掘削状態監視システム
【課題】電波減衰の大きな泥水やセメントミルク中であってもリアルタイム伝送を可能とし、さらにコストやユーザの電池交換の手間を削減した掘削状態監視システムを提供する。
【解決手段】掘削ヘッドにセンサ及び送信ノードを搭載し、ロッドに中継ノードを搭載することにより、送信ノードがセンサを用いて計測した例えばセメントミルク濃度の計測情報を無線パケット化し、地上の監視装置まで伝達させる。各ロッドの中継ノードにもセンサを搭載すれば、掘削ヘッドを移動せずに掘削孔内のセメントミルク濃度分布を知ることができる。振動センサを搭載すれば、作業を行わない時間帯での省電力化をすることができる。
【解決手段】掘削ヘッドにセンサ及び送信ノードを搭載し、ロッドに中継ノードを搭載することにより、送信ノードがセンサを用いて計測した例えばセメントミルク濃度の計測情報を無線パケット化し、地上の監視装置まで伝達させる。各ロッドの中継ノードにもセンサを搭載すれば、掘削ヘッドを移動せずに掘削孔内のセメントミルク濃度分布を知ることができる。振動センサを搭載すれば、作業を行わない時間帯での省電力化をすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎施工において掘削状況や掘削孔に浸されているセメントミルク濃度をほぼリアルタイムで把握するために、掘削ヘッドやロッドに搭載したセンサにより取得した計測情報を、地上の監視装置まで伝送する掘削状態監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎施工では杭を打ち込むための掘削孔（ボーリング孔）を地中深く掘るが、所望の掘削孔となっていることを確認する必要がある。また、掘削孔にセメントミルクを流し込んだ際、掘削孔内のセメントミルク濃度が適切であるかを確認する必要がある。
【０００３】
そこで掘削ヘッドやロッドにセンサを搭載し、センサにより取得した計測情報を地上の監視装置まで伝送する方式として、有線方式および無線方式が用いられる。
有線方式は、計測情報を同軸ケーブル等の有線ケーブルを用いて、地上の監視装置まで伝送する方法である。有線方式は、センサの電源を地上部から供給できる長所があるものの、掘削作業中にロッドを縦列接続する度に有線ケーブルの継ぎ足し作業を行う必要があり、作業員には大きな労力となった。
【０００４】
無線方式のうち、数十ｋＨｚの低周波周波数の磁界結合を利用した、いわゆる低周波磁界方式は、センサにより計測した計測情報を低周波磁界信号に変換した後、送信コイルを用いて地上まで伝送する方法である。地上では低周波磁界信号を受信コイルで検出し、計測情報を抽出した後に監視装置に通知する。現場に杭基礎施工用の大型発電機など大きな電波雑音源を発生する機器がある。この低周波磁界方式では低周波数磁界を用いるが、その機器からの輻射妨害電磁界により、計測情報を伝送する低周波磁界信号に干渉妨害が与えられ、計測データ伝送に多くの誤りが発生する。さらに、数十ｋＨｚの低周波周波数を利用するため、伝送できる信号伝送速度が低くなり、その結果伝送容量も小さい。これら輻射妨害電磁界および伝送容量の問題があるため、計測情報の信頼性の高いリアルタイム伝送をするうえで障害となっている。
【０００５】
また数ＭＨｚ以上の無線周波数を使用する無線方式では、計測情報を無線パケットに格納し地上の監視装置まで伝送するものである。具体的には、特定省電力無線や微弱無線などが用いられる。ただし、泥水中やセメントミルク中では電波減衰が大きいので、掘削ヘッドから監視装置まで直接伝送することは困難である。そこで特許文献１においては、複数台の中継ノードを用い、無線パケットをマルチホップさせることにより計測情報を監視装置まで伝送させる手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、ロッドの上端と下端に中継ノードを設置し、上端の中継ノードと下端の中継ノードを有線ケーブルで接続することにより、ロッド下端の中継ノードで受信した計測情報を、有線ケーブルを介してロッド上端の中継ノードまで伝送し、さらにロッド上端の中継ノードは計測情報を再送信する伝送システムを開示している。特許文献１の伝送システムを用いれば、ロッドを縦列接続する際もロッドの継ぎ足し時に有線方式のような継ぎ足し作業を必要としない。
【０００８】
しかしながら特許文献１の伝送システムは、ロッド１本にあたり２台の中継ノードが必要であるので、深く掘るほど中継ノードのコストがかかる問題がある。さらに、中継ノードは電池起動が前提となるため、中継ノードの台数分だけ電池交換の手間がかかる問題があった。
また中継ノードのホップ数（中継数）が多くなると、計測情報の伝送遅延も比例して大きくなる問題もあった。
【０００９】
本発明の目的は前記した問題点を解決し、杭基礎施工において掘削状況や掘削孔に浸されているセメントミルク濃度をリアルタイムで把握するために無線方式を用いた掘削状態監視システムにおいて、無線信号の減衰が大きい泥水やセメントミルク中であっても、通信信頼性が高く、少ない遅延で計測情報を監視装置へ伝送すると共に、メインテナンスが容易で低廉な掘削状態監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
地上部のモータから縦列接続されるロッドを通じて最深部の掘削ヘッドに動力が伝えられることにより掘削孔を築造する杭基礎施工において、前記掘削ヘッドに掘削状況とセメントミルク濃度を把握するためのセンサと送信ノードを設置し、前記ロッドに中継ノードを設置し、地上部に受信ノードと監視装置を設置することにより、前記送信ノードがセンサを用いて計測した計測情報を含む無線パケットを、前記ロッドに搭載される前記中継ノードを介して地上の前記受信ノードまでマルチホップ伝達する計測情報の伝送方法とし、前記中継ノードは少なくともロッドの上端および下端にアンテナを配置し、下端に設置した下端アンテナ、もしくはロッド上端に設置した上端アンテナで受信した無線パケットを、再送信することで、掘削孔内の無線信号減衰の大きな泥水やセメントミルクであっても、無線信号伝送誤りが少なく通信信頼性が高く、かつ伝送遅延の小さい計測情報伝送と、ロッド内の中継装置を削減することにより、メインテナンスが容易で低廉な掘削状態監視システムとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池交換の手間を低減することができる。さらに、中継数が多い場合でも計測情報の伝送遅延を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における掘削状態情報伝送システムのブロック図である。
【図２】実施例１における中継ノード２のブロック図である。
【図３】実施例２における中継ノード２のブロック図である。
【図４】実施例３における中継ノード２の動作フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
＜図１の説明＞
