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JPH0795102B2 - Method and apparatus for measuring flow velocity in holes - Google Patents
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JPH0795102B2 - Method and apparatus for measuring flow velocity in holes - Google Patents

Method and apparatus for measuring flow velocity in holes

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JPH0795102B2
JPH0795102B2 JP61249074A JP24907486A JPH0795102B2 JP H0795102 B2 JPH0795102 B2 JP H0795102B2 JP 61249074 A JP61249074 A JP 61249074A JP 24907486 A JP24907486 A JP 24907486A JP H0795102 B2 JPH0795102 B2 JP H0795102B2
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hole
measuring
light
groundwater
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文昭 平野
紀治 三宅
純 嶋田
実 天利
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Shimizu Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、地盤調査を行う際、地中に深孔を掘削し、
その中へ測定装置を吊り降ろして地下水の流速を測定す
る孔内流速測定方法及び測定装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial field of application] This invention excavates a deep hole in the ground when conducting a ground survey,
The present invention relates to a hole flow velocity measuring method and a measuring device in which a measurement device is suspended therein to measure the flow velocity of groundwater.

「従来の技術」 一般に、地下水の流速を測定するには、まず、ボーリン
グ機械により所定の地盤へ深孔を掘削し、次に、掘削し
た前記深孔の上部に矢倉を設け、この矢倉に孔内の流速
を測定するための測定装置を取り付けた後、この測定装
置を測定すべき前記孔内の所定の場所へ吊り降ろす。孔
内に吊り降ろされた測定装置は、これに付随する固定機
構により測定すべき地層内に固定される。この測定装置
が固定されると、前記地層内を通過する地下水が測定装
置内をも通過するので、この通過する地下水を測定装置
に設けられたセンサープローブで検知することにより、
測定個所の地下水の流速を測定することができる。
[Prior Art] Generally, in order to measure the flow velocity of groundwater, first, a boring machine is used to excavate a deep hole into a given ground, and then a yagura is provided above the excavated deep hole. After mounting a measuring device for measuring the flow velocity inside, the measuring device is hung down to a predetermined place in the hole to be measured. The measuring device suspended in the hole is fixed in the formation to be measured by a fixing mechanism associated with the measuring device. When this measuring device is fixed, groundwater passing through the strata also passes through the measuring device, so by detecting the passing groundwater with a sensor probe provided in the measuring device,
The flow velocity of groundwater at the measurement location can be measured.

従来、この種の地下水の流速を測定する測定装置として
は、次に示すような構成のものが知られている。すなわ
ち、この測定装置は、中間に孔内の所定の場所の流速を
測定するセンサープローブと、その上下部分にロッドを
介して設けられた、前記固定機構たる上部、下部パッカ
ーとから概略構成されるものである。この、上部、下部
パッカーは、硬質ゴム製の中空体であり、地上から送ら
れてきた圧搾空気により膨張されることで、自身が孔内
の壁面に押圧されて固定され、これにより上部、下部パ
ッカー間に位置するセンサープローブも固定される。さ
らに、前記センサープローブには、地下水の流れによっ
て濃度が変化するトレーサー(例えば食塩水、蒸留水、
硼素等)が投入されると共に、このトレーサーの濃度変
化を測定するセンサーが内蔵され、このトレーサーの濃
度変化をセンサーにより測定することで、地下水の流速
を計測することができる。
Conventionally, as a measuring device for measuring the flow velocity of this type of groundwater, a device having the following configuration is known. That is, this measuring device is roughly composed of a sensor probe for measuring the flow velocity at a predetermined place in the hole in the middle, and upper and lower packers serving as the fixing mechanism, which are provided on the upper and lower parts thereof via a rod. It is a thing. The upper and lower packers are hollow bodies made of hard rubber, and are expanded by compressed air sent from the ground to be fixed by being pressed against the wall surface in the hole, thereby the upper and lower packers. The sensor probe located between the packers is also fixed. Furthermore, the sensor probe includes a tracer whose concentration changes depending on the flow of groundwater (for example, saline, distilled water,
When boron or the like) is charged, a sensor for measuring the change in concentration of the tracer is built in, and the flow rate of groundwater can be measured by measuring the change in concentration of the tracer.

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、前記従来のトレーサーを用いた孔内流速測定
装置においては、次に挙げるような問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] Meanwhile, the conventional in-hole flow velocity measuring device using the tracer has the following problems.

(1) トレーサーの濃度変化をセンサーで測定するこ
とで、間接的に孔内の流速を測定しているので、真の孔
内流速を直接測定することができない。
(1) Since the flow velocity in the hole is indirectly measured by measuring the change in the concentration of the tracer with a sensor, the true flow velocity in the hole cannot be directly measured.

(2) トレーサーを投入するので、測定に時間がかか
る。
(2) Since it takes a tracer, it takes time to measure.

(3) トレーサーによる測定なので、流速の測定範囲
が限定される。
(3) Since it is measured by the tracer, the measurement range of the flow velocity is limited.

