JPH0343596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音響信号を発生・送信するための特に
地球物理学の調査目的で地上及び海中に地震信号
を発生・送信するための装置と方法に関する。

本発明は特に、調整されたスペクトル型をもつ
広帯のスペクトルエネルギーを発生する符号化送
信に使うのに適した通常、方形波を生み出す音響
信号エネルギーを発生するための方法と音響源を
提供するのに適したものである。そのような送信
は特に地球物理学の調査にとつて役立つものであ
るが更に通信や他の信号伝達及び反響位置決め目
的に対しても適用できる。

海洋での地震調査においては、火薬、空気銃又
は振動器などのような広帯の音響源がしばしば使
われる。そのような音響源は対象の信号エネルギ
ーの最高周波数における波長の半分よりも深いと
ころに設置してはならない。これは対象の周波数
帯内におけるゼロスペクトルを避けるためであ
る。そのような深さの制約は音響源をとり巻く媒
体（水）内における空洞のため音響源のスペクト
ル出力レベルを制限する。これは特に、音響源の
圧力振幅の負の振幅がほぼゼロ圧になつたとき、
空洞傾向又は表面近くで見られるような空気の入
つた水中における引つ張り応力下での液体の破裂
のため、浅瀬において音響源に対して問題を与え
る。正弦（Sinusoidal）の波形をもつ信号のよう
な対形称信号では、信号の正の部分の山は空洞の
生ずる負の部分の振幅に制限される。この上限に
達したとき所定の深さに対して音響源の最大出力
が達せられる。

同様に運搬車の自重によつて得られるような適
切な力で地表面に対して偏倚された地上の正弦波
音響源のような対称形の信号源に対して、最大の
正弦波力は、その源を地面と常に接するようにす
るために表面に及ぼしている自重の力を越えるこ
とはできない。

多くの場合、信号の負の振幅のとき媒体の引つ
張り強さに近ずくことさえ好ましくない。液体の
媒体の中においては脱気又は調整された拡散が起
り、固体の媒体の表面においては初期接触が起
り、送信信号をゆがめ又続く信号処理段階を減少
する非線型になる。

本発明は対象の周波数帯内で信号のパワーを最
大にする方法を提供することであり、この方法は
媒体の有限な引つ張り強さによる制約を最少にす
る。例えば負の圧力が空洞を作るような海の浅瀬
又は負の加速度が土と信号源との間で間けつ的接
触（bouncing−はね返り）を生じさせる地表面
において、信号源と媒体との境界面で大きな引つ
張り力を維持できない水や大地のような媒体に音
響エネルギーを結合するのに本発明による信号発
生の方法と信号源は特に有用である。従つて空洞
や、大地から信号源が持ち上がることは送信され
るパワーを制限するのに殆んど制約にならない。
又、その方法は要求された負の圧力又は音響信号
の応力エクスカーシヨン（Stressexcurtion）を
前述の周波数帯内の所定の広域のパワーレベルで
最少にし、それによつて、信号伝達作用を減少す
る媒体の非線型行動の機会を最少にする。

本発明は又、調節された形の広域のスペクトル
エネルギーを生産する方形波の符号化送信に使う
のに適している。そのような符号化送信は、ダビ
ツト．E.ネルソンの名前で出願され同一人に譲渡
された米国特許出願に記載された装置と方法とに
よつて生成される。これらの送信はオクターブの
周波数帯をおおう準周期的トレインの中でほぼ方
形波から成つている。波の形はｎを整数としたと
き倍音数3nのような多くのオクターブでない倍
音を減少又は削除するように調節される。特に、
媒体の中で一方向に力を発生する方形波の部分の
持続が波の反復周波数の３分の１のとき倍音数
3nをもつオクターブでない倍音は削除される。
複数個のそのような方形波は本発明によつて提供
された一連のいくつかの源又は信号源によつて生
成され、その結果基本スウイープのオクターブよ
り上のいくつかのオクターブを含む周波数帯を越
えての伝達が行なわれる。そのような伝達は、狭
い主ローブ（lobe）と低い側ローブエネルギーを
もつ自己相関関数を持つており、地球物理学調査
技術において周知の相関技術によつて高分解震動
記象を作るのに特に適している。

本発明によつて生成される信号は、時間平均値
に関して負の部分よりも実質的に高い振幅をもつ
正の部分を有する一般的な方形波である。この非
対称形波は、力の時間平均値に関して媒体上で他
の方向に生成される力と本質的に違う１つの方向
へ媒体内で力を生成する音響力発生源によつて、
本発明にもとずいて作られる。この発生源は、バ
イレベル力発生器と呼ばれる。

発生源と媒体の境界での引つ張り力抑制の存在
において、バイレベル発生器は正弦波を生成する
振動器の様な対称形の力発生器によつて伝達され
るよりももつと大きな力を媒体に境界面を破壊す
ることなく伝達する。バイレベル発生源で生成す
る媒体内のスペクトルレベルは境界面で等しい引
つ張り応力を生成する正弦波のスペクトルレベル
より特定の場合6dB高く、同一時間にバイレベル
信号によつて占有される領域を越えてしばしばお
おわれる。

本発明によるバイレベル発生源は水圧で作動
し、圧力を高圧と低圧即ち供給圧と戻り圧とに切
り換えるバルブを持つている。供給圧及び戻り圧
はポンプの吐出側の圧力と水力供給内の貯水器の
入力側の圧力を意味する。圧力の切換は切換力特
性をもたらし、そのためその発生源は負荷に連結
されたピストンのアナログ制御が連続的にバルブ
計量オリフイスを横切つて実質的な圧力降下を要
求する正弦波を伝達する比較し得る発生源よりも
著しく高い効率を示す。

一連のバイレベル源は、それらの出力が、前記
のダビツト．E.ネルソンの出願に記載された手段
と方法に従つて、所定の周波数帯を横切つてスペ
クトルを制御する目的で、及び低い側ローブレベ
ルを示す自己相関関数を提供するため一連の符号
を伝達するように加算するような方法で使用でき
る。

単独の発生源も本発明によつて提供され、ｎ−
レベルの力を生成する。ここにｎは組合せのバイ
レベル源の数に相当する。ｎ−レベルの源も供給
と戻り圧の間で圧力を水力切換することによつて
得られ、ｎ力レベルを力を媒体に連絡させるピス
トンに及ぼす。各力を個々に制御するために独立
した別個のバルブが使用され、これによつて、ｎ
−レベルの源が、その組成スペクトルと自己相関
関数が符号に従つて制御される符号信号列を効果
的に伝達するために使用できる。

本発明の特徴は、低い自己相関側ローブ特性、
弱い境界の存在中での高いパワー伝達能力及び切
換水圧による高効率とを示す高出力音響信号の生
成と伝達を可能にする装置と方法を提供すること
である。

発生器は、正弦波のような対称波形を伝達し、
発生源と媒体との間の境界における媒体の引つ張
り強さによつて偏位を制限される従来の発生器の
多くの制約を克服するバイレベル又はｎ−レベル
発生器であるのがよい。（たとえば米国特許番号．
3106982；3329930；3363720；3394775；
3430727；3482646；3840090；及び4049077を参
照）又特許番号3162365には、デイジタル信号を
水圧の相当するアナログ変位に変えるためのデイ
ジタル制御方式が記載されているが、しかしバイ
レベル又はｎ−レベル音響信号の生成には関係し
ていない。