図１は、実施例１における掘削状態情報伝送システムのブロック図であり、掘削ヘッド４１と、ロッド３１と、送信ノード１と、中継ノード２と、受信ノード３と、監視装置４と、センサ６１を備えている。
【００１５】
＜掘削ヘッド＞
掘削ヘッド４１は杭穴を掘削するためのものであり、地上部のモータからロッド３１を通じて掘削ヘッド４１まで動力が伝送される。ただし、図１は地上部のモータの記載を省略した。掘削ヘッド４１はモータから伝達される動力により回転することにより、所定の深さまで掘削することが可能である。掘削後、掘削ヘッド４１によって掘られた掘削孔５１に杭を打ち込み、さらにセメントミルクを流し込む。
【００１６】
＜ロッド＞
ロッド３１は、地上部のモータの動力を掘削ヘッド４１に伝送するものである。ロッド３１の長さは１０ｍ程度であるから、掘削を進めていくごとにロッド３１を縦列接続していく必要がある。図１は、ロッド３１を２段縦列している例である。
【００１７】
＜送信ノード＞
送信ノード１は、センサ６１を用いて予め決められた周期で掘削状況やセメントミルク濃度の計測処理を行う。さらに、送信ノード１は、予め決められた周期で計測処理により得られたデータを無線パケットとしてアンテナ１２から送信する。
＜センサ＞
センサ６１は掘削状況やセメントミルクノードを計測するために用いられ、送信ノード１と接続されている。
【００１８】
＜アンテナ＞
アンテナ１１は送信ノード１と接続されていて、無線パケットを中継ノード２の下端アンテナ１２に向けて送信する。従って、アンテナ１１の指向性は中継ノード２の下端に設けられたアンテナ１２の方向となる。
また掘削孔５１内は泥水やセメントミルクに浸されるので電波減衰度が大きく、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度となる。従って、ロッド３１の長さに比べて無線パケットの伝達距離は十分に短いために、アンテナ１２から送信した無線パケットは中継ノード２の下端アンテナ１２では受信可能であるが、上端アンテナ１３で受信することは困難である。
【００１９】
＜中継ノード＞
送信ノード１のアンテナ１２から送信された計測情報を含む無線パケットは、ロッド３１の下端アンテナ１２で受信される。アンテナ１２で受信されたパケットは中継ノード２まで伝達され、中継ノード２により上端アンテナ１３を介して再送信される。
以下、中継ノード２の構成の詳細について記す。
図２は、実施例１における中継ノード２のブロック図である。中継ノード２は、無線モジュール１０１、合成分配器１０２、下端アンテナ１２、上端アンテナ１３と同軸ケーブル２１から構成される。
【００２０】
＜無線モジュール＞
無線モジュール１０１は、送信ノード１１や他中継ノード２が送信した計測情報を含む無線パケットを受信した後、他の中継ノード１１や受信ノード３に再送信する機能を有する。
【００２１】
＜下端アンテナ＞
下端アンテナ１２はロッド３１の下端に取り付けられるアンテナであり、アンテナ１１から送信される無線パケットや、縦列接続されるロッド３１の１段下のロッド３１に搭載される中継ノード２の上端アンテナ１３から送信される無線パケットを受信するために用いる。従って、下端アンテナ１２の指向性はアンテナ１１や、縦列接続されるロッド３１の１段下のロッド３１に搭載される中継ノード２の上端アンテナ１３の方向となる。
【００２２】
＜上端アンテナ＞
上端アンテナ１３は、ロッド３１の上端に取り付けられるアンテナであり、縦列接続されるロッド３１の１段上のロッド３１に搭載される中継ノード２の下端アンテナ１２や、受信ノード３のアンテナに向けて無線パケットを送信する。従って、上端アンテナ１３の指向性は、縦列接続されるロッド３１の１段上のロッド３１に搭載される中継ノード２の下端アンテナ１２や、受信ノード３の方向となる。
既述したとおり掘削孔５１内は泥水やセメントミルクに浸されるので電波減衰度が大きく、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度となる。従って、ロッド３１の長さに比べて無線パケットの伝達距離は十分に短いために、上端アンテナ１３から送信した無線パケットは１段上のロッド３１の下端アンテナ１２では受信可能であるが、上端アンテナ１３で受信することは困難である。
【００２３】
＜合成分配器＞
合成分配器１０２は、コネクタａとコネクタｂとコネクタｃの３箇所の接続口を有し、コネクタａとコネクタｂから入力される信号を、合成した後にコネクタｃから出力し、逆にコネクタｃから入力される信号を、コネクタaとコネクタｂから分配出力する機能を有する。
また合成分配器１０２のコネクタaは下端アンテナ１２に、コネクタｂは上端アンテナ１３に、コネクタｃは無線モジュール１０１に接続される。ただし、合成分配器１０２と下端アンテナ１２は、直接接続される必要は無く、ロッド２の長さに応じて同軸ケーブル２１を介して接続する。合成分配器１０２と上端アンテナ１３、合成分配器１０２と無線モジュール１０１についても同様に同軸ケーブル２１を介して接続される。
合成分配器１０２はコネクタaとコネクタｂから入力される信号を合成した後、コネクタｃから出力される機能を有するので、例えばコネクタａとコネクタｂから逆位相の電波が入力された場合、電波を弱め合ってしまう。
【００２４】
しかしながら、既述したとおり掘削孔５１内は泥水やセメントミルクに浸されるので電波減衰度が大きく、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度となる。伝達距離に対してロッド３１の長さは十分に長いために、下端アンテナ１２で受信した無線パケットを上端アンテナ１３で受信することは困難であり、逆に上端アンテナ１３で受信した無線パケットを下端アンテナで受信することは困難である。従って、コネクタaとコネクタｂで同時に同じ電波が入力されることは無いので、問題はない。
以上により、送信ノード１や他中継ノード２が送信した計測情報を含む無線パケットを下端アンテナ１２が受信した際は、合成分配器１０２を介して無線モジュール１０１まで伝送される。計測情報を受信した無線モジュール１０１は、合成分配器１０２を介して計測情報を他の中継ノード１０１に伝送する。
【００２５】
＜受信ノード＞
受信ノード３は、中継ノード２が送信した計測情報を含む無線パケットを受信した際、監視装置４に通知する機能を有する。ここで、受信ノード３と監視装置４は、ＬＡＮケーブル２２等による有線通信路、もしくは無線通信路により接続される。
ただし、掘削ヘッドが地表近くにありロッド３１を使用していない場合は、堀削ヘッド４１のアンテナ１２から送信された無線パケットは、中継ノード２を介すことなく、受信ノード３で受信される。
【００２６】
＜監視装置＞
監視装置４は、受信ノード３により通知された計測情報を作業者が見やすいように、グラフや数値で表示するものである。作業者は、監視装置４の画面を見ることにより、地中内部の掘削ヘッド４１の状態や、掘削孔５１のセメントミルク濃度を把握することが可能である。
【００２７】
＜一連の動作＞
