JPH11500195A - 例えば岩盤の掘削孔のような細長い孔の曲率を決定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えば岩盤の掘削孔のような細長い通路の曲率を決定する装置であって、探針（１）を含み、該探針が、通路を通って動かされ探針が通路に沿って動かされる異なった位置で通路の曲率を呈するよう構成され、探針（１）は探針の曲率としたがって通路の曲率を探針（１）上の少なくとも２つの長手方向に離間した位置（Ａ，Ｂ）の間で検出する手段（３，31，10）を含み、前記装置が、例えば通路に沿う探針の異なる位置で探針の曲率を表示することにより通路の延長部を決定する手段（10）に連結することができる。探針手段は探針（１）に配設された可撓性の探針本体（３）に連結された光ファイバー部分（31）を含み、光ファイバー部分（31）は探針本体（３）の屈曲中立軸線（44）に平行にかつ該軸線から一定距離で延び、それによりファイバー部分のひずみ作用がファイバー部分（31）を含む軸平面（41）上の探針本体（３）の屈曲又は曲率の測定を構成するようにしている。光ファイバー部分（31）は探針に沿った前記位置（Ａ，Ｂ）に２つの部分反射手段（８ａ，８ｂ；22ａ，22ｂ）、例えば回折格子を有している。手段（10）は光ファイバー部分に連結されファイバー部分（31）の部分反射手段の間の距離の変化を光干渉計で決定する。手段（32，10）は部分反射手段の間の距離の変化への温度の影響を補償することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 例えば岩盤の掘削孔のような細長い孔の曲率を決定する装置 本発明は請求項１の前文に規定されている種類の装置に関する。 この種の装置は鉱石の試堀作用と鉱石の堆積物及び他の型の堆積物を調査し地 図に描くこととに用途を見出している。例えば鉱石の堆積物を調査する時、効果 的に堆積物の地図を作るためには、この目的で掘削される試掘孔の実際の方向の 延長部分に気づくこと、例えば異なる深さの孔の位置の選定が、もちろん重要で ある。このような掘削孔は常に曲がった部分を有しまたそのため掘削孔の実際の 長手方向の延長部を決定することが必要となる。この点に関し、早くからスエー デン特許第387698号(7304122−０)によって教示される種類の装置が用いられて おり、この装置では装置探針が孔の様々な長手方向の部分へと動かされまた孔の 曲率に一致するよう構成されている。探針の曲率又は曲がりが探針の中の目的物 を観察するカメラの助けをかりて決定され、探針のわん曲によって生じた目的物 の相対的な横断方向の変位が掘削孔の曲率の測定を構成するようにしている。 正確な測定結果を得るとともに同時に予備的な実地踏査の全体の費用を最小と するためには、公知の探針は比較的大きな直径を有していなければならない。当 然、試掘孔の直径は同様に大きくなければならず、また試掘孔を掘削する費用が 孔の直径の増大に伴って増加することが良く知られている。 したがって費用の面から、孔の曲率がその長さに沿って決定される精度を減じ ることなく、この目的で狭い掘削孔を用いることが一般に有利である。 したがって本発明の目的は高い測定精度と小さいが効果的な直径とを組合わせ た上記した種類の装置探針を提供することである。 本発明の他の目的は、極めて可撓性があり磁気に無感覚で生産性が良好であり 温度の影響を受けずまた測定を探針に沿った数個所で簡単な方法で行うことので きる装置を提供することである。 これらの目的は後述の請求項１に規定される本発明によって達成される。 理解されるように、本発明は岩盤の掘削孔の長手方向の延長部を決定すること のみに限定されず、さらに広く溝又は通路の任意の形状の曲率を決定するのに用 いることができる。極端な場合には、このような溝又は通路は考えられる限りの 溝の形式とすることができ、実際の探針は、この溝の幅方向に直角の平面上でも っぱら溝の曲率に関する情報を得ることだけが本質的に必要な時、溝の幅方向に 剛性とすることができる。 本発明によれば、光ファイバー部分が探針本体の中に又は上にその屈曲の中立 線からある距離をおいて、好ましくは探針本体の外面に接近して、取付けられる 。この光ファイバー部分は探針の長さ方向に取付けられる。