従つて本発明の目的は、音響信号を媒体（大地
又は水）の中に生成伝達するための装置と方法を
提供することであり、この装置と方法は、信号の
振幅が媒体の引つ張り強さによつて制限されてい
るとき、正弦波又は同様の対称形信号によつてな
されるよりも媒体の中へ大きな出力を送信する。

更に本発明の目的は、従来の音響源よりも高い
出力変換効率を持つ改良された音響信号源を提供
することである。

本発明の更に次の目的は、信号の自己相関関数
の制御されたスペクトル形と制御された側ローブ
レベルを示す符号化送信に適している波形を持つ
音響信号を生成するための改良された装置と方法
を提供することである。

本発明の更に次の目的は、軽重量で信頼性が高
く、維持の簡単な改良された高出力地震信号源を
提供することである。

概説すると、本発明は、音響信号を有限の引つ
張り強さを有する媒体の中へ可動の連結部材を媒
体に接触させることによつて送り込むことによつ
て達成される。部材には反対方向に力がかけら
れ、媒体には交互に連結部材と媒体との間の境界
面に存在する平均圧力又は応力に関して圧縮と引
つ張りの応力を及ぼし、その応力の及ぼされる時
間は圧縮力の時間の方が引つ張り力の時間よりも
短かい。引つ張り力の波形はほぼ方形をしており
又信号は少なくとも２つのレベルを持つている
（即ちバイレベル）。圧縮力のかかる時間は、音響
信号エネルギーの帯の上方の周波数限界の周期の
半分以上である。圧縮と引つ張り力信号の対の時
間は音響信号の反復周波数であり、音響信号エネ
ルギーの帯の低周波数限界を示す。音響信号は通
常反復周波数を持つており、それがオクターブの
様な前述の帯をおおう。反復周波数の擬似乱
（pseudo random）変調は又可能である。作用す
る力の振幅は調節して圧縮力と引つ張り力振幅比
がそれらの作用時間に反比例するようにするのが
よい。発生源システムはバイレベル力が送信され
ても平衡を保つている。

本発明の前述及びその他の目的は、特徴並びに
利点は動作のモードや、その好適な実施例と共に
添付の図面に関連して以下の記述を見ればより明
らかになるであろう。

まず第２ｃ図に電源を振動するための運搬車の
偏倚重量であることのできる静的の力、又は振動
器がおかれた水中の深さにかかる周囲圧力（絶対
圧）に比例する力である静的の力を変調する正弦
波の力が示されている。時間の関数としての力Ｆ
(t)はバイアス力に関して対称形であり、このバ
イアス力も又平均値であつて_AVEと書く。

バイレベル力は波形２ｂに示す。この力は第２
ａ図に示す制御信号Ｅ(t)に反応して生成される。

バイレベル力を生成する発生源は第１図に図式
に示す。大地又は海の場合には水に当たる音響信
号を受ける媒体は、Ｍによつて示されている。
RDによつて示す連結部材と媒体Ｍとは境界面Ｉ
を形成している。水力作動子HAは連結部材RD
を媒体Ｍの方向又は反対方向に駆動する。正の静
絶対圧が作動子HA上のバイアス力で示す様に
境界面に使用する。ポンプＰと貯蔵器RSを含む
水力供給源は高圧の水流を供給圧P_Sと戻り圧P_R
として与える。この水圧供給源は電磁水圧弁Ｖに
連結している。蓄圧器ACが弁の近くに連結され
て圧力P_SとP_Rをほぼ一定に保つている。弁Ｖは、
第２ａ図に示すような電気制御信号Ｅ(t)を弁に及
ぼす制御信号発生器CSGによつて制御される。
これらの信号は、発生源で生成し媒体の中へ伝達
されるバイレベル力信号のタイミングを規定す
る。その信号は方形であり、それにより弁Ｖは作
動水圧を供給圧と戻り圧との間の水力作動子HA
に切り換え、従つて発生源の作動効率を増強す
る。平均値力_AVEに関して、最大のピーク力F^₊
とF^_-との間で変動する力信号の振幅は出力作動
子HAの作動によつて与えられる。信号F^_-の負の
部分は_AVEに関して媒体から遠ざかる方向にあ
る。_AVEは発生源を地面に押さえ付けている運
搬車のバイアス荷重であるか又は発生源の海中の
位置における周囲圧（絶対値）に比例する力であ
る。

第２ｂ図は、負の部分F^_-の振幅よりも大きい
振幅を持つ正の部分F^₊を有する好適なるバイレ
ベル信号を示す。信号の正の部分の作用時間は負
の部分の作用時間に比べて短かい。定義によれ
ば、信号の時間平均はゼロである、即ち F^₊（T₃−T₂）＝F^_-（T₂−T₁） (1) 信号の正、即ち圧縮部分の作用時間はT₃−T₂
である。信号の負、即ち引つ張り部分の作用時間
はT₂−T₁である。正と負の力の振幅比は夫々の
作用時間に反比例している。即ち、 F^₊／F^₊＝（T₂−T₁）／（T₃−T₂） (2) 発生源と媒体の境界面での空洞化又ははね上が
りを避けるため、信号はゼロの力軸に関して負の
力にならない必要がある。これは正弦波に対して
も、バイレベル信号に対してもあてはまる。特定
の場合を第２ｂと第２ｃ図に示しここではA^_-は
Ｆ_AVE、即ち境界面の仮定引つ張り強さに等しく
なつている。正弦波及びバイレベル信号の最大出
力は下記の等式(3)と(4)とで与えられる。

F^_-＝F_AVEとすれば W_{sioe wave}＝Ｂ／２（F_AVE）² (3) W_bi-level＝Ｂ〔（F_AVE）²（T₂−T₁）＋（F₊／F_-）²
（T₃−T₂）〕１／（T₃−T₁） ＝Ｂ（F_AVE）²〔（T₂−T₁）／（T₃−T₁）＋（F^₊／
F^_-）²（T₃−T₂）／（T₃−T₁）〕(4) （T₃−T₂）≪（T₃−T₁）なる短かい正パルス
に相応する作用時間（T₂−T₁）が信号（T₃−
T₁）の周期にほぼ等しいような特殊な場合は、
バイレベル最大出力はほぼ W_bi-levelＢ（F_AVE）²〔１＋F^₊／F^_-〕 (5) となる。

この特定の場合、バイレベルの最大出力と正弦
波の最大出力の比は W_bi-level／W_{sioe wave} ＝２〔１＋（F^₊／F^_-）〕 (6) となる。

この出力比は、正のパルスの作用時間がゼロに
近ずくと無限大になる。F^₊／F^_-の比が大きくな
ると、一連のバイレベル信号の場合信号のスペク
トルレベルは対応する正弦波のスペクトルレベル
より6dB高い方へ近ずくことが理解される。

従つて、バイレベル信号は、正弦波がF^₊／F^_-
の比及び増強したスペクトルレベルでの正弦波に
相対的に増大した出力を示すとき負の極性に同一
の破壊閾値を強いる。