(4) 測定部分にトレーサーを投入するため、地下水
の温度や密度に変化が生じ、又、地下水の拡散現象を生
じるので、孔内の地下水の本来の流れと異なる流れを生
じさせることになる。
(4) Since the tracer is put into the measurement part, the temperature and density of groundwater change, and the diffusion phenomenon of groundwater occurs, which causes a flow different from the original flow of groundwater in the hole.

この発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、広
範囲な流速を有する地下水の真の流速を短時間に、か
つ、直接的に測定することの可能な孔内流速測定方法、
及び、これを実現する測定装置の提供を目的としてい
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, in a short time, the true flow velocity of groundwater having a wide range of flow velocity, and a hole flow velocity measuring method capable of directly measuring,
It is also an object of the present invention to provide a measuring device that realizes this.

「問題点を解決するための手段」 前記問題点を解決するために、この発明のうち第1の発
明は、地中に深孔を掘削し、この孔内の所定深さに測定
部たるセンサープローブを挿入して、前記孔内を通過す
る地下水の流速を測定する孔内流速測定方法であって、
前記センサープローブ内に透過形回折格子と光源とを設
けると共に、この光源からの光を前記回折格子を通過さ
せることで回折縞を形成し、この回折縞中を通過する地
下水中の散乱粒子からの散乱光を受光して、この散乱光
の強度変化により前記地下水の流速を測定するような孔
内流速測定方法を構成している。
[Means for Solving Problems] In order to solve the above problems, a first invention of the present invention is to dig a deep hole in the ground and measure a sensor at a predetermined depth in the hole. A probe is inserted, which is a hole flow velocity measuring method for measuring the flow velocity of groundwater passing through the hole,
A transmission type diffraction grating and a light source are provided in the sensor probe, and diffraction fringes are formed by passing the light from the light source through the diffraction grating, and from the scattering particles in groundwater passing through the diffraction fringe. The method for measuring the flow velocity in the hole is configured such that the scattered light is received and the flow velocity of the groundwater is measured by the intensity change of the scattered light.

また、第2の発明は、前記第1の発明である孔内流速測
定方法を実現するために、地中に掘削された深孔内に挿
入される測定部たるセンサープローブと、このセンサー
プローブの上下両端にロッドを介して取り付けられ、前
記センサープローブを前記孔内の所定位置に固定する上
部パッカー及び下部パッカーとにより、前記孔内を通過
する地下水の流速を測定する孔内流速測定装置におい
て、前記センサープローブには、レーザ光等を発光する
光源と、この光源の発光方向前方に位置された透過形回
折格子と、この回折格子により形成される複数次の回折
光を所定の部分に収束して回折縞を形成するためのレン
ズ等の収束手段と、前記回折縞からの散乱光を受光する
受光部とを設けたような孔内流速測定装置を構成してい
る。
A second invention is a sensor probe which is a measuring part to be inserted into a deep hole excavated in the ground in order to realize the method for measuring the flow velocity in the hole which is the first invention, and the sensor probe of the sensor probe. Attached to the upper and lower ends via rods, by the upper packer and the lower packer that fix the sensor probe at a predetermined position in the hole, in a hole flow velocity measuring device for measuring the flow velocity of groundwater passing through the hole, The sensor probe has a light source that emits a laser beam, a transmission diffraction grating located in front of the light source in the light emission direction, and a plurality of orders of diffracted light formed by the diffraction grating are converged on a predetermined portion. To form a diffraction fringe, a converging means such as a lens, and a light receiving section for receiving scattered light from the diffraction fringe are provided.

「作用」 この発明では、センサープローブ内に設けられた光源及
び透過型回折格子により複数次の回折光が発生されると
共に、これら複数次の回折光が反射板により所定の部分
に収束されることで、この所定の部分に干渉縞が形成さ
れる。この、干渉縞が形成された部分を地下水が通過す
る際、この地下水中に含まれる粒子により散乱光が生
じ、その強度は、粒子が前記干渉縞の明部にあれば強
く、逆に暗部にあれば弱くなる。そして、その強度変化
は、粒子の移動速度に比例し、干渉縞の間隔に反比例す
る。従って、この散乱光の強度変化を検出すれば、粒子
の移動速度を測定することができ、この粒子の粒径が十
分小さいと仮定すれば、粒子の移動速度をそのまま地下
水の移動速度とすることができる。
[Operation] In the present invention, a plurality of orders of diffracted light are generated by the light source and the transmission type diffraction grating provided in the sensor probe, and the plurality of orders of diffracted light are converged to a predetermined portion by the reflection plate. Thus, an interference fringe is formed on this predetermined portion. When the groundwater passes through the portion where the interference fringes are formed, scattered light is generated by the particles contained in the groundwater, and the intensity thereof is strong if the particles are in the bright portion of the interference fringe, and conversely in the dark portion. If it becomes weaker. The intensity change is proportional to the moving speed of particles and inversely proportional to the interval of interference fringes. Therefore, if the change in the intensity of this scattered light is detected, the moving speed of the particles can be measured, and assuming that the particle size of the particles is sufficiently small, use the moving speed of the particles as the moving speed of groundwater. You can

