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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Wandler,
und insbesondere auf die Kombination eines Wandlers mit einer kapazitiven
Reaktanz und eines Wandlers mit einer induktiven Reaktanz in einem
einzigen elektrischen Kreis.
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Sowohl
piezokeramische Geräte
wie auch magnetostriktive Geräte
sind als nützliche
Solidstate-Aktuatoren oder elektromechanische Wandler bekannt, welche
mechanische Bewegung produzieren, oder in Reaktion auf ein antreibendes
elektrisches Signal erzwingen können.
Diese Geräte
werden zum Beispiel für
das Erzeugen von Vibration, d.h. akustischen Wellen, als eine Vorrichtung
für das
Telemetrieren von Informationen in Rohren angewendet. Solche Wandler
werden bei Bohrverfahren angewendet, um Informationen von Tieflochinstrumenten
an Erdoberflächenempfänger zu
senden. Die Tieflochinstrumente produzieren im allgemeinen eine
elektrische Wellenform, welche den elektromechanischen Wandler antreibt.
Der Wandler erzeugt akustische Wellen in einem Bohrgestänge, welche
sich innerhalb des Bohrgestänges
nach oben bewegen und an der Erdoberfläche aufgespürt werden. Die aufgespürten akustischen
Signale werden mit Hilfe von elektromechanischen Wandlern wie zum
Beispiel Beschleunigungsmessern oder solchen in elektrische Signale
zurück
verwandelt, welche grundsätzlich
mit den Geräten
identisch sein können,
welche die Signale übertragen.
Die aufgespürten
elektrischen Signale werden entschlüsselt, um die von den Tieflochinstrumenten
produzierten Informationen wieder herzustellen.
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Der
von dem Tieflochinstrument für
das Antreiben der Signalwandler erhältliche Strom ist begrenzt,
da diese normalerweise von Batterien gespeist werden. Es ist wichtig,
dass das Antriebssignal innerhalb des Bohrgestänges wirkungsvoll in akustische
Signale umgewandelt wird. US-A-503 1158 bietet für diesen Zweck entweder piezoelektrische
oder magnetostriktive Wandler. Piezokeramische Wandler sind jedoch
hoch kapazitiv. Auf ähnliche
Weise sind magnetostriktive Wandler hoch induktiv. Diese reaktiven
Eigenschaften reduzieren die Wandlungsleistung, d.h. die Fähigkeit
des Telemtriesystems, elektrischen Strom in akustische Kraft umzuwandeln.
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Die
kapazitive Natur der piezokeramischen Wandler setzt ein Design des
Antriebskreises voraus, welches kapazitive Lasten antreiben kann,
oder die Anwendung eine Drosselspule mit dem Wandler, um die effektive
Reaktanz zu reduzieren. Auf die gleiche Weise fordert die induktive
Natur von magnetostriktiven Wandlern ein Design für Antriebskreise,
welche induktive Lasten antreiben können, oder die Anwendung eines
Kondensators mit dem Wandler, um die effektive Reaktanz zu reduzieren.
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Es
wäre deshalb
wünschenswert,
eine elektromechanischen Wandler bieten zu können, welcher eine wirkungsvollere
Umwandlung von elektrischem Strom in akustische Signale erlaubt.
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Die
vorliegende Offenbarung bietet einen elektromechanischen Wandler,
welcher die Kombination von sowohl einem Wandler mit kapazitiver
Impedanz wie auch einen Wandler mit induktiver Impedanz umfasst,
welche sowohl elektrisch wie auch mechanisch gekoppelt sind. Die
elektrische Kopplung der Wandler liefert eine reduzierte Reaktanzlast
für Kreise,
welche den kombinierten Wandler antreiben, und steigert daher die
elektrische Leistungsfähigkeit. Die
mechanische Kopplung steigert die mechanische Gesamtausgabe des
kombinierten Wandlers. Der Endeffekt ist eine verbesserte Wandlungsleistung.