この結果、探針が曲 がるにつれて、光ファイバー部分は、探針が光ファイバー部分と探針軸線とによ り占められる軸方向平面上で曲がる大きさを表わす長さの変化を受けるようにな る。探針軸線によってそのわん曲中立線、すなわち各探針横断面積の重心が意味 を持たされる。 本発明によれば、通路の曲率は光ファイバーにおける２つの部分反射装置（例 えば回折格子）の間の距離の物理的な変化を計算することにより数値が求められ るが、しかしこの曲率は光学的に測定されそれにより測定結果がこの部分反射装 置の間の距離の光学的変化から主としてなるようにする。この距離の光学的変化 は距離の物理 的変化に対応するのみでなくまた屈折率のようなファイバーの光学的特性もまた ファイバーの物理的な曲げによって影響を受けるという事実によって影響が与え られることを知ることが重要である。光ファイバー部分が別々の部分反射装置を 有しているため、光ファイバー部分が位置する探針を通る軸平面上の光ファイバ ー部分の屈曲の結果としての反射装置の間の光ファイバー部分の長さの変化が、 光干渉計で測定することができる。本発明の場合、通路の曲率は用いられる光フ ァイバーの芯の変化をもたらし、これがまた測定することのできる“電磁記号” となる。これは測定された大きさ、すなわち曲率とファイバーに担持された光と の間の非常に明確な結合をもたらし、またこれとともに硬度の正確なセンサーが 得られる条件をもたらしまた探針が比較的小さな直径で得ることができこれに伴 って上記した利点がもたらされる。異なった軸方向平面上の２つのファイバー部 分の使用はしたがって、探針の屈曲と探針軸線周りの屈曲の位置とが計算できる ようにする。この２つの軸方向の平面は便利には例えば90°の角度にわたって離 される。探針本体はまた大きな引き伸ばし力の存在のもとでの剪断力によって影 響される。この点に鑑み、例えばまた好ましくは等距離で分離された軸方向の平 面上の、異なった軸方向平面上に３つの光ファイバー部分（関連する対の反射装 置を有する）を探針に設けることが理解される。 米国特許第 4,927,232号は埋設されたパイプラインの表面上の長さ方向に沿っ た光ファイバーの助けをかりて、埋設されたパイプラインを地面の運動に関して 監視する関連性のない技術を開示している。光ファイバーの芯は半径方向の力を 受けた時光ファイバーの“電気光学的記号”を変化させる被覆によって取巻かれ それによりパイプラインに作用する半径方向の力の変化の表示が光ファイバーの “電気光学的記号”の変化を測定することによって得られるように する。 米国特許第 4,806,012号は光ファイバーひずみゲージを記載している。光ファ イバーは構造物、例えばファイバーに沿ったひずみ分布に関して監視されるプレ ートに取付けられ又は埋め込まれる。光ファイバーの芯ひもはその長さ方向に沿 って異なる回折格子構造が設けられる。１つのこの回折格子部分のファイバーが ひずみを受けまたファイバーが温度の変化を受けた時、この回折格子における回 折格子線の間の間隔が変化し回折格子の反射波長の変化を生じそれにより種々の 回折格子構造のひずみ作用を光学的に測定できるようにする。この種の光ファイ バーひずみゲージは比較的低い感度を有している。 原則的には長手方向に離間された反射装置、例えば回折格子を有する光ファイ バーからなりファイバーのびみ作用を２つの回折格子の間のファイバーの長さの 変化を検出することにより光干渉計で決定することができるようにする、いわゆ るフイゾー光干渉計でひずみを測定することがまた知られている。 本発明装置の探針は細くすることができ、これにより試験堀削のコスト例えば 鉱石堆積物のような堆積物を地図に描くコストを著しく減少する。本発明による 光ファイバーを用いることの重要な利点はこの装置の実際のセンサー部分が合理 的なコストで十分に長い寿命を有する恒久的な装置として包含されていることで ある。例えば比較的長い期間にわたる岩石構造と地層における、例えば大きなダ ムと道路における規則的な運動と変位を、その掘削孔の相互に逐次的な長手方向 の部分に探針を動かし掘削孔の曲率を測定することにより、監視することができ るのが有利である。この装置の比較的に高価な信号処理部分を、実際の測定方法 が行われる時にこのセンサーに一時的に連結することができる。 