【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下電磁誘導探査法に用いる３軸磁力計の改良およびその磁力計を用いて、モノホール坑井において、地下亀裂を確認するためのデータ解析方法の発明に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、金属鉱床探査を代表として、垂直成分磁力計を用いた坑井内電磁誘導探査法が知られている。 一方、この坑井内電磁誘導探査法に用いる磁力計に関しては、従来、この種の探査に使用されるものは、１
ｎＴオーダーの精度のものであり、石油、地熱等の深部探査に用いるためには、十分なものではなかった。

【０００３】

【従来技術上の問題点】この種の磁力計は、その構造上次の２種類のセンサからなる。

【０００４】（１）インダクション方式水平磁力計 （２）インダクション方式垂直磁力計 このうち、垂直磁力計は、通常のインダクションコイルであるが、水平磁力計は、地熱井での使用を想定して、
外径３．５インチの耐圧容器に収納できるものが必要である。

【０００５】このため、外径３．５インチの対熱容器に格納できる全長として、全長３インチの水平コイルを使用することにしたが、全長３インチの水平コイル（インダクション式）１本では、コイル感度に限界があり、すなわち、コイル感度が良好でない故に、その得られるデータの信頼性が良くないという欠点があった。

【０００６】また、坑井内から地表へのデータの伝送に際しては、減衰の少ない、かつ、信頼性の高い伝送装置および伝送ケーブルが望まれるが、従来は、その検討が充分ではなかった。

【０００７】

【問題点解決のための手段】上記問題点を解決するために、本発明では、３軸磁力計（水平２方向、垂直１方向）の水平磁場磁力計、すなわち、外径３．５インチのツール内部に格納できる単軸型の小型コイル単体の感度を向上させ、ＳＮ比に強い水平磁場磁力計とすると共に、複数の上記コイルをアレイ式に連結し、全体としての感度を向上させ、ＳＮ比の強い水平磁場磁力計を得んとしたものである。

【０００８】また、同様に、垂直磁力計についてもアレイ式の構成から成る３軸磁力計とし、その感度を向上させ、ＳＮ比に強い垂直磁力計としたものである。

【０００９】すなわち、地下電磁誘導探査法３軸磁力計において、上記アレイ式水平磁場センサを用いたＸ、Ｙ
成分磁力計については、上記アレイ式垂直磁力計を挟んで上下に２組のアレイ式水平磁力計を配置し、Ｘ、Ｙ成分磁力計のクロスカップリングを改善し、また、Ｚ成分垂直磁力計を上記のようにアレイ式垂直磁力計とすることにより垂直磁力計単体の感度、ＳＮ比を向上させると共に、これらの配置構成を通じて、３成分磁力計全体のクロスカップリング、感度、ノイズレベルを測定し、かつ、これを校正して、全体としての感度向上、ＳＮ比を上げることができる３軸磁力計としたものである。

【００１０】具体的には、全長３インチの複数の単軸インダクションコイル（以下、「コイルエレメント」と称する。）を水平方向に直交する方向Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に交互に組合せて配列し、コイル感度を高めようというものである。

【００１１】なお、コイル感度を高めるためには、単に、複数の単軸インダクションコイルを直交方向に交互に組合せ配列すれば良いというものではない。 すなわち、３軸磁力を計測するため、垂直磁力計を必ず設ける必要があり、そのためには、これらの垂直磁力計と水平磁力計間の相互干渉によるノイズ増加を最小になるように、最適状態での配置構成を決定しなければならない。

【００１２】本発明では、垂直磁力計を挟んで上下対称に、２成分（Ｘ軸、Ｙ軸）ずつの水平磁場センサ（上部成分：Ｘ ₁ 、Ｙ ₁ 、下部成分：Ｘ ₂ 、Ｙ ₂ ）の和（Ｘ ₁ ＋
Ｘ ₂ 、Ｙ ₁ ＋Ｙ ₂ ）を計測するようにしたものである。

【００１３】また、坑井内検層プローブから地表にデータを伝送するに際し、最良の伝送方式を選定すると共に、地表からツールへ制御命令を送信する際の送信方式に関し、マルチプレクシング（信号多重化）のため総合したチャンネル数を確保できるようにし、また、これに伴う坑井内電子装置において、同期検波回路、アナログ／デジタル変換器、制御用マイクロプロセッサを適宜適切なものとした。

【００１４】

【作用】本発明では、全長３インチの複数のコイルエレメントを水平方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に交互に複数組合せたアレイ式とし、水平コイルの感度を高めると共に、これら複数の水平コイルと垂直コイルの相互干渉によるノイズ増加を防止するために、垂直磁力計を挟んで上下対称に、Ｘ軸成分、Ｙ軸成分の和を得るようにしたものである。 さらに、垂直磁力計を挟んで上下対称構成としたことから、上記水平磁場コイルエレメントのうち、上部成分：Ｘ ₁ 、Ｙ ₁ 、下部成分：Ｘ ₂ 、Ｙ ₂
のそれぞれの和の上部成分（Ｘ ₁ ＋Ｘ ₂ ）、下部成分（Ｙ
₁ ＋Ｙ ₂ ）を計測できるようにしたものである。

【００１５】また、坑井内電子装置のうち、同期検波回路、アナログ／デジタル変換器、制御用マイクロプロセッサについて、適宜、適切なものを組み込み使用し、坑井内で検出した測定データの減衰を少なくして、高精度に地表に伝送し、地下亀裂確認を容易ならしめるというものである。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図面により説明する。

【００１７】図１は、本発明に用いるアレイ式水平磁力計用コイルエレメントの断面図およびその側面図であり、外径２０ｍｍφ、長さ７６ｍｍの外径寸法を有する。

【００１８】図１において、１は、アレイ式水平磁力計用コイルエレメントの全体を示し、３はコア、４は、主巻き線（メインコイル）であり、＃３３ＡＷＧ ＧＡＧ
Ｅ（０．２ｍｍφ）の導線を５０００回巻いたものである。 ５は、フィードバック巻き線（コイル）、６は、テフロンコイル端であり、７は、静電シールド、８は、巻き線ターミナル、９は、巻き線端である。 また、１０
は、該主巻き線４、その他を前記コア３に係止するセットねじである。

【００１９】図２は、本発明に用いる垂直磁力計の断面図であり、直径２５ｍｍφ、長さ４５７ｍｍの外径寸法を有するものである。 図２において、２は、当該垂直磁力計の全体概要を示し、１１はμメタルコア、１２は、
単一パイ巻き線（コイル）で、１１，１８０回巻回されたものである。

【００２０】また、１３は、フィードバック巻き線であり、これら１組の単一パイ巻き線１２およびフィードバック巻き線１３の両端には、仕切板１４が、介在されて、全体として、１６個の単一パイ巻き線（コイル）１
２およびフィードバック巻き線１３と、１７個の仕切板１４から、全体の垂直磁力計部２が構成されている。

【００２１】図３は、本発明に係る３軸磁力計の実施例の全体概略断面図であり、中心に前記図２に示した垂直磁力計部２を配置し、その両端に図１で示したアレイ式水平磁力計用コイルエレメント１をそれぞれ両端に１０
個、合計２０個、それぞれ直交して配置し、全体として、全長１５７５ｍｍ長の長さに構成したものである。

【００２２】また、当該３軸磁力計のケーブル接続側には、地上との伝達ケーブルの接続用メイン出力コネクタ１５が配置され、それぞれ前記水平磁力計用エレメント１の全体および垂直磁力計部２と接続され、それぞれ計測された水平、垂直のＸ、Ｙ、Ｚの各方向の磁場成分を地上装置へ伝達する。

【００２３】なお、図３において、上部水平磁力計用コイルエレメント部１００の一部分を拡大して図中Ａ部分として、また、上部水平磁力計用コイルエレメント部１
００と、垂直磁力計部２の接続部分をを拡大してＢ部分として、さらに、該垂直磁力計部と、他方の水平磁力計コイルエレメント部との接続部分を拡大してＣ部分として示す。

【００２４】これらの各部の拡大図からも明らかなように、前記上部水平磁力計用コイルエレメント部１００と垂直磁力計部２との間はコネクタ２０によって接続され、また、前記垂直磁力計部２と他端の下部水平磁力用コイルエレメント部２００との間は、コネクタ２１によって接続されている。

【００２５】図４は、前記アレイ式水平磁力計用コイルエレメント１が、複数集合配置されて、上部水平磁力計用コイルエレメント部１００または下部水平磁力計用コイルエレメント部２００を構成する様子を示す。

