JPS5828636A - 細長い多重方向圧力センサおよび分布微小曲りセンサケ−ブルの製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は圧力波トランスデユーサに関するものであり、
更に詳しくいえば元７アイノを用い、かつ微小曲げの原
理を利用する長い圧カ波七ノｔＫ関するものである。

先行技術 長い圧力センナすなわち圧力トランスジユーサかい（つ
かの米国特許に開示されている。たとえば、米国特許第
２９６５８７７号には、コンデンサの２枚の極板の間の
容量がセンサに加えられた圧力Ｋｌｌ連して変化する容
量効果を利用した水中聴音器が開示されている。

また、潅１３ＩＩ！＃許第３３１７８９１号には、セン
サの一部を構成する導体の抵抗値の変化が電気信号に変
換される連続構造水中聴音器が開示されている。

地震により生じた圧力の変化を測定できる圧電層の細長
い圧力波トランスジユーサが米国Ｉ！ｆ＃軒第３γ９８
４７４号に開示されている。このトランスデ為−すは圧
電性質を有する長い可撓性物質の片より成り、その片の
各面には導電体が組合わされる。

もちろん、商用の地震探査船において今日使用されてい
る最も良く知られた細長い圧力波トランスジユーサは、
ケーブル中に設けられた複数の頑丈な水中聴音器構造体
を備えた検出器プレイすなわちステージ冒ンより成り、
各アレイは６〜５ＱｍＫわたつｃ鷺び、多数の水中聴音
器を含んでいる。

これら全てのトランスジユーサおよびアレイに共通な１
つの特徴は、それらが電気工ネルイーの使用または発生
に依存していることである。このことはそれらのトラン
スデ瓢−サを仁の分野で能動トランスデエーサ素子とし
て特徴づける特性である。

最近、米国特許ｌＩ４１１５７５３号により、音波を検
出する元水中聰音器を用いる元７アイノ音響プレイを採
用するという提案が行われている０発生された元信号は
光フプイノの束によって伝えられる。この米国特許明細
書に記載されているように％各党水中聴音器は多くの元
ファイＡのうちの異なる１本に別々に結合される。各元
本中聴音器からの検出された信号はそれぞれの光ファイ
Ａを通じて光検出器へ送られる。光検出器は水中聴音器
と同数だけ設けられ、各光検出器はそれぞれ対応する水
中聴音器に結合される。したがって、これは通常のデー
゛り収集装置と同等の光装置であって、各水中聴音器は
元ファイバにより船上の記録器に接続される。

発明の概要 本発明は、トランスデューナが連続であるばかりでな（
、光および光コアイノ技術の原理を採用する受動素子で
あることが特徴である点で、連続トランスデエー号すな
わち連続センナとしてこれまで知られ曵いた従来の装置
とは大幅に異なるもの！ある。

更に詳しくいえば、横断面がはぼ円形であって。

外面を有し、その外面の所定の点に不連続部が設けら・
れた、長く鷺ばされた弾力のある支持構造体を備える細
長い多重方向圧力センサが得られる。

光ファイＡ要素がその支持構造体に沿って長手方向に延
び、不連続部に接触する。圧力を伝える保護外装が元フ
ァイノ要素と支持構造体を囲み、センすに加えられた圧
力波がその圧力伝達外装を経て伝えられ、任意の時刻に
おける圧力波の振幅を表す大きさまで、各不連続部で元
ファイバを微小に曲げる。

更に詳しくいえば、不連続部は、支持構造体に沿つ【長
手方向Ｋｆｉぼ平行に延びる少（とも隆起部を頁し、元
ファイバ要素は、支持構造体にらせん状に巻きつけられ
、不連続部１ｃ接触する１本の光７アイ／ＪＫより構成
される。

本発明の別の面においては、支持構造体に巻きつけられ
る元ツアイ／ｆＫより形成されるらせんのねじれ角度は
、センサにｒｄ５選択された位置で変えられて重みづけ
関数を伝える。