装置探針の反射手段を有する光ファイバーを含むセンサー部分の上記した使用 によって得られるもう１つの利点は長い列のセンサー要素（それぞれが例えば２ つの別々の回折格子を有する光ファイバー部分を具備している）が単一のファイ バー上で多重送信することができることである。これは長い距離に沿った多数の 位置で曲率を測定することのできる探針／センサーの構成を可能にする。多数の センサーが長いセンサー／探針上で多重送信されまた異なるセンサー要素が異な った回折格子を用いているため、測定が今まで可能であったよりも非常に迅速に 行うことができる。公知の技術により行われる測定方法はより困難なものである 。多重送信は例えば前記回折格子が同一ではあるが光ファイバーに沿って異なっ た位置に配置されている時入って来る光と回折格子から反射された光との間の経 路の相違と時間の差を測定するのに利用することができる。これに代え、多重送 信は相互に相違する周波数の回折格子に対する異なる反射波長に基づくことがで きる。 光干渉計における鏡のような相互に離間された反射手段を有する光ファイバー 部分の使用によって得られる他の利点は、これが曲率の平均値が得られる測定距 離を規定することができるようにすることである。これは局部的な不均一性の問 題をなくする。 ファイバー回折格子のさらなる利点はこれら回折格子が大量生産することがで きることである。これは回折格子を比較的低い余分のコストで、キロメートルで 測った長さを有することのできる光ファイバーに沿った多数の場所につくり出す ことができる（回折格子をファイバーに書込むことができる）ようにする。これ らの回折格子は紫外線に光干渉計によりさらすことにより形成することができる 。本発明の範囲内のセンサーの生産において、このセンサー部分はしたがって非 常に低コストで生産することができる。 本発明の一実施態様において、探針はその曲率／長手方向延長部が決定される 通路よりも非常に短くすることができ、探針は通路の長さに沿って異なる位置に 動かされ、通路の曲率が前記異なる位置で表示され、そして前記異なる位置にお ける探針の回転位置がまた便利に表示される。上記のことから、基本的な実施態 様の探針が部分的な反射手段、例えば軸方向に離間された位置に配設された回折 格子により作用することができることが明らかとなるであろう。また上記のこと から、探針はひずみ検出光ファイバーに沿った複数の又は多数の軸方向に離間し た位置に回折格子／反射手段を設けることができ、それにより曲率を探針と通路 とに沿った多くの異なる軸方向の位置で曲率測定点の間では同じ距離を必要とし 実際の探針を軸方向に動かすことを必要としないで、測定することができるよう にすることも明らかとなるであろう。 上記の記載に示されるように、探針はこの探針の光ファイバー／複数の光ファ イバーに沿った別々の位置において多数の部分反射手段、例えば数千の反射手段 又はその対で、構成することができ、それにより探針を数千メートルに達する長 さに製造できるようにする。これは探針を特定な有利な長さ又は距離に沿って岩 石構造又は土壌構造の中に置くことができまた探針をその中に恒久的に又は長期 間にわたって置いたままとすることができるようにする。これは探針の曲率を迅 速に決定できるようにし、また探針を頻繁に決定することにより探針が観察され 決定されるように置かれる土壌構造／岩石構造に起きる曲率の重要な変化を可能 にする。このような監視システムは例えばトンネン堀削作業と同様な作業とに用 途を見出し、１つ又は複数の試験孔が前記トンネル延長部に沿ってしかもその外 側に堀削され、また本発明の長い探針をこれら試験孔に挿入しその中に置いたま まとすることができそれにより探針の曲率を頻繁に決 定することにより変化を発生させることができるようにし、またトンネルの連続 した掘削／爆破に関連して生じるこれらの変化の大きさと又はこの変化によりも たらされる危険を決定することにより地面の曲率／沈下の変化の危険と又は不都 合が危険な状態に達する前に必要な対策をとることができるようにする。 本発明は典型的な実施態様を参照しまた添付図面を参照して以下にさらに詳細 に記載される。ここで 図１は本発明の探針の概略縦断面図である。 