An apparatus and method for controlling a bowling by analysis of vibration

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボーリングの機械的現象を聴覚及び／又は視覚的方法で表す装置と、ボーリング操作プロセスにおける該装置の使用とに係わる。

ボーリング中に岩石の機械的特性を測定する方法及び該方法を実施するための装置は、例えば仏国特許出願第
1 587 350号によって知られている。

この公知の方法は、加速度計を用いてボーリングロッドの回転速度を検出し且つ変形測量器（ゲージ）を用いてボーリングロッドへの振動応力に対応する信号を読取ることにより、ボーリングツールの作用を受ける岩石の岩石学的特性を検知することからなる。 この方法では、
前記信号をアナログ回路で処理すると、ツールの作用を受ける岩石の岩石学的特性を示す信号が得られる。

ボーリング中に岩石の岩石学的特性を測定する方法は、発明特許第1 590 327号の追加特許出願第96 617号によっても知られている。 この公知の方法は、泥水カラムの圧力を測定する圧力計によって供給された信号の成分を選択し、且つこの信号を、ツールの回転とツールの作動エレメント配列の特徴を表す数との積に等しい周波数を中心とする周波数帯域で選択することからなる。

しかしながら、これらの装置ではボーリングの展開に関する情報は得られない。

本発明の第１の目的は、信号処理の後で、例えばビット底部の捕捉、又は打ち込みとそれに次ぐ壁へのビットの付着による弛緩、又はビットの歯の部分的破損、又はビット底部の捕捉不備のような諸現象に係わる情報を得ることができる装置を提供することにある。

本発明ではこの目的を達成すべく、ボーリングツールとの切削される岩石との相互作用の機械的現象を聴覚及び／又は視覚的方法で表す装置が、切羽面上のツールの振動を表す信号をケーシング上の一点で加速度計により採取する手段と、前記信号を10〜200Hzの周波数帯域で波する手段とを含む。

本発明の別の特徴として、波された信号はヘッドホンに接続された聴覚増幅器に送られる。

本発明の別の特徴として、波された信号は棒グラフタイプの電気発光ダイオード式表示装置に送られる。

本発明の別の特徴として波手段は、周波数帯域の遮断周波数を構成すべく、二次の高域能動フィルタの複数の同一タイプセルを二次の低域能動フィルタの複数の同一タイプセルと選択的に直列接続したものからなる。

本発明の別の特徴として、坑底原動機の場合は周波数帯域が20〜200Hzである。

本発明の別の特徴として、地表原動機の場合は周波数帯域が10〜100Hzである。

本発明の別の目的は、運搬が容易でありボーリング現場で使用できる簡単な構造の装置を提供することにある。

この目的を達成すべく、本発明の装置は、電池によって検出器及び処理回路への自動給電を行う手段を含む。

本発明の最後の目的は、ボーリング操作プロセスにおける本発明の装置の使用方法を提供することにある。

この使用方法は、 −10〜200Hzの周波数帯域に含まれるスペクトルを保持すべく、加速度計から供給された信号を波し、 −波された信号を聞くか又は視覚化して、この信号からボーリング操作に関する情報を得、 −前記ステップで得た情報から結論される必要な矯正措置を取ることからなる。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の添付図面に基づく説明で明らかにされよう。

添付図面中、第１図はボーリング設備に取付けられた本発明の装置全体を簡単に示す説明図である。

第２図は、予増幅用電子回路の機能を簡単に示す説明図である。

第３図は本発明の波回路を簡単に示す説明図である。

第４図は本発明の装置の正面図である。

第１図には、ボーリングの櫓を符号（１）で示し、固定滑車アセンブリ（３）を担持する櫓上部を符号（２）
で示した。 滑車アセンブリ（３）はワイヤロープアセンブリ（４）によって、可動滑車アセンブリ（５）を担持するブロックに接続されている。 このブロック（５）には、注入ヘッド（７）を支持するフック（６）が固定されている。 この注入ヘッド（７）の上部は固定されているが下部は可動性であり、軸受システムを介して回転する。 注入用可撓管（８）は注入ヘッド（７）に接続されている一方で、図示してない泥水ポンプアセンブリにも接続されている。

ケーシングの回転駆動ロッド（９）は図面では正方形であり、以後は簡単に角形ロッドと称する。 このロッド（９）はロータリテーブル（10）によって回転駆動され、このロータリテーブル自体は図示してない原動機によって駆動される。