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Bei
einer Ausführungsform
sind ein kapazitiver Wandler und ein induktiver Wandler elektrisch und
mechanisch in Reihe gekoppelt. Durch korrekte Auswahl der reaktiven
Impedanzen verfügt
der kombinierte Wandler bei einer gewählten Frequenz über eine
niedrige Impedanz. Die mechanischen Ausgaben der Geräte verstärken sich
gegenseitig, um eine gesteigerte akustische Reaktion zu liefern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform,
in welcher die mechanischen Ausgaben eines kapazitiven Wandlers
und eines induktiven Wandlers außerhalb der Phase liegen, werden
die Geräte
an Punkten mit einem Signalübertragungsmedium
gekoppelt, welche um einen Abstand getrennt voneinander angeordnet
sind, welcher sich auf die Signalwellenlänge in dem Medium bezieht,
um eine akustische Signalverstärkung
zu liefern.
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Bei
einer Ausführungsform
ist der kapazitive Wandler ein piezoelektrisches Gerät, und der
induktive Wandler ist ein magnetostriktives Gerät.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird ein akustischer Telemetriewandler
geboten, welcher umfasst: einen kapazitiven elektromechanischen
Wandler mit einer elektrischen Verbindung und einer mechanischen
Verbindung, und einen elektromechanischen Wandler mit einer elektrischen
Verbindung, welche mit der elektrischen Verbindung des kapazitiven
elektromechanischen Wandlers gekoppelt ist und eine mechanische
Verbindung aufweist, welche mit der mechanische Verbindung des kapazitiven
elektromechanischen Wandlers gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die elektrische Verbindung des induktiven elektromechanischen Wandlers
in Reihe mit der elektrischen Verbindung des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers gekoppelt.
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Bei
einer Ausführungsform
hat der induktive elektromechanische Wandler einen Induktanzwert, und
der kapazitive elektromechanische Wandler hat einen Kapazitätswert,
und der Induktanzwert und der Kapazitätswert werden vorgewählt, so
dass die kombinierte Impedanz der gekoppelten elektrischen Verbindungen
des induktiven elektromechanischen Wandlers und des kapazitiven
elektromechanischen Wandlers über
ein Frequenzband nahe einer vorgewählten Frequenz eine reduzierte
Reaktanz aufweisen.
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Bei
einer Ausführungsform
haben die mechanischen Verbindungen des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers und des induktiven elektromechanischen Wandlers eine mechanische
Resonanzfrequenz, welche anders ist als die vorgewählte Frequenz,
wobei das Frequenzband der reduzierten Reaktanz erweitert wird.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die kombinierte Impedanz bei der vorgewählten Frequenz grundsätzlich mit
einem Widerstand versehen.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der kapazitive elektromechanische Wandler ein piezoelektrisches
Material, vorzugsweise ein piezokeramisches Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der induktive elektromechanische Wandler ein magnetostriktives
Material.
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Gemäß eines
andere Aspektes der Erfindung wird hier ein elektromechanischer
Wandler für die
Anwendung in einem Bohrloch geboten, umfassend: einen kapazitiven
elektromechanischen Wandler mit einer elektrischen Verbindung und
einer mechanischen Verbindung, und einen induktiven elektromechanischen
Wandler mit einer elektrischen Verbindung, welche mit der elektrischen
Verbindung des kapazitiven elektromechanischen Wandlers gekoppelt
ist, und mit einer mechanischen Verbindung, welche mit der mechanischen
Verbindung des kapazitiven elektromechanischen Wandlers gekoppelt
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die elektrische Verbindung des induktiven elektromechanischen Wandlers
in Reihe mit der elektrischen Verbindung des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers gekoppelt.