第３図に示す様に、信号要素の帯の幅はその要
素の正及び負の部分の持続時間に依存する。第２
ｂ図において、信号要素は時間（T₃−T₁）内の
波形である。正即ち圧縮力の持続時間（T₃−T₂）
は信号要素のスペクトルにおける平らの部分に対
する周波数上限の周期のほぼ半分である。

信号全体（T₃−T₁）の持続時間（T₃−T₁）
は、信号要素のスペクトルにおける低周波数限界
のほぼ１周期である。これらの周波数限界はスペ
クトルのレベルが周波数と共に変わるのでスペク
トルレベルの3dB下の点として決められる。信号
要素が時間で反復されると第３図のスペクトルは
線スペクトルの包絡線になり、個々の線は反復周
波数に等しい距離だけ離れている。反復周波数が
オクターブ以上でスウイープされるとき、前記参
照した出願番号730752に見られるように連続スペ
クトルが波動とともに再現する。

バイレベル信号の好適な形は、信号の反復周波
数がオクターブの周波数領域を横切つてスウイー
プされるときオクターブでない倍音を減少又は削
減するものであるのがよい。この場合、正の部分
（T₃−T₂）の持続時間は反復周期（T₃−T₁）の
３分の１であるのが望ましい。信号の任意の周期
の波形である各信号要素は同一のF^₊／F^_-比を維
持するように構成されている。さらにF^_-の絶対
値は一定に保持される。

前記のダビツト．E.ネルソンの出願に記されて
いるように、基礎オクターブ帯を横切つて同時に
スウイープされ、正と負の部分の持続時間の同一
の比をもつバイレベル信号のグループ分けは、ス
ペクトルのオクターブでない倍音を減少又は削減
する相対的な時間変位を持つ様に選択される。オ
クターブの倍音帯をスウイープする追加バイレベ
ル信号を、スペクトルを増大し帯内で所望のスペ
クトル形を得るために添加してもよい。平らなス
ペクトルを、いくつかのオクターブの広がりであ
る周波数帯にわたつて生成してもよい。列の時間
変位は、一般の時計と関連した制御信号を弁に対
して生成する制御信号発生器によつて得られる。
各バイレベル信号の完全な振動は、その信号を生
成する水力作動子のデザインの関数であり、後述
するように、作動子内の連結部材を駆動するピス
トンに適切な駆動面積を選定して得られる。一連
の信号列は、以下に第１４から１７図に関連して
記述するように、別個の発生源又はｎ−レベルの
発生源を使用して発信される。

第４図と第５図に反復周期がオクターブを越え
てスウイープされる２つのバイレベル信号が示さ
れている。第４図は正の力の山F^₊とその正の力
のパルス幅の持続時間がスウイープ全体にわたつ
て一定である場合を示す。信号の時間平均をゼロ
にするため負の力の山F^_-はスウイープの間に変
化する。

第５図において、バイレベル信号は又オクター
ブをスウイープするが、正の部分のパルスの幅は
反復周期に逆比例して変化する。正と負の部分
F^₊とF^_-は共にスウイープの間一定に保たれる。
第５図に示す信号の場合は媒体の中へ伝達される
力はスウイープの間中一定である。第５図に示す
バイレベル信号は好適なもので、前記のダビツ
ト．E.ネルソンに開示の信号デザインと適合し、
帯内の所望のスペクトル形の地震信号エネルギー
の供給が自己相関関数上に低い側ローブレベルを
達成するのを可能にする。

第２図から方形のバイレベル信号は、与えられ
た引つ張り強度の媒体に対して媒体への出力を最
大にすることが理解される。この引つ張り強度は
通常拘束閾値（スレシユホールドコンストレイン
ト）と言われる。方形の波形は負の極性力が信号
の帯幅拘束と合致するだけ充分長い時間閾値に維
持されるのを可能にする。これは負の許容最大力
一時間積（波の下の領域）を可能にし、それから
正の最大力一時間積を許容する。なぜなら波の両
半分の領域の平均はゼロであるからである。信号
の負の部分は最大の負の領域を得るため方形の形
状でなければならない。正の部分は第２ｂ図、第
４、第５図に示すように方形の形状であるのがよ
い。しかし、前述の帯幅内でスペクトルエネルギ
ーを適切な形状にするために必要ならば三角形又
は、半コサイン又は他の形状を使つてもよい。水
力作動子（HA、第１図）を最大効率を与える切
換増幅器として働らかせることを可能にするの
で、出力変換効率の上から正の極性部分に対して
は方形波が好適である。

次に、第６図に、海洋で使うバイレベル地震信
号源を示す。信号源はハウジング１０を持つてい
る。ピストン１２の形をした連結部材はその外表
面において水媒体との境界を構成している。ピス
トン１２はハウジング１０とそのふち周り１４で
シールされており又ピストン１２の後面は空洞１
５に面している。他のシールは図解を簡単にする
ため示されていない。ハウジング１０は駆動ピス
トン２４によつて容積可変の２つの領域17と18と
に分割されたもう１つの空間をもつている。駆動
ピストンはシヤフト１３によつて連結ピストン１
２に接続されている。両ピストン１２と２４及び
シヤフト１３とは互いに同軸になつている。駆動
ピストンは２つの駆動面A₁とA₂とを持つている。
四方電気式水力弁１６は水力源を通路１９と２０
とによつて駆動領域17と18に接続している。蓄圧
器２１と２２とがバルブの近くに連結している。
動力源からの供給と戻り接続は蓄圧器の接続の近
くにあるのがよい。バルブ１６は迅速作動スイツ
チを備えており、駆動領域17と18の中の圧力を２
つの圧力状態P_SとP_Rとに切換える。バルブは電
気的に作動するパイロツトステージとパイロツト
ステージによつて水力制御されるパワーステージ
とを持つている。バルブ１６のパワーステージ部
分は、バルブが任意の開状態にあるときバルブの
口における圧力損失を最少にするため充分に大き
くなければならない。このようにして17と18の領
域にある圧力は供給と戻り圧の間で切換えられ
る。

第２ａ図に示す波形を持つ電気制御信号E_INが
バルブ１６に接続され、バルブを制御する。バイ
レベル信号の正の間で境界の方向に水に外向きの
力が加わつているとき供給圧は領域17にあり戻り
圧は領域18にある。駆動領域18の中の圧力がバル
ブ１６で供給圧に切り換えられると他の駆動領域
17の中の圧力は戻り圧に切り換えられ、内側に向
かう、即ち境界面から離れる負の力が発生する。

空洞１５はP_Gで示した圧力ガス源からの空気
のような気体で満たされている。空洞１５内の圧
力は圧力P_Bに設定される。第６図の実施例にお
いて、P_Bは周囲の水媒体圧力P_Aに等しく設定さ
れている。圧力P_BはＰＡよりも高くてもよく、
海中発生源の他の実施例においてはP_Aよりも高
い。そのような１つの実施例を第７図によつて以
下に記述する。第６図の実施例においては駆動ピ
ストン２４の両側の駆動面積A₁とA₂とは等しく
なく、A₁の方がA₂よりも大きい。