詳細な説明 まず、本発明を実施しているケーブル・センナが示され
ている第１図を参照する。このケーブル・センナ１０は
ひずみ部材１１を有する。このひずみ部材１１の周囲に
はコア１２が形成される。このコア戎には複数の表面不
連続部すなわち隆起部口が設けられる。それらの隆起部
１３は等間隔で隔てられ、コア戎とはは平行である。ひ
ずみ部材１１は金属線。

ケブラーｅアラミド（Ｋｅｖｌａｒ　ａｒａｍｌｄ　）
　７アイＡ。

またはその他の任意の適当な可撓性補強部材で構成でき
る。コア戎の隆起部１３には元ファイバ要素が接触させ
られる。図示の実施例では、元ファイノ要素はコア稔の
周囲にらせん状に巻かれた１本の光７アイＡ１４で構成
される０元ファイノ１４を含んでいるコアに布テープｂ
が巻きつけられる。この布テープの上に各装置６が施さ
れてアセンブリ全体な保護する。

第２６！１１にケーブル拳センサ１０の横断面が示され
ている。この断面図かられかるよ５に、布テーブルとコ
ア稔の表面の間に隙間四ができやすい、隙間■がで診た
時は、Ｉリスルフイドまたはゲルのような適当な物質を
その隙間１９に詰める。

第１．２図では隆起部口は誇張して描いである。

本発明の実施においては隆起部１３はコア戎の表面から
ｌ■をこえて突ぎ出る必要はない。

本発明の好適な！ｌ！施例におい℃は、地震探査を行つ
′【いる間にケーブル・センサが探ｆ：＃により引っば
る時などにケーブル・セ／すを支持するために、ひずみ
部材１１は多数の鋼線で構成される。

コア戎はテフロン（登鍮商標）のような硬質の絶縁材料
で構成される。布テープ１５はダクロン（登ＩＩ商標）
で作られ、各装置６はテア０ン（登録商標）のよ５な硬
質材料で作られる。

ケーブル・センサ１０は、音響エネルギーが現われると
元ファイノ１４が不連続部すなわち隆起部１３と交差す
る各点で元ファイノ々１４の伝達特性１に変える。更に
詳しくいえば、本発明に含まれている原理は％光ファイ
Ａ１４に沿つ【伝えられる光／櫂ルスを減衰させる微小
−りとして知られているものである。微小−りの原理を
用いる水中聴音器のようなセンナの動作原理が１９８１
年１月３日付の未決の米国特許第２２９８２３号に詳し
く開示されている。微小−りセンナの動作に従って、圧
力波、典型的には音波、がセンナ・ケーブルＩＯＫ当っ
た時にｆｔ、Ａルスが減衰させられる。この現象は各元
ファイＡが各不連続部すなわち各隆起部１３と交差する
各点で起る。この光減衰は１元ファイＡ　１４　Ｋ沿っ
て元ノ臂ルス検出器まで反射エネルギーが逆向きに進む
仁とと、元ファイバに泪って長手方向く残りのエネルギ
ーが連続して送られる仁との２つの現象として表わすこ
とができる。帥記残りのエネルギーは元エネルイーの透
過度を表す。

センナ・ケーブル１０は１９８１年５月１５日付の未決
の米国特許出願＠２６・４１８０号に開示されている装
置とともに使用できる。その装置においては、光時間領
域反射計が時間的（隔てられた元エネルイーのかたまり
を光７アイノン１４のような光コアイノに与よる０元ノ
ルスは、センサ１０のうち圧力波が入射したことによっ
て微小な曲りが生じた各位置で、その圧力波の瞬時振幅
に比例する量だけ変化な受ける。センサ・ケーブルＩＯ
Ｋ沿って微小曲り作用により反射信号を生じさせる点す
なわち位置は互いに近接しているから、検出器において
は減衰信号が冥効的に加え合わされてセン量の感度が高
（なる。