【００２６】前記上部水平磁力計用コイルエレメント部１００または下部水平磁力計用コイルエレメント部２０
０の具体的配置は、該３軸磁力計が坑井内に吊り下げられたときに、Ｘ方向、Ｙ方向の水平２方向の磁場成分の測定が可能なように、互いに直交して配置構成される。

【００２７】この概略状態を図４に示す。 すなわち、各Ｘ軸方向に配列されたＸ軸アレイエレメントＸ ₁ 、Ｘ ₂ 、
Ｘ ₃ 、Ｘ ₄ 、Ｘ ₅は、電気的には、それぞれ直列に接続され、各Ｙ軸方向に配列されるＹ軸アレイエレメントＹ ₁ 、Ｙ ₂ 、Ｙ ₃ 、Ｙ ₄ 、Ｙ ₅は、それぞれ、Ｘ軸と直交する方向に配列され、かつ、これらのＹ軸アレイエレメントＹ ₁ 、Ｙ ₂ 、Ｙ ₃ 、Ｙ ₄ 、Ｙ ₅は、電気的に直列に接続されている。 図４において、Ｈ _xは、磁場のＸ軸方向を示し、Ｈ _yは、磁場のＹ軸方向を、Ｈ _zは、磁場のＺ軸方向を示す。

【００２８】Ｘ ₁ 、Ｘ ₂ 、Ｘ ₃ 、Ｘ ₄ 、Ｘ ₅は、各Ｘ軸アレイエレメントのコイル軸方向であり、Ｙ ₁ 、Ｙ ₂ 、Ｙ ₃ 、
Ｙ ₄ 、Ｙ ₅は、各Ｙ軸アレイエレメントのコイル軸方向である。

【００２９】また、図４中、１６は、各Ｘ軸方向に配列されたＸ軸アレイエレメントＸ ₁ 、Ｘ ₂ 、Ｘ ₃ 、Ｘ ₄ 、Ｘ ₅
の電気的直列接続線であり、１７は、各Ｙ軸アレイエレメントＹ ₁ 、Ｙ ₂ 、Ｙ ₃ 、Ｙ ₄ 、Ｙ ₅の電気的直列接続線である。

【００３０】これらの両端に複数の上部水平磁力計用コイルエレメント部１００および下部水平磁力計用コイルエレメント部２００を配置し、中心に垂直磁力計部２を配置した３軸磁力計の概要を図５および図６に示す。

【００３１】図５は、前述の各アレイ式水平磁力計用コイルエレメント部１００および下部水平磁力計用コイルエレメント部２００の配置概要および前述の垂直磁力計部２の配置概要を示した概略構成図であり、図６は、図５に示す該３軸磁力計構成概要の電気的結線概要図である。

【００３２】図５において、複数の符号１は、前述の個々の各アレイ式水平磁力計用コイルエレメントであり、
これらの複数の個々の各アレイ式水平磁力計用コイルエレメント１から水平磁力計用コイルエレメント部１００
および下部水平磁力計用コイルエレメント部２００が形成される。 ２は、同前述の垂直磁力計を、１５は、３軸磁力計本体端部に設けられた前記メイン出力コネクタを示す。

【００３３】また、図６は、これらの前述の各アレイ式水平磁力計用コイルエレメント１の配線結線図を示したもので、図中１は、前述の各アレイ式水平磁力計用コイルエレメントの配置を、４は、主巻き線、５は、フィードバック巻き線、７は、前記巻き線および配線を遮蔽する静電シールドである。

【００３４】また、１５は、前記コネクタ、１６は、プリアンプ、１７は、前記フィードバック巻き線のネットワーク、１８は、ゲインアンプ、１９は出力端である。

【００３５】なお、前記アレイ式エレメント１における全長３インチの端軸インダクションコイル（コイルエレメント）の相互干渉を防ぐため、各コイルは、周囲をμ
メタルホイル（スリット入り）で覆われており、静電気的にシールドされるように構成されている。

【００３６】また、図６からも明らかなように、各主巻き線は４は直列に接続され、その終端が前記プリアンプ１６、前記フィードバックネットワーク１７を介して前記ゲインアンプ１８に接続され、出力端１９から地上装置に接続される構成となっている。

【００３７】次に、本発明の実施例の、ＢＨ３５二重アレイ式センサの電気的接続構成を説明する。

【００３８】本実施例センサは、ＸおよびＹ成分の測定が可能なものであり、その電気的接続構成は、図７ないし図９に示される。

【００３９】図７は、ＢＨ３５二重アレイ式センサの結線概略図であり、Ｘ、Ｙの直交する二種類の水平直交配列からなる水平配列センサＸ ₁ 、Ｘ ₂およびＹ ₁ 、Ｙ ₂と、
垂直センサＺを含む全センサシステムの結線図である。

【００４０】すなわち、この多成分受信システムは、図５および図６に示された受信システムと同じものである。

【００４１】上述したように、各コイルエレメントを構成する二重アレイ式センサは、固有のフィードバック巻線５を有する各コイルエレメント１からなり、これらの巻線５は、並列に接続されている。 すなわち、Ｘ ₁およびＹ ₁は、共通のシールド線を有し、該受信システムは、一または二のコネクタに連なり、各々が、一つのユニットとして組み込まれている三つの構成からなる。

【００４２】すなわち、図７においては、Ｘ ₁ 、Ｙ ₁は、
受信ユニットの下部に設けられる直交した二種類のアレイ式水平センサ１、１からなる下部水平磁力計用コイルエレメント２００であり、それぞれＡ、Ｂの各メインコイルおよびＡ、Ｂの各フィードバックコイルからなり、
それぞれコイルの開始端（ＳＴＡＲＴ端）、同終端（Ｅ
ＮＤ端）およびシールド端（ＳＨＩＥＬＤ端）に接続されたコネクタ端子２１を有する。

【００４３】この下部の二種類のアレイ式水平センサＸ
₁ 、Ｙ ₁のうち、Ｘ１のＢＭＡＩＮは、Ｈ _x1のメインコイルの出力端子であり、Ｙ ₁のＡＦＥＥＤは、Ｈ _y1のフィードバックコイルの出力端子である。

【００４４】同様に、Ｘ ₁のＢＦＥＥＤは、Ｈ _x1のフィードバックコイルの出力端子であり、Ｙ ₁のＡＭＡＩＮ
は、Ｈ _y1フィードバックコイルの出力端子である。

【００４５】このＸ方向、Ｙ方向の直交した二種類のアレイ式水平センサ１、１は、コネクタ２０を介して、結合シールド線３１、３２、３３、３４に接続される。

【００４６】また、前記下部水平磁力計用コイルエレメント部２００と並列して前記垂直センサ部２が配置される。

【００４７】この垂直センサ部２には、垂直Ｚ方向のメインコイル出力Ｈ _zを出力する一種類のＣメインコイル（ＣＭＡＩＮ）および同垂直Ｚ方向の一種類のフィードバックコイルの出力Ｈ _zを出力する同Ｃフィードバックコイル（ＣＦＥＥＤ）のそれぞれの開放端、終端およびシールド端が、それぞれ前記下部水平磁力計用コイルエレメント部２００に接続された結合シールド線３１、３
２、３３、３４と共にコネクタ２１に接続される。

【００４８】このコネクタ２１は、他方を別の結合シールド線３５、３６、３７、３８、３９、４０に接続され、また、この結合シールド線３５、３６、３７、３
８、３９、４０と並列に上部水平磁力計用コイルエレメント部１００の二種類の直交するＤ、Ｅの各コイルのメインコイルおよびフィードバックコイルが接続されている。

【００４９】すなわち、このコネクタ２１を介した上部水平磁力計用コイルエレメント部１００は、下部水平磁力計用コイルエレメント部２００と同様にＸ ₂ 、Ｙ ₂は、
受信ユニットの上部に設けられる直交した二組のアレイ式水平センサ１、１からなる上部水平磁力計用コイルエレメント１００であり、それぞれＤ、Ｅの各メインコイルおよびＤ、Ｅの各フィードバックコイルからなり、それぞれコイルの開始端（ＳＴＡＲＴ端）、同終端（ＥＮ
Ｄ端）およびシールド端（ＳＨＩＥＬＤ端）を有する。