「実施例」 以下、この発明の実施例について、第1図ないし第4図
を参照して説明する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

第1図は、この発明のうち第1の発明の一実施例である
孔内流速測定方法を説明するための図であり、符号Gは
調査すべき地盤である。この地盤Gは、不透水層G1と地
下水が流れる帯水層G2とから構成されていると共に、こ
の地盤Gには、垂直方向に掘削されて前記帯水層G2を貫
通する深孔Hが形成されている。また、符号Bは地下水
の流速を測定すべき前記孔内Hの測定区間であり、この
測定区間Bには、この発明のうち第2の発明の一実施例
である孔内流速測定装置1(以下、単に「測定装置」と
称する)が位置されている。この測定装置1は、ケーブ
ル2により吊持されていると共に、このケーブル2は地
上に設置された矢倉部3に固定されている。
FIG. 1 is a diagram for explaining a hole flow velocity measuring method which is an embodiment of the first aspect of the invention, and a symbol G is the ground to be investigated. The ground G is composed of an impermeable layer G 1 and an aquifer G 2 through which groundwater flows, and the ground G has a deep hole drilled vertically to penetrate the aquifer G 2. H is formed. Reference numeral B is a measurement section of the hole H in which the flow velocity of groundwater is to be measured. In the measurement section B, the hole flow velocity measuring device 1 (which is an embodiment of the second invention of the present invention is (Hereinafter simply referred to as "measuring device"). The measuring device 1 is suspended by a cable 2, and the cable 2 is fixed to a yagura section 3 installed on the ground.

第2図は、前記地上に設置された矢倉部3を示す図であ
る。第2図において、符号4は矢倉本体であり、符号5
はケーブル巻取装置である。このケーブル巻取装置5に
は、上下パッカー制御装置6と信号受信・解析部7(以
下、単に「解析部」と称する)とが、それぞれケーブル
8と光ファイバ9とにより接続されている。この、上下
パッカー制御装置6は、後述する測定装置1の上部、下
部パッカーに圧搾空気を送出すると共に、この圧搾空気
の圧力調整を行う機能を有している。また、前記解析部
7は、フォトマル部10、バンドパスフィルタ11、ディジ
タルコリレータ12、及びコンピュータ13で構成されてい
る。前記ケーブル巻取装置5には、前記ケーブル2が巻
回されていると共に、このケーブル2は前記矢倉本体4
の天端に取り付けられた滑車14に掛けられている。そし
て、このケーブル2の先端には、前述の如く測定装置1
が取り付けられている。
FIG. 2 is a diagram showing the Yakura part 3 installed on the ground. In FIG. 2, reference numeral 4 is the Yakura main body, and reference numeral 5
Is a cable winding device. An upper / lower packer control device 6 and a signal receiving / analyzing unit 7 (hereinafter simply referred to as “analyzing unit”) are connected to the cable winding device 5 by a cable 8 and an optical fiber 9, respectively. The upper and lower packer control device 6 has a function of sending compressed air to the upper and lower packers of the measuring device 1 described later and adjusting the pressure of the compressed air. The analyzing unit 7 is composed of a photomultiplier 10, a bandpass filter 11, a digital correlator 12, and a computer 13. The cable 2 is wound around the cable winding device 5, and the cable 2 is connected to the Yakura main body 4
It is hung on a pulley 14 attached to the top of. The measuring device 1 is attached to the tip of the cable 2 as described above.
Is attached.

この測定装置1は、第1図ないし第2図に示すように、
測定部たる円筒状のセンサープローブ15と、このセンサ
ープローブ15の上下両端に上ロッド16及び下ロッド17を
介して取り付けられた、硬質ゴム製の中空円筒状の上部
パッカー18及び下部パッカー19とから概略構成されてい
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, this measuring device 1 has
From the cylindrical sensor probe 15 that is the measurement unit, and the upper and lower ends of the sensor probe 15 attached via the upper rod 16 and the lower rod 17, the hollow cylindrical upper packer 18 and the lower packer 19 made of hard rubber. It is roughly configured.

第3図は、このセンサープローブ15を示す図である。第
3図において、符号20は前記センサープローブ15上部に
複数個配置されたレーザ・ソース等の光源、符号21はこ
れら光源20、20、…の発光方向前方に位置させた円板状
の透過型回折格子である。この回折格子21には、1mm当
たりN本のスリットが放射状に刻設されている。また、
符号22はセンサープローブ15下部に取り付けられた反射
鏡(収束手段)であり、この反射鏡22は、前記回折格子
21からの0次回折光23及び1次回折光24の進行方向前方
に位置されていると共に、これら0次及び1次回折光2
3、24をセンサープローブ15下方の所定の交叉部(部
分)30に収束するように、その導光方向が調整されてい
る。符号25は、その受光方向が前記0次及び1次回折光
23、24の交叉部30に向けられた集光レンズ(受光部)で
あり、この集光レンズ25によって受光された光は、光フ
ァイバ26により伝送される。
FIG. 3 is a diagram showing the sensor probe 15. In FIG. 3, reference numeral 20 is a light source such as a laser source arranged above the sensor probe 15, and reference numeral 21 is a disc-shaped transmission type located in front of the light sources 20, 20 ,. It is a diffraction grating. In this diffraction grating 21, N slits per 1 mm are radially engraved. Also,
Reference numeral 22 is a reflecting mirror (converging means) attached to the lower portion of the sensor probe 15, and the reflecting mirror 22 is the diffraction grating.
The 0th-order diffracted light 23 and the 1st-order diffracted light 24 from 21 are located in front of the traveling direction, and the 0th-order 1st-order diffracted light 2
The light guiding direction is adjusted so that the light beams 3 and 24 converge on a predetermined crossing portion (portion) 30 below the sensor probe 15. Reference numeral 25 indicates that the light receiving direction is the 0th and 1st order diffracted light.
The light is a condenser lens (light receiving portion) directed to the intersection 30 of 23 and 24, and the light received by the condenser lens 25 is transmitted by the optical fiber 26.