次に具体例１の一連の動作を記す。送信ノード１は、予め決められた周期でセンサを用いて計測処理を行う。計測した情報は無線パケットとして、アンテナ１１から送信される。ここで、使用する無線方式として、微弱無線や特定省電力等どのような方式を用いても構わないが、泥水やセメントミルク中の電波減衰は空気中と比べて大きいので、周波数が低い方が望ましい。
アンテナ１１から送信された無線パケットは、中継ノード２の下端アンテナ１２で受信される。既述のとおり、泥水やセメントミルク中の電波減衰は空気中と比べて大きいので、可能な限り、中継ノード２の下端アンテナ１２は掘削ヘッド４１のアンテナ１１に接近することが望ましい。
中継ノード２の下端アンテナ１２で受信された無線パケットは、合成分配器１０２を介して無線モジュール１０１まで伝達される。
【００２８】
無線モジュール１０１では受信したパケットから計測情報を読み込んだ後、新たに無線パケットに計測情報を記載した後、送信処理を行う。既述したとおり、無線モジュール１０１から送信される無線パケットは、下端アンテナ１２と上端アンテナ１３の両端アンテナから送信さるが、下端アンテナ１２から送信される無線パケットを上端アンテナ１３は受信しない。一方、上端アンテナ１３から送信される無線パケットは、一段上段のロッド３１に搭載されている中継ノード２の下端アンテナ１２により受信される。
以上の動作を繰り返すことにより、数段のロッドを縦列接続することにより、送信ノード１が送信した無線パケットを地上まで送信することが可能である。
【００２９】
地上では受信ノード３が無線パケットを受信した際に計測データを抽出し、監視装置４に通知する。受信ノード３と監視装置４は、ＬＡＮケーブルやその他の無線/有線ケーブルより接続される。
監視装置４は、受信ノードから通知を受けた計測情報を作業員の把握しやすいように、数値化やグラフ化したのち、監視装置上の画面に表示する。もしくは、図１には図示していないが、監視装置４が直接、掘削ヘッド４１の動力源である地上部の電動機や動作電源を生成する発電機を制御しても構わない。
【００３０】
＜アンテナの補足＞
掘削中は掘削ヘッド４１の摩擦を減らすために、掘削孔５１は泥水で浸される。さらに掘削後は、セメントミルクに浸される。泥水やセメントミルクは、空気と比べて電気導電率が高く電波減衰度が大きいために、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度である。
従って、送信ノード１のアンテナ１１と中継ノード２の下端アンテナ１２は、可能な限り接近させることが望ましい。同様に、中継ノード２の上端アンテナ１３と他の中継ノード２の下端アンテナ１２や、中継ノード２の上端アンテナ１３と受信ノード３のアンテナも、可能な限り接近させることが望ましい。
また、アンテナ１２、下端アンテナ１２、上端アンテナ１３は、泥水やセメントミルク中で使用するので防水加工が必要であり、さらに掘削時に岩盤等の接触により破損しないように、強固な筐体にすることが望ましい。
【００３１】
＜ケーブルの補足＞
ロッド３１は１０ｍ程度あるで、ロッド３１の中央に中継モジュール２を設置した場合、下端アンテナ１２と上端アンテナ１３は有線ケーブル２１を用いて接続する必要がある。有線ケーブル２１は同軸ケーブルなど低損失ケーブルを用いることが望ましい。また、掘削中に岩石等の接触により有線ケーブル２１の破損を防止するために、保護導管内に収めることが望ましい。
【００３２】
＜実施例１の補足＞
実施例１では、送信ノードから複数台の中継ノード２によってマルチホップした後、地上の受信ノード３まで伝達するシステムの具体例を記したが、監視装置４から中継ノード２や送信ノード１の状態を制御する際は、実施例１と逆の動作をさせれば良い。
また実施例１では、送信ノード１のみセンサ６１と接続されていて定期的に計測処理を実施したが、中継ノード２にもセンサが接続され、定期的に計測処理を実施しても構わない。
以上説明した実施例ではロッド３１の１個当たり、中継ノードを１個としているため、コスト、中継による伝送遅延、作業者が電池を交換する手間を低減することができる。
【実施例２】
【００３３】
実施例１では、送信ノード１から送信した計測情報を含む無線パケットを複数台の中継ノード２を介して地上の受信ノード３まで伝送するシステムについて記した。実施例２では、送信ノード１だけではなく中継ノード２にもセンサ３０１を接続する例について記す。送信ノード１だけではなく中継ノード２にもセンサ３０１が接続されるので、より詳細に掘削状況やセメントミルク濃度を把握することが可能となる一例を以下に説明する。
【００３４】
＜図３の説明＞
図３は、実施例２における中継ノード２のブロック図である。ただし、合成分配器１０２と、下段アンテナ１２と、上段アンテナ１３と、有線ケーブル２１は図２と同様の機能を有するので説明を省略する。センサ３０１は無線モジュール１０１に接続されている。
【００３５】
＜無線モジュールの機能＞
無線モジュール１０１は、計測情報を含む無線パケットを中継する機能を有するとともに、予め決められた周期でセンサ３０１を用いて計測処理を行い、計測結果を無線パケットとして受信ノード３を送信先として送信する。その際、具体例１と同様に、中継ノード２と受信ノード３が直接、無線パケットの送受信を行う必要は無く、複数の中継ノード２を介して、無線パケットのやり取りが出来ればよい。
【００３６】
＜効果＞
実施例２の効果の一例として、送信ノード１１と接続されるセンサ６１と、中継ノード２に接続されるセンサ３０１にセメントミルク濃度計測用センサを用いた場合について記す。
実施例１では、セメントミルクの濃度を計測する際、掘削ヘッド４１にのみセメントミルク濃度計測用センサが接続されているので、掘削孔５１内のセメントミルク濃度分布を把握するためには、送信ノード１を掘削孔５１内において上下に動かしながらセメントミルク濃度を計測する必要がある。一方、実施例２では中継ノード２にもセメントミルク計測用センサが接続されているので、掘削ヘッド４１を上下することなく、掘削孔５１内におけるセメントミルク中の濃度分布を計測することが可能となる。
【実施例３】
【００３７】
実施例２では、送信ノード１だけではなく中継ノード２にもセンサを接続することにより、送信ノード１にのみセンサを接続した場合に比べて、より詳細に掘削孔５１のセメントミルク中の濃度分布を計測することが可能であることを述べた。
実施例３では、基礎施工作業中は常時振動が発生することを利用し、送信ノード１に接続されるセンサ６１と中継ノード２に接続されるセンサ３０１として、振動検出センサを用いることによる省電力化について記す。
【００３８】
＜図４の説明＞
図４は、実施例３における中継ノード２の動作フロー図である。以下、図４を用いて実施例３を説明する。
＜中継ノードの一連の動作＞
ステップＳ４０１で掘削状態情報伝送システムに電源投入された際、ステップＳ４０２で中継ノード２はアクティブモードに遷移する。ここで記すアクティブモードとは、無線モジュール１０１の全ての機能が動作可能な状態であり、送信ノード１や他の中継ノード２が送信した無線パケットを受信した場合、再送信する機能と、予め決められた周期で振動検出センサ３０１を用いて振動が発生しているか検知することにより、掘削中かどうかを判定する機能を有す。