【００５０】この上部の二組のアレイ式水平センサＸ ₂ 、Ｙ ₂のうち、Ｘ ₂のＥＭＡＩＮは、Ｈ _x2のメインコイルの出力端子であり、Ｙ ₂のＤＦＥＥＤは、Ｈ _y2のフィードバックコイルの出力端子であり、同様に、Ｘ ₂のＥＦＥＥＤは、Ｈ _x2のフィードバックコイルの出力端子であり、Ｙ ₂のＤＭＡＩＮは、Ｈ _y2フィードバックコイルの出力端子である。

【００５１】これらのＤ、Ｅのそれぞれのコイルの開始端（ＳＴＡＲＴ端）、同終端（ＥＮＤ端）およびシールド端（ＳＨＩＥＬＤ端）および前記コネクタ２１に接続された結合シールド線２５、３６、３７、３８、３９、
４０は、シールド端を共通にし、接地される。

【００５２】また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各種類のエレメントコイルの出力トータルは、接続用メイン出力コネクタ１５を介して、同軸ケーブル４１〜５０からなる検層ケーブル６０で地上装置に接続される。

【００５３】上記を詳述すれば、最初のセクションは、
各１０個のエレメントからなる直交する二つの水平アレイ式センサからなり（図３参照）、前記二つのアレイ式センサは、センサの物理的大きさを最小にするため、互いに網目状にを形成され、各コイルエレメント１は、直交するアレイ式水平磁力計用コイルエレメント１の間での静電クロスカップリングを防止するため、シールド線で結線された静電遮蔽７で遮蔽される。

【００５４】すなわち、アレイ式水平磁力計用コイルエレメント１の巻線から終段ののコネクタへ連なる結線は、接地ループが生じないように、特殊な手段で遮蔽され、これは、全ての遮蔽を開放された一端で開放することによってなされ、単一のコネクタ内の結合が、この最初のセクションの終端が終端となるように構成される。

【００５５】第２のセクションとして、垂直センサを含み、最初のセクションからの全結線が、センサ表面を走行する遮蔽ケーブル手段によって受信機本体の先端に向って延びる構成を有する。 第２のセクションは、最初の二つの水平アレイ式センサと垂直センサの結合からなるコネクタで接続される構成からなる。

【００５６】第３の（上部）セクションは、第１のセクションが行ったと同じように二つの直交するアレイセンサからなり、全ての５つのセンサに接続されるコネクタで終わりとなる。

【００５７】さらに、全ケーブルは、単一の終端遮蔽で完全に遮蔽される。

【００５８】なお、本実施例に使用された３つの受信システムからなる受信機ケース本体は、ポリカーボネイトプラスチック材質からなり、この材質の物は、温度変化に対する高い寸法安定性を示し、容易に機械仕上げができ、また、透明であるので、組立に際し、配線検査を可能にする。

【００５９】５台一組の増幅器受信システムに接続される、これらの増幅器の回路図は図８および図９に示される。

【００６０】これらの増幅器は、４つの配列および垂直センサが、正しく測定可能なように若干の変更が加えられている以外は、前記標準ＢＦ６に使用されたものである。

【００６１】また、図８は、本実施例において使用される垂直センサユニットの増幅回路図であり、図９は、同水平センサユニットの増幅回路図である。

【００６２】本実施例においては、両者の増幅回路図は、同じ形のものを使用した。 すなわち、メインコイルからの出力は、オペアンプＯＰＡ１１１に入力され、Ｄ
Ｃ ＴＲＩＭにより、バイアス調整の下で第１段の増幅がされる。

【００６３】第１段の増幅がされた後は、アンプＬＭ３
５６で第２段の増幅がされ、その結果が計算結果信号と共にキャリブレーション用シグナル入力端子に接続されたフィードバックコイルに帰還され（図７では、ＣＦＥ
ＥＤとして表されている。 ）、それと共に、もう一方の第２段増幅の出力は、ゲイン調整の後、アンプＬＴ１０
１２によってさらに増幅されて出力され、検層ケーブル６０を通じて地上に送られる。

【００６４】図９の増幅回路においては、Ａ、Ｂ、Ｄ、
Ｅの各メインコイルからのＸおよびＹの直交する水平二方向の水平磁場成分Ｈ _x1 〜Ｈ _xnおよびＨ _y1 〜Ｈ _ynの出力は、図８の増幅回路同様、オペアンプＯＰＡ１１１に入力され、ＤＣ ＴＲＩＭのバイアス調整の下で第１段目の増幅がされ、第１段の増幅がされた後は、図８の増幅回路と同様にアンプＬＭ３５６で第２段の増幅がされ、
その結果が、図８の回路と同様に、キャリブレーション用シグナル入力端子に接続された各フィードバックコイルに帰還され（同様に、図７では、Ａ ＦＥＥＤ、Ｂ
ＦＥＥＤ、ＤＦＥＥＤ、Ｅ ＦＥＥＤとして表されている。 ）、それと共に、もう一方の第２段目の増幅アンプ（ＬＭ３６５）の出力は、ゲイン調整の後、アンプＬＴ
１０１２によってさらに増幅されて、各エレメントコイルのトータルの水平二方向成分として出力され、検層ケーブル６０を通じて地上に送られる。

【００６５】本実施例に係るＢＨ３５受信システムは、
５つのメインセンサからなり、各水平磁界成分は、各１
０エレメントからなる二つの平行配列によって検知される。

【００６６】これらの二つの配列は、受信システムの二端に配置され、次の二つの主な利点がある。

【００６７】１）二つの配列から二つの信号が集計されると、均一磁界の自然対数の√２の要素によって感度が上昇し、この構成の水平センサは、受信システムの中心で中心を持つことになり、したがって、垂直センサの中心と一致することになる。

【００６８】２）地表で５つの信号の解析が可能となるので、送信磁界の水平勾配もまた計測することができる。

【００６９】上記の構成の３軸磁力計（水平２方向、垂直１方向）について、水平磁場磁力計、すなわち、内径３．５インチのツール内部に格納できる単軸型の小型コイル単体の感度を向上し、ＳＮ比に強い水平磁場磁力計とすると共に、複数の上記コイルをアレイ式に連結した全体の感度を向上させ、連結した全体においてもＳＮ比の強い水平磁場磁力計としたものである。

【００７０】次に、垂直センサの電気的結線について説明する。

【００７１】垂直センサの概略は、図２に示される。

【００７２】この場合、分配される静電容量を減少させ、限られた全長直径を維持する多数の巻き線（管巻き線）構造のものを使用する。

【００７３】主巻き線４は、１１，１８０回以上巻回され、各１／２インチ（１２．７ｍｍ）幅の１６個の管に分配される。

【００７４】この垂直センサにおいて、コイルの基本感度は、３０００Ｈ _zで約１μγ／√Ｈ _zの予測雑音の下で、Ｓ _Hz ＝２．５μＶ／γ／Ｈ _zである。

【００７５】次に、これらの二重アレイ式水平センサおよび垂直センサからなる３軸磁力計センサの構成について説明する。

【００７６】多成分受信システムは、上述したように、
図３に示す３つの部分から構成される。

【００７７】この様な構成としたのは、組み立て容易で、かつ、輸送および試験のため分解が容易だからである。

【００７８】センサ本体は、ポリカーボネイトプラスチックロッドで製作され、個々の配列エレメントは、該ロッドに制作された穴に挿通される。

【００７９】これらの配列エレメントは、巻き線端末に接続される非遮蔽端から離れた、その前の挿入物によって遮蔽される。

【００８０】配列エレメントとセンサ部コネクタの配線結合は、本体に工作された凹部に配置され、圧力ケースにセンサ本体を引っ掛りなく挿通させるため、円筒表面からはみ出ないようにしている。