連結ピストン１２は重量部材であり、ピストン
と空洞１５内に詰まつた空気との共鳴周波数は対
象の最低作動周波数よりも低い。従つてピストン
の加速はそれを駆動するバイレベル力に比例す
る。信号源そのものは対象の周波数（それは約10
から200Hzであり得る）の波長に比べて小さい。
従つて遠い場所の音響圧は連結ピストンの容積加
速度と連結ピストンを駆動するバイレベル力とに
比例する。遠い場所におけるピストン１２の軸上
の放射圧力Ｐ(t)はぼほ次式で与えられる。

Ｐ(t)＝ρ／4π〓〔Q〓(t)〕 (7) ここにρは水の密度で、γは遠方にいる観測者
までの距離でQ〓(t)は連結ピストンの容積加速度で
ある。又 Q〓(t)＝A_P〔ａ(t)〕 (8) ここにａ(t)はピストンの直線加速度でＡはその
面積である。ピストンの直線加速度は、ピストン
に及ぼされる力を連結ピストン１２、シヤフト１
３、駆動ピストン２４の質量及び連結ピストン１
２と水媒体の境界における近接流体の質量の慣性
を含めたピストンアセンブリの質量の和で割つた
ものに等しい。領域17と18内の圧力が供給圧と戻
り圧とで切り換えられ、面積A₁とA₂とが等しく
なければ、連結ピストンに及ぼされる駆動力も等
しくなく、従つて第２ｂ図に見られるようなバイ
レベル力が発生する。遠方の音響圧力もバイレベ
ルの音響信号に対応してバイレベルになる。

ピストン１２に及ぼされるバイレベル力の時間
平均はゼロでなければならない。さもなければピ
ストンは充分に周期動しない。系の平衡は継続反
復を含む信号の要素の送信の間、維持される。数
百の、たとえば200の、そのような要素が、反復
周波数においてオクターブをスウイープする送信
の一部として用意される。等式(1)と(2)の条件を適
用する。F^₊はピストン１２上の外側を向いた力
でF^_-は内側を向いた力である。そして簡単のた
めにP_Rをゼロとすると F^₊＝（P_B−P_A）A_P＋P_SA₁ (9) F^_-＝−（P_B−P_A）A_P＋P_SA₂ (10) 等式(9)は圧力Ｐが領域17に切り換えられ、又圧
力P_R（P_R＝０）が領域18に切り換えられた状態に
あてはまる。等式(10)は圧力Ｐが領域18に切り換え
られ、又圧力P_Rが領域17に切り換えられた反対
の状態にあてはまる。バイレベル力の比を F^₊／F^_-＝Ｋ （11） と表現する。

等式(9)と等式(10)を等式（11）に挿入しＰについ
てとけば、 P_B＝〔P_S（A₂／A_P）（Ｋ−｛A₁／A₂｝／
（Ｋ＋１）〕＋P_A（12） となる。

等式（12）は平衡にある信号源からバイレベル
力の送信を可能にする各種の圧力と面積との間の
関係を規定する。ある好適な信号源の形において
は、駆動面積の比A₁／A₂はＫに等しい。この面
積比で、又Ｋがスウイープ送信の間一定値を取る
ためには、P_BはP_Aに等しく維持しなければなら
ない。

第７図は、第６図の信号源に似た信号源で駆動
面積A₁がA₂に等しいような駆動ピストンを有す
る信号源を示す。このときバイレベル発信の条件
は、 P_B−P_A＝P_S（A₂／A_P）（Ｋ−１）／
（Ｋ＋１）（13） 正即ち外向きの圧縮力が信号要素の周期の３分
の１の持続時間を持つているような場合には、Ｋ
は２に等しくなる。

第７図に示す信号源においては、このとき P_SA₂＝３（P_B−P_A）A_P （14） 等式（14）は、境界面から離れるような（内側
の）方向にピストンが動くとき、ピストンに働ら
く内側に向かう水力は空洞１５に面している連結
部材の表面に働らく外側に向かう水力の３倍であ
ることを示している。従つて内側に向かう正味の
力は水力の２倍である。圧力が切り換えられる
と、正味外向への力は水力の４倍になり、3nの
オクターブでない倍音組成を信号スペクトルから
削除した符号に対する信号波形に対応する２の因
数の内方と外方に向かう力間の正味の差となる。

若し信号の正の部分の持続時間を第４図に示す
ように一定に保ちたいならばスウイープの間にＫ
を変化させてもよい。そうすれば空洞１５の中の
圧力P_Bもスウイープの間に変化し等式（14）に
示されるようになる。気体の詰まつた空洞１５は
ピストン１２に働らく正味力の自己調節バランス
を与える空気スプリングとして働らく。第６図と
第７図とに示した本発明による信号源は、(a)直線
又はアナログバルブ操作に比べて高い効率を有す
る力切換バルブ、(b)ピストンの周期的な動きなし
でバイレベル信号を送信可能にする力のバラン
ス、(c)限られた引つ張り応力下で正弦波又は他の
対称波形よりもはるかに大きい出力、という特徴
を持つている。

第８図に大地の様な固体媒体にバイレベル信号
を生成、送信する信号源を示す。信号を大地に送
り込む部材はベースプレート（底板）１０２でで
きている。板の下側の表面は大地との境界面を構
成している。反作用質量を構成するハウジング１
００がベース板１０２に取り付けられたヨーク又
はフレームからスプリングで吊られている。ハウ
ジングはそのハウジング１００内の空間に摺動可
能に取り付けられた駆動ピストン１０３を含んで
いる。そのピストンはハウジングを上下の流体領
域107と108とに分割している。ピストン上の境界
面から離れた方に面している上部の駆動面積A₁
は下部の駆動面積A₂よりも大きい。この下部の
駆動面積は境界の方に面している。ピストン１０
３はシヤフト１１５によつてベース板１０２に固
定されている。運搬車の自重による力がシヤフ
ト１１０と分離スプリング１１２を介してベース
板１０２に及ぼされ、境界面に正の絶対静圧を与
えている。ハウジング１００に接続している他の
質量によつて交互に又は追加的に偏倚力が分離ス
プリングを通して及ぼされ得る。そのような質量
と分離スプリングは第１２図にＭの質量３１５と
スプリング３１４として図示されている。

駆動領域107と108とは通路１１６と１１７とに
よつてバイレベル信号の正と負の部分の接続時間
を規定する信号によつて制御される四方電気水力
バルブ１０６に接続されている。バルブは水力源
に接続されており、領域107と108内の圧力を第６
図において記述したのと同様な方法で供給と戻り
圧に切換する。

ハウジング１００は駆動ピストン１０３に関し
て心出しスプリングとしてはたらくスプリング１
０４と１０５によつて各目上中心に保持される。
バルブ１０６が領域107と108内の圧力をP_SとP_R
との間で切り換えると、ハウジング１００上の反
作用力はピストン１０３に働らく駆動力がバイレ
ベル力をベース板１０２を通して大地に及ぼすの
を可能にする。反作用力は平衡しておりハウジン
グがピストン１０３に関して上下動するのを防い
でいる。面積比A₁／A₂を選定すれば、スプリン
グ１０４と１０５にかかる各目上の一方向の荷重
は最少又は削減される。スプリングは任意の供給
と戻り圧のゆれ、又は切り換え時間T₁、T₂及び
T₃の任意の変位を矯正するがさもなければ、前
記等式(1)と(2)に規定したゼロ平均振幅条件を維持
する。