また、第4図は、ケーブル2の断面を示す図であり、こ
のケーブル2内には、センサープローブ15内の光源20に
電源を供給する電源供給ケーブル27と、前記ケーブル8
に連通して上部及び下部パッカー18、19へ圧搾空気を供
給する空気供給チューブ28、29と、前記集光レンズ25に
より受光された光を、前記光ファイバ9を介して地上の
解析部7へ伝送する前記光ファイバ26とが装填されてい
る。
4 is a view showing a cross section of the cable 2, in which the power supply cable 27 for supplying power to the light source 20 in the sensor probe 15 and the cable 8 are provided.
To the analysis unit 7 on the ground via the optical fiber 9 and the air supply tubes 28 and 29 for communicating compressed air to the upper and lower packers 18 and 19 and the light received by the condenser lens 25. The optical fiber 26 for transmission is loaded.

次に、第1図ないし第4図を参照して、この発明のうち
第1の発明の一実施例である孔内流速測定方法について
説明する。
Next, with reference to FIG. 1 to FIG. 4, an explanation will be given on the method for measuring the flow velocity in the hole which is one embodiment of the first invention of the present invention.

まず、第1図に示すように、調査すべき地盤Gに測定す
べき帯水層G2、G2へ達する孔Hを、図示しない掘削機で
掘削する。
First, as shown in FIG. 1, a hole H reaching the aquifers G 2 and G 2 to be measured in the ground G to be investigated is excavated by an excavator (not shown).

次に、掘削された孔Hの中へ、ケーブル巻取装置5に巻
回されたケーブル2を繰り出して、矢倉本体4から測定
装置1を吊り降ろす。この、吊り降ろされた測定装置1
が前記測定区間Bに達した段階で、前記巻取装置5の繰
り出しを止めて測定装置1をこの測定区間B内の所定位
置に停止させる。測定装置1が測定区間B内の所定位置
に停止したら、前記地上の上下パッカー制御装置6を駆
動して、空気圧の調整された圧搾空気を、ケーブル2内
の空気供給チューブ28、29を介して上部パッカー18及び
下部パッカー19に供給する。圧搾空気が供給されると、
これら上部パッカー18及び下部パッカー19は膨張して、
自身を前記孔H壁面に押圧させて移動不可能となり、そ
の位置に固定される。従って、これら上部、下部パッカ
ー18、19の中間部に位置する前記センサープローブ15
も、その位置に固定される。
Next, the cable 2 wound around the cable winding device 5 is unwound into the excavated hole H, and the measuring device 1 is suspended from the Yakura main body 4. This suspended measuring device 1
When reaches the measurement section B, the winding device 5 is stopped from feeding and the measurement apparatus 1 is stopped at a predetermined position in the measurement section B. When the measuring device 1 stops at a predetermined position in the measuring section B, the above-mentioned vertical packer control device 6 on the ground is driven, and compressed air whose air pressure is adjusted is supplied through the air supply tubes 28 and 29 in the cable 2. Supply to the upper packer 18 and the lower packer 19. When compressed air is supplied,
These upper packer 18 and lower packer 19 expand,
It becomes immovable by pressing itself against the wall surface of the hole H, and is fixed at that position. Therefore, the sensor probe 15 located in the middle of the upper and lower packers 18, 19
Is also fixed in that position.

このセンサープローブ15が測定区間B内に固定される
と、センサープローブ15内の光源20を駆動して、透過型
回折格子21に向ってレーザ光等の光を発光させる。発光
された光は、この回折格子21を透過することで回折さ
れ、0次、1次、…の複数次の回折光が発生する。そし
て、これら複数次の回折光のうち、0次回折光23及び1
次回折光24は、反射鏡22により所定の交叉部30に収束さ
れ、これら0次及び1次回折光23、24の交叉により、こ
の交叉部30には回折縞が生じる。ここで、この交叉部30
は、地下水の流速を測定する測定部分となる。
When the sensor probe 15 is fixed in the measurement section B, the light source 20 in the sensor probe 15 is driven to emit light such as laser light toward the transmissive diffraction grating 21. The emitted light is diffracted by passing through the diffraction grating 21, and 0th, 1st, ... Then, of these diffracted lights of multiple orders, the 0th-order diffracted lights 23 and 1
The second-order diffracted light 24 is converged by the reflecting mirror 22 onto a predetermined crossing portion 30, and the crossing of the 0th-order and first-order diffracted light rays 23 and 24 produces diffraction fringes at the crossing portion 30. Where this crossover 30
Is the measurement part for measuring the flow velocity of groundwater.