図２は探針に含まれる制御ユニットの概略図である。 図３Ａから３Ｄは表面が取付けられた光ファイバーを有し保護管の中に収容さ れた管状探針本体の４つの異なる配置構造を示す。 図４Ａと４Ｂは相互に離間された反射手段が配設された光ファイバーからなる センサー要素の２つの例を示す。 図５Ａから５Ｃは光の強さを回折格子型の反射手段に入射し反射され伝達され る光の波長の関数として示す。 １つの簡単な実施態様において、探針１は保護管４、例えば眞ちゅう管又は剛 性であるが管を探針が挿入される掘削孔の曲率と同じ曲率に一致させるに十分な 可撓性のある繊維ガラスの合成物で構成された管を具備している。探針は掘削孔 と本質的に同じ直径を有しそれにより探針が前記孔の曲率にぴったりと従うよう にする。探針は本発明の場合にその内径と外径が知られている厚い壁のパイプの 形式の可撓性の円筒形のロッドで構成される探針本体３を含んでいる。探針本体 ３は管状スペーサ要素５により保護管４の中に同心に保持される。スペーサ要素 ５は探針本体３が保護管４に対して回転できるようにする摺動軸受の形式とする ことができる。光ファイバー31〜34が円筒形探針本体３に取付けられ、例えばこ れに埋込まれ又はこれに接着される。これらファイバーはこれが本体がひずみを 受けた時に曲がるように本体３上に又はその中に固定される。ファイバー31〜34 は本体の曲がる自然の線と平行に延び、ファイバーの各々はその長さ方向に沿っ てその測定距離に沿う本体３の軸線（本体の曲がる自然の線）から一定の距離で 離間されている。 図３Ａは図１の管状探針本体３の横断図面であると考えることができ、また図 ３Ａからファイバー31と32がそれぞれその自然の曲がり軸線44にわたって延びる 本体３の軸方向の平面41上で本体３の内面と外面上に位置している。同様に、繊 維33と34は本体３の軸方向平面42上に位置し、これらの平面41，42は好ましくは 90°の角度にわたって相互に離間されている。図３Ａに示される配置構造の場合 は、ファイバーは軸線44の同じ側のそれぞれの軸平面上に位置している。 再び図１を参照すると、ファイバー31〜34が信号処理ユニットに連結されてい ることがわかる。 光ファイバーの各々は本体３にそれぞれ沿って２つの所定位置ＡとＢに配設さ れた部分反射手段８ａ，８ｂ，22ａ，22ｂを含んでいる。 図４Ａに示されるように、前記部分反射手段は各ファイバー回折格子８ａと８ ｂを具備している。入射する光19が回折格子８ａによって反射され光20ａの反射 方向のビームを生じ、他方の回折格子８ｂが同じように光20ｂの反対方向のビー ムを生じ、光の一部が21で示されるように伝達される。 他の実施態様（図４Ｂ）において、部分的に反射する鏡22ａと22ｂをファイバ ーに各位置ＡとＢで、例えば光ファイバーを切断しついで例えばTiO₂の層を蒸着 により切断された表面に施しその後でファイバーの端部を溶接しそれにより蒸着 層が部分的に反射する鏡を形成するようにして、一体化することができる。 図２からわかるように、光源９ａ，９ｂからの光が光ファイバー15を通って光 チップ16に伝導され、ここで光が複数の導波管スイッチ又はカップラー17の媒体 を通ってセンサーファイバー31，32に分配される。回折格子要素８ａ，８ｂで反 射された後、光19は、チップ16により検知器11に再度分配されその後に図４Ａに 示されるように各増幅器ステージ12で増幅される信号20ａ，20ｂとして戻る。こ の得られた信号は最後に処理装置13において電子工学的に処理される。光源９ａ ，９ｂは、レーザー光源の波長が基準回折格子18の助けをかりて一定に保持され るのを保証する制御電子装置14の助けをかりて、駆動される。 ファイバー回折格子８ａ，８ｂは光源９に対し広いスペクトル特性を有してい る。対の回折格子８ａ，８ｂが、光源９の波長が回折格子８ａ，８ｂの中心波長 の近くに選択された時ファイバーにおける一対の鏡として機能するようになる。 回折格子の反射率が比較的低く繰り返し反射が無視できるような時は、この２つ の反射手段、回折格子８ａ及びファイバーはいわゆるフィゾー干渉計を形成する 。２つの反射された光ビーム20ａ，20ｂの間の位相位置は回折格子８ａ，８ｂの 間の距離に直線状に依存しまたそれにより光ファイバーに作用するひずみに直線 状に依存する。