ベース板１０２にかかる運動力（dynamic−
force）はハウジング１００にかかる運動力にほ
ぼ等しい。ハウジングにかかる全体の力（この説
明においてはP_Rはゼロに等しいと仮定する）は
次の様に表現される。

F^₊＝P_SA₁−K_SＸ−M_Sｇ （15） F^_-＝P_SA₂＋K_SＸ＋M_Sｇ （16） 等式（15）と（16）において、K_Sはスプリン
グ１０４と１０５のバネ率である。Ｘはフレーム
１０９に対するハウジングの上方変位である。
M_Sはハウジング１００の質量である。ｇは重力
加速度。等式（15）はP_Sが上部領域107に、又P_R
が下部領域108に切り換つているときに適用され
る。等式（16）はP_Sが下部領域108に、又P_Rが上
部領域107に切り換えられているときに適用され
る。再びP_R＝０とし、バイレベル力比F^₊／F^_-を
Ｋで置き換え等式（15）、（16）をＸについて解く
と、 Ｘ＝〔｛P_SA_S／K_S｝｛（A₁／A₂）−Ｋ｝／（
１＋Ｋ）〕−M_Sｇ／K_S（17） 若し、面積比A₁／A₂をバイレベル力比Ｋと同
一値に設定すればハウジングは平均よりも下方に
丁度その重量分だけ変位し、スプリング１０４と
１０５を引つぱる。又はA₁／A₂比をＸ＝０なる
ように、Ｋに関係して設定できる。平均してスプ
リング１０４と１０５はその場合、伸張していな
い。もしバイレベル信号が第４図に示すような型
ならばスプリングは増大した平均応力とふれを執
る。スプリング１０４と１０５及びスプリング３
１４は比較的やわらかいのが好適で、そうすれ
ば、ハウジング質量と剛スプリングの共鳴振動数
は地中へ送信されるバイレベル信号のスペクトル
において対象の最低作用周波数よりも充分低くな
る。

若しＫが等式（17）においてA₁／A₂と等しい
とすればK_SＸ＝−M_Sｇで等式（15）と（16）か
らF^₊＝P_SA₁及びF^_-＝P₂A₁／Ｋとなる。ベース板
１０２が地面から持ち上がるのを防ぐためには
_ＡＶＥ〓F^_-である。従つて地面への与えられた正の
力F^₊に対して、偏倚重量F^_AVEはＫに逆比例する。
Ｋ＝２ならば地面に及ぼされる同一の正の山の巾
に対して、必要な偏倚重量はＫ＝１のときに必要
なそれの半分である。又、同一の偏倚力に対し
て、Ｋ＝２におけるバイレベル信号はＫ＝１にお
ける対称信号の場合に比べて、地面へ２倍の正の
力を及ぼす。等式(3)と(4)において、Ｋ＝２のバイ
レベル信号に対して地中へ送られる信号出力は、
同一の偏倚重量に対してＫ＝１の場合に得られる
出力の２倍である（又同等の正弦波信号に比べれ
ば４倍の出力である）。

第８図においてＫをA₁／A₂に等しく設定する
と、スプリング１０４と１０５は大きな平均力に
は従いにくい。しかし、第８図においてA₁＝A₂
ならば交番推力をその頂部に受けているスプリン
グに対してバイレベル信号は静推力を及ぼす。ス
プリングはこのようにしてその寿命に逆に作用す
る大きな応力を受ける。第８図に示す好適な実施
例は面積比A₁／A₂がほぼバイレベル力比Ｋに等
しい場合であり、ハウジング１００の地震質量は
基本的に作動中平衡し、往復動の傾向は最も小さ
い。若しハウジング１００が運転中往復動せず平
衡位置にとどまつているならば空洞１０７，１０
８の長さ、従つてその容積は最小にでき、これは
水力系運転にとつて有益である。

第６図、第７図における空洞１５は第８図にお
けるスプリング１０４，１０５の機能と同様な平
衡維持又は復元機能を与える。決められた作用深
さに対して、空洞１５はP_Gで充てんされ、適切
に中心に納められたピストンが特定のレベルで運
転するよう名目上適正な内部圧P_Bが与えられる。
もしピストンが平衡位置から一方向又は他方向に
動くならばP_Bの値はそのような移動を妨げる方
向に変化する。

第７図において、P_Aに比べて大きいP_B値は
（等式（13）参照）平均力のそのような平衡の表
現であり、A₁＝A₂である第８図におけるスプリ
ング１０４と１０５によつて支持された平均推力
と相対を成すものである。

第９図に、連結ピストンハウジング及び駆動ピ
ストンの設計に関する限り、第６図に示す発生源
と同様な海洋向きの別の発生源を示す。水力作動
手段は、第６図の発生源において使用された四方
弁の代わりに三方電気水力バルブ６０を使用して
いる。空間１８は通路４０を通つて水力源の供給
圧側に連結しており且つ供給側蓄圧器２２に連結
している。三方バルブ６０は通路３９によつて駆
動領域17に接続しており、その中の圧力を供給と
戻り圧に切換えする。三方バルブはパイロツトス
テージとパワーステージを持つスプールバルブで
あつてもよい。スプールとその穴は四方バルブ１
６の場合よりいくらか大きい方がよい（第６図）。

等式（12）と同様な方法で得られる平衡等式は
第９図の発生源に対して P_B＝〔P_S（A₂／A_P）（Ｋ＋１−｛A₁／A₂｝）
／（Ｋ＋１）〕＋P_A（18） 第２ｂ図に示す信号形式に対する場合、即ちＫ
＝２ならば、P_B＝P_Aの発生源における平衡条件
は面積比A₁／A₂が３に等しいことである。従つ
て、駆動ピストン２４の面積A₁は第６図に示す
発生源における面積A₁よりも50％大きい。

第１０図に第８図に示す発生源と類似である
が、上部の駆動領域107の圧力をP_SとP_Rに切り換
える三方電気水力バルブ１６０を使用した発生源
を示す。下部の駆動領域は第９図に示すように通
路１４０を通して供給圧蓄圧器に連絡している。
三方バルブ１６０を使用している水力作動子に対
して等式（17）と同様な方法で次の平衡等式が誘
導される。

Ｘ＝〔｛P_SA_S／K_S｝｛（A₁／A₂）−（１＋Ｋ）｝
／（１＋Ｋ）〕−M_Sｇ／K_S（19） 適切な平衡条件を得るためには第８図に示す発
生源におけるよりも大きな面積比A₁／A₂が必要
であることが理解されるであろう。