この干渉縞中の地下水中の粒子が通過すると、散乱光が
生じる。生じた散乱光は、前記集光レンズ25により受光
され、光ファイバ26を通って地上の解析部7へ伝送さ
れ、解析、記録され、これにより地下水の流速を測定す
ることができる。
When particles in groundwater in the interference fringes pass, scattered light is generated. The generated scattered light is received by the condenser lens 25, transmitted through the optical fiber 26 to the analysis unit 7 on the ground, analyzed and recorded, whereby the flow velocity of groundwater can be measured.

ここで、この解析部7で行なわれる解析過程について、
その原理を説明する。すなわちこれは、いわゆるレーザ
ー・ドップラー速度計(L.D.V.…Laser Doppler Veloci
meter)の原理を利用したものであり、レーザ・ソース
から射出されたレーザ・ビームを強度が等しい2本のビ
ームに分光し、これらをレンズを用いて1点に交叉させ
れば、この交叉部(測定部分)には、レーザ光の波長λ
とビームの交叉角θによってその間隔dFが決定される干
渉縞が生じる。そして、この干渉縞の間隔dFは、dF
(λ/2)sin(θ/2)で表される。この測定部分を微粒
子(直径数μm)が通過すると、この粒子による散乱光
の強度は、粒子が干渉縞の明部にあれば強く、逆に暗部
にあれば弱くなる。そして、その変化の割合は、粒子の
移動速度Vに比例し、干渉縞の間隔dFに反比例する。従
って、この散乱光をレンズ等により収束して、これをフ
ォトマル等の光電変換器で電気信号に変換し、その信号
(ドップラー信号)の周期td、あるいは周波数fdを測定
することで、粒子の移動速度Vを測定することができ
る。いま、粒子が干渉縞の形成面に対して垂直に通過し
た場合を考えると、この粒子の移動速度Vは、 V=dF/td=dF・fd={(λ/2)sin(θ/2)}・fd で表される。これは、あくまでも粒子の速度を測定して
いるのであって、流体、すなわち地下水の速度を測定し
ているのではない。しかし、粒子の径が十分小さけれ
ば、粒子は流体に追従して移動すると考えて良いので、
粒子の移動速度Vをそのまま流体の移動速度としても支
障無い。
Here, regarding the analysis process performed by the analysis unit 7,
The principle will be explained. In other words, this is the so-called Laser Doppler Veloci
This is based on the principle of the meter). If the laser beam emitted from the laser source is split into two beams of equal intensity and these are crossed to one point using a lens, this crossing part The wavelength λ of the laser light is
And the beam crossing angle θ causes interference fringes whose spacing d F is determined. The distance d F between the interference fringes is d F =
It is represented by (λ / 2) sin (θ / 2). When fine particles (diameter several μm) pass through this measurement portion, the intensity of light scattered by the particles becomes strong if the particles are in the bright part of the interference fringes, and weaker if they are in the dark part. The rate of change is proportional to the moving velocity V of the particles and inversely proportional to the spacing d F of the interference fringes. Therefore, by converging this scattered light with a lens or the like, converting it into an electric signal with a photoelectric converter such as Photomul, and measuring the period t d of the signal (Doppler signal) or the frequency f d , The moving speed V of particles can be measured. Considering the case where a particle passes perpendicularly to the surface on which interference fringes are formed, the moving speed V of this particle is as follows: V = d F / t d = d F · f d = {(λ / 2) sin (Θ / 2)} · f d . This is only measuring the velocity of particles, not the velocity of fluid, that is, groundwater. However, if the particle diameter is small enough, it can be considered that the particle moves following the fluid.
There is no problem even if the moving speed V of the particles is directly used as the moving speed of the fluid.

以上の原理に基づき、地下水の流速を測定することがで
きる。そして、この測定区間Bでの流速測定が終了した
ら、上部、下部パッカー18、19の空気を緩め、次の測定
区間の深さに測定装置1を移動させて、測定を繰り返
す。
The groundwater flow velocity can be measured based on the above principle. Then, when the flow velocity measurement in the measurement section B is completed, the air in the upper and lower packers 18, 19 is loosened, the measuring device 1 is moved to the depth of the next measurement section, and the measurement is repeated.

