号ｅ18
とｅ21の振幅と位相を調整し、ノイズキャンセラ回路２
６の出力値を最小にすると、（５）式の関係が得られ
る。 ａ12（ｉn1＋ｉe）＝Ｋ・｛−ａ18（−ｉn2）＋ａ21ｉe｝ ・・・（５） このときのノイズキャンセラ回路２６の出力ｅ0 は次の
ように表せる。 ｅ0 ＝ｅ12−（−ｅ18＋ｅ21） ＝ａ12（ｉs1＋ｉn1＋ｉe ） −｛Ｋ・［−ａ18（ｉs2−ｉn2）＋ａ21・ｉe ］ ・・・・（６） ＝ａ12ｉs1＋Ｋ・ａ18・ｉs2 ・・・・・・（７） ７式からわかるように、ノイズキャンセラ回路の出力信
号ｅ0 から、ノイズ電流ｉn1およびｉe の成分は除去さ
れる。以上のノイズキャンセル処理を行えば、ＳＮ比の
良い受信信号が得られるので、復調器１３での復調の信
頼性が向上する。
により増幅器１８，２１により出力された出力信号ｅ18
とｅ21の振幅と位相を調整し、ノイズキャンセラ回路２
６の出力値を最小にすると、（５）式の関係が得られ
る。 ａ12（ｉn1＋ｉe）＝Ｋ・｛−ａ18（−ｉn2）＋ａ21ｉe｝ ・・・（５） このときのノイズキャンセラ回路２６の出力ｅ0 は次の
ように表せる。 ｅ0 ＝ｅ12−（−ｅ18＋ｅ21） ＝ａ12（ｉs1＋ｉn1＋ｉe ） −｛Ｋ・［−ａ18（ｉs2−ｉn2）＋ａ21・ｉe ］ ・・・・（６） ＝ａ12ｉs1＋Ｋ・ａ18・ｉs2 ・・・・・・（７） ７式からわかるように、ノイズキャンセラ回路の出力信
号ｅ0 から、ノイズ電流ｉn1およびｉe の成分は除去さ
れる。以上のノイズキャンセル処理を行えば、ＳＮ比の
良い受信信号が得られるので、復調器１３での復調の信
頼性が向上する。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、受信アンテナにより受信された送信信号に混入する
人工ノイズを検出する人工ノイズ参照信号検出器と、そ
の送信信号に混入する自然ノイズを検出する自然ノイズ
参照信号検出器と、その受信アンテナにより受信された
送信信号から人工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、
その送信信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズキ
ャンセラ回路とを備えるように構成したので、受信アン
テナにより受信された送信信号に含まれるノイズ成分を
除去することができ、ＳＮ比を向上させ地下情報の信頼
性を高めることができる。
ば、受信アンテナにより受信された送信信号に混入する
人工ノイズを検出する人工ノイズ参照信号検出器と、そ
の送信信号に混入する自然ノイズを検出する自然ノイズ
参照信号検出器と、その受信アンテナにより受信された
送信信号から人工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、
その送信信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズキ
ャンセラ回路とを備えるように構成したので、受信アン
テナにより受信された送信信号に含まれるノイズ成分を
除去することができ、ＳＮ比を向上させ地下情報の信頼
性を高めることができる。
【００３３】請求項２の発明によれば、一極は地中に埋
設された電極とし、もう一極はケーシングパイプまたは
ドリルパイプに電気的に接続された受信アンテナと、そ
のケーシングパイプまたはドリルパイプの周囲に設けら
れたトロイダルコイルおよび検出された電流を増幅する
増幅器から成る人工ノイズ参照信号検出器と、ケーシン
グパイプまたはドリルパイプを軸対称とすると共に一極
はそのケーシングパイプまたはドリルパイプからその受
信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋設されたダ
イポールアンテナおよびその電位差を増幅する増幅器か
ら成り自然ノイズ参照信号検出器と、その受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズおよび自然ノ
イズを加減算し、その送信信号に含まれるノイズ成分を
除去するノイズキャンセラ回路とを備えるように構成し
たので、トロイダルコイルをケーシングパイプまたはド
リルパイプの周囲に設けることにより、そのケーシング
パイプまたはドリルパイプに流れる送信信号の人工ノイ
ズとなる電流を検出することができ、また、ダイポール
アンテナの一極はそのケーシングパイプまたはドリルパ
イプから受信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋
設することにより、自然ノイズに対するダイポールアン
テナおよび受信アンテナの感度を同一にすることがで
き、また、ダイポールアンテナをケーシングパイプまた
はドリルパイプと対称に埋設することにより、地中から
の送信信号の差動検出値を零にすることができ、さらに
ＳＮ比を向上させ地下情報の信頼性を高めることができ
る。