【００８１】容器近辺での共通接地点（発生地）での全ての遮蔽が終了する様に構成することによって接地閉路を避けるように配慮される。

【００８２】上記コア３物質として、以下の試料を得て試験により決定した。

【００８３】１）アドバンスマグネティックス製のＡｄ
ーＭＵー７８からなる透磁率μの薄い金属箔（．００
６”（．１５ｍｍ））。

【００８４】この物質は、切断され、高透磁率を達成するため焼戻しが行われている。

【００８５】２）パーフェクションマイカ社製ＣｏーＮ
ｅｔｉｃ ＡＡ合金の透磁率μの厚い金属片（．０３
０”（．７６ｍｍ））。

【００８６】この材質は、真空中で最大透磁率を達成するためにＥＭＩ仕様で焼戻しされている。

【００８７】３）配合合金２５ー８００５（スプラング工業社製）の透磁率μの金属線（直径．０２５（．６３
ｍｍ））。

【００８８】この材質は、製造において磁気特性のため熱処理されている。

【００８９】４）フェライトプロダクツ社製フェライト物質＃６１のフェライトロッド１／４”直径６．３ｍ
ｍ。

【００９０】これらの材質の仕様書は、別紙に添付している（ＡＰＰＥＮＤＩＸ参照）。

【００９１】そして、これらの異なる材質を試験するための試験コイル建造の概要は、以下の特性のものを用いた。

【００９２】長さ ＝ ３ｉｎ． （７６ｍ
ｍ） コア・キャビティ ＝ 直径０．５ｉｎ． （１２．２ｍ
ｍ） 巻線 ＝ ２４００回 線寸法 ＝ ＃３２ 一連の試験およびその後の校正計算によって材質決定が行われた。

【００９３】高透磁率コアに関するコイル感度算定の式は Ｓ _H ＝ Ｎ×Ａ×μ _ROD ×μ ₀ ×７９０ で求められ、コア材質はこの式を満足するものでなければならない。

【００９４】ここで、Ｓ _H ＝コイルの導電領域のμ
Ｖ／γ／Ｈ _z感度 Ａ ＝コア領域 Ｎ ＝巻数 μ _ROD ＝材質の透磁率および幾何学的コアによる材質の実行μであり、図１は、材質の透磁率の変化に対するコア長対コア直径の関係を示す。

【００９５】μ ₀ ＝空隙の透磁率 試験されたの全材質は、幾何学的特性を示した。

【００９６】例えば、厚さ０．７６ｍｍ平方部、側面９．５ｍｍを有するμ金属片が、試験コイルの中に導かれたとき、０．０５μＶ／γ／Ｈ _zの感度が測定された。

【００９７】感度の式は、実際の測定と一致するＳ _H ＝
０．０４μＶ／γ／Ｈ _zで与えられる。

【００９８】この試験の結果、透磁率μの金属またはフェライトは、与えられたコイルの幾何学形状に対する最大透磁率を得るように使用することが出来る。

【００９９】この結果、フェライトコアは、ロッドの表面から巻線を開始することが可能なので、理想的なものではあり、図１に示される形状構成のコア３としたものである。

【０１００】次に、巻き線の材質について、以下の如く検討した。

【０１０１】このコイルは、アレイ式配列状態で使用されるものであるので、コイルエレメントの全直径が、各アレイ配列の長さによって決定されることから、単一コイルエレメントは、層状に券回漸増して各コイル長に巻き線が加えられる。

【０１０２】その結果、感度に影響するコイルの抵抗（およびしたがって、その雑音）が増加するので、ロッドの表面から巻線を開始することが可能なフェライトコアが理想的であり、また、コイルエレメントの直径は、
０．８０ｉｎ． （２０ｍｍ）でなければならないので、
図１に示したように、コイルエレメントは、コイル端および巻線絶縁に絶縁物質としてテフロンが選ばれ、この物質は、最大温度２５０℃に耐えられるよう構成される。

【０１０３】そして、より高い温度に対しても、耐えられるように、加工可能なセラミックで作られてもよいものである。

【０１０４】巻き線径としては、＃３３ＡＷＧゲージ（０．２ｍｍ）のものが使用され、高温絶縁が可能な藤倉電線（株）のセラミックと同等のワイヤを使用した。

【０１０５】このワイヤの寸法は、コイル抵抗と物理量で定まり、５０００回の巻線が可能なものである。

【０１０６】３個のコイルエレメントをつくり、試験した結果、以下の測定値を得た。

【０１０７】界磁抵抗 ＝ １３４Ω 基礎感度Ｓ _H ＝ Ｏ． ０７０μＶ／γ／Ｈ _z共振周波数 ＝ ２１ｋＨ _zこのコイルエレメントに発生する雑音は、計算上、以下のように求めることが出来る。

【０１０８】Ｎ＝Ｉ _n ／（Ｓ _H ×Ｆ） ここで、Ｉ _nは、増幅雑音（μＶ／√Ｈ _z ）（ＢＦ６増幅度と同じ）であり、Ｆは周波数を意味する。

【０１０９】すなわち、この式は、１０００Ｈ _zで、約１００μγ／√Ｈ _zの雑音を発生することを意味する。

【０１１０】本実施例における３軸磁力計は、上記コイルエレメントを１０個配列して、構成される。

【０１１１】したがって、エレメント配列間の距離は、
コイルの直径によって定まる。

【０１１２】すなわち、二本の水平センサ（ｘおよびｙ）は、図４に示すような、メインセンサボディへの配置構成がとられる。

【０１１３】配列におけるエレメント数は、コイルエレメントの巻き線およびそれに使用することが出来る増幅器の数による。

【０１１４】各コイルが固有の増幅器を有すると、ｎ番目のエレメント配列の感度は、巻線抵抗からの雑音が僅か残っているにも拘らず、Ｓ _H √ｎだけとなる。

【０１１５】単一の増幅器の配列の抵抗および直列に接続された全コイルエレメント巻線の抵抗、およびコイルエレメント抵抗の合計抵抗は、例えば、Ｒ _TOT ＝ｎ×Ｒ
_elementで表される。

【０１１６】本実施例においては、１０個のコイルエレメントのアレイ化によるトータル感度を測定するため、
図１０のような試験装置で測定した。

【０１１７】すなわち、小さなコイルセンサを、図１０
に示すように、環状の状態で位置する１０個のセンサからなる配列を構成した。

【０１１８】このような構成の試験装置を用いることにより、感度測定をソレノイド測定器で成し得る。

【０１１９】さらに、この方法によれば、アレイ式のフィードバックコイルの効果を考慮する必要がない。

【０１２０】すなわち、通常、誘導磁気センサ（例ＢＦ
４、ＢＦ６等）の測定方法は、中心で均一な磁界を発生させるソレノイドコイルを使用する方法が一般的である。

【０１２１】この方法は、図１０に示すような環状にセンサを並べ、垂直成分を測定するレシーバシステム（Ｂ
Ｈ３５）を使用して行われる。

【０１２２】しかしながら、この方法は、使用されないコイルエレメントに対し、ソレノイド磁界が働かないので、通例、水平成分のアレイ式には使用することができないとされていた。

【０１２３】しかしながら、図１１に示されるような特別な試験設備を用いて、単一コイルエレメントの感度の測定と水平センサの測定を行うことができた。

【０１２４】図１１は、本実施例のような水平成分測定装置の一例を示す。

【０１２５】図１１において、２００は、下部水平磁力計用コイルエレメント部、２は、垂直磁力計用コイルエレメント部、１００は、上部水平磁力計用コイルエレメント部、２０、２１は、コネクタ、１５は、メイン出力コネクタ、７１は、５成分電子装置、７２は、スペクトル分析器、７３は、テスト磁界測定用参照コイル、７４
は、送信機および送信コイルである。

【０１２６】図１１に示される試験装置では、送信コイル７４は、透磁率μを有する１メータ長の金属コアに巻線を１３２０回巻回したものが使用される。

【０１２７】送信機７４は、１０ボルトのＲＭＳＡＣ信号を発生することができ、また、実験用信号発生器による入力を有し、信号を送信コイルＴｘに供給する、３０
００Ｈ _zの周波数で５メータ地点で約０．２γの磁界を容易に発生させる信号を出力するものを使用した。

【０１２８】また、これより低い周波数では、磁界は強くなるので、送信機７４から所定距離で磁界強度を正確に測定するため、ＢＨ３５アレイ式水平センサのコイルエレメントの感度と同じ感度の受信コイルＲｘｓを参照コイル７３として使用した。

【０１２９】この参照コイル７３は、参照ソレノイドの内側で測定される。

【０１３０】ソレノイドの内側の磁界は、ソレノイドの巻線の幾何学的形状から計算されるので、Ｒｘｓ７３のコイル感度は、絶対的なものと考えて計算できる。

【０１３１】その上、Ｒｘｓ７３のコイルの大きさは、
配列コイルエレメントと同じ大きさであり、その結果、
送信機Ｔｘ７４で発生する磁界の計測は、正しい値を示しているものと考えられる。

