JPH08510556A - 機械的インピーダンストランスフォーマをもつ電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気音響変換器は例えば２つのフェルールの間に積層圧電板のような振動発生器を植込みボルトで締めつけて、すべてを一体とした振動源ブロックと該発生器の回りを囲み、中央に鼓状の凹んだ部分（8A）をもち、その両端につながっている固型の筒状部分（8B，8C）を含む殻（8）とを含む。２つのさや（12）が該変換器の両端にとりつけられ、弾性緩衝手段（14）が振動源ブロック（1）をさやから緩衝するために挿入されている。フレキシブルな被覆（18）が殻（8）の回りを囲んで変換器の内側の容積を外部環境から絶縁し、該容積内を油のような流体で充満することができる。接続手段によって振動発生器ブロックを励振電圧源に接続する。この電気音響変換器は海中又は井戸の中、特に例えば石油やガスの井戸の中で振動を発生するのに使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 機械的インピーダンス トランスフォーマをもつ電気音響変換器 発明の利用分野 本発明は流体の中という環境で強力な音響波を発射することのできる、機械的 インピーダンス トランスフォーマをもつ電気音響変換器に関する。 その外形寸法からいって本発明は石油やガスの井戸のような比較的小さな断面 を有する井戸の中で使用することに特に適している。 発明の背景 特許申請ＦＲ-Ａ-２,６６７,５１８号又は２,６７８,３９０号は特に井戸の中 で動作するのに適する電気・水力学的振動源について記述している。これらにお いては、圧電板の積層によって発生される振動は水力学的ジャッキと連結回路と によって地下地層と結合するパッドに加えられる。ジャッキのどの部分を使用す るかを選ぶことによって、機械的振幅インピーダンス整合を得ることと、パッド によって大地に加えられる振動の振幅の増幅を行うことができる。 特許ＵＳ-Ａ-５,０６９,３０８号は井戸の中で動作するのに適する音響波源を 述べている。これは筒状のボディと、１又は２つの圧電板の積層から成る電気機 械振動発生器とを含み、この発生器はその音響インピーダンスを低くする、機械 インピーダンス トランスフォーマを結合している。このトランスフォーマはボ ディの中心軸の回りに対称的に配置されている数個のフレキシブルな長い刃を含 む。各刃の中央部分は放射面内に楕円形曲面をもち、反対側の端で振動源の軸に ほぼ垂直な２枚のプレートに結合 されている。この２枚のプレートは振動発生器の振動面に対して傾斜をもってい る。 発明の概要 本発明の電気音響変換器（以下変換器と略称する）は長いボディの中に設置す る少くとも１ケの（電源に接続されている例えば圧電板の積層や磁気ひずみ型の モータのような）振動発生器と、該振動発生器に機械的に結合されているインピ ーダンス トランスフォーマとを含む。 インピーダンス トランスフォーマは少くとも１つの曲面から成るフレキシブ ルな中央部分と少くとも１つの筒状の部分とからなる全体として筒状のシェル（ 以下殻と称す）を含み、該曲面の部分が（殻の母線に沿って細い隙間のように開 いているスリットのような）開口部を少くとも１つ含み、筒状部分の内部の容積 が振動発生器の発生する低い周波数成分を増強するような形になるように選ばれ ていることを特徴とする。 振動発生器は例えば信号を感知する素子を積み重ねた積層から成り、この積層 の両端はその面に接し、植込ボルトのような締結手段によって結合されている２ ケの終端素子即ちフェルールによって延長されている。 別の実施例では変換器は殻の回りを囲むフレキシブルな囲み又は膜をもってお り、殻の内部の容積を外側の環境から絶縁するようになっていて、少くとも一方 のフェルールに開口部があって、そこから前記容積の所に流体を充たすことがで きるようになっている。 １つの実施例では筒状の部分は２つのフェルールに対してとりつけられている ２つの終端キャップによって、フェルールに対して締めつけられている。 別の実施例では変換器は振動源と殻の両側につながって弾力性のある緩 衝手段（弾性体のブロック、ばね等）によって結合されている２つのさやを含む 。 実施例ではこの２つのさやの各々は内側の底壁と弾性素子を介してこの底壁に 結合されているプレートとを含み、プレートは終端キャップに締めつけられてい る。 ２つのさやのうちの一方にはふた即ち壁があって、その壁にはシールドつきの 電線用のダクトがあり、振動発生器にシールドされたダクトを通る電線を接続す る通路となっている。 変換器は深い所で使えるものであり、それを井戸の外の地表の設備又は水面上 の設備と結合するための連結手段を含む。 実施例では、変換器は静的補償手段を含み、その使用される外部環境の静的圧 力の変化を静的に補償することができる。 変換器は連結手段によって（例えば海岸の又は海上等の）表面にある設備と連 結することができる。 本発明の変換器は特に以下の点で有利である： − 振動発生器とこれを囲む殻をすべて１つのピースとして作ることができる； これは製造を容易にするものであり、その音響特性が安定で制御し易い、そし て − 透かし細工を施した中央部分（又はそのうちの１つでもよい）が少くとも一 方の端に多少とも長い固型の円筒状の部分で延長されていることによって殻が空 洞共振器を形成していて、この共振器は低い周波数の方に高い音響効率をもって いる。 図面の簡単な説明 本発明の変換器のこの他の特長および利点は以下の図面を参照して、非制 限的な例として説明する実施例の記述を読めば明らかになるであろう： − 図１は変換器の長さ方向の断面図を示す。 − 図２は変換器の２−２線に沿う横断面図である。 − 図３は変換器の外部に加わる静的圧力の変化を補償するための手段を備えた 図１の実施例の変型例である。 − 図４は井戸の中で動作するために修正を施した変換器である。 − 図５は或る寸法のタイプの変換器によって得られる発射スペクトラムの一例 を示す。 好ましい実施例の説明 本発明による変換器（図１，２）は例えば圧電板又は圧電型の管を積み重ねた ものから成る感知素子のブロック１を含む振動発生器を含む。このブロック１の 端の面に対向して２つの円筒形のフェルール２，３がついている。各フェルール には中央貫通孔４とブロック１に接する方と反対の側に同軸の空洞部分５とがあ る。ブロック１とフェルール２，３とを両端にねじを切ってある植込みボルト６ が貫通していて締めつけナット７によってこれらのアセンブリを相互に結合して いる。積み重ねた圧電板は締めつけ手段６，７によって２つのフェルールの間で 押しつけられている。 ブロック１とフェルール２，３の回りを囲んで筒状のシェル即ち殻８があり、 その中央部分８Ａはこの変換器の外側に向かって凹んでいる鼓のようになってお り、その上下両側には円筒状の部分８Ｂ，８Ｃがつながっていて、その両端には 終端プレート９がついている。ブロック１とフェルール２，３とをつないだもの の長さは殻８よりも長い。両終段プレート９の中央には開口部があって、その断 面は外側にねじをきってある、フェルール２，３の終端部分が通るのに十分の広 さをもっている。フェルール２， ル２，３の終端部分が通るのに十分の広さをもっている。フェルール２，３の終 端のねじに、それぞれキャップ１０をねじ込んで、これによって殻８の両端の終 端プレート９に対してフェルールを固定して常時圧縮応力を与え、これを振動発 生器に対して、振動振幅の関数として調節することができる。 筒状の部分即ち殻８の少くとも曲面をもつ中央部分８Ａには１乃至数個の開口 部１１があり、これは例えば筒状部分の円筒部分の円筒母線に沿ってブロックの 縦軸の回りに対称的に開いているスリットのようなものである。 内側に底壁１３をもつ固い円筒状のさや１２が変換器の両端にとりつけられて いる。