従って、以上示した実施例たる測定方法及び測定装置1
によれば、地下水の流速を直接測定することができ、ま
た、測定時間の大幅な短縮が図れると共に、流速の測定
範囲がV=1×10-6cm/sec〜1×100cm/secと広範囲な
測定が可能となる。また、地下水中の粒子の粒径分布を
ある程度広く仮定し、ブラウン運動の影響を前記解析部
7に設けられたバンドパスフィルタ11により除去すれ
ば、地下水の真の流速を求めることができる。さらに、
この測定方法及び測定装置は、そのセンサープローブ15
にトレーサーを使用する必要がないので、測定対象なる
地下水に密度変化、拡散現象等地下水の流速を擾乱させ
る現象を引き起こす恐れが無い。そして、前記測定装置
1は、従来の測定装置に比較してその径を細くできるの
で、より小口径の深孔に適用可能である。
Therefore, the measuring method and the measuring apparatus 1 according to the embodiment shown above
According to the method, the flow velocity of groundwater can be directly measured, the measurement time can be shortened significantly, and the measurement range of the flow velocity is V = 1 × 10 −6 cm / sec to 1 × 10 0 cm / sec. And a wide range of measurement becomes possible. If the particle size distribution of particles in groundwater is assumed to be broad to some extent and the influence of Brownian motion is removed by the bandpass filter 11 provided in the analysis unit 7, the true groundwater flow velocity can be obtained. further,
This measuring method and measuring device is provided with the sensor probe 15
Since there is no need to use a tracer for the measurement, there is no possibility of causing a phenomenon that disturbs the groundwater velocity such as density change or diffusion phenomenon in the groundwater to be measured. Since the measuring device 1 can be made smaller in diameter than conventional measuring devices, it can be applied to deep holes having a smaller diameter.

特に、この実施例では、反射鏡22の位置調整等により、
任意の個所に回折光23、24の交叉部30を位置させること
ができると共に、この交叉部30で形成される干渉縞の形
成面をも任意の方向に振り向けることができる。従っ
て、この干渉縞の形成面を、例えば前記センサープロー
ブ15の軸線に直交するように位置させることによって、
定められた一方向における地下水の流速を測定すること
が可能となる。また、この実施例のように、光源20を2
個装備し、この光源20によって生じる干渉縞の形成面を
同一にしつつ、縞の方向を互いに直交させれば、地下水
の流速のX成分、Y成分を直接測定することが可能とな
り、よって、地下水の流速の絶対値を測定することがで
きる。
Particularly, in this embodiment, by adjusting the position of the reflecting mirror 22 and the like,
The intersection 30 of the diffracted lights 23 and 24 can be located at an arbitrary position, and the surface on which the interference fringes formed by the intersection 30 are formed can be turned in an arbitrary direction. Therefore, by arranging the surface on which the interference fringes are formed so as to be orthogonal to the axis of the sensor probe 15, for example,
It becomes possible to measure the flow velocity of groundwater in one defined direction. In addition, as in this embodiment, the light source 20 is
By equipping them individually and making the formation planes of the interference fringes generated by the light source 20 the same, and making the directions of the fringes orthogonal to each other, it becomes possible to directly measure the X component and the Y component of the groundwater flow velocity. The absolute value of the flow velocity can be measured.

次に、第5図は、この発明の他の実施例である孔内流速
測定装置を示す図である。なお、以下の説明において、
前記実施例と同一の構成要素については同一の符号を付
し、その説明を省略する。
Next, FIG. 5 is a view showing an in-hole flow velocity measuring device according to another embodiment of the present invention. In the following explanation,
The same components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第5図に示す測定装置1と前記実施例の測定装置との相
異点は、センサープローブ15内の透過型回折格子21が、
その回転中心に対して回動自在に取り付けられている点
である。すなわち、この回折格子21には、その回転中心
に回転軸31が突設されていると共に、この回転軸31はモ
ータ32に連結されている。よって、このモータ32の駆動
により、前記回折格子21は所定方向、所定速度で回動さ
れることとなる。また、この実施例では、センサープロ
ーブ15上部に光源20が1個のみ設けられていると共に、
この光源20から発光される1本の光は、その前方に設け
られたビームスプリッタ33により所定本数(図示例では
2本)に分岐され、反射鏡34、34、…により回折格子21
に導光されている。
The difference between the measuring device 1 shown in FIG. 5 and the measuring device of the above embodiment is that the transmission diffraction grating 21 in the sensor probe 15 is
The point is that it is rotatably attached to the center of rotation. That is, the rotating shaft 31 is provided at the center of rotation of the diffraction grating 21, and the rotating shaft 31 is connected to the motor 32. Therefore, by driving the motor 32, the diffraction grating 21 is rotated in a predetermined direction and at a predetermined speed. Further, in this embodiment, only one light source 20 is provided above the sensor probe 15, and
One light emitted from the light source 20 is branched into a predetermined number (two in the illustrated example) by a beam splitter 33 provided in front of the light, and the diffraction grating 21 is reflected by the reflecting mirrors 34, 34, ....
Is guided to.

この測定装置1により地下水の流速を測定する方法は、
前記実施例の測定方法と同様であり、また、この方法に
従えば、前記実施例と同様に、孔H内を通過する地下水
の流速を測定することができる。ここで、地下水の流速
測定中は、前記モータ32を駆動して、回折格子21を一方
向に所定速度で回転させておけば、地下水の流速のみな
らず、その流向をも測定することができる。
The method for measuring the flow velocity of groundwater with this measuring device 1 is
The measurement method is the same as that of the above-described embodiment, and according to this method, the flow velocity of groundwater passing through the hole H can be measured as in the above-mentioned embodiment. Here, during measurement of the flow velocity of groundwater, if the motor 32 is driven and the diffraction grating 21 is rotated in one direction at a predetermined speed, not only the flow velocity of groundwater but also its flow direction can be measured. .