【０１３２】図１１に関して、実験の受信地で発生する磁界は、水平配列長に対して１％以内の均一のものとみることができ。

【０１３３】アレイ式水平センサの測定は、以下の手順によって行われる。

【０１３４】ａ）参照コイルＲｘｓ７３は、測定ソレノイドを基準として種々の周波数で測定される。

【０１３５】これは、磁界計測の絶対参照地を決めることになる。

【０１３６】ｂ）この参照コイルＲｘｓ７３は、送信コイルＴｘ７４によって測定点で発生する磁界を計測することに使用される。

【０１３７】ｃ）受信センサＢＨ３５が配置されると、
各アレイエレメントコイルは、送信中心線上の中心に置かれ、送信機７４に向って配置される。

【０１３８】アレイエレメントコイルの出力の算定がされ、アレイエレメントコイルの絶対測定を得るため算定地点での磁界の関数として求められる。 これらの算定は、種々の周波数に渡って行われる。

【０１３９】まず、各センサのキャリブレーションを行った。

【０１４０】垂直磁力計については、ソレノイドコイル内の一様磁場で測定を行い、また、アレイ式水平磁力計については、その形状から考えて、ソレノイドコイルを使用できないので、ダイポール磁場ソースを用いて発生させた磁場内で、参照コイル７３とアレイ式水平磁力計をソースから離れた同じ位置に置き、参照コイル７３での測定磁場＝アレイ式水平磁力計での測定磁場として、
測定を行った。

【０１４１】具体的には、図１０に示した装置を用いて、磁力計から５ｍ離れた場所に発信コイル（μメタル磁芯、巻数１３２０回、５ｍ離れた場所において約０．
２γ（発振周波数３０００Ｈ _z ）の磁場を発生）を置き、ソレノイドコイルにより、測定したアレイ式水平磁力計のコイルエレメント単体を参照コイルとして、５ｍ
離れた場所の磁場を測定してその測定値を基準に、アレイ式水平磁力計での測定結果のキャリブレーションを行った。

【０１４２】そして、発生する磁場１０Ｈ _z 〜３０００
Ｈ _zの周波数帯域でアンプリチュードと位相の特性を求めた。

【０１４３】その結果を図１２に示す。

【０１４４】この結果から、１００Ｈ _z以上では、比較的フラットな特性が得られており、また、１００Ｈ _z 〜
１０Ｈ _zでは、特に位相のずれが、やや大きくなっているが、補正曲線から判断すれば、実際上の使用が可能な範囲と考えられる。

【０１４５】次に、水平磁力計（Ｘ、Ｙ）間の非直交性によるクロスカップリングを測定するために、直交した磁力計の一方の増幅器を切り離して、そのフィードバックコイルに外部信号を印加した。 これによって、一方の磁力計は、発信コイルとして作動する。

【０１４６】この時、２つの磁力計が完全に直交すると考えれば、この発信コイルと直交したもう一方の磁力計に入力される地場信号は、０である。

【０１４７】すなわち、この磁力計で実際に計測される信号は、非直交性と巻線自体の持つ電磁カップリングの影響と考えられる。

【０１４８】したがって、この影響を計測することによって、直交する磁力計のクロスカップリングを計測できると考えられる。

【０１４９】この方法を用いて、水平磁力計のクロスカップリングを評価したところ、０．５以下であった。

【０１５０】この結果は、装置自体の角度検出能力が、
１゜程度の精度しか持ち得ないと予想されることから、
充分満足できる数値と考えられる。

【０１５１】次に、ノイズレベル測定を行った。

【０１５２】この測定は、ＡＭＴ用高精度インダクション磁力計（型式ＢＦー６、米国ＥＭＩ社製）とＢＨ３５
型３軸磁力計を人工ノイズの少ないフィールドに平行に置き、２つの信号のコヒーレンスをスペクトル分析器７
２で測定した。

【０１５３】このコヒーレンスが大きいときは入力の大半は信号と考えられ、また、０に近いときは、信号はセンサ自体のノイズによるものとみなせる。

【０１５４】したがって、周波数帯域を変えながら、コヒーレンスが０に近いときのセンサの出力電圧（Ｖ／√
Ｈ _z ）より、センサのノイズスペクトル密度を測定することができる。

【０１５５】この場合、２つの磁力計の各々に発生するシステムノイズは、固有のものと仮定する。

【０１５６】また、各々の磁力計に入力される信号は、
同一と考える。

【０１５７】このとき、２つの磁力計の間で相関性のないパワーが、センサ・アンプを含めた測定系全体のノイズレベルと判断できる。

【０１５８】すなわち、２つの磁力計の測定した磁場Ｈ
ＢＨ３５（３成分）とＨＢＦー６（上記３成分と同一方向）の間のオーディナリコヒーレンシ：Ｃｏｈ（ＨＢＨ
３５、ＨＢＦー６）を次式の式１で示す。

【０１５９】

【数１】

【０１６０】この式において、＜＞は、周波数帯域平均された自己、相互パワースペクトルとし、＊は共役複素数を意味する。

【０１６１】そして、このときのＢＨ３５のノイズは、
次式の式２で表される。

【０１６２】

【数２】

【０１６３】この方法を用いて、測定した水平・垂直両磁力計の対周波数でのノイズレベルを図１３に示す。

【０１６４】図１３には、シミュレーションにより計算されたＭＦＴに誘導される水平・垂直両磁場の大きさを参照のため併記する。

【０１６５】図１３中において、センサのノイズレベルは、非コヒーレントな電磁信号であり、ノイズスペクトル密度としてｎＴ／√Ｈ _zで表される。

【０１６６】一方、コントロールソース方式のＥＭ法では、信号源の位相が既知であり、周期関数として扱えるため、フーリエ変換は、デルタ関数として扱える。

【０１６７】この場合、センサのノイズスペクトル密度（ｎＴ／√Ｈ _z ）と磁場の大きさ（ｎＴ）は、直接比較できるとみなせる。

【０１６８】この測定方式に関しては、坑内トランスミッタ・坑内レシーバのレイアウトで測定するＢＴＢＲ
（Ｂｏｒｅｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ー Ｂ
ｏｒｅｈｏｌｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）方式または地表トランスミッタ・坑内レシーバのレイアウトで測定するＳ
ＴＢＲ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ーＢｏｒｅｈｏｌｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）方式のいずれで測定しても良い。

【０１６９】上記ノイズレベル測定により、図１３から明らかなように、２００Ｈ _z以上の帯域では、ノイズレベル１×１０ ^ー4 ｎＴ以下を達成していることが知り得た。 したがって、これを、シミュレーション解析すれば、ＭＦＴの検出が充分可能である。

【０１７０】一方、１０Ｈ _zでのノイズレベルは、１×
１０ ^ー2 ｎＴであり、現状でＳＴＢＲ方式で深さ２０００
ｍを探査するために必要とされる磁場の大きさ（１０ ^ー3
ｎＴオーダー）を満たしていない。 しかしながら、これは、磁力計測試験用センサを設計した初期段階で、使用周波数を１００Ｈ _z以上と想定したものを使用したためと考えられ、高温試験用センサの設計段階で、磁芯材料・コイル形状・フィードバックコイル等に若干の変更を加える程度で、コイル特性を、より低い周波数領域にシフトし、１０Ｈ _zでのノイズレベルを１〜３×１０ ^ー3 ｎ
Ｔに下げることは技術的に大きな問題ではない。

【０１７１】上記の予めの計算を基礎に、本実施例について、感度測定および雑音性能の測定を行った。

【０１７２】予測したように、図４の環状配列の全基礎感度は、ここのコイルの基礎感度の総計よりも少なく、
単一のコイル感度は、Ｓ _H1 ＝０．０７０μＶ／γ／Ｈ _z
で表される。

【０１７３】ここで、配列の感度Ｓ _H10は、Ｓ _H10 ＝０．
６０μＶ／γ／Ｈ _zで示される。

【０１７４】この差は、単エレメントがいくつか互いに組み合わされて全補足領域が単エレメントの補足領域の総計より少ないことによるものである。

【０１７５】ただ一つの配列が構築されている場合、その時点では、センサ雑音を測定することはできない。

【０１７６】本願実施例について、上記のクロスカップリング、感度およびノイズを測定した結果について説明する。

【０１７７】この実施例のクロスカップリング、感度および雑音測定のために、５つのセンサが５つの分離したプリアンプに接続され、垂直センサの回路は水平センサアンプとは僅かに異なる構成の装置が用いられた（図５
および図６参照）。