第１１図に背中合せの２つのピストン２０２と
２０４によつて作られた連結部材を有する海洋向
発生源を示す。これらのピストンはその両ピスト
ンで仕切られた空間２０５にさらされた等しい面
積を持つている。この空間はピストン２０２と２
０４のふちと摺動接触するシリンダー２１５によ
つて閉鎖されている。ハウジングシリンダー２０
１はすじかい２１６によつてシリンダー２１５に
接続している。又、ピストンのふちに付けられた
おおいが空間を密封している。空間２０５は容積
可変でP_Gで示す圧力ガス源から圧力ガスが充て
んされている。ハウジングにはシリンダー２０１
が取り付いておりそのシリンダー内には２つの同
心シヤフト２０３と２２０が延在している。外側
の同心シヤフト２２０は内側のピストン２０４に
接続しており、内側の同心シヤフト２０３は外側
のピストン２０２に接続している。内側の同心軸
２０３の端には大きくなつている部分２１８があ
り、その部分は外側の同心軸２２０の端に向かい
合つた段差２２１を有している。シヤフト２２０
の端と段差２２１とはハウジング内の空間２０６
で等しい駆動面積A_Dをなしている。同心軸は互
に摺動可能で又ハウジングシリンダー２０１に関
しても摺動可能である。

ピストン駆動面積A_Dの間の容積が増大すると
空洞２０５の容積は減少し又この逆もあてはま
る。三方電気水力バルブ２１９は、連結ピストン
２０２と２０４そして水媒体へバイレベル音響信
号として伝達されるバイレベル力の正と負の部分
の持続時間を規定する入力信号E_INに従つて、領
域206内の圧力をP_S又はP_Rに切り換える。

運転時には、連結ピストン２０２と２０４の間
の空洞２０５内の圧力P_Bは周囲の水圧よりも高
く設定し、従つて常時（P_B−P_A）A_Pの力がピス
トン２０２と２０４とを離すように働らく。バル
ブ２１９が領域206内の圧力をP_Rに切り換える
と、力（P_B−P_A）A_Pは連結ピストン２０２と２
０４を急速に外方に加速し、相応の高い正音響圧
を媒体に与える。バルブ２１９が領域206内の圧
力をP_Sに切り換えると、力P_SA_Dが駆動面積に与
えられ、連結ピストン２０２と２０４を一緒に動
かす。内向きの力P_SA_Dが外向きの力（P_B−P_A）
A_Pよりも大きい限りピストン２０２と２０４と
は互いの方向へ加速され、媒体へは相応の負の音
響圧力を及ぼす。外向きの力は、媒体への圧縮力
であり、正の音響圧を生じ、内向きの力は媒体の
引つ張り圧であり負の音響圧を生ずる。圧縮力の
振幅は引つ張り力のそれよりも大きく、従つてバ
イレベル信号が送信される。

ピストン２０２と２０４を外向きに加速する正
の力は、（P_R＝０と仮定すると） F^₊＝（P_B−P_A）A_P （20） これらのピストン２０２と２０４を内向きに加速
する負の力は F^_-＝−（P_B−P_A）A_P＋P_SA_D （21） 等式（11）を等式（20）と（21）に挿入すると
平衡条件は P_B＝〔P_S（A_D／A_P）Ｋ／（Ｋ＋１）〕
＋P_A（22） 第２ｂ図に示すバイレベル信号の場合のように
Ｋ＝２のとき、等式（22）を整理すると （P_B−P_A）A_P＝2P_SA_D／３ （23） 等式（23）は、ピストン２０２と２０４に働い
てそれらを遠ざけるような空間２０５内の圧力ガ
スによる力は領域206内の圧力がP_Sに切り換えら
れたときピストンの駆動面積A_Dに働らく水力の
３分の２であることを示している。等式（23）で
示された面積と圧力との関係は第２ｂ図に示した
バイレベル信号を発生させる。

第１２図に、地上で使うバイレベル地震信号源
を示す。この信号源は、フレーム１０９を取り付
けたベース板１０２を使用しているという点にお
いて、第８図に示す信号源と類似している。反作
用質量を提供するハウジング３００がスプリング
１０４と１０５によつてフレーム１０９に取り付
けられている。ハウジング３００内の単一領域室
３０６内に水力を切り換えることによつて水力作
動子が構成される。その室は通路３３９によつて
第９図に示した信号源に使用したバルブと同じ動
作の三方電気水力バルブ３６０に接続している。

ベース板１０２に直接接続したシヤフト３０３
がハウジング３００の中のボアに挿入されて室３
０６を構成している。シヤフト３０３の端部はベ
ース板１０２を駆動するための駆動面積A_Dを有
するピストンを構成している。

等式（17）と同様な方法で誘導したこの信号源
に対する平衡等式は Ｘ＝〔P_SA_D／K_S（１＋Ｋ）〕−M_Sｇ／K_S （24） 平衡が得られると、等式（24）の平均変位Ｘが
消えて、平衡条件に対する力で等式を書き直す
と、 P_SA_D＝M_Sｇ（１＋Ｋ） （25） Ｋ＝２における第２ｂ図に示したバイレベル信
号に対して、正の力のパルスが信号要素のふれの
３分の１に対して及ぼされるので、ベース板１０
２を通して地面に及ぼされる力の山は、 F^₊＝P_SA_D＝3M_Sｇ （26） 即ち、力の山は地震質量の重さの３倍である。

第１２図に示す発生源はスプリング３１４によ
つてハウジング３００に連結した質量M_Vの部材
３１５を補助として有する質量M_Sのハウジング
３００を使用している。この装置はハウジングの
質量Ｍをハウジングの加速度が合理的な範囲に保
たれるよう充分大きな寸法にできる利点があり、
バルブ３６０又はそれに取り付くケーブルやホー
スは影響を受けず追加の正の出力を生み出す利点
がある。追加質量は、発生源の運搬車の一部であ
つてもよい。スプリング３１４は運搬車を発生源
の振動から隔離する働きをする。

第１２図の場合、境界面の方向（地中へ向か
う）の力の山は F^₊＝P_SA_D＝３（M_S＋M_V）ｇ （27） 第１３図に、連結ピストン４０２と４０４及び
互いに対称に配置した水力作動子を持つた海中信
号源を示す。ピストン４０２と４０４はシヤフト
４０３に摺動可能に載置され互いに向かい合つて
空洞４０５を形成している。この空洞はピストン
のふちが摺動するシリンダー４１５によつて閉ざ
されている。これらのふちは“０”リングで密封
されている。又空間４０５は、たとえばピストン
４０２と４０４のふちに接続されたベロー状のお
おいによつて密封されている。

作動手段は内筒型のハウジング４０１と４０
１′とを持つている。これらのハウジングの外側
のはしは、シヤフトの段差にナツトを付けること
によりシヤフト４０３に接続している。すじかい
４１６と４１６′とはシリンダー４１５をハウジ
ングシリンダー４０１と４０１′に取り付けてい
る。連結ピストン４０２と４０４の同心延長部分
４２０と４２１はハウジングシリンダー４０１と
４０１′内のボアに挿入されている。これらの延
長部分はボア内及びシヤフト４０３上で摺動し、
又ハウジングシリンダー４０１と４０１′の中で
環形の室４０７と４０８を形成している。これら
の室の容積は可変でその中の水力圧が三方電気水
力バルブ４６０と４６０′によつて供給および戻
り圧に切換えられるとき増減する。三方バルブ４
０６と４０６′は、バルブを作動する制御信号E_IN
とE_IN′のタイミングに従つて圧力流体の空間４０
７と４０８への対称的な流れをもたらす。