位相差はしたがって対の回折格子の間の探針本体３の曲がりを反 映する。２つの反射された光ビーム20ａ，20ｂはしたがって検知器10に戻るよう 導かれ、ここで反射された光は干渉することができるようになる。この点に関し 、光源の干渉性の長さは好ましくは回折格子８ａ，８ｂの間の距離の２倍より大 きくする。処理装置13は曲がりの測定値を生じるよう作用する。検出された信号 は位相差（干渉しま）に正弦波状に依存しまた信号の処理は主として干渉しまを 係数しかつ干渉しまの位置を検査することである。光干渉計測定技術によって得 られる重要な 利点は非常に小さな曲がり、又は換言すれば大きな半径の曲率を測定できるよう にするのに十分に感度が良く又は十分な反応性があることである。 しかし１つの欠点は信号の曲がりへの周期的な依存性である。この結果、この 測定方法は絶対的な値を与えず、相対的な測定値を与えるにすぎない。この弱点 はしかしいくつかの方法によって克服できる。１つの方法は２つの波長干渉計を 用いることである。この名称が意味するように、２つの波長が必要とされ、これ らの波長は２つの相互に独立した光源９ａ，９ｂを用いる（図２参照）か又は波 長に対し同調することができ対応作用を達成する光源を用いることにより得られ る。 両方の波長におけるしまの位置を測定することにより、光干渉計がしまの配列 のどのしまに位置しているかを十分に広い測定範囲にわたってある程度絶対的に 決定することができる。この方法はまたしまが動く方向を確かめるのに適用する ことができる。もう１つの方法はフィゾー干渉計に含まれている回折格子８ａ， ８ｂの一方を用いること、特にこの回折格子のスペクトル特性を用いることであ る。同調可能な光源を用いることにより又は分光検知、すなわち波長−依存検知 を用いることにより、例えば回折格子の中心波長を確立することができる。この 中心波長はしたがってひずみ−依存波長であり、ファイバーの曲がりの絶対値は この中心波長を測定することにより確立することができる。しかし、この方法は 光干渉計の方法と同じほど正確ではなく、ほぼ始めの値を得るのに用いることが できる。しかしこの方法は２つの波長干渉計を組合わせファイバーのひずみの絶 対値の極めて正確な測定を得るよう有利に用いられる。 探針に沿った同じ部分に反射手段を有する軸平面41上の２つの平 行な相互に離間した光ファイバー部分31，32の使用は、温度の変化がこの２つの ファイバー31，32に同じ度合で影響を及ぼし、しかも探針本体３の曲がりが各フ ァイバー31，32に異なったひずみを生じるという利点をもたらす。温度に依存し ないひずみ測定信号がこのようにして対応の信号処理に続いて、ファイバー31， 32から構成された光干渉計から得られる。 図３Ｂによる配置構造は、ファイバー部分32と34がその各々の軸平面41，42上 で相互に対し平行に、探針本体３の外面と領域へと動かされたことを示すと考え ることができる。全ての活動的なファイバー部分31〜34がこれによって軸線44か ら最大の可能な距離で配設され、それにより探針本体の直径を最小にすることが できる。 図３Ｃの配置構造の場合は、もう１つの対のファイバー部分35，36が軸線44を 含む軸平面43上に配設され、ファイバー35，36は本体３に平行にこれに沿って位 置する。図３Ｃの実施態様の場合は、３対のファイバー部分31，32；33，34；35 ，36が等距離で離間された平面上に配置されている。この“第３”の軸平面上の センサー35，36によって得られた追加の情報は、センサー本体が大きな曲げ作用 を受けた時すなわち比較的小さな半径の曲率が与えられた時に発生する剪断応力 の結果として起きるいかなる誤差をも補償するのに用いることができる。 ひずみ検出光ファイバー部分が探針のわん曲共通線を通って延びる少なくとも ２つの角度的に離間した軸平面上に位置し探針のわん曲／曲率が３次元で測定で きるようにする典型的な実施態様が記載されてきた。追加のファイバー部分／フ ィゾー光干渉計が測定信号の温度補償をもたらすよう包含されている。 しかし、探針本体３は必ずしも回転対称であることが必要でないことが理解さ れるであろう。そのため測定されるべき通路の曲率が １つの一定の平面上で他の平面上でよりも非常に大きくなるようにしまた探針本 体はそのため例えばこの本体が楕円形の横断面となるように構成することができ る。