【０１７８】なお、前記アンプはグラスファイバーの圧力ケースのセクションに収納される構成のものである。

【０１７９】次に、垂直センサについて、同様の測定を行った。

【０１８０】垂直センサの測定は、測定ソレノイドの内部で行われ、その結果を、表１に示す。

【０１８１】

【表１】

【０１８２】表１は、このコイルの反応は、基準とされたＢＦー６センサの反応と全く同じでああることを示している。

【０１８３】すなわち、垂直センサの基本感度は、３．
２ＫＨ _zの共振周波数で２．５μＶ／γ／Ｈ _zであるといえる。

【０１８４】次に、本実施例装置の水平センサの測定を行った結果について説明する。

【０１８５】上述したように、水平センサの測定は、図１１に示した装置で、不連続な周波数にわたって行われた。 表２は、これらの測定結果を示す。

【０１８６】

【表２】

【０１８７】この水平センサの基本感度は、１２４０Ｈ
_zの共振周波数で０．６５×μＶ／γ／√Ｈ _zであることを示している。

【０１８８】次に、本実施例のクロスカップリングを測定した。

【０１８９】水平センサ（ｘおよびｙ）の間において、
クロスカップリングには、二つの発振源がある。

【０１９０】ａ）受信システムのセクションにおける水平センサを参照する。

【０１９１】それらは互いに近接して編まれている。

【０１９２】クロスカップリングの可能な最初の理由は、各コイルエレメント磁界を発生するフィードバック巻き線を有しているということである。

【０１９３】もし、この磁界が、近くの直交するエレメントの磁界と結合するならば、クロスカップリングを保持するであろうし、このクロスカップリングは、外部磁界がなかったとしても、雑音がある場合には、コイルエレメントの磁界が他のコイルエレメントを誘導し、より高い潜在的雑音を引起こすので、それだけに頼ることは危険である。

【０１９４】このクロスカップリングを測定するため、
あるセンサのフィードバック巻き線を種々の周波数で強力な単色信号で駆動し、（１）（その信号によって発生せられた磁界の計測である）同じ配列反応と、（２）近接した直交する配列の反応を測定して、これら二つの反応の比率を測定すると、それは、水平直交センサ間のクロスカップリングの基準となる。

【０１９５】この測定は、ＨＰ３５８２Ａスペクトル解析器で行われ、その結果は非常に良好なものであった。

【０１９６】すなわち、１ＫＨ _z以上の周波数では、クロスカップリングは、常に６０デシベルより小さく、１
ＫＨ _z以下の周波数では、どんなクロスカップリングでも全く計測することは出来ないというものであった。

【０１９７】ｂ）クロスカップリングの第２の発振源は、ｘおよびｙの水平センサ間の非直交性にあり、それを測定するのは、次の方法が使用された。 測定するクロスカップリング間の二つのセンサのうちの一つが、アンプに接続されてなく、また、そのフィードバックコイルは、外部の信号によって駆動される構成とした。

【０１９８】そこでは、センサは、ある種の送信機として機能する。

【０１９９】すなわち、直交センサで受信した信号は、
非直交性および容量性および巻き線の磁気結合特性を知ることによって、そのクロスカップリングを測定できることになる。

【０２００】本願発明者らは、その結果について、極めて良い結果を得た。 直交センサのいずれの組合せにおいても、非直交性と同等のものは常に０．６゜よりも優れている。

【０２０１】一般的にアレイ式センサは数度の角度では、精度の良い測定が不可能であるので、上記のクロスカップリングの測定結果は、測定結果としては、非常に満足できるものである。

【０２０２】また、続いて、本実施例について、ノイズの測定を行った。

【０２０３】ある周波数では、各センサは、非常に低いノイズしかないとしてとしても、特に、動力線周波数およびそれら周辺には、常に高調波信号が存在するので、
完全な意味でノイズの測定を行うことは極めて難しいことである。

【０２０４】この欠点をなくして、完全なノイズ測定を行うために、使用された方法は以下のようにして行った。

【０２０５】各ＢＨー３５センサに対し、並列に外部Ｂ
Ｆー６コイルを周辺磁界をモニターするため使用した。

【０２０６】ＢＨー３５センサおよびＢＦー６コイルの出力は、二つの信号間のコヒーレントを測定できるスペクトル分析器７２に接続された。

【０２０７】センサが、二つ、並列に置かれた場合には、高いコヒーレントは、受信される磁界は主に信号であることを意味し、これに対し、もし、コヒーレントが、低いかまたはゼロであるならば、センサでの信号はノイズによるものであることを意味している。

【０２０８】そこで、非常に低いあるいはゼロのコヒーレントをもつ周波数を選び、ＨＰスペクトル分析器でセンサ出力電圧の測定からノイズを計算した。

【０２０９】この出力電圧は、この場合には、電圧ノイズスペクトル強度であるＶ／√Ｈ _zとして測定される。

【０２１０】同等の磁気ノイズスペクトル強度を計算するためには、単にセンサの電圧出力に測定周波数でのセンサ目盛りを乗じて算出する（表１および２参照）。

【０２１１】これらの実験結果を、基本コイルの感度のよって計算された理論的ノイズをアンプノイズと共に表３および表４に示す。

【０２１２】

【表３】

【０２１３】

【表４】

【０２１４】ノイズ測定の特有の難しさ故に、全てのノイズ測定は、±２５％以内の誤差がある。

【０２１５】この測定システムでの測定可能な最低ノイズレベルは、現段階では、３０００Ｈ _zで、およそ４μ
γ／√Ｈ _zであるといえる。

【０２１６】これは、全体として見れば、実際の測定ノイズは、計算ノイズに非常に近いものであった。

【０２１７】次に、本実施例においては、坑井内の検層システムから地表までのデータ伝送系の改善のために、
その検討を行った。

【０２１８】本実施例において使用されるデータ伝送方式は、周波数領域を扱うため、データ伝送系、特に、磁力計と地上を結ぶ検層ケーブルにおける信号の減衰を検討して、その結果によって、坑井内で信号を増幅して地表まで時系列データとして伝送する（アナログ転送）
か、あるいは坑井内でデータ処理を行い、周波数に対するスペクトルで伝送する（デジタル転送）かを決定する。

【０２１９】坑井内から地表までは、検層ケーブルを用いてデータを送信する。 したがって、検層ケーブルの伝送特性を知ることは、データの送信レート（周波数）を決定する上で重要である。

【０２２０】このサンプルとして、標準的な外径７／１
６”の７芯アーマード式検層ケーブル６０（長さ８５０
ｍ）を用いて、検層ケーブル６０の伝達関数を測定した。

【０２２１】測定方法は、図１４に示した装置により、
入力信号と伝達関数（Ｖ ₂ ／Ｖ ₁ ）をスペクトル分析器を用いて測定した。

【０２２２】この結果を図１５に示す。

【０２２３】図１５から明らかなように、試験に用いた検層ケーブル６０（長さ８５０ｍ）が、１０．４ｋＨ _z
に曲点を有する低域通過フィルタと等価であることを示している。

【０２２４】この結果から見ると、この短いケーブルでは、１０ｋＨ _z以上の周波数を使用することはできないことを示している。

【０２２５】ケーブルが長くなり、Ｃ（キャパシタンス）が増加すれば、より低い周波数側にこのカットオフ周波数がシフトすると考えられ、したがって、一般的な検層ケーブルは、５０００ｍ以上の長さをもつ場合が多いため、これを使用して地上に信号を直接転送する場合には、周波数３ｋＨ _zでは、カットオフ周波数を越えてしまい、時系列データを直接ケーブルに載せて他方まで伝送することは難しいと考えられる。

【０２２６】この試験結果から考えて、また、検層ケーブル間での各種の雑音混入を想定した場合、坑井内で測定データを増幅・数値化（デジタル化）した上で、検層ケーブルを通じて地表に伝送することが精度向上の上から望ましいと考えられる。

【０２２７】したがって、伝送径については、デジタル転送を採用することとして坑井内の電子回路構成を選定した。

【０２２８】このように坑井内で計測されたデータを測定器内部で増幅・デジタル化して地表に送信するために、信号のマルチプレクシング（信号多重化）をすることが好ましい。