【００３９】
ステップＳ４０３で無線モジュール１０１が送信ノード１や他の中継ノード２から送信された無線パケットを受信した場合には（図中のＹＥＳ）、ステップＳ４０４で無線モジュール１０１は、他の中継ノード２や受信ノード２に向けて無線パケットを再送信する。
また、ステップＳ４０５で無線モジュール１０１は、アクティブモードにおいて予め決められた周期で、振動検出センサ３０１を用いて振動検出処理を行う。ステップＳ４０３で無線パケットを受信しない場合には（図中のＮＯ）、ステップＳ４０３での処理を繰り返す。
また、ステップＳ４０６において監視装置４は、ステップＳ４０５における振動検出処理による振動の検出結果を判定する。一定時間の間振動を検知できない場合には（図中のＹＥＳ）、監視装置４は基礎施工作業が行われていないと判定し、ステップＳ４０７で中継ノード２をスリープモードに遷移させる。振動を検知した場合には（図中のＮＯ）、ステップＳ４０３に戻り、処理を繰り返す。
【００４０】
ここで言うスリープモードとは、無線モジュールの割り込み検出機能のみ動作させることにより、電池の消耗を抑えるモードである。
ステップＳ４０８で振動センサ３０１は振動検出処理を行い、振動が検出された場合には無線モジュール１０１に割り込み通知する。基礎施工作業が再開されたために、振動を検出し無線モジュール１０１に割り込み通知した場合には（図中のＹＥＳ）、ステップＳ４０２に戻り、中継ノード２は再びアクティブモードに遷移する。振動を検出しない場合には（図中のＮＯ）、ステップＳ４０８の判定を繰り返す。
上記は中継ノード２の一連の動作を説明したが、送信ノード１も同様の動作をするので説明を省略する。
【００４１】
＜効果＞
既述したとおり送信ノード１や中継ノード２は電池起動されることが前提となるので、杭基礎施工作業を行わない時間帯（例えば夜間）は電池の消耗を抑える必要がある。実施例３では、基礎施工作業中は常時振動が発生することを利用し、送信ノード１に接続されるセンサ６１と中継ノード２に接続されるセンサ３０１として、振動検出センサを用い基礎施工作業中かを判定し、掘削を行っていないときにスリープモードに遷移することにより省電力化する効果がある。
【００４２】
ただし上記では、センサ６１とセンサ３０１は振動検出センサを用いたが、杭基礎施工作業中における掘削ヘッド４１やロッド３１の振動が検出できるものであれば、振動センサ以外、例えば加速度センサなどのセンサを用いても構わない。
以上述べた実施形態は、本発明を限定するものではない。各実施形態に対して構成要素の変更や追加を行った実施形態を考えることができるが、いずれも本発明の範疇にある。
【符号の説明】
【００４３】
１：送信ノード、２：中継ノード、３：受信ノード、４：監視装置、１１：送信ノードのアンテナ、１２：中継ノードの下端アンテナ、１３：中継ノードの上端アンテナ、２１：有線ケーブル、３１：ロッド、４１：掘削ヘッド、５１：掘削孔、６１：センサ、７１：無線通信距離、１０１：無線モジュール、１０２：合成分配器、３０１：センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎施工において掘削状況や掘削孔に浸されているセメントミルク濃度をほぼリアルタイムで把握するために、掘削ヘッドやロッドに搭載したセンサにより取得した計測情報を、地上の監視装置まで伝送する掘削状態監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎施工では杭を打ち込むための掘削孔（ボーリング孔）を地中深く掘るが、所望の掘削孔となっていることを確認する必要がある。また、掘削孔にセメントミルクを流し込んだ際、掘削孔内のセメントミルク濃度が適切であるかを確認する必要がある。
【０００３】
そこで掘削ヘッドやロッドにセンサを搭載し、センサにより取得した計測情報を地上の監視装置まで伝送する方式として、有線方式および無線方式が用いられる。
有線方式は、計測情報を同軸ケーブル等の有線ケーブルを用いて、地上の監視装置まで伝送する方法である。有線方式は、センサの電源を地上部から供給できる長所があるものの、掘削作業中にロッドを縦列接続する度に有線ケーブルの継ぎ足し作業を行う必要があり、作業員には大きな労力となった。
【０００４】
無線方式のうち、数十ｋＨｚの低周波周波数の磁界結合を利用した、いわゆる低周波磁界方式は、センサにより計測した計測情報を低周波磁界信号に変換した後、送信コイルを用いて地上まで伝送する方法である。地上では低周波磁界信号を受信コイルで検出し、計測情報を抽出した後に監視装置に通知する。現場に杭基礎施工用の大型発電機など大きな電波雑音源を発生する機器がある。この低周波磁界方式では低周波数磁界を用いるが、その機器からの輻射妨害電磁界により、計測情報を伝送する低周波磁界信号に干渉妨害が与えられ、計測データ伝送に多くの誤りが発生する。さらに、数十ｋＨｚの低周波周波数を利用するため、伝送できる信号伝送速度が低くなり、その結果伝送容量も小さい。これら輻射妨害電磁界および伝送容量の問題があるため、計測情報の信頼性の高いリアルタイム伝送をするうえで障害となっている。
【０００５】
また数ＭＨｚ以上の無線周波数を使用する無線方式では、計測情報を無線パケットに格納し地上の監視装置まで伝送するものである。具体的には、特定省電力無線や微弱無線などが用いられる。ただし、泥水中やセメントミルク中では電波減衰が大きいので、掘削ヘッドから監視装置まで直接伝送することは困難である。そこで特許文献１においては、複数台の中継ノードを用い、無線パケットをマルチホップさせることにより計測情報を監視装置まで伝送させる手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、ロッドの上端と下端に中継ノードを設置し、上端の中継ノードと下端の中継ノードを有線ケーブルで接続することにより、ロッド下端の中継ノードで受信した計測情報を、有線ケーブルを介してロッド上端の中継ノードまで伝送し、さらにロッド上端の中継ノードは計測情報を再送信する伝送システムを開示している。特許文献１の伝送システムを用いれば、ロッドを縦列接続する際もロッドの継ぎ足し時に有線方式のような継ぎ足し作業を必要としない。
【０００８】
しかしながら特許文献１の伝送システムは、ロッド１本にあたり２台の中継ノードが必要であるので、深く掘るほど中継ノードのコストがかかる問題がある。さらに、中継ノードは電池起動が前提となるため、中継ノードの台数分だけ電池交換の手間がかかる問題があった。
また中継ノードのホップ数（中継数）が多くなると、計測情報の伝送遅延も比例して大きくなる問題もあった。
【０００９】