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Bei
einer Ausführungsform
hat der induktive elektromechanische Wandler einen Induktanzwert, und
der kapazitive elektromechanische Wandler hat einen Kapazitätswert,
und der Induktanzwert und der Kapazitätswert sind vorgewählt, so
dass die kombinierte Impedanz der gekoppelten elektrischen Verbindungen
des induktiven elektromechanischen Wandlers und des kapazitiven
elektromechanischen Wandlers über
ein Frequenzband nahe einer vorgewählten Frequenz eine reduzierte
Reaktanz aufweist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der kapazitive elektromechanische Wandler ein piezoelektrisches
Material, vorzugsweise ein piezokeramisches Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der induktive elektromechanische Wandler ein magnetostriktives
Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der kapazitive elektromechanische Wandler ein flexibles
piezoelektrisches Gerät,
welches mit der Oberfläche eines
rohrförmigen,
für die
Anwendung in einem Bohrloch adaptierten Elements verbunden ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der induktive elektromechanische Wandler einen Abschnitt eines
rohrförmigen
Elements, welcher für
die Anwendung in einem Bohrloch adaptiert ist, und eine Spule, welche
den Abschnitt des rohrförmigen
Elements umgibt.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der Abschnitt des rohrförmigen
Elements ein magnetostriktives Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der Wandler weiter eine zylindrische Hülse, welche die genannte Spule
umgibt, mit einem oberen Ende, welches über der Spule mit dem rohrförmigen Element gekoppelt
ist, und mit einem unteren Ende, welches unter der Spule mit dem
rohrförmigen
Element gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Hülse
dauerhaft magnetisiert.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Hülse
ein magnetostriktives Material.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein elektromechanischer
Wandler für die
Anwendung in einem Bohrloch geboten, umfassend: einen Abschnitt
eines rohrförmigen
Elements, welcher für
die Anwendung in einem Bohrloch adaptiert ist, eine Spule, welche
den Abschnitt des rohrförmigen
Elements umgibt, eine Hülse,
welche die genannte Spule umgibt und mit dem rohrförmigen Element
gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Hülse
dauerhaft magnetisiert.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Hülse
ein magnetostriktives Material.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Bohrlochtelemetriesystem
für das Übertragen
von Signalen von einem ersten Standort in einem Bohrloch an einen
zweiten Standort in dem Bohrloch geboten, umfassend: ein akustischen Übertragungsmedium,
welches sich von dem ersten Standort bis an den zweiten Standort
erstreckt, einen ersten kapazitiven elektromechanischen Wandler
mit einer elektrischen Verbindung, und mit einer mechanischen Verbindung,
welche mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist, und einen ersten induktiven elektromechanischen Wandler
mit einer elektrischen Verbindung, welche mit der elektrischen Verbindung
des ersten kapazitiven elektromechanischen Wandlers gekoppelt ist,
und mit einer mechanischen Verbindung, welche nahe des ersten kapazitiven
elektromechanischen Wandlers mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
sind sowohl der erste induktive elektromechanische Wandler wie auch
der erste kapazitive elektromechanische Wandler an dem zweiten Standort
mit dem Übertragungsmedium
gekoppelt und kooperieren miteinander, um Signale zu empfangen.