設された電極とし、もう一極はケーシングパイプまたは
ドリルパイプに電気的に接続された受信アンテナと、そ
のケーシングパイプまたはドリルパイプの周囲に設けら
れたトロイダルコイルおよび検出された電流を増幅する
増幅器から成る人工ノイズ参照信号検出器と、ケーシン
グパイプまたはドリルパイプを軸対称とすると共に一極
はそのケーシングパイプまたはドリルパイプからその受
信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋設されたダ
イポールアンテナおよびその電位差を増幅する増幅器か
ら成り自然ノイズ参照信号検出器と、その受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズおよび自然ノ
イズを加減算し、その送信信号に含まれるノイズ成分を
除去するノイズキャンセラ回路とを備えるように構成し
たので、トロイダルコイルをケーシングパイプまたはド
リルパイプの周囲に設けることにより、そのケーシング
パイプまたはドリルパイプに流れる送信信号の人工ノイ
ズとなる電流を検出することができ、また、ダイポール
アンテナの一極はそのケーシングパイプまたはドリルパ
イプから受信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋
設することにより、自然ノイズに対するダイポールアン
テナおよび受信アンテナの感度を同一にすることがで
き、また、ダイポールアンテナをケーシングパイプまた
はドリルパイプと対称に埋設することにより、地中から
の送信信号の差動検出値を零にすることができ、さらに
ＳＮ比を向上させ地下情報の信頼性を高めることができ
る。
【００３４】請求項３の発明によれば、人工ノイズ参照
信号検出器および自然ノイズ参照信号検出器にそれぞれ
対応して設けられ伝達関数を調整する適応フィルタと、
その適応フィルタからの出力信号の総和を求める加算器
と、受信アンテナにより受信された送信信号からその加
算器により求められた出力信号の総和を減算する減算器
とを有するノイズキャンセラ回路を備えた構成にしたの
で、適応フィルタにより、人工ノイズ参照信号検出器お
よび自然ノイズ参照信号検出器の人工ノイズおよび自然
ノイズに対応して伝達関数を調整し、このノイズキャン
セラ回路の出力をノイズ成分が含まれない最小値にす
る。従って、受信アンテナに混入するノイズ成分とノイ
ズ参照信号の伝達関数が等しくなっても、あるいは、互
いに異なりしかも既知でなくとも出力値を自動的に最小
値にする。
信号検出器および自然ノイズ参照信号検出器にそれぞれ
対応して設けられ伝達関数を調整する適応フィルタと、
その適応フィルタからの出力信号の総和を求める加算器
と、受信アンテナにより受信された送信信号からその加
算器により求められた出力信号の総和を減算する減算器
とを有するノイズキャンセラ回路を備えた構成にしたの
で、適応フィルタにより、人工ノイズ参照信号検出器お
よび自然ノイズ参照信号検出器の人工ノイズおよび自然
ノイズに対応して伝達関数を調整し、このノイズキャン
セラ回路の出力をノイズ成分が含まれない最小値にす
る。従って、受信アンテナに混入するノイズ成分とノイ
ズ参照信号の伝達関数が等しくなっても、あるいは、互
いに異なりしかも既知でなくとも出力値を自動的に最小
値にする。
【図１】この発明の一実施例による地中通信用受信装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】図１のノイズキャンセラ回路を示す構成図であ
る。
る。
【図３】図１のアンテナ部を示す平面図である。
【図４】従来の地下情報を極長波長電磁波で送受信する
ときの状態図である。
ときの状態図である。
【図５】図４のモータ部を示す構成図である。
４ ケーシングパイプ ５ ドリルパイプ １０ 電極 １１ 受信アンテナ １６ トロイダルコイル １８，２１ 増幅器 １９ 人工ノイズ参照信号検出器 ２０ ダイポールアンテナ ２２ 自然ノイズ参照信号検出器 ２３，２４ 適応フィルタ ２５ 加算器、減算器 ２６ ノイズキャンセラ回路
Claims (3)
- 【請求項１】 地中からの送信信号を受信する受信アン
テナと、その送信信号に混入する人工ノイズを検出する
人工ノイズ参照信号検出器と、その送信信号に混入する
自然ノイズを検出する自然ノイズ参照信号検出器と、上
記受信アンテナにより受信された送信信号から人工ノイ
ズおよび自然ノイズを加減算し、その送信信号に含まれ
るノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路とを備え
た地中通信用受信装置。 - 【請求項２】 一極は地中に埋設された電極とし、もう
一極はケーシングパイプまたはドリルパイプに電気的に
接続され、地中からの送信信号を受信する受信アンテナ
と、そのケーシングパイプまたはドリルパイプの周囲に
設けられそのケーシングパイプまたはドリルパイプに流
れる電流を検出するトロイダルコイルおよびその検出さ
れた電流を増幅する増幅器から成り、その送信信号に混