【０２２９】このマルチプレクシングに際し、坑井内で測定される磁場データとそれ以外に送信する情報は下記のとおりである。

【０２３０】（１）磁場（ｘ成分）同相 （２）磁場（ｘ成分）離相 （３）磁場（ｙ成分）同相 （４）磁場（ｙ成分）離相 （５）磁場（ｚ成分）同相 （６）磁場（ｚ成分）離相 （７）発信コイルの電流値 （８）ｘ軸（絶対軸）に対する偏角 （９）ｙ軸（絶対軸）に対する偏角 （１０）ｚ軸（絶対軸）に対する偏角 （１１）電子装置内温度 （１２）コイル部温度＝坑内温度（温度補正用） この１２種類のデータを送信する標準的なマルチプレクサは、１６チャンネルであると考えられる。

【０２３１】したがって、４チャンネルを、将来、他のデータを追加した場合の予備と考えて、１６チャンネルのマルチプレクシングを行えるように構成した。

【０２３２】また、このような坑井内でのデジタル化のために、坑井内装置に同期検波回路とアナログ／デジタル変換器・制御用マイクロプロセッサを使用した。

【０２３３】同期検波回路（Ｓｙｎｃｈｒｏｕｎｏｕｓ
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ， Ｓ． Ｄ． ）については、ＭＦ
Ｔによる人工交流磁場の変動を計測できる、３軸成分各成分から同期検波装置で測定信号の振幅と位相が求められるものでなければならないから、その構成は、次のようなものでなければならない。

【０２３４】すなわち、検出される２次磁場の信号は、
同相成分（１次磁場と同位相になる成分）と離相成分（１次磁場と９０゜の位相差をもつ成分）に分けて考えることができ、本実施例装置では、１次磁場（信号源）
の周波数と位相が既知である点を利用して、周波数と位相が既知の信号の振幅を測定するロックイン増幅器（ｌ
ｏｃｋーｉｎ ａｍｐｌｉｆｅｒ）の１種を用いて、信号を同相成分と離相成分に分離して測定する方式を採用した。

【０２３５】同期検波回路は、同調増幅器（ロックイン増幅）と位相敏感検波器（ヘテロダイン変換）を組合せて用いる。

【０２３６】具体的には、狭帯域で高い増幅度の同調増幅器を用いてヘテロダイン変換した後に時定数の長い低域通過フィルタを通すことにより微弱信号を検出する。

【０２３７】その概念図を図１６に示す。

【０２３８】図１６に示した概念図の内容を概念的に数式で示すと、入力信号Ａｓｉｎ（ωｔ＋э）（Ａは、振幅、ωは角速度、эは、位相）に対して、同周期のコサイン波を掛合わせて、次式で表される。

【０２３９】

【数３】

【０２４０】さらに、２×２πωの周波数を除去するような低域通過フィルタを通すことで、次式のように表すことができる。

【０２４１】

【数４】

【０２４２】したがって、この式により、同相成分が分離できる。

【０２４３】同様に、離相成分では、同周期のサイン波を掛け合わせて、次式により表すことができる。

【０２４４】

【数５】

【０２４５】さらに、２ωｔの周波数を除去するような低域通過フィルタを通すことにより、その結果は次式で表される。

【０２４６】

【数６】

【０２４７】したがって、これにより、離相成分が分離できる。

【０２４８】これら、坑井内の検層システムから地表までのデータ伝送系の伝送試験を行った結果について説明する。

【０２４９】この伝送試験については、当初考えられた１ＫＨ _zから１６ＫＨ _zの従来の周波数領域に代って１０
Ｈ _zから１０ＫＨ _zの低い周波数領域で数値モデル計画を用い、別途に行われた検討結果から、この周波数帯域の変更がより優れた磁気亀裂の検知能力をもたらすであろうことが予測された。

【０２５０】したがって、最終段の機器の低周波数領域を補正する受信電子装置を構成し直す等の再検討を行い、１０Ｈ _zよりさらに低い周波数領域での伝送を検討した。

【０２５１】このより低い周波数領域での伝送では、同期検知モードは使用せずに、高解像度のアナログからデジタルコンバータを用いてデータ採取が可能であった。

【０２５２】さらに、このことは、多くのまたは少しの変更もハードウエアに加えることなく、単に受信ソフトウエアを変更することによって時間領域や周波数領域機器として機能する構成を容易に変更し、加えて、矩形波や、三角波、正弦波、疑似乱数的二値信号のような使用される種々の伝送波形全てのサンプルされた時点をソフトウエアで実行することにより、積み重ねられる多くの柔軟な結果を通して、従来から連続してサンプリングされたものを使用することに対し、それに追加できるというメリットが見出し得る。

【０２５３】この装置は、信頼性、精密性および低電力消費の受信電子装置部品であり、低電力消費は、この機器の高温度型の発熱を最小にするのに、最良のものと認められる。

【０２５４】同期検知の代りにサンプルされた時間領域処理に変更することは、受信電子装置の多くの再設計に必須のものである。

【０２５５】図１７に受信機の概要を示し、その構成および受信結果を説明する。

【０２５６】本実施例に係る受信装置のチャンネルマルチプレクサの構成は、以下のものである。

【０２５７】各磁気チャンネルおよび送信機電流モニタからの一時蓄えられた出力は、１６チャンネルマルチプレクサの区分けされたチャンネルに導かれる。

【０２５８】マルチプレクサは、磁気チャンネルのためのＨ _xlower 、Ｈ _xupper 、Ｈ _ylower 、Ｈ _yupperおよびＨ _z
の５つのチャンネルを使用し、加えて、送信機電流モニタチャンネルのＴｘｌおよびフラックスゲート型またはジャイロスコープ型方位計を保留した３つのチャンネルからなる。

【０２５９】この付加された３つのチャンネルは、常時、温度をモニタしており、送信機、受信機、その他からなり、モニタおよび他のパラメータを取り得る４つの予備チャンネルを備えても良い。

【０２６０】次に、アナログ／デジタル コンバータの構成について説明する。

【０２６１】この装置は、開発、研究され尽くされた６
種以上のアナログーデジタルコンバータがあり、これらの研究成果に基いて、ＣＳ５１０２の１６ビットアナログーデジタルーコンバータを選定した。

【０２６２】このコンバータは、低歪の極めて低消費電力（４０ｍｗの電力）なものであり、また、コードミスがなく、さらに、チップ上で自律的に調整され、かつ、
１ｍｗのモードで電力降下をするという構成のものである。

【０２６３】このチップは、また、仕様書に記載のままで、１２５℃での使用に耐え得るものである。

【０２６４】サンプリングを行ったアナログーデジタルーコンバータは、各チャンネルのＳ／Ｈアンプに分岐をする必要がなく、したがって、僅かな電力必要量をさらに減少させて、受信機電子装置の発熱を無視できる。

【０２６５】コンバータの高温度評価は、低電力消費と同様、受信機器に対し、理想的なチップ形成であることを意味するものである。

【０２６６】また、チップーＣＳ５１０１は、８μ秒変換時間で、２８０ｍｗの電力を使用する高速型のチップである。

【０２６７】そして、このチップーＣＳ５１０１は、Ｃ
Ｓ５１０２と同一のピン構造で互換性があり、したがって、もし、機器設計がより高い周波数に、または、時間ー領域適合に変更する必要が生じたならば、直ちに変更し、代用できるものである。

【０２６８】これらの両チップは、３０ナノセコンドの非常に短い開口時間を有し、これは、１００ピコセコンドの開口ジェットと組み合されて、地下調査レーダーシステムにおいて行われているような事柄を容易に、サンプル採取を連続的に行うことを可能ならしめる。

【０２６９】この操作モードでは、両チップを１０ｋＨ
_z以上の送信周波数で、実行可能ならしめるものである。

【０２７０】コンバータの高い線型性および精密性について、図１８に理想的１６ビットコンバータの波形と、
９ボルトのピーク対ピーク入力で、２００Ｈ _zのサイン波における、２０ｋＨ _zサンプリングを行うＣＳ５１０
２コンバータの実測反応波形と比較したものを示す。

【０２７１】すなわち、このチップは、理想コンバータの理論値に非常に近い９１デシベルのフルバンド幅の信号（ノイズパルス歪）比を達成するものである。

【０２７２】完全に構成された本実施例の実際のノイズレベルの測定するために、終段受信回路が最初に検討、
構築されなければならない。

【０２７３】次に、本実施例システムにおいて使用されるマイクロプロセッサについて説明する。

【０２７４】また、測定ケーブル試験を行った結果、次のような結果を得た。

【０２７５】本願発明者らは、測定車両を利用した二つの実験を行った。

【０２７６】二つのこれらの実験は、工業規格７／１６
の７芯アーマートケーブルの９００メータものの伝送性能を検査した。

【０２７７】最初の試験は、図１４に示すようにＨＰ３
５８２Ａスペクトル分析器を用いて、入力と伝送波形（Ｖ ₂ ／Ｖ ₁ ）間の伝達関数を決定した。

【０２７８】白色雑音ランダム信号入力に対する伝達関数は、ケーブルが本質的に１０．４ＫＨ _zで曲る単純一極ローパスフィルターとして作用するケーブルであることを示している。