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Bei
einer Ausführungsform
sind sowohl der erste induktive elektromechanische Wandler wie auch
der erste kapazitive elektromechanische Wandler an dem ersten Standort
mit dem Übertragungsmedium
gekoppelt und kooperieren miteinander, um Signale zu übertragen.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die elektrische Verbindung des ersten induktiven elektromechanischen
Wandlers in Reihe mit der elektrischen Verbindung des ersten kapazitiven
elektromechanischen Wandlers gekoppelt.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die mechanische Verbindung des ersten induktiven elektromechanischen
Wandlers mit der mechanischen Verbindung des ersten kapazitiven
elektromechanischen Wandlers gekoppelt.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die mechanische Verbindung des ersten induktiven elektromechanischen
Wandlers außer
Phase mit der mechanischen Verbindung des ersten kapazitiven elektromechanischen
Wandlers, und der erste induktive elektromechanische Wandler ist
in einem Abstand getrennt von dem ersten kapazitiven elektromechanischen
Wandler angeordnet, welcher sich auf den Phasenunterschied zwischen
der mechanischen Verbindung des induktiven elektromechanischen Wandler
und der mechanischen Verbindung des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers bezieht.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der erste induktive elektromechanische Wandler ein magnetostriktives
Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der erste kapazitive elektromechanische Wandler ein piezoelektrisches
Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das piezoelektrische Material ein piezokeramisches Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Telemetriesystem weiter einen zweiten kapazitiven elektromechanischen
Wandler mit einer elektrischen Verbindung und mit einer mechanischen
Verbindung, welche an dem zweiten Standort mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist, und einen zweiten induktiven elektromechanischen Wandler
mit einer elektrischen Verbindung, welche mit der elektrischen Verbindung
des piezoelektrischen Geräts
gekoppelt ist, und eine mechanische Verbindung, welche an dem zweiten
Standort mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Telemetriesystem weiter einen Signalsender mit einer Ausgabe,
welche mit den elektrischen Verbindungen des ersten kapazitiven
elektromechanischen Wandlers und des ersten induktiven elektromechanischen Wandlers
gekoppelt ist und auf diese Weise ein akustisches Signal durch das
akustische Übertragungsmedium überträgt.
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Bei
einer Ausführungsform überträgt der Signalsender
Signale auf einer oder mehreren Frequenzen, auf welchen die kombinierte
Reaktanz des ersten kapazitiven elektromechanischen Wandlers und des
ersten induktiven elektromechanischen Wandlers reduziert wird.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Telemetriesystem weiter einen Signalempfänger mit
einer Eingabe, welche mit den elektrischen Verbindungen des zweiten
kapazitiven elektromechanischen Wandlers und des zweiten induktiven
elektromechanischen Wandlers gekoppelt ist und auf diese Weise das
akustische Signal von dem akustischen Übertragungsmedium empfängt.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das akustische Übertragungsmedium
ein Bohrgestänge.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das akustische Übertragungsmedium
ein Fördergestänge.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das akustische Übertragungsmedium
eine Slickleitung oder eine Drahtleitung.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das akustische Übertragungsmedium
Flüssigkeit
in dem Bohrloch.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das akustische Übertragungsmedium
Erdformationen, welche das Bohrloch umgeben.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Bohrlochtelemetriesystem
für das Übertragen
von Signalen von einem ersten Standort in einem Bohrloch an einen
zweiten Standort in dem Bohrloch geboten, umfassend: ein akustisches Übertragungsmedium,
welches sich von dem ersten Standort bis an den zweiten Standort
erstreckt, und zwei Wandlerpaare, von welchen ein jedes Paar einen
ersten kapazitiven elektromechanischem Wandler mit einer elektrischen
Verbindung und mit einer mechanischen Verbindung umfasst, welche
an dem ersten Standort mit dem akustischen Übertragungsmedium gekoppelt
sind, und einen ersten induktiven elektromechanischen Wandler mit