入する人工ノイズを検出する人工ノイズ参照信号検出器
と、上記ケーシングパイプまたはドリルパイプを軸対称
とすると共に一極はそのケーシングパイプまたはドリル
パイプから上記受信アンテナの電極への方向と同一の位
置に埋設し大地の電位差を検出するダイポールアンテナ
およびその電位差をする増幅器から成り、その送信信号
に混入する自然ノイズを検出する自然ノイズ参照信号検
出器と、上記受信アンテナにより受信された送信信号か
ら人工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、その送信信
号に含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回
路とを備えた地中通信用受信装置。 - 【請求項３】 人工ノイズ参照信号検出器および自然ノ
イズ参照信号検出器にそれぞれ対応して設けられ伝達関
数を調整する適応フィルタと、その適応フィルタからの
出力信号の総和を求める加算器と、受信アンテナにより
受信された送信信号からその加算器により求められた出
力信号の総和を減算する減算器とを有するノイズキャン
セラ回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の地中通信用受信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6740293A JP2641375B2 (ja) | 1993-03-04 | 1993-03-04 | 地中通信用受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6740293A JP2641375B2 (ja) | 1993-03-04 | 1993-03-04 | 地中通信用受信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260952A true JPH06260952A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2641375B2 JP2641375B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=13343921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6740293A Expired - Fee Related JP2641375B2 (ja) | 1993-03-04 | 1993-03-04 | 地中通信用受信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2641375B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009129027A3 (en) * | 2008-04-17 | 2009-12-23 | Schlumberger Canada Limited | Downlink while pumps are off |
| US20100074315A1 (en) * | 2008-09-24 | 2010-03-25 | Quellan, Inc. | Noise sampling detectors |
-
1993
- 1993-03-04 JP JP6740293A patent/JP2641375B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009129027A3 (en) * | 2008-04-17 | 2009-12-23 | Schlumberger Canada Limited | Downlink while pumps are off |
| US8284073B2 (en) | 2008-04-17 | 2012-10-09 | Schlumberger Technology Corporation | Downlink while pumps are off |
| US20100074315A1 (en) * | 2008-09-24 | 2010-03-25 | Quellan, Inc. | Noise sampling detectors |
| WO2010036583A3 (en) * | 2008-09-24 | 2010-07-22 | Intersil Americas Inc. | Noise sampling detectors |
| CN102197538A (zh) * | 2008-09-24 | 2011-09-21 | 奎兰股份有限公司 | 噪声采样检测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2641375B2 (ja) | 1997-08-13 |
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