第１１図に関連して説明したように空洞４０５
内のガスによる圧力は、ピストンを取り巻く水圧
よりも大きい。バルブ４６０と４６０′が同時に
空洞４０７と４０８内の圧力を戻り圧P_Rに切り
換えると、ピストン４０２と４０４に働らく力
（P_B−P_A）A_Pはピストンの離れるのを加速し、水
媒体中へは正即ち圧縮力を及ぼす。その后室４０
７と４０８の圧力はバルブ４６０と４６０′によ
つて供給圧P_Sに切り換えられる。ピストン４０２
と４０８に働らく正味力は（P_B−P_A）A_P−P_SA_D
になり、ピストン４０２と４０４を互いに内側に
向けるように働らく。圧力と面積の大きさ及び切
り換えの時間関係は等式(1)と(2)とによつて設定さ
れ、ピストン４０２と４０４とが、たとえば第２
ｂ図に示すような、バイレベル信号を発生する安
定した振動サイクルをとるのを可能にする。対称
構造はピストンの質量を一定にし、ハウジング４
０１と４０１′の不要な振動を生み出す不均衡な
力を減少する。２つのバルブ４６０と４６１の使
用は発生源の出力を第１１図の発生源の２倍にす
る。

第１４図から第１７図はｎ−レベルの信号を生
成送信する発生源を示す。これらの発生源はバイ
レベル信号要素を１つの発生源に加算することを
可能にし、その結果、１列になつたいくつかの発
生源でない１つの発生源で対象の帯に対して前述
のスペクトル形を持つ信号を生成する。第１４と
１７図に示す発生源においてはｎは６に等しい。
これは６つの信号要素を加算することを可能にす
る。ｎは加算する信号要素の数に対応して６以外
の数字であつてもよい。一般に、ｎ−レベル発生
源によつて生成されるレベルｎの数はＶをバルブ
の数とすると2^Vである。バルブの数Ｖは信号の数
に等しく選定される。

各信号要素は、異なる入力信号によつて別個に
制御される水力作動子の使用に基ずく独立したタ
イミングを持つている。従つて信号要素は送信す
るスペクトル中の不要な成分を減少又は削除する
ためのデイスプレース時間である。各信号要素中
の力の振幅は、選定した力の振幅に対応する大き
さの作動子内の駆動面積を使用して別個に選定さ
れる。図示の発生源では各信号要素内に等しい正
の力が得られるように同様の駆動面積を使用して
いる。

第１４図に、第１３図に示した発生源のそれと
似た一般的に対称の形状を持つ海洋向発生源を示
す。対称的に配置したピストン連結部材５０２と
５０４とによつて空洞５０５が形成され、この中
にはP_Gで示す供給源から圧力ガスが供給され、
その結果ピストンこの面積A_Pに外向きに働らく
圧力は、ピストン５０２と５０４を内側に駆動し
ようとする周囲の水圧P_Aによる力よりも大きい。
ピストンの両側には、水力作動手段が対称的に配
置している。これらの作動手段はハウジング５０
１と５０１′に設けられ、このハウジングにはシ
ヤフト５０３が取り付けられ、その上にピストン
５０２と５０４とが摺動可能に搭載されている。
シヤフト５０３上の段差とその端部のナツトによ
つて第１３図に記したのと同様にハウジングへの
取付けがなされている。円筒形のハウジング５０
１と５０１′内のボアはシヤフト５０３の回りに
室を構成している。同心のシヤフト５２０と５２
１とがハウジングのシリンダー５０１と５０１′
内のボアの中へ、外方へ向かつて延在している。
これら延在部分５２０と５２１の段差はピストン
駆動面積A_D1、A_D2、A_D3、及びA_D1、A_D2′、
A_D3′を構成している。ボアの段差の部分に対応し
て、容積可変の領域508、508′、518、518′、528、
528′がある。これらの各領域内には圧力水流体が
満たされており、この流体は三方電気水力バルブ
５６０，５６０′，５６１，５６１′，５６２，５
６２′によつて供給と戻り圧のいずれかへの切換
がなされる。別々の信号E₁，E₁′，E₂，E₂′，E₃，
E₃′が切り換え時間を設定してバルブを作動する。
連結ピストン５０２と５０４に働く力は次の等式
で示される状態をとる。A_D1＝A_D1′、A_D2＝A_D2′…
と仮定すると、 F^₊＝（P_B−P_A）A_P−P_S（γ₁A_D1＋
γ₂A_D2＋γ₃A_D3）（28） F^_-＝−（P_B−P_A）A_P＋P_S（ε₁A_D1＋
ε₂A_D2＋ε₃A_D3）（29） これらの等式においてγ及びεは１又は０であ
り、１は領域への供給圧で０は戻り圧に対応す
る。対称に配置した一対の領域（即ち、508と
508′、518と518′、528と528′）は同時に供給圧又
は戻り圧に切り変わるように調節される。等式
（28）と（29）においてP_R＝０と仮定する。もし
すべての駆動面積が同じ大きさならばF^₊は（P_B
−P_A）A_Pから −（P_B−P_A）A_P−3P_SA_Dの範囲にある。F^_-は−
（P_B−P_A）A_Pから−（P_B−P_A）A_P＋3P_SA_Dの範囲
にある。このようにして、ｎ−レベル発生源では
いくつもの力の状態が得られる。遠方の圧力にお
いてコヒーレントな利得を得るために、一連のｎ
−レベル発生源も又使用できる。

第１５図は地上で使用するｎ−レベル発生源を
示す。この発生源は第８図によつて記述したよう
に、ベース板１０２とバイアス力適用手段110及
び112とを使用している。反作用質量ハウジング
６０３がスプリング１０４と１０５によつてフレ
ーム１０９に支持されている。反作用質量ハウジ
ング６０３内の段差付ボアがベース板１０２に接
続したピストンの軸を受けている。ピストンの軸
６００も又ボアの段差に対応する段差を持つてい
る。これらの段差は３つの容積可変の領域605、
606及び607を構成している。これらの段差の向か
い合う端部は駆動面積A_D1、A_D2、A_D3を形成して
いる。これらの各容積可変の領域は夫々の通路６
３０，６３１，６３２によつて三方電気水力バル
ブ６６０，６６１及び６６２に接続している。こ
れらのバルブは各領域内の圧力を供給圧又は戻り
圧に切り換える。このような多数切換えは、ｎ−
レベル力の送信を行ない、単なる切換えのみによ
り流量測定動作よりも高い動力変換効率を維持す
る。