符号（11）はケーシング（12）を挿入するための孔を簡単に示している。 ケーシング（12）は下部にボーリングツール（20）を備えている。

前記注入ヘッドと角形ロッドとの間には測定装置（1
3）が挿入されている。 一変形例として、この装置（1
3）は注入ヘッド（７）に固定してもよい。 この測定装置（13）は、電子グレーダ（gradeurs lectriques）
を処理する装置（４）にワイヤロープ（14）を介して接続されている。

前記測定装置は、前記ロッドの端部の加速変化をアナログ電気信号に変換する加速度計（140）からなる。 前記アナログ電気信号は第４図の処理装置（45）で処理される。 この処理装置は、第２図に示す増幅回路と、第３
図に示す波回路と、波された信号を新たに予増幅する回路（47、470）とを含み、前記信号はこの予増幅回路から一般的聴覚増幅器（46）に送られて、そこで聞き取り可能なように増幅される。

加速度計（140）によって供給された信号は増幅器の入力に送られる。 この増幅器の出力を入力にフィードバックするループの抵抗は、増幅器（404）の出力と入力との間の抵抗（400、401、402、403）の１つを選択的に接続する回転接触子（40）によって変えることができる。 この増幅器（404）の出力側に配置された第２の増幅器（41）は、そのフィードバックループ回路内に可変抵抗（410）を含む。 この可変抵抗は選択された増幅範囲内での微調整を可能にする。 増幅器（41）の出力信号は第３図の波回路の入力に送られると共に、ピーク検出回路（420）を介して第４図の表示器（42）に送られる。 増幅器（41）の出力信号は更に、整流回路（43）及び積分回路（44）を介して測定装置の出力（S2）に送られる。 この信号は、２つの二次低域能動フィルタセル（31a、31b）とその後に続く４つの二次高域能動フィルタセル（32a、32b、32c、32d）と２つの二次低域能動フィルタ（31c、31d）とで構成されたフィルタアセンブリの入力（30）に到達する。 これらのフィルタは互いに直列に接続されるか又は回転接触子（490、491）のボタンの位置に応じて完全に又は部分的に短絡され得る。 波回路の出力（33）は、第２図に示したものと同じタイプの第２予増幅回路（47、470、48）の入力に送られる。
この第２予増幅回路は、増幅器（470）の出力から送出される出力信号を当業者に良く知られた一般的構造の聴覚増幅回路（46）に送り、その結果、本発明の処理によって生じた信号、即ちボーリングの進行状態を伝える信号がレシーバに供給される。

各二次低域フィルタセルはセル（31a）と同様の構造を有し、示差増幅器（313）の負入力に直列に接続された２つの抵抗（310、311）を含む。 前記示差増幅器の正入力は抵抗（312）を介して接地されている。

２つの抵抗（310、311）に共通の点はコンデンサ（31
6）を介して接地される一方で、抵抗（315）を介して増幅器（313）の出力に接続されている。 増幅器（313）の出力はコンデンサ（314）を介して該増幅器（313）負入力にも接続されている。

各高域フィルタセルはセル（32a）と同様に構成されており、示差増幅器（323）の負入力に接続された２つの直列コンデンサ（320、321）を含む。 前記示差増幅器の正入力は抵抗（322）を介して接地されている。

２つのコンデンサ（320、321）に共通の点は抵抗（32
6）を介して接地される一方で、コンデンサ（325）を介して増幅器（323）の出力に接続されている。

増幅器（323）の出力は抵抗（324）を介して該示差増幅器（323）の入力にも接続されている。

このようにして一連のセル（31a〜31d）及び（32a〜3
2d）で構成されたフィルタは、予増幅器から送られた信号を、回転接触子（490、491）のボタンが占める位置に応じて、10〜200Hzの周波数帯域で波する。

例えば、ボタン（490）が（第４図の490dの）位置にある時は、対応する接触子（第３図の490D）が閉鎖されてセル（32a）の入力をセル（32d）の出力に接続し、高域セルアセンブリ（32a〜32d）を短絡させる。