本発明の目的は前記した問題点を解決し、杭基礎施工において掘削状況や掘削孔に浸されているセメントミルク濃度をリアルタイムで把握するために無線方式を用いた掘削状態監視システムにおいて、無線信号の減衰が大きい泥水やセメントミルク中であっても、通信信頼性が高く、少ない遅延で計測情報を監視装置へ伝送すると共に、メインテナンスが容易で低廉な掘削状態監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
地上部のモータから縦列接続されるロッドを通じて最深部の掘削ヘッドに動力が伝えられることにより掘削孔を築造する杭基礎施工において、前記掘削ヘッドに掘削状況とセメントミルク濃度を把握するためのセンサと送信ノードを設置し、前記ロッドに中継ノードを設置し、地上部に受信ノードと監視装置を設置することにより、前記送信ノードがセンサを用いて計測した計測情報を含む無線パケットを、前記ロッドに搭載される前記中継ノードを介して地上の前記受信ノードまでマルチホップ伝達する計測情報の伝送方法とし、前記中継ノードは少なくともロッドの上端および下端にアンテナを配置し、下端に設置した下端アンテナ、もしくはロッド上端に設置した上端アンテナで受信した無線パケットを、再送信することで、掘削孔内の無線信号減衰の大きな泥水やセメントミルクであっても、無線信号伝送誤りが少なく通信信頼性が高く、かつ伝送遅延の小さい計測情報伝送と、ロッド内の中継装置を削減することにより、メインテナンスが容易で低廉な掘削状態監視システムとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池交換の手間を低減することができる。さらに、中継数が多い場合でも計測情報の伝送遅延を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における掘削状態情報伝送システムのブロック図である。
【図２】実施例１における中継ノード２のブロック図である。
【図３】実施例２における中継ノード２のブロック図である。
【図４】実施例３における中継ノード２の動作フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
＜図１の説明＞
図１は、実施例１における掘削状態情報伝送システムのブロック図であり、掘削ヘッド４１と、ロッド３１と、送信ノード１と、中継ノード２と、受信ノード３と、監視装置４と、センサ６１を備えている。
【００１５】
＜掘削ヘッド＞
掘削ヘッド４１は杭穴を掘削するためのものであり、地上部のモータからロッド３１を通じて掘削ヘッド４１まで動力が伝送される。ただし、図１は地上部のモータの記載を省略した。掘削ヘッド４１はモータから伝達される動力により回転することにより、所定の深さまで掘削することが可能である。掘削後、掘削ヘッド４１によって掘られた掘削孔５１に杭を打ち込み、さらにセメントミルクを流し込む。
【００１６】
＜ロッド＞
ロッド３１は、地上部のモータの動力を掘削ヘッド４１に伝送するものである。ロッド３１の長さは１０ｍ程度であるから、掘削を進めていくごとにロッド３１を縦列接続していく必要がある。図１は、ロッド３１を２段縦列している例である。
【００１７】
＜送信ノード＞
送信ノード１は、センサ６１を用いて予め決められた周期で掘削状況やセメントミルク濃度の計測処理を行う。さらに、送信ノード１は、予め決められた周期で計測処理により得られたデータを無線パケットとしてアンテナ１２から送信する。
＜センサ＞
センサ６１は掘削状況やセメントミルクノードを計測するために用いられ、送信ノード１と接続されている。
【００１８】
＜アンテナ＞
アンテナ１１は送信ノード１と接続されていて、無線パケットを中継ノード２の下端アンテナ１２に向けて送信する。従って、アンテナ１１の指向性は中継ノード２の下端に設けられたアンテナ１２の方向となる。
また掘削孔５１内は泥水やセメントミルクに浸されるので電波減衰度が大きく、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度となる。従って、ロッド３１の長さに比べて無線パケットの伝達距離は十分に短いために、アンテナ１２から送信した無線パケットは中継ノード２の下端アンテナ１２では受信可能であるが、上端アンテナ１３で受信することは困難である。
【００１９】
＜中継ノード＞
送信ノード１のアンテナ１２から送信された計測情報を含む無線パケットは、ロッド３１の下端アンテナ１２で受信される。アンテナ１２で受信されたパケットは中継ノード２まで伝達され、中継ノード２により上端アンテナ１３を介して再送信される。
以下、中継ノード２の構成の詳細について記す。
図２は、実施例１における中継ノード２のブロック図である。中継ノード２は、無線モジュール１０１、合成分配器１０２、下端アンテナ１２、上端アンテナ１３と同軸ケーブル２１から構成される。
【００２０】
＜無線モジュール＞
無線モジュール１０１は、送信ノード１１や他中継ノード２が送信した計測情報を含む無線パケットを受信した後、他の中継ノード１１や受信ノード３に再送信する機能を有する。
【００２１】
＜下端アンテナ＞
下端アンテナ１２はロッド３１の下端に取り付けられるアンテナであり、アンテナ１１から送信される無線パケットや、縦列接続されるロッド３１の１段下のロッド３１に搭載される中継ノード２の上端アンテナ１３から送信される無線パケットを受信するために用いる。従って、下端アンテナ１２の指向性はアンテナ１１や、縦列接続されるロッド３１の１段下のロッド３１に搭載される中継ノード２の上端アンテナ１３の方向となる。
【００２２】
＜上端アンテナ＞
上端アンテナ１３は、ロッド３１の上端に取り付けられるアンテナであり、縦列接続されるロッド３１の１段上のロッド３１に搭載される中継ノード２の下端アンテナ１２や、受信ノード３のアンテナに向けて無線パケットを送信する。従って、上端アンテナ１３の指向性は、縦列接続されるロッド３１の１段上のロッド３１に搭載される中継ノード２の下端アンテナ１２や、受信ノード３の方向となる。
既述したとおり掘削孔５１内は泥水やセメントミルクに浸されるので電波減衰度が大きく、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度となる。従って、ロッド３１の長さに比べて無線パケットの伝達距離は十分に短いために、上端アンテナ１３から送信した無線パケットは１段上のロッド３１の下端アンテナ１２では受信可能であるが、上端アンテナ１３で受信することは困難である。
【００２３】
＜合成分配器＞
合成分配器１０２は、コネクタａとコネクタｂとコネクタｃの３箇所の接続口を有し、コネクタａとコネクタｂから入力される信号を、合成した後にコネクタｃから出力し、逆にコネクタｃから入力される信号を、コネクタaとコネクタｂから分配出力する機能を有する。
また合成分配器１０２のコネクタaは下端アンテナ１２に、コネクタｂは上端アンテナ１３に、コネクタｃは無線モジュール１０１に接続される。ただし、合成分配器１０２と下端アンテナ１２は、直接接続される必要は無く、ロッド２の長さに応じて同軸ケーブル２１を介して接続する。合成分配器１０２と上端アンテナ１３、合成分配器１０２と無線モジュール１０１についても同様に同軸ケーブル２１を介して接続される。