einer elektrischen Verbindung, welche mit der elektrischen Verbindung des
ersten kapazitiven elektromechanischen Wandlers gekoppelt ist, und
mit einer mechanischen Ausgabe, welche an dem ersten Standort mit
dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst ein erstes der Wandlerpaare ein erstes Paar von induktiven elektromechanischen
Wandlern, deren mechanische Verbindung an einem Standort, welcher
von dem Standort, an welchem die mechanische Verbindung des ersten
Paares von kapazitiven elektromechanischen Wandlers mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist, um einen Abstand, welcher sich auf eine erste Frequenz
und den Phasenunterschied zwischen der mechanischen Verbindung des ersten
Paares von kapazitiven elektromechanischen Wandlern und der mechanischen
Verbindung des ersten Paares von kapazitiven elektromechanischen Wandlern
bezieht, getrennt angeordnet ist, mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist, und ein zweites der Wandlerpaare umfasst ein zweites Paar
von kapazitiven elektromechanischen Wandlern, deren mechanische
Verbindung mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist, an einem Standort, welcher um einen Abstand, welcher
sich auf eine zweite Frequenz und den Phasenunterschied zwischen
der mechanischen Verbindung des zweiten Paares von induktiven elektromechanischen Wandlern
und der mechanischen Verbindung des zweiten Paares von kapazitiven
elektromechanischen Wandlern bezieht, von dem Standort getrennt angeordnet
ist, an welchem die mechanische Verbindung des zweiten Paares von
kapazitiven elektromechanischen Wandlern mit dem akustischen Übertragungsmedium
gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Telemetriesystem weiter einen Telemetriesender mit einer
ersten Ausgabe, welche mit den elektrischen Verbindungen des genannten
ersten Paares von Wandlern gekoppelt ist, wobei die erste Ausgabe
wahlweise ein elektrisches Signal mit der ersten Frequenz liefert,
und mit einer zweiten Ausgabe, welche mit den elektrischen Verbindungen
des genannten zweiten Paares von Wandlern gekoppelt ist, wobei die
erste Ausgabe wahlweise ein elektrisches Signal mit der zweiten
Frequenz liefert.
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Bei
einer Ausführungsform
umfassen das erste Paar von induktiven elektromechanischen Wandlern
und das zweite Paar von induktiven elektromechanischen Wandlern
den gleichen induktiven elektromechanischen Wandler.
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Bei
einer Ausführungsform
umfassen das erste Paar von kapazitiven elektromechanischen Wandlern
und das zweite Paar von kapazitiven elektromechanischen Wandlern
den gleichen kapazitiven elektromechanischen Wandler.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst ein jeder der kapazitiven elektromechanischen Wandler ein
piezoelektrisches Material, vorzugsweise ein piezokeramisches Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst ein jeder der induktiven elektromechanischen Wandler ein
magnetostriktives Material.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Gerät für das Produzieren von akustischen
Wellen in einer Flüssigkeit
in einem Bohrloch geboten, umfassend: eine mit Flüssigkeit gefüllte Kammer
mit wenigstens einer Öffnung,
einen in der Kammer bewegbaren Kolben für das Bewegen von Flüssigkeit
durch die Öffnung,
ein Aktuator, welcher mit dem Kolben gekoppelt ist, wobei der Aktuator
einen kapazitiven elektromechanischen Wandler mit einer elektrischen
Verbindung und einer mechanischen Verbindung umfasst, welche mit
dem Kolben gekoppelt sind, und einen induktiven elektromechanischen
Wandler mit einer elektrischen Verbindung, welche mit der elektrischen
Verbindung des kapazitiven elektromechanischen Wandlers gekoppelt
ist und eine mechanische Verbindung umfasst, welche mit dem Kolben
gekoppelt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die elektrische Verbindung des induktiven elektromechanischen Wandlers
in Reihe mit der elektrischen Verbindung des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers gekoppelt.
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Bei
einer Ausführungsform
hat der induktive elektromechanische Wandler einen Induktanzwert, und
der kapazitive elektromechanische Wandler hat einen Kapazitätswert,
und der Induktanzwert und der Kapazitätswert werden vorgewählt, so
dass die kombinierte Impedanz der gekoppelten elektrischen Verbindungen
des induktiven elektromechanischen Wandlers und des kapazitiven
elektromechanischen Wandlers über
ein Frequenzband nahe einer vorgewählten Frequenz eine reduzierte
Reaktanz aufweist.