この原理を、以下順を追って説明すれば、前述の如く回
折格子21が一方向に所定速度で回転している場合、0次
回折光23の周波数f0は変化しないが、1次回折光24の周
波数f1は、Δfだけシフトする。このシフト量Δfは、
回折格子21のスリット幅をp0、回転速度をυとすれば、
次式で与えられる量となる。
To explain this principle step by step, when the diffraction grating 21 rotates in one direction at a predetermined speed as described above, the frequency f 0 of the 0th-order diffracted light 23 does not change, but the frequency of the 1st-order diffracted light 24 f 1 is shifted by Δf. This shift amount Δf is
If the slit width of the diffraction grating 21 is p 0 and the rotation speed is υ,
The quantity is given by the following formula.

Δf=f1−f0=υ/2p0=πDr/2p0 ここで、Dは回折格子21の直径、rは回折格子21の回転
数である。従って、これら0次回折光23及び1次回折光
24の交叉部30に形成される干渉縞も、この周波数シフト
Δfに伴って、一定方向にその明暗部が移動することに
なる。このような干渉縞中を、地下水内を浮遊する粒子
が通過した場合、前述の如く散乱光が生じるが、その周
波数fd′は、前記周波数fdに周波数シフトΔfを付加し
た量となる。そして、この周波数シフトΔf及び干渉縞
の移動方向は予め知ることができるので、回折格子21が
回転したことによる周波数の変化fd′−fdの正負を検出
すれば、粒子の流向、ひいては地下水の流向を測定する
ことができる。
Δf = f 1 −f 0 = υ / 2p 0 = πDr / 2p 0 Here, D is the diameter of the diffraction grating 21, and r is the rotation speed of the diffraction grating 21. Therefore, the 0th-order diffracted light 23 and the 1st-order diffracted light
The bright and dark portions of the interference fringes formed on the crossing portions 30 of 24 also move in a fixed direction with this frequency shift Δf. Such interference during fringes, if the particles suspended within the groundwater has passed, although as described above the scattered light is generated, the frequency fd 'is an amount obtained by adding the frequency shift Δf to the frequency f d. Since the frequency shift Δf and the moving direction of the interference fringes can be known in advance, if the positive or negative of the frequency change f d ′ −f d due to the rotation of the diffraction grating 21 is detected, the flow direction of the particles, and thus the groundwater. The flow direction of can be measured.

特に、この実施例でも、前記実施例と同様に、光源20に
よって生じる干渉縞の形成面を同一にしつつ、縞の方向
を互いに直交させれば、地下水の流速のX成分、Y成分
を直接測定することが可能となり、よって、地下水の流
速の絶対値及び流向を測定することができる。
In particular, also in this embodiment, as in the case of the above-mentioned embodiment, the X-component and the Y-component of the groundwater flow velocity can be directly measured if the interference fringes generated by the light source 20 are made to be the same and the directions of the fringes are made orthogonal to each other. Therefore, the absolute value of the groundwater flow velocity and the flow direction can be measured.

なお、この発明の孔内流速測定方法及び測定装置は、前
記実施例に限定されず、施工条件等により適宜変更可能
である。例えば、前記パッカー18、19も、地盤Gの性質
によって、メカニカルパッカー、空気パッカー等を使い
分ければ良い。また、前記0次及び1次回折光23、24を
収束する収束手段も、前述の如く反射鏡22に限定され
ず、レンズ、プリズム等周知の手段から適宜選択されれ
ば良い。
The method and apparatus for measuring the flow velocity in the hole according to the present invention are not limited to the above-mentioned embodiment, and can be appropriately changed depending on the construction conditions. For example, the packers 18 and 19 may be mechanical packers, air packers, or the like depending on the properties of the ground G. Further, the converging means for converging the 0th-order and 1st-order diffracted lights 23, 24 are not limited to the reflecting mirror 22 as described above, and may be appropriately selected from known means such as a lens and a prism.

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明は、孔内流速測定
装置のセンサープローブに透過型回折格子を設け、この
回折格子により得られる回折光を用いて干渉縞を形成
し、この干渉縞を通過する粒子の散乱光の強度変化から
孔内の地下水の流速を測定しているので、次のような優
れた効果を奏する。
"Effects of the Invention" As described in detail above, the present invention provides a transmission type diffraction grating in a sensor probe of an in-hole flow velocity measuring device, and forms an interference fringe using diffracted light obtained by this diffraction grating, Since the flow velocity of groundwater in the hole is measured from the intensity change of the scattered light of the particles passing through the interference fringes, the following excellent effects are obtained.

(1) 孔内の地下水の真の流速を測定することができ
る。
(1) The true flow velocity of groundwater in the hole can be measured.