探針本体３に良く規定された形状を与えまたファイバー部分31，34に良く規 定された位置を与えることにより、曲がりは梁状の目的物を曲げるため公知のモ デルの助けをかりて計算することができる。しかし、これは得られた信号と曲率 との間の比率を代わりに較正処理の助けをかりて得る可能性を排除するものでは ない。ある例においては、これはモデル計算に必要な補足であるといえる。 図５Ａから５Ｃは光の強さを回折格子に入射し反射され伝達される光に関する 波長の関数として示す。回折格子８は干渉紫外線によりファイバー芯23に書込ま れた周期的な屈折率の変化である。広帯域光源から発散する光、すなわち広いス ペクトルを有する光（図５Ａ）が回折格子８に当った時、回折格子の周期数の２ 倍の長さの波長31だけが反射される（図５Ｂ）。回折格子８がひずみを受けた時 は、反射波長は増加し、反射された光の波長39の変化はひずみの測定を構成する ことになる。反射された光のビーム又は放射線の間の位相の移動はしたがってひ ずみ、すなわち探針本体３の曲がりを表示する。測定技術の見地から、このよう な位相差は干渉による検知によって確立できるだけである。図５Ｃは回折格子８ を通って伝達される光を示している。 変更が本発明の範囲内で可能である。 図示の実施態様は反射された光に基づいた測定方法を示しているが、測定方法 は伝達される光に基づいて同様に良く実施されることが明らかとなろう。さらに また、光干渉計は勿論、反射手段が公知の技術により構成され前記手段とその測 定信号とが識別できるようにした場合には、直列に連結される。 センサー本体３の位置決めは、探針本体が測定通路（岩盤掘削孔）を通って動 くにつれてその軸線の周りに回転するため、その曲率を確立することによって十 分には決定されない。この結果、この装置探針は好ましくは探針の回転位置に関 する情報を提供するジャイロスコープ51又はアルコール水準器が付加される。 検知器10において処理されるのに続いて、曲率と可能であれば探針の回転位置 とに関する情報が、探針に示され又は通常のようにワイヤもしくはファイバーを 通して無線通信によって遠隔操作の受信機に、例えば通路の接近可能な端部にお いて伝達される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 エリクソン，クラエス スウェーデン国，エス−186 41 バレン チューナ，ヤン フリードガルドス ベー グ 19 【要約の続き】 ファイバー部分に連結されファイバー部分（31）の部分 反射手段の間の距離の変化を光干渉計で決定する。手段 （32，10）は部分反射手段の間の距離の変化への温度の 影響を補償することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．例えば岩盤の掘削孔のような細長い通路の曲率を決定する装置であって、 挿入された時前記通路の曲率を装うよう意図された可撓性の探針（１）を含み、 前記探針（１）が該探針の曲率と共に通路の曲率を探針（１）上の少なくとも２ つの長手方向に離間した位置（Ａ，Ｂ）の間で検出する手段（３，31，10）を有 している、通路の曲率を決定する装置において、前記手段が、探針（１）に配設 された屈曲可能な探針本体（３）に連結されかつ前記探針の屈曲又は又はわん曲 を伴うように連結された光ファイバー部分（31）を含み、光ファイバー部分（31 ）が探針本体（３）の屈曲中立軸線（44）に平行にかつ屈曲中立軸線（44）から 一定距離で延びそれによりファイバー部分のひずみが、ファイバー部分（31）を 含む軸平面（41）上で探針本体（３）の屈曲の測定を提供するようにし、光ファ イバー部分（31）が、探針に沿った前記位置（Ａ，Ｂ）に２つの部分反射手段（ ８ａ，８ｂ；22ａ，22ｂ）を有し、手段（10）が光ファイバー部分に連結されフ ァイバー部分（31）の部分反射手段の間の距離の変化を光干渉計で決定するよう にし、また手段（32，10）が部分反射手段の間の距離の変化への温度の影響を補 償できるようにしていることを特徴とする、細長い通路の曲率を決定する装置。 ２．