弾性体ブロックやスプリングのような緩衝素子１４が壁１３とプレート１ ５との間に置かれていて、これらを植込みボルト１６によって締めつけている。 （図示していない）ねじがプレート１５に従って２つの筒状さや１２をそれぞれ ２つのキャップ１０に固定させている。さや１２の内側断面はほぼキャップ１０ および対応するプレート１５の外側断面と等しい。各さやと対応キャップとの間 にジョイント１７が挿入されていて、各緩衝素子１４が受ける長さの変化に応じ て、さやとキャップが相互に動く時、その間の密封を保つ。 フレキシブルな膜１８が殻８の外側を覆っている。その長さは筒状のさや１２ の一部までを覆うのに十分のものである。（図示していない）束縛手段がフレキ シブルな膜１８の両端をさや１２の外側の壁に圧して密着させる。 同軸の開口２０と外周にシール２１とをもつふた１９がさや１２の内側の空洞 部分で緩衝素子（この例では弾性体ブロック）１４を押さえている壁１３の反対 側にはめこまれている。このふたはリング２２で固定される。 ふた１９の厚み部分に、密封を保ったダクト２３が穿ってあり、内部の電気導線 ２４と外部のピン２５との間の電気接続を可能とする。このピン２５内は（例え ば１乃至２ＫＶという）高圧を供給する（図示していない）発電機への接続に用 いられる。 壁１３、プレート１５およびキャップ１０を貫通するチャネル２６が設けられ 、圧電素子に対する電気等線の通路を提供し、その振動を可能とする。 例えばオイルのような流体を同軸開口２０を通して注入し変換器の内部を充た す。 本発明の変換器は特に地下の地震探査のために、例えば井戸の中、又は海中に おける応用に使うことができる。 変換器を（特に井戸の中で）外部圧力が相当の割合で変化し易い環境で使用し なければならない時に、図３に模式化するような変型例のものを使うことが好ま しい。この変型例では例えば一方のさや１２が素子ＤＭによって拡張されていて 、殻の中の流体と等しい圧力の流体をその中に充たし、その形状は変形可能にな っている。 変形可能な素子ＤＭは例えばやはり油を充満した蛇腹のようなものでも、又は 殻８の内部と流通する周知のタイプの平衡型円筒でもよい。後者はシールつきの ピストンが変換器を使用する環境の中で例えば非常に深く変換器を沈めること等 から結果する圧力の変化の下で自由に動けるようになっているものである。 本発明の変換器は地下地層の中における地震探査への応用のために井戸の中で （図４）使用することができる。この場合２つの反対側のさや１２は固いカバー ２７ａ，２７ｂによって延長される。内部の電気導線２４に接続する電気ケーブ ル２８を上側のカバー２７ａに接続する。ケーブルの 反対側は巻きとり装置２９と可変電圧源３０とに接続し、振動発生器１に励振信 号を送る。 このような変換器によって発射される周波数スペクトラム（１例を図５に示す ）は圧電素子のブロックの特定の発射帯域によるものであるが、殻８の内側のボ リウムと、凹面鼓状の中央部分８Ａの長さとそこに開けてあるスリット１１の全 表面積とによる。 これらのスリット１１は殻８の形成する空洞共振器の通気口として働くこと、 および前述のパラメータによって周波数スペクトラムを低周波数の方に特に広げ られること、それが少くとも２オクターブにも達することができることが分かる 。 本発明の変換器は例えば温度が１８５℃にも達し、圧力が１００MPaを越える こともあるような環境の中で動作することができる。 