ボタン（490）が（第４図の490cの）位置にある時は、対応する接触子（490c）が閉鎖されてセル（32a）
の入力をセル（32c）の出力に接続し、セル（32a〜32
d）を短絡させて高域フィルタ（32d）を回路内に維持する。 このフィルタ（32d）は10Hzで遮断周波数が樹立されるように計算された抵抗素子及び容量素子を有する。

ボタン（第４図の符号490）が（第４図の490bの）位置にある時は、対応する接触子（第３図の490B）が閉鎖されてセル（32a）の入力をセル（32b）の出力に接続し、その結果セル（32a）及び（32b）が短絡される。 セル（32c）の抵抗素子及び容量素子は、直列に接続された２つのセル（32c、32d）が20Hzの遮断周波数を有するように計算される。

ボタン（490）が（第４図の490aの）位置にある時は、対応する接触子（490A）がセル（32a）の入力をその出力に接続する。 セル（32b）及び（32d）は直列に接続され、セル（32b）の抵抗素子及び容量素子は直列接続された３つのセル全体の遮断周波数が30Hzで樹立されるように計算される。

最後に、ボタン（490）が位置（490a）にある時は接触子は一つも閉鎖されず、４つのセル（32a〜32d）が直列に接続される。 セル（32a）の抵抗素子及び容量素子は直列に接続された４つのセル全体の遮断周波数が40Hz
になるように計算される。

また、ボタン（490）の操作によって、波回路に導入される低域フィルタセルを選択することもできる。 ボタン（490）が位置（491abc）にある時は、セル（31a）
の入力をセル（31b）の出力に接続する閉鎖接触子（491
AB）によってセル（31a）及び（31b）が短絡され、セル（31c）もセル（31c）の入力をその出力に接触子する閉鎖接触子（491C）によって短絡される。 セル（31d）の抵抗素子及び容量素子は遮断周波数が200Hzで樹立されるように計算される。

ボタン（491）が位置（491ab）にある時は、セル（31
a）及びセル（31b）が接触子（491AB）によって短絡される。 セル（31c）の抵抗素子及び容量素子は、２つの直列接続されたセル（31c）及び（31d）からなるアセンブリの遮断周波数が150Hzになるように計算される。

ボタン（491）が位置（491a）にある時は、接触子（4
91A）が閉鎖されてセル（31a）をその出力に直接接続する。 セル（31b）の素子は、３つのセル（31b、31c、31
d）を直列に接続して形成したフィルタが100Hzの遮断周波数を有するように計算される。

ボタン（491）が位置（491e）にある時はいずれのセル（31a〜31d）も短絡されず、これらのセルのアセンブリが50Hzの遮断周波数を有する。

最後に、ボタン（490）が位置（491abc）にある時は、接触子（491AB）及び（491CD）が閉鎖され、セル（31a）〜（31d）全体が短絡される。

このようにして波された信号は、次いで第２予増幅器と聴覚増幅器とに送られ、この聴覚増幅器が聴覚信号をヘッドホンに送る。 聴取装置又は視覚化装置は電池による自動給電手段を備えている。 10〜200Hzの周波数帯域で送出された信号は、ボーリング時に発生し得る異常を聴取によって検出せしめる。 驚くべきことに、このようにして波した信号は、ボーリングに起因する他のノイズ例えば泥水ノイズを総て除去し、ビットと試錐孔との接触に対応するノイズだけを保持することが判明した。 当業者はこのようにして、観察事項に応じた適当な矯正措置を取ることができる。 この方法を用いれば特に、ツール底部の捕捉、又はツールが歯の破損に起因して非対称形を有しているか否か、あるいはツールが下降中に障害にぶつかって孔の底に到達していないか否か、
更には打ち込みとそれに続く壁へのビットの付着による弛緩を検出することができる。

試錐孔の底に設置される原動機については、周波数帯域を20〜200Hzにすると最良の結果が得られることが判明した。 逆に、地表原動機は10〜100Hzの周波数範囲で機能するのが好ましい。 周波数範囲の選択はボタン（第４図の490、491）を用いて行われる。

本発明は前記実施例には限定されず、例えば第２予増幅器の出力側に配置された聴覚増幅回路に代えて、棒グラフタイプの電気発光ダイオード式表示装置又は棒グラフソフトウェアによるマイクロコンピュータモニタ上の表示システムを使用することもできる。

当業者が想到し得る他の様々な変形も本発明の範囲内に含まれる。