本発明の分布微小−りトランスデユーサめ仁の感度は接
点点の間隔を最適にすることにより高くできる。屈捉率
が段階的になっている元ファイバ（ｇｒａｄｅｄ　１ｎ
ｄｅｘ　ｆｌｂｅｒ　）　（Ｑ屈折率輪郭（ｒｅｆｒａ
ｃｔｉｖｅｌ−ｐｒｏｆｌｌｅ）の階級は次のべき法則
により記述できる乙とが良（知られている。

ｎ　（ｒ）＝Ｎｏ　　（１−２４（−））ことに、Ｎ、
＝ｒアの中心における屈折率暑＝コアの半径 ｒ＝半径に沿う任意の点 Ｊ”コアと外装の境界における屈折率 である。

前記導波管内での電磁モードは主モード数ｍと。

長手方向の伝播定数Ｂ、を有する群にまとめることがで
きる。屈折率が段階的になっている光ファイＡＫ対する
隣り合うモード数ｍとｍ＋１の間の差δＢｏは である。

（２）弐によれば、輪郭がパラーラ形の場合には隣り合
う４−ド群はある定数だけ隔てられる。したがって、１
つのひずみ波長ＡＣを隣接する全てのモード群に結合で
きる。

（２）式を波数から波長へ変換すると次式が得られる。

適切な種類の屈折率が段階的な元ファイノ々を用いると
、ＡＣの値は１．８１になる。

したがって、たとえば支持コアの直径が０．７傷で、コ
アの周囲に４つのひずみ隆起部が等間隔に設けられたと
すると％元７アイＡ　１ｋｗアの周囲にらせん状に巻く
時の元７・アイ／寄と隆起部との間の角度は次式から得
ることができる。

度 である、上記のよ５なＡラメータ値では角度αは感度と
なる。

以上説明した分布微小−りセンサ・ケーブルは特性が一
様で、感度が最高のものである。その他の特性を本発明
のセンサに持たせることもできる。

たとえば、ノイズを除去するインパルス応答を得るため
にセンサの応答に重みづけをしたいことがある。そのよ
うな応答はセンサの長手方向における選択された位置で
のＡＣの値を変えることにより得られる。

好適な（−ドのセンサ・ケーブルはひずみ部材Ｕの上に
テフロン（登録商標）製の；ア１２を押出しで被覆する
と同時に、所定の数の不連続部すなわち隆起部１３を設
けることにより作ることができる。次の工程では元ファ
イノ？を支持コアにらせん状に巻きつけ、それ、からダ
クロン条１５を巻きつける。コア戎とダクロン条１５の
間の隙間には、ダクＵン条１５を巻きつける時に低硬度
の物質を詰める。

最後に、Ｃのアセンブリの上に外装置６を押出して被覆
する。

ζわセンサ・ケーブルの長さは希望に応じてどのようＫ
もできるが、なるべくなら約３０．５　ｍ（１００フイ
ート）にする。

以上の説明から、本発明に従って他の構造のセンナ・ケ
ーブルを作ることができることが当業者には明らかであ
ろう。たとえば、コアｎの周囲に間隔Ａをおいて環をは
め込むことにより隆起ｓ１３を設ける仁とができる。こ
の場合には、本発明の全方向特性を達成するために多数
の元７アイＡ。

たとえば最低３本の元７アイＡをコア化の義手方向に沿
って蔦長させ、−ｙｔ、７アイノ９がその環すなわち円
周方向の隆起部と交差する谷点で微小面りが起るように
できる。

同様に、コア１２の周囲にらせん状の隆起部を形成し、
隣接するらせんの間隔なＡとすることくより【隆起部を
設けることもできる。また、このセンナ・ケーブルの多
重方向感度を保持するために、コア化の長手方向に廻び
る複数の元７アイノ々を設けることができる。

これら２つの変更例において（婁、検出器と伝送点に多
数の元７アイＡを結合できる。−万、各党７アイノＲに
多数の元時間領域反射針を用いる仁とが望ましいことが
ある。その場合には、各党７アイＡは別々の元７＃ルス
源と個々の光検出器に結合される。