殻が隔離膜１８によって外側の環境から絶縁されていて、緩衝手段として例え ば合成ゴムのような弾性体ブロックをつかったものについて記述してきたが、外 側の流体が空洞の内側と自由に流通できるものや、弾性体ブロックを例えば螺旋 式のばねで置き換えた変換器も本発明のスコープから逸脱するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローラン，ジャン フランス国 エフ‐78630 オルジュヴァ ル モレンヴィエール ルュー デュ ム ル ９番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少くとも１ケの振動発生器（1）と該振動発生器に機械的に結合されたイン ピーダンス トランスフォーマとを含む電気音響変換器において、該インピーダ ンス トランスフォーマが振動発生器の回りに設けられ、曲面をもつ、フレキシ ブルな少くとも１つの部分（8A）と少くとも１つの固型の筒状部分（8B，8C）と から成る筒状部分即ち殻（8）を含むことと、該曲面の部分（8A）には少くとも １つの開口部（11）があり、筒状部分の内部容積が振動発生器（1）によって発 生された低い方の周波数成分を増強するように選ばれていることとを特徴とする 、電気音響変換器。 ２）少くとも曲面の部分（8A）がほぼ前記殻（8）の母線に沿って開いているス リットをもっていることを特徴とする、請求項１に記載の電気音響変換器。 ３）殻（8）の中央の曲面部分（8A）が少くともそのどちらかの側を筒状の部分 （8B，8C）によって延長されていることを特徴とする、請求項１，２に記載の電 気音響変換器。 ４）振動発生器（1）が信号感知素子の積層から成り、その上下両端の面に接す る２つのフェルール（2，3）が締めつけ手段によって該感知素子の積層に結合さ れていることを特徴とする、前項までの何れか１つの請求項に記載の電気音響変 換器。 ５）殻（8）の回りを囲み、該殻の中の容積を外部の環境から絶縁するためのフ レキシブルな被覆（18）を含み、前記フェルール（2，3）のうちの少くとも１つ に流体を前記容積の中に充たすための開口をもっていることを特徴とする、前項 までの何れか１つの請求項に記載の電気音響変換器。 ６）２つの終端キャップ（10）をそれぞれのフェルール（2，3）に固定す ることによって、前記筒状部分（8）が該フェルール（2，3）の間で圧迫されて いることを特徴とする、前項までの何れか１項に記載の電気音響変換器。 ７）２ケのさや（12）が振動発生器（1）と殻（8）の両端につながっていて弾性 体緩衝手段（14）を介してそれらに結合されていることを特徴とする、前項まで の何れか１項に記載の電気音響変換器。 ８）前記のさや（12）のそれぞれが内側の底壁（13）を有し、プレート（15）が 該底壁の弾性体緩衝手段（14）を介して固定され、該プレート（15）が終端キャ ップ（10）に結合されていることを特徴とする、前項までの何れか１項に記載の 電気音響変換器。 ９）前記のさや（12）のうち１つが密封された電線ダクト（23）を有する終端の ふた（19）でふさがれ、底壁に明いている通路（26）を通して振動発生器にダク トを通っている電線を接続することを特徴とする、前項までの何れか１項に記載 の電気音響変換器。 １０）振動発生器（1）が電圧源（30）に電気的に接続されている圧電板の積層 を含み、該積層がこれを束ねる手段（6，7）によって押さえつけられていること を特徴とする、前項までの何れか１項に記載の電気音響変換器。 １１）振動発生器（1）が電気的に電圧源に接続されている磁気ひずみ型の発射 素子から成ることを特徴とする、前々項までの何れか１項に記載の電気音響変換 器。 １２）地表の設備に接続するための接続手段を含むことを特徴とする、前項まで の何れか１項に記載の電気音響変換器。 １３）井戸の外の設備に接続するための電気ケーブル（28）を含むことを特徴と する、前項に記載の電気音響変換器。 １４）水面上の設備に接続するための接続手段を含むことを特徴とする、請求項 １０に記載の電気音響変換器。 １５）使用に際して、外部環境の静的圧力の変動を静的に補償できる静的補償手 段（27）を含むことを特徴とする、前項までの何れか１項に記載の電気音響変換 器。 １６）弾性体緩衝手段（14）が弾性体から成るブロックから成ることを特徴とす る、請求項８又は９に記載の電気音響変換器。 １７）弾性体緩衝手段（14）がばねから成ることを特徴とする、請求項７又は８ に記載の電気音響変換器。