合成分配器１０２はコネクタaとコネクタｂから入力される信号を合成した後、コネクタｃから出力される機能を有するので、例えばコネクタａとコネクタｂから逆位相の電波が入力された場合、電波を弱め合ってしまう。
【００２４】
しかしながら、既述したとおり掘削孔５１内は泥水やセメントミルクに浸されるので電波減衰度が大きく、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度となる。伝達距離に対してロッド３１の長さは十分に長いために、下端アンテナ１２で受信した無線パケットを上端アンテナ１３で受信することは困難であり、逆に上端アンテナ１３で受信した無線パケットを下端アンテナで受信することは困難である。従って、コネクタaとコネクタｂで同時に同じ電波が入力されることは無いので、問題はない。
以上により、送信ノード１や他中継ノード２が送信した計測情報を含む無線パケットを下端アンテナ１２が受信した際は、合成分配器１０２を介して無線モジュール１０１まで伝送される。計測情報を受信した無線モジュール１０１は、合成分配器１０２を介して計測情報を他の中継ノード１０１に伝送する。
【００２５】
＜受信ノード＞
受信ノード３は、中継ノード２が送信した計測情報を含む無線パケットを受信した際、監視装置４に通知する機能を有する。ここで、受信ノード３と監視装置４は、ＬＡＮケーブル２２等による有線通信路、もしくは無線通信路により接続される。
ただし、掘削ヘッドが地表近くにありロッド３１を使用していない場合は、堀削ヘッド４１のアンテナ１２から送信された無線パケットは、中継ノード２を介すことなく、受信ノード３で受信される。
【００２６】
＜監視装置＞
監視装置４は、受信ノード３により通知された計測情報を作業者が見やすいように、グラフや数値で表示するものである。作業者は、監視装置４の画面を見ることにより、地中内部の掘削ヘッド４１の状態や、掘削孔５１のセメントミルク濃度を把握することが可能である。
【００２７】
＜一連の動作＞
次に具体例１の一連の動作を記す。送信ノード１は、予め決められた周期でセンサを用いて計測処理を行う。計測した情報は無線パケットとして、アンテナ１１から送信される。ここで、使用する無線方式として、微弱無線や特定省電力等どのような方式を用いても構わないが、泥水やセメントミルク中の電波減衰は空気中と比べて大きいので、周波数が低い方が望ましい。
アンテナ１１から送信された無線パケットは、中継ノード２の下端アンテナ１２で受信される。既述のとおり、泥水やセメントミルク中の電波減衰は空気中と比べて大きいので、可能な限り、中継ノード２の下端アンテナ１２は掘削ヘッド４１のアンテナ１１に接近することが望ましい。
中継ノード２の下端アンテナ１２で受信された無線パケットは、合成分配器１０２を介して無線モジュール１０１まで伝達される。
【００２８】
無線モジュール１０１では受信したパケットから計測情報を読み込んだ後、新たに無線パケットに計測情報を記載した後、送信処理を行う。既述したとおり、無線モジュール１０１から送信される無線パケットは、下端アンテナ１２と上端アンテナ１３の両端アンテナから送信さるが、下端アンテナ１２から送信される無線パケットを上端アンテナ１３は受信しない。一方、上端アンテナ１３から送信される無線パケットは、一段上段のロッド３１に搭載されている中継ノード２の下端アンテナ１２により受信される。
以上の動作を繰り返すことにより、数段のロッドを縦列接続することにより、送信ノード１が送信した無線パケットを地上まで送信することが可能である。
【００２９】
地上では受信ノード３が無線パケットを受信した際に計測データを抽出し、監視装置４に通知する。受信ノード３と監視装置４は、ＬＡＮケーブルやその他の無線/有線ケーブルより接続される。
監視装置４は、受信ノードから通知を受けた計測情報を作業員の把握しやすいように、数値化やグラフ化したのち、監視装置上の画面に表示する。もしくは、図１には図示していないが、監視装置４が直接、掘削ヘッド４１の動力源である地上部の電動機や動作電源を生成する発電機を制御しても構わない。
【００３０】
＜アンテナの補足＞
掘削中は掘削ヘッド４１の摩擦を減らすために、掘削孔５１は泥水で浸される。さらに掘削後は、セメントミルクに浸される。泥水やセメントミルクは、空気と比べて電気導電率が高く電波減衰度が大きいために、無線パケットの伝達距離は数十センチ程度である。
従って、送信ノード１のアンテナ１１と中継ノード２の下端アンテナ１２は、可能な限り接近させることが望ましい。同様に、中継ノード２の上端アンテナ１３と他の中継ノード２の下端アンテナ１２や、中継ノード２の上端アンテナ１３と受信ノード３のアンテナも、可能な限り接近させることが望ましい。
また、アンテナ１２、下端アンテナ１２、上端アンテナ１３は、泥水やセメントミルク中で使用するので防水加工が必要であり、さらに掘削時に岩盤等の接触により破損しないように、強固な筐体にすることが望ましい。
【００３１】
＜ケーブルの補足＞
ロッド３１は１０ｍ程度あるで、ロッド３１の中央に中継モジュール２を設置した場合、下端アンテナ１２と上端アンテナ１３は有線ケーブル２１を用いて接続する必要がある。有線ケーブル２１は同軸ケーブルなど低損失ケーブルを用いることが望ましい。また、掘削中に岩石等の接触により有線ケーブル２１の破損を防止するために、保護導管内に収めることが望ましい。
【００３２】
＜実施例１の補足＞
実施例１では、送信ノードから複数台の中継ノード２によってマルチホップした後、地上の受信ノード３まで伝達するシステムの具体例を記したが、監視装置４から中継ノード２や送信ノード１の状態を制御する際は、実施例１と逆の動作をさせれば良い。
また実施例１では、送信ノード１のみセンサ６１と接続されていて定期的に計測処理を実施したが、中継ノード２にもセンサが接続され、定期的に計測処理を実施しても構わない。
以上説明した実施例ではロッド３１の１個当たり、中継ノードを１個としているため、コスト、中継による伝送遅延、作業者が電池を交換する手間を低減することができる。
【実施例２】
【００３３】
実施例１では、送信ノード１から送信した計測情報を含む無線パケットを複数台の中継ノード２を介して地上の受信ノード３まで伝送するシステムについて記した。実施例２では、送信ノード１だけではなく中継ノード２にもセンサ３０１を接続する例について記す。送信ノード１だけではなく中継ノード２にもセンサ３０１が接続されるので、より詳細に掘削状況やセメントミルク濃度を把握することが可能となる一例を以下に説明する。
【００３４】
＜図３の説明＞
図３は、実施例２における中継ノード２のブロック図である。ただし、合成分配器１０２と、下段アンテナ１２と、上段アンテナ１３と、有線ケーブル２１は図２と同様の機能を有するので説明を省略する。センサ３０１は無線モジュール１０１に接続されている。
【００３５】
＜無線モジュールの機能＞