【図面の簡単な説明】

第１図は構造を示すために一部を除いたトランスデユー
サすなわちセンサ・ケーブルの一区間を示す斜視図、第
２図は第１図の２−２線に浴５横断面図である。 １０・・・センサ・ケーブル、１１・・・ひずみ部材、
ｎ・・・コア、　１３・・・隆起部、　１４・・・元フ
ァイバ、１６・・・外装。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清手続補正書（
方式） 昭和釘年９月２を日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　殿 １、事ｆ’ｌ−の表示 昭和訂年特許願第８２３２１５ノ ２、発明の名称 細長い多重方向圧力セン！および分布 微小−り七ンｔケーブルの製作方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 タエランバーガー、オーノセーシーメ、ニス、ニー図面 ８、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、横断面かはぼ円形であって、外面な頁する延−長さ
   れた支持構造体を備える細長い多重方向圧力センナであ
   って、光ファイ／前要素と圧力伝達保護外装を備え、前
   記外面の所定の点には不連続部が設けられ、前記外面の
   前記所定の点以外の部分はほぼ滑らかであり、前記元フ
   ァイバ要素は繭、記構遺体に沿ってその長手方向に延び
   、かつ前記不連続部に接触し、前記圧力伝達外装部は前
   記元ファイＪ要素と前記支持構造体を囲み、それにより
   前記センサに加えられた圧力波が前記圧力伝達外装を経
   て伝えられ【、前記元ファイノ々要素を、任意の時刻に
   お、ける前記圧力波の振幅を表す大きさだけ、前記各不
   連続部において微小に曲げることを特徴とする細長い多
   重方向圧力センサ。 ２、特許請求の範囲の第１項に記載の圧力センサであっ
   て、前記不連続部は、前記支持構造体に沿ってその長手
   方向にほぼ平行に延びる少くとも２つの隆起部を備え、
   前記元ファイノ々要素は前記支持構造体に、前記不連続
   ＭＫ接して、らせん状に巻きつげられた１本の元７アイ
   Ａで構成されることを特徴とする圧力センサ。 ３、’Ｆ’ｊＹｆ’Ｊ求の範囲の第１項に記載の圧力セ
   ンサであって、前記隆起部は互いに隔【られ、前記光７
   フアイ、？と前記隆起部の襞触点の隣り合う接触の間の
   距離が、 Ａ＝接触点の間の弧の長さ 一＝コアの半径 α＝光ファイ／々が隆起部に対して成す角度として、関
   係 を満足するように、前記元ファイバは前記−起部ととも
   にらせん角を形成することを特徴とする圧力センナ。 ４、特許請求の範囲の第３項に記載の圧力センナであっ
   て、前記トランスジユーサの長手方向に８５選択された
   位置において帥記トラ／スデエーナの感度に重みをつけ
   るために、Ａの値は前記トランス−瓢−すの長手方向に
   沿って変化する仁とを特徴とする圧力センナ。 ５、特許請求の範囲の第３項に記載の圧力センナであっ
   て％Ｊ＝ｌ、８ｍであることＶ特徴とする圧力センナ。 ６．４１許請求の範囲の第１項に記載の圧力センナであ
   って、ｍ記不連続部は前記支持構造に沿つ【その長手方
   向に４ｔば平行に延びる４つの隆起ｇｖ備え、それらの
   各隆起部は隣りの隆起部との間に９０度の角度をおいて
   隔てられることを特徴とする圧力センナ。 ７、特許請求の範囲の第１項に記載の圧力センサであっ
   て、＃記弾カのある構造体の長さは約３０．５ｍ（１０
   ０フイート）であることを特徴とする圧力センナ。 ８　（ａ）　　可撓性ひずみ部材の上に硬度が高い支持
   コアを押出し、その支持コアの表面に隔てて不連続部を
   設ける工程と、 伽）前記コアの周囲に元ファイノを不連続部に接触させ
   てらせん状に巻きつける工程と、（Ｃ）　　コアと元フ
   ァイノの上に硬い材料の保護外装を押し出す工程と、 を備えることを特徴とする分布微小−り一ン！・ケーブ
   ルの製作方法。