【０２７９】これらの結果は、ダウンホール用ＥＭー２
１垂直センサ（ＥＭＩ社製）を計測した二次試験で確認し、センサで直接測定された出力信号を測定ケーブルおよび測定車両の制御板の受信機を通って伝送し、この信号を比較した。

【０２８０】また、本願発明者らは、ダウンホール機器と地表電子装置との間の通信に使用する最適なものを決定するためにいくつかのデジタル伝送インターファイスを検討した。

【０２８１】それらは、ＲＳー２３２や、ＲＳー４２
２、ＩＳＤＮユーザーインターフェイス、および９６０
０ボーモデムの標準プロトコルＶ． ３２を含むものであった。

【０２８２】９６００ボーのＶ． ３２モデムおよびＲＳ
ー２３２インターフェイスは、より低いボーレイトやノイズ障害に対する感受性故に、これらは無視された。

【０２８３】ＲＳー４２２標準は、これに対し、旧ＲＳ
ー２３２標準よりも大きな信頼性とノイズ障害を有する異なるラインドライバーを特定し、その上高い伝送ボーレイトをサポートする。

【０２８４】また、今回の低い伝送周波数が、より高い伝送ボーレートを有するＩＳＤＮユーザーインタフェイス（１６０Ｋボー以上）に対応しえないという理由で、
予備設計の段階でＲＳー４２２インターフェイスを使用することを決めた。

【０２８５】ＲＳー４２２は、地表電子装置をより単純にし、かつ、安価にすることＰＣプラグインカード対応とすることが出来る。

【０２８６】また、数多くのＲＳー４２２ラインドライバーおよび受信チップがあり、機器の高温対応型を設計するときには、後々に電力浪費に悪影響する畏れがある。

【０２８７】これらの各実験の結果、ダウンホール（吊り下げ型）マイクロプロセッサは、終段機器設計を可能とし、ソフトウエアの変更により容易に変更可能な機能性を可能とする。

【０２８８】このマイクロプロセッサの配置は、受信データのダブルバッファリングを可能とし、極めて粗雑な精度で、未熟なデータシステムと接続された地表の送受エラーフリー伝送に繋ぐ完全な伝送を可能とするものである。

【０２８９】本願発明者らは、柔軟に設計変形可能な受信機、そして、これと高精密なコンバータとの結合が、
このような多成分受信機器によって達成され、優れた処理を可能にすること見い出した。

【０２９０】

【発明の効果】本発明では、地下電磁誘導探査法アレイ式３軸磁力計（水平２方向、垂直１方向）において、水平磁場磁力計を内径３．５インチのツール内部に格納できる単軸型の小型コイル単体のまま、その感度を向上させ、ＳＮ比に強い水平磁場磁力計ユニットとすると共に、上記コイルエレメントをアレイ式に複数個連結し、
全体としてもコイル感度を向上し、ＳＮ比の大きい水平磁場磁力計を利用して、高感度、高精度な３軸磁力計を達成することができたものである。

【０２９１】また、同様に、地下誘導探査法アレイ式３
軸磁力計において、上記の構成からなる３軸磁力計の垂直磁力計についても、感度を向上させ、ＳＮ比の大きい垂直磁力計を達成したので、この垂直磁力計を複数個組み込み、また、前記水平コイルエレメントを複数個組み込んで、かつ、この複数個からなる水平コイルエレメントを前記垂直磁力計の両端に配置し、Ｘ、Ｙ成分磁力計のクロスカップリングを検討し、さらに、Ｚ成分磁力計単体の感度、ＳＮ比を向上させ、３成分磁力計全体のクロスカップリング、感度、ノイズレベルを測定し、かつ、これを校正して、３軸磁力計全体として、感度の向上、ＳＮ比が向上させることができたものである。

【０２９２】また、地下誘導探査法アレイ式３軸磁力計からのデータ伝送装置において、坑井内検層プローブから地表にデータを伝送するに際し、最良の伝送方式を選定すると共に、地表からツールへ制御命令を送信する際の送信方式に関し、マルチプレクシング（信号多重化）
のため総合したチャンネル数を確保できるようにし、また、これに伴う坑井内電子装置の同期検波回路、アナログ／デジタル変換器、制御用マイクロプロセッサを適宜適切なものに構成したので、極めてデータ減衰の少ないデータ伝送系を達成することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に用いるアレイ式水平磁力計用コイルエレメントの断面図およびその側面図である。

【図２】図２は、本発明に用いる垂直磁力計の断面図である。

【図３】図３は、本発明に係る３軸磁力計の実施例の全体概略断面図である。

【図４】図４は、前記アレイ式水平磁力計用コイルエレメント１が、複数集合配置されて構成される上部水平磁力計用コイルエレメント部１００または下部水平磁力計用コイルエレメント部２００の該略図である。

【図５】図５は、両端に複数の上部水平磁力計用コイルエレメント部１００および他の下部水平磁力計用コイルエレメント部２００を配置し、中心に垂直磁力計部２を配置した３軸磁力計の概要図である。

【図６】図６は、図５に示す該３軸磁力計構成概要の電気的結線概要図である。

【図７】図７は、本発明の実施例の二重アレイ式センサの電気的接続構成図である。

【図８】図８は、本実施例において使用される垂直センサユニットの増幅回路図である。

【図９】図９は、同水平センサユニットの増幅回路図である。

【図１０】図１０は、１０個のコイルエレメントのアレイによるトータル感度を測定するための試験装置概要図である。

【図１１】図１１は、本実施例の水平成分測定装置の他の例である。

【図１２】図１２は、図１０に示した装置を用いて、発生した磁場をソレノイドコイルにより測定してその測定結果のキャリブレーションによって得た磁場１０Ｈ _z 〜
３０００Ｈ _zの周波数帯域でアンプリチュードと位相の特性図である。

【図１３】図１３は、水平・垂直両磁力計の対周波数でのノイズレベル分布図である。

【図１４】図１４は、検層ケーブル試験装置を示す図である。

【図１５】図１５は、図１４に示した装置により求められた入力信号と伝達関数（Ｖ ₂ ／Ｖ ₁ ）をスペクトル分析器を用いて測定した結果図である。

【図１６】図１６は、同期検波回路（ＳＤ）の概念図である。

【図１７】図１７は、本実施例に係る受信装置のチャンネル マルチプレクサの構成概略図である。

【図１８】図１８は、理想的１６ビットコンバータの波形とＣＳ５１０２コンバータの実測反応波形との比較図である。

【符号の説明】

１・・・アレイ式水平磁力計用コイルエレメント ２・・・垂直磁力計 ３・・・コア ４・・・主巻き線 ５・・・フィードバック巻線 ６・・・テフロンコイル端 ７・・・静電遮蔽 ８・・・巻線ターミナル ９・・・巻線端 １０・・・セットねじ １１・・・μメタルコア １２・・・単一パイ巻き線 １３・・・フィードバック巻き線 １４・・・仕切板 １５・・・接続用メイン出力コネクタ １９・・・出力端 ２０・・・コネクタ ２１・・・コネクタ ３１〜４０・・・結合シールド線 ４１〜５０・・・同軸ケーブル ６０・・・検層ケーブル ７１・・・５成分電子装置 ７２・・・スペクトル分析器 ７３・・・テスト磁界測定用参照コイル ７４・・・送信機および送信コイル １００・・・上部水平磁力計用コイルエレメント部 ２００・・・下部水平磁力計用コイルエレメント部 ＢＨ３５・・・受信センサ Ｈ・・・磁場 ＯＰＡ１１１・・・オペアンプ ＬＭ３５６・・・第２段増幅オペアンプ ＬＴ１０１２・・・第３段増幅オペアンプ Ｒ・・・受信コイル Ｓ・・・感度 Ｔ・・・送信コイル Ｖ・・・標準プロトコール Ｘ・・・Ｘ軸アレイエレメント Ｙ・・・Ｙ軸アレイエレメント Ｚ・・・垂直センサ μ・・・実行透磁率