無線モジュール１０１は、計測情報を含む無線パケットを中継する機能を有するとともに、予め決められた周期でセンサ３０１を用いて計測処理を行い、計測結果を無線パケットとして受信ノード３を送信先として送信する。その際、具体例１と同様に、中継ノード２と受信ノード３が直接、無線パケットの送受信を行う必要は無く、複数の中継ノード２を介して、無線パケットのやり取りが出来ればよい。
【００３６】
＜効果＞
実施例２の効果の一例として、送信ノード１１と接続されるセンサ６１と、中継ノード２に接続されるセンサ３０１にセメントミルク濃度計測用センサを用いた場合について記す。
実施例１では、セメントミルクの濃度を計測する際、掘削ヘッド４１にのみセメントミルク濃度計測用センサが接続されているので、掘削孔５１内のセメントミルク濃度分布を把握するためには、送信ノード１を掘削孔５１内において上下に動かしながらセメントミルク濃度を計測する必要がある。一方、実施例２では中継ノード２にもセメントミルク計測用センサが接続されているので、掘削ヘッド４１を上下することなく、掘削孔５１内におけるセメントミルク中の濃度分布を計測することが可能となる。
【実施例３】
【００３７】
実施例２では、送信ノード１だけではなく中継ノード２にもセンサを接続することにより、送信ノード１にのみセンサを接続した場合に比べて、より詳細に掘削孔５１のセメントミルク中の濃度分布を計測することが可能であることを述べた。
実施例３では、基礎施工作業中は常時振動が発生することを利用し、送信ノード１に接続されるセンサ６１と中継ノード２に接続されるセンサ３０１として、振動検出センサを用いることによる省電力化について記す。
【００３８】
＜図４の説明＞
図４は、実施例３における中継ノード２の動作フロー図である。以下、図４を用いて実施例３を説明する。
＜中継ノードの一連の動作＞
ステップＳ４０１で掘削状態情報伝送システムに電源投入された際、ステップＳ４０２で中継ノード２はアクティブモードに遷移する。ここで記すアクティブモードとは、無線モジュール１０１の全ての機能が動作可能な状態であり、送信ノード１や他の中継ノード２が送信した無線パケットを受信した場合、再送信する機能と、予め決められた周期で振動検出センサ３０１を用いて振動が発生しているか検知することにより、掘削中かどうかを判定する機能を有す。
【００３９】
ステップＳ４０３で無線モジュール１０１が送信ノード１や他の中継ノード２から送信された無線パケットを受信した場合には（図中のＹＥＳ）、ステップＳ４０４で無線モジュール１０１は、他の中継ノード２や受信ノード２に向けて無線パケットを再送信する。
また、ステップＳ４０５で無線モジュール１０１は、アクティブモードにおいて予め決められた周期で、振動検出センサ３０１を用いて振動検出処理を行う。ステップＳ４０３で無線パケットを受信しない場合には（図中のＮＯ）、ステップＳ４０３での処理を繰り返す。
また、ステップＳ４０６において監視装置４は、ステップＳ４０５における振動検出処理による振動の検出結果を判定する。一定時間の間振動を検知できない場合には（図中のＹＥＳ）、監視装置４は基礎施工作業が行われていないと判定し、ステップＳ４０７で中継ノード２をスリープモードに遷移させる。振動を検知した場合には（図中のＮＯ）、ステップＳ４０３に戻り、処理を繰り返す。
【００４０】
ここで言うスリープモードとは、無線モジュールの割り込み検出機能のみ動作させることにより、電池の消耗を抑えるモードである。
ステップＳ４０８で振動センサ３０１は振動検出処理を行い、振動が検出された場合には無線モジュール１０１に割り込み通知する。基礎施工作業が再開されたために、振動を検出し無線モジュール１０１に割り込み通知した場合には（図中のＹＥＳ）、ステップＳ４０２に戻り、中継ノード２は再びアクティブモードに遷移する。振動を検出しない場合には（図中のＮＯ）、ステップＳ４０８の判定を繰り返す。
上記は中継ノード２の一連の動作を説明したが、送信ノード１も同様の動作をするので説明を省略する。
【００４１】
＜効果＞
既述したとおり送信ノード１や中継ノード２は電池起動されることが前提となるので、杭基礎施工作業を行わない時間帯（例えば夜間）は電池の消耗を抑える必要がある。実施例３では、基礎施工作業中は常時振動が発生することを利用し、送信ノード１に接続されるセンサ６１と中継ノード２に接続されるセンサ３０１として、振動検出センサを用い基礎施工作業中かを判定し、掘削を行っていないときにスリープモードに遷移することにより省電力化する効果がある。
【００４２】
ただし上記では、センサ６１とセンサ３０１は振動検出センサを用いたが、杭基礎施工作業中における掘削ヘッド４１やロッド３１の振動が検出できるものであれば、振動センサ以外、例えば加速度センサなどのセンサを用いても構わない。
以上述べた実施形態は、本発明を限定するものではない。各実施形態に対して構成要素の変更や追加を行った実施形態を考えることができるが、いずれも本発明の範疇にある。
【符号の説明】
【００４３】
１：送信ノード、２：中継ノード、３：受信ノード、４：監視装置、１１：送信ノードのアンテナ、１２：中継ノードの下端アンテナ、１３：中継ノードの上端アンテナ、２１：有線ケーブル、３１：ロッド、４１：掘削ヘッド、５１：掘削孔、６１：センサ、７１：無線通信距離、１０１：無線モジュール、１０２：合成分配器、３０１：センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削孔の掘削状態を監視する掘削状態監視システムであって、
該掘削状態監視システムは、前記掘削孔を掘削する掘削ヘッドと、該掘削ヘッドを駆動する動力を地上から伝送するロッドと、前記掘削状態に係る伝送情報を受信する受信ノードを備え、
前記掘削ヘッドは、
前記掘削状態に係る情報を計測するセンサと、
該センサが計測した前記掘削状態に係る情報に基づき所定の計測処理を行い前記伝送情報である無線パケットを生成する送信ノードと、
該送信ノードが生成した前記無線パケットを送信するアンテナを有し、
前記ロッドは、
前記前記無線パケットを受信する第１のアンテナと、
該第１のアンテナが受信した前記無線パケットを中継する中継ノードと、
該中継ノードが中継した前記無線パケットを送信する第２のアンテナを有し、
前記ロッドが前記掘削孔の掘削方向に複数設けられた場合には、
前記ロッドのうち前記掘削ヘッドに最も近いロッドの、第１のアンテナが前記掘削ヘッドの有するアンテナが送信した前記無線パケットを受信して、第２のアンテナが前記無線パケットを前記掘削ヘッドとは反対側に位置する前記ロッドの第１のアンテナへ送信し、