第１６図に示す別の地上使用発生源は、ベース
板１０２の上にシリンダー形のハウジング７００
が支持されており、その中には段差付のボア７０
３がある。地震質量７０５を固定して有するピス
トン７０２がボア７０３の中で摺動可能である。
ボアの段差７０４，７０５，７０６がピストンの
段差７１０，７１１，７１２に対応して３つの容
積可変の領域を構成している。３つの電気水力バ
ルブ７６０，７６１，７６２が夫々通路７３０，
７３１，７３２で領域720、721、722に結ばれて
おり、圧力水流を供給圧又は戻り圧に切り換え
る。質量７０５は地面とベース板１０２との境界
に正の静圧を与える。他のｎ−レベル発生源と同
様に、領域720、721、722内の圧力を切り換える
ことによつてｎの力のレベルが得られる。第１
５，１６図に示した発生源において駆動面積A_D
は等しい必要はなく、その場合には希望の様々の
力の状態が得られる。

第１７図に地上で使用する別のｎ−レベル発生
源を示す。ベース板１０２は、第８図と共に記述
した発生源の場合と同様にシヤフト１１０とスプ
リング１１２を介して、バイアス力によつて地
面にバイアスされている。軸８０３はその段付き
の下方の端部ボルト手段によつて板に固定されて
いる。２つの円筒型のハウジング８００と８０１
が軸８０３の両端に固定している。下方のハウジ
ング８００は軸８０３と同心のシリンダーであつ
てもよい。このシリンダー８００はベース板１０
２に直接接続している。上方のシリンダー８０１
は軸８０３の上方の段付端部にボルト手段によつ
て接続している。軸８０３の下端のもう１つの段
付端部とボルト手段は軸をベース板１０２に接続
している。

これらのハウジングのシリンダー８００と８０
１は、対応する段差８０８，８０８′，８０９，
８０９′及び８１０，８１０′を有するボアを持つ
ている。下部のシリンダー８００の段差８０８か
ら８１０はベース板１０２と地面の境界と反対の
方向に向いており、一方段差８０８′から８１
０′は境界の方向を向いている。軸８０３上を同
軸のピストン８０２は摺動する。このピストンは
その反対側端部に対応する段差８０５から８０７
及び８０５′から８０７′を持つている。下部のシ
リンダーとピストン８０２の下部にある対応する
段差８０７と８０８，８０６と８０９，８０５と
８１０は下部のシリンダー８００のボア内に容積
可変の領域811、812及び813を構成している。同
様に、容積可変の領域811′、812′、813′が上部の
シリンダーのボア内に構成されている。独立の３
方電気水力バルブ８６０，８６１及び８６２はこ
れらの領域811〜813内の水流体を供給圧又は戻り
圧に切り換える。同様に、独立のバルブ８６０′，
８６１′，８６２′は領域811′、812′及び813′内の
水流体圧を供給圧又は戻り圧に切り換える。ベー
ス板１０２を駆動して地面に反作用力を与えるた
めの地震質量は質量部分８３３に用意されてお
り、これはシリンダー８００と８０１の間のピス
トン上に配置している。軸１１０と隔離スプリン
グはベース板に地面に対するバイアス力を与え
る。領域811〜813及び811′〜813′の圧力を制御信
号E₁，E₁′，E₂，E₂′，E₃，E₃′に応じて切り換え
ると様々な力の状態の信号が地中へ送信される。

以上に記述の信号源においては、流れの切換え
のために電気水力バルブの使用について記述した
が、たとえばステツプモーターなどによつて制御
されるロータリーバルブのような他の種類のバル
ブを使用してもよい。又、ピストンやハウジング
を互いに関連して中心に保持するために、機械的
スプリングを引用したが、対象のスペクトルの最
長の周期に比べて長い時定数を有する空気バネ又
は水圧式中心保持手段を使用してもよい。

以上の記述により、音響信号源として改良され
たものが提供されていることが明白であろう。こ
れらの信号源は地震信号を海中又は地上で生成送
信するために使われる。当該技術に詳しい者は、
上記の信号源の変更又は改良も本発明に含まれる
ことを理解するであろう。従つて、以上の説明は
一例として考えるべきで限定されたものと見なす
べきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にもとづいてバイレベル信号
を生成するために構成された地震信号源を図式に
示すブロツク線図であり、第２図は、バイレベル
力と正弦波の対称力を図解した一連の波形図であ
り、第３図は、本発明にもとづいて生成されたバ
イレベル信号要素のスペクトル線図であり、第４
図と第５図は、自身の反復周波数がオクターブの
周波数領域を越えてスウイープされるバイレベル
信号の波形図であり、第６図は、海中で使用する
ために本発明を実施した地震信号源の図式断面図
であり、第７図は、改良された水力作動手段を有
する信号源の第６図同様の図式断面図であり、第
８図は、地上で使用するために本発明を実施した
地震信号源の図式断面図であり、第９図は、改良
された水圧切換装置を有する、第６図と同様の図
であり、第１０図は、改良された水圧切換装置を
有する、第８図と同様の図であり、第１１図は、
海中で使用するために本発明を実施した別の地震
信号源を図式に示す断面図であり、第１２図は、
地上で使用するために本発明を実施した別の地震
信号源を図式に示す断面図であり、第１３図は、
海洋で使用するために本発明を実施した更に別の
地震信号源を図式に示す断面図であり、第１４図
は、海洋で使用するために本発明を更に実施した
ｎ−レベル地震信号源を示す図式断面図であり、
第１５図は、地上で使用するために本発明を更に
実施したｎ−レベル地震信号源の図式断面図であ
り、第１６図は、地上で使用するために本発明を
更に実施した別のｎ−レベル地震信号源を示す図
式断面図であり、第１７図は、地上で使用するた
めに本発明を実施した更に別のｎ−レベル地震信
号源を示す図式断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、Ｍ：媒体、RD：
連結部材、Ｉ：境界、：バイアス力、HA：小
力作動子、Ｐ：ポンプ、RS：貯蔵器、ＰＳ：供
給圧、P_R：戻り圧、Ｖ：電気小力バルブ、AC：
蓄圧器、CSG：制御信号発生器、Ｅ(t)：電気制
御信号、１０２：ベース板、１００：ハウジン
グ、１０３：駆動ピストン、１１０：軸、１１
２：隔離スプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有限の引張強さを有する媒体中に一連の反復
   又は準反復音響信号を送信する方法であつて、該
   媒体を可動部材に接触させ、そして短形状の圧縮
   力と引張力を交互に該可動部材に繰り返し印加し
   て該音響信号を該媒体中に発生させる方法におい
   て、該圧縮力持続期間と振幅をT₊とF^₊そして引
   つ張り力持続期間と振幅をT_-とF^_-としたとき T₊×F^₊＝T_-×F^_- T₊1/3（T₊＋T_-） が成立するような関係であることを特徴とする方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記圧縮力と引張力の振幅の比がそれぞれの
   持続期間に反比例するよう制御されていることを
   特徴とする音響信号を媒体中に発生させる方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記印加された圧縮力の繰返し周期は前記関
   係を維持しながら１オクターブにわたつて掃引さ
   れることを特徴とする音響信号を媒体中に発生さ
   せる方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の方法におい
   て、 前記掃引中前記圧縮力と引張力の繰返し周期を
   変化させていることを特徴とする音響信号を媒体
   中に発生させる方法。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の方法におい
   て、 前記掃引中での前記引張力の振幅の変化は、前
   記圧縮力の振幅と持続期間を前記掃引中一定に維
   持したまま行われることを特徴とする音響信号を
   媒体中に発生させる方法。