温度の影響を補償する手段が、第１の光ファイバー部分（31）に付加され かつ同一の軸平面（41）上に第１の光ファイバー部分と平行に延びる他の光ファ イバー部分（32）を含み、前記他のファイバー部分が好ましくは探針に沿った前 記位置（Ａ，Ｂ）に部分反射手段（８ａ，８ｂ；22ａ，22ｂ）を有し、それによ り２つの光ファイバー部分（31，32）の間のひずみの相違が、探針の軸平面上で の屈曲の大きさの温度の影響を受けない測定値を提供するようにし ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．探針の位置（Ａ，Ｂ）の間の距離が半径方向で最も内側のひずみ測定光フ ァイバー部分（32）に対し探針本体（３）の半径の少なくとも10倍であり、また 屈曲平面上の探針の横断面の寸法が５cmより小さく 0.1cmより大きいことを特徴 とする請求項１又は２に記載の装置。 ４．反射手段が少なくとも 0.2nmの線幅を有するファイバー回折格子を具備し ていることを特徴とする請求項１から３のうちの１項に記載の装置。 ５．探針本体の軸線が探針本体の横断面積の重心によって区画形成され、前記 反射手段の間の各ファイバー部分が、探針軸線からファイバー部分の中線までの 良く区画形成された好ましくは一定の距離を有していることを特徴とする請求項 １から４つのうちの１項に記載の装置。 ６．反射手段の各対から反射される光に関する位相差をPiより大きな動的面積 にわたって決定するための異なる波長の２つの光源（９ａ，９ｂ）を有すること を特徴とする請求項１から５のうちの１項に記載の装置。 ７．光ファイバー部分の反射手段（８ａ，８ｂ）が、回折格子の１つによって 反射される光の波長を決定しこの波長を探針のわん曲していない状態で回折格子 が有する較正波長と比較するよう構成され、光ファイバー部分（31）の回折格子 の対（８ａ，８ｂ）からの光干渉計で生じた測定信号の適当な絶対値を確立する ようにしていることを特徴とする請求項１から６のうちの１項に記載の装置。 ８．探針（１）が、探針が屈曲又はわん曲した時負荷がかからない状態を保つ 光ファイバーを含み、この負荷のないファイバーが、光ファイバー部分（31）が 回折格子の形式の反射手段を有する探針 の絶対的な屈曲値を求める基準として作用する較正された周期数の回折格子（８ ）を含んでいることを特徴とする請求項１から７のうちの１項に記載の装置。 ９．探針が、それぞれが一対の部分反射手段を有している少なくとも２つの屈 曲−検出ファイバー部分を含み、前記部分（31，33）が相互に離間した軸平面（ 41，42）上に位置しそれにより探針本体の屈曲が３次元で決定できるようにして いることを特徴とする請求項１から８のうちの１項に記載の装置。 10．前記装置が３つの光ファイバー部分（31，33，35）を含み、これら光ファ イバー部分が相互に離間した軸平面上に位置し前記各軸平面上の探針本体の屈曲 を測定するようにし、前記平面は好ましくは等しい角度で間隔がおかれているこ とを特徴とする請求項９に記載の装置。 11．ひずみ検出光ファイバー部分が２つより多い長手方向に離間した部分反射 手段を有し、光ファイバー部分の異なる長手方向部分における部分反射手段の間 の距離の変化が多重送信技術の助けをかりて検出されることを特徴とする請求項 １から10のうちの１項に記載の装置。 12．探針がその軸線の周りの探針本体（３）の位置を検出する手段を含んでい ることを特徴とする請求項１から11のうちの１項に記載の装置。 13．探針が、曲率が長さ方向に沿って決定される通路の長さより小さい長さを 有し、探針（１）が通路に沿って異なる位置に動かされ探針の各位置で前記通路 の曲率を決定することができるようにし、装置が前記探針の位置における通路の 曲率を表示する手段に連結することができることを特徴とする請求項１から12の うちの１項に記載の装置。 14．探針（１）が少なくとも通路と等しい長さの測定長さを有し、通路が探針 の長さ方向に沿って離間された複数の部分反射手段を有し、通路の中に置かれた 探針に沿った複数の相互に離間した位置で探針の曲率又は屈曲が測定できるよう にし、それにより本質的に全長にわたる通路の曲率／延長の測定が探針を通路内 で動かすことなく行うことができるようにしていることを特徴とする請求項１か ら12のうちの１項に記載の装置。