前記ロッドのうち前記受信ノードに最も近いロッドの、第１のアンテナが前記受信ノードとは反対側に位置する前記ロッドの有する第２のアンテナが送信した前記無線パケットを受信して、第２のアンテナから前記受信ノードへ送信することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記ロッドが有する中継ノードは、前記第１のアンテナ、もしくは前記第２のアンテナが受信した無線パケットを合成する合成分配器と、受信した無線パケットを他のロッドへ再送信するための無線モジュールを備えることを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項３】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記センサは前記掘削孔におけるセメントミルク濃度を計測することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項４】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記センサは前記掘削ヘッドにおける振動を計測することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項５】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記ロッドは前記掘削状態に係る情報を計測するセンサを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項６】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記掘削ヘッドの送信ノードは、前記掘削状態に係る伝送情報を送信する必要のない場合には送信動作を停止するスリープモードを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項７】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記ロッドの中継ノードは、前記掘削状態に係る伝送情報を中継する必要のない場合には中継動作を停止するスリープモードを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項８】
請求項４に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記掘削ヘッドの送信ロッドと前記ロッドの中継ノードは、前記センサが計測した前記掘削ヘッドにおける振動量に基づき送信動作または中継動作を停止するスリープモードを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項１】
掘削孔の掘削状態を監視する掘削状態監視システムであって、
該掘削状態監視システムは、前記掘削孔を掘削する掘削ヘッドと、該掘削ヘッドを駆動する動力を地上から伝送するロッドと、前記掘削状態に係る伝送情報を受信する受信ノードを備え、
前記掘削ヘッドは、
前記掘削状態に係る情報を計測するセンサと、
該センサが計測した前記掘削状態に係る情報に基づき所定の計測処理を行い前記伝送情報である無線パケットを生成する送信ノードと、
該送信ノードが生成した前記無線パケットを送信するアンテナを有し、
前記ロッドは、
前記前記無線パケットを受信する第１のアンテナと、
該第１のアンテナが受信した前記無線パケットを中継する中継ノードと、
該中継ノードが中継した前記無線パケットを送信する第２のアンテナを有し、
前記ロッドが前記掘削孔の掘削方向に複数設けられた場合には、
前記ロッドのうち前記掘削ヘッドに最も近いロッドの、第１のアンテナが前記掘削ヘッドの有するアンテナが送信した前記無線パケットを受信して、第２のアンテナが前記無線パケットを前記掘削ヘッドとは反対側に位置する前記ロッドの第１のアンテナへ送信し、
前記ロッドのうち前記受信ノードに最も近いロッドの、第１のアンテナが前記受信ノードとは反対側に位置する前記ロッドの有する第２のアンテナが送信した前記無線パケットを受信して、第２のアンテナから前記受信ノードへ送信することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記ロッドが有する中継ノードは、前記第１のアンテナ、もしくは前記第２のアンテナが受信した無線パケットを合成する合成分配器と、受信した無線パケットを他のロッドへ再送信するための無線モジュールを備えることを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項３】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記センサは前記掘削孔におけるセメントミルク濃度を計測することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項４】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記センサは前記掘削ヘッドにおける振動を計測することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項５】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記ロッドは前記掘削状態に係る情報を計測するセンサを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項６】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記掘削ヘッドの送信ノードは、前記掘削状態に係る伝送情報を送信する必要のない場合には送信動作を停止するスリープモードを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項７】
請求項１に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記ロッドの中継ノードは、前記掘削状態に係る伝送情報を中継する必要のない場合には中継動作を停止するスリープモードを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【請求項８】
請求項４に記載の掘削状態監視システムにおいて、前記掘削ヘッドの送信ロッドと前記ロッドの中継ノードは、前記センサが計測した前記掘削ヘッドにおける振動量に基づき送信動作または中継動作を停止するスリープモードを有することを特徴とする掘削状態監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２１９７（Ｐ２０１３−２１９７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６１４９（Ｐ２０１１−１３６１４９）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１７６５１２）三谷セキサン株式会社 (91)
【出願人】（５０４０６６０８１）株式会社レーザック (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００１７６５１２）三谷セキサン株式会社 (91)
【出願人】（５０４０６６０８１）株式会社レーザック (11)
【Ｆターム（参考）】
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