(2) 測定時間の短縮が可能である。(2) The measurement time can be shortened.

(3) 流速の測定範囲がV=1×10-6cm/sec〜1×10
0cm/secと広い範囲の測定が可能である。
(3) The flow velocity measurement range is V = 1 × 10 −6 cm / sec to 1 × 10
It can measure a wide range of 0 cm / sec.

(4) センサープローブにトレーサーを用いないの
で、測定する地下水に密度変化や拡散現象を生ずること
が殆んどなくなる。
(4) Since a tracer is not used for the sensor probe, the density change and diffusion phenomenon of groundwater to be measured hardly occur.

(5) また、この測定装置は、従来の測定装置よりそ
の径を細くできるので、より小口径の深孔に適用でき
る。
(5) Further, since this measuring device can be made smaller in diameter than the conventional measuring device, it can be applied to a deep hole having a smaller diameter.

【図面の簡単な説明】 第1図ないし第4図は、この発明のうち第1の発明の一
実施例である孔内流速測定方法を説明するための図であ
って、第1図はその全体を説明するための概略図、第2
図は矢倉部を示す正面図、第3図はこの発明のうち第2
の発明の一実施例である孔内流速測定装置のセンサープ
ローブ部を示す斜視図、第4図はケーブルの断面図、第
5図はこの発明のうち第2の発明の他の実施例である孔
内流速測定装置のセンサープローブ部を示す斜視図であ
る。 G……地盤、H……深孔、 1……測定装置、15……センサープローブ、16……上ロ
ッド、17……下ロッド、18……上部パッカー、19……下
部パッカー、20……光源、21……回折格子、22……反射
鏡(収束手段)、25……集光レンズ(受光部)。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 to FIG. 4 are views for explaining a hole flow velocity measuring method which is an embodiment of the first invention of the present invention, and FIG. Second schematic diagram for explaining the whole
The figure is a front view showing the Yakura part, and FIG. 3 is the second part of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a sensor probe part of an in-hole flow velocity measuring apparatus as an embodiment of the invention of FIG. 4, FIG. 4 is a sectional view of a cable, and FIG. 5 is another embodiment of the second invention of the present invention. It is a perspective view showing a sensor probe part of an in-hole flow velocity measuring device. G ... Ground, H ... Deep hole, 1 ... Measuring device, 15 ... Sensor probe, 16 ... Upper rod, 17 ... Lower rod, 18 ... Upper packer, 19 ... Lower packer, 20 ... Light source, 21 ... Diffraction grating, 22 ... Reflecting mirror (converging means), 25 ... Condensing lens (light receiving section).

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】地中に深孔を掘削し、この孔内の所定深さ
に測定部たるセンサープローブを挿入して、前記孔内を
通過する地下水の流速を測定する孔内流速測定方法であ
って、前記センサープローブ内に透過形回折格子と光源
とを設けると共に、この光源からの光を前記回折格子を
通過させることで回折縞を形成し、この回折縞中を通過
する地下水中の散乱粒子からの散乱光を受光して、この
散乱光の強度変化により前記地下水の流速を測定するこ
とを特徴とする孔内流速測定方法。
1. A method for measuring the flow velocity in a hole, which comprises digging a deep hole in the ground, inserting a sensor probe as a measuring unit at a predetermined depth in the hole, and measuring the flow velocity of groundwater passing through the hole. Therefore, a transmission type diffraction grating and a light source are provided in the sensor probe, and light from this light source is passed through the diffraction grating to form diffraction fringes, and scattering in groundwater passing through the diffraction fringes. A method for measuring the flow velocity in a hole, which comprises receiving scattered light from particles and measuring the flow velocity of the groundwater by changing the intensity of the scattered light.
【請求項2】地中に掘削された深孔内に挿入される測定
部たるセンサープローブと、このセンサープローブの上
下両端にロッドを介して取り付けられ、前記センサープ
ローブを前記孔内の所定位置に固定する上部パッカー及
び下部パッカーとにより、前記孔内を通過する地下水の
流速を測定する孔内流速測定装置であって、前記センサ
ープローブには、レーザ光等を発光する光源と、この光
源の発光方向前方に位置された透過形回折格子と、この
回折格子により形成される複数次の回折光を所定の部分
に収束して回折縞を形成するための収束手段と、前記回
折縞からの散乱光を受光する受光部とが設けられている
ことを特徴とする孔内流速測定装置。
2. A sensor probe, which is a measuring section to be inserted into a deep hole excavated in the ground, and is attached to the upper and lower ends of the sensor probe via rods, and the sensor probe is placed at a predetermined position in the hole. A hole flow velocity measuring device for measuring the flow velocity of groundwater passing through the hole by an upper packer and a lower packer that are fixed, wherein the sensor probe emits a laser beam or the like and a light emission of this light source. A transmission type diffraction grating located in the front direction, a converging means for converging a plurality of orders of diffracted light formed by the diffraction grating into a predetermined portion to form a diffraction fringe, and a scattered light from the diffraction fringe. And a light receiving section for receiving the light.
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