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Bei
einer Ausführungsform
haben die mechanischen Verbindungen des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers und des induktiven elektromechanischen Wandlers eine mechanische
Resonanzfrequenz, welche anders ist als die vorgewählte Frequenz,
wobei das Frequenzband erweitert wird.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der kapazitive elektromechanische Wandler ein piezoelektrisches
Material, vorzugsweise ein piezokeramisches Material.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der induktive elektromechanische Wandler ein magnetostriktives
Material.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Verfahren für das Umwandeln
von elektrischer Energie in mechanische Energie in einer Struktur
in einem Bohrloch geboten, umfassend: das mechanische Koppeln eines
kapazitiven elektromechanischen Wandlers und eines induktiven elektromechanischen
Wandlers mit einer Struktur in einem Bohrloch, das Koppeln einer
elektrischen Ausgabe des kapazitiven elektromechanischen Wandlers
mit einer elektrischen Ausgabe des induktiven elektromechanischen
Wandlers, um einen einzigen Kreis zu formen, und das Koppeln von
elektrischer Energie mit dem einzigen Kreis, um gleichzeitig mit
dem kapazitiven elektromechanischen Wandler und dem induktiven elektromechanischen
Wandler mechanische Energie auf die Struktur aufzuerlegen.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiter das Koppeln der elektrischen Ausgabe des
kapazitiven elektromechanischen Wandlers in Reihe mit der elektrischen
Ausgabe des induktiven elektromechanischen Wandlers.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiter das Koppeln von elektrischer Energie mit
dem einzigen Kreis auf einer Frequenz, auf welcher die Reaktanz
des genannten einzigen Kreises wesentlich reduziert wird.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Verfahren für das Telemetrieren von
elektrischen Signalen als akustische Wellen geboten, umfassend:
das mechanische Koppeln eines ersten kapazitiven elektromechanischen
Wandlers mit einem ersten induktiven elektromechanischen Wandler,
das Koppeln einer elektrischen Eingabe des kapazitiven elektromechanischen
Wandlers mit einer elektrischen Eingabe des induktiven elektromechanischen
Wandlers, um einen ersten Kreis zu formen, und das Koppeln eines
elektrischen Signals mit dem ersten Kreis, um akustische Wellen
sowohl von dem kapazitiven elektromechanischen Wandler wie auch
dem induktiven elektromechanischen Wandler zu produzieren.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiter das mechanische Koppeln des ersten kapazitiven
elektromechanischen Wandlers und des ersten induktiven elektromechanischen
Wandlers mit einem akustischen Übertragungsmedium
an einem ersten Standort, wobei die genannten akustischen Wellen
sich durch das Medium hindurch bewegen.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiter: das mechanische Koppeln eines zweiten
kapazitiven elektromechanischen Wandlers und eines zweiten induktiven
elektromechanischen Wandlers mit dem akustischen Übertragungsmedium an
einem zweiten Standort, und das Koppeln einer elektrischen Ausgabe
des kapazitiven elektromechanischen Wandlers mit einer elektrischen
Ausgabe des induktiven elektromechanischen Wandlers, um einen zweiten
Kreis zu formen, wobei das genannte elektrische Signal in dem genannte
zweiten Kreis aufgespürt
wird.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiter das Aufspüren von akustischem Geräusch in
dem Übertragungsmedium,
und das Koppeln eines Geräuschunterdrückungssignals
mit dem ersten Kreis, um akustische Wellen zu produzieren, welche
das akustische Geräusch
wenigstens zum Teil unterdrücken.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Verfahren für das Umwandeln
von mechanischer Energie in elektrische Energie in einem Bohrloch
geboten, umfassend: das mechanische Koppeln einer mechanischen Verbindung
eines kapazitiven elektromechanischen Wandlers mit einer mechanischen
Verbindung eines induktiven elektromechanischen Wandlers in einem
Bohrloch, das Koppeln einer elektrischen Verbindung des kapazitiven
elektromechanischen Wandlers mit einer elektrischen Verbindung des
induktiven elektromechanischen Wandlers, um einen einzigen Kreis
zu formen, und das Auferlegen von mechanischer Energie auf die mechanischen
Verbindungen des kapazitiven elektromechanischen Wandlers und des
induktiven elektromechanischen Wandlers, wobei in dem einzigen Kreis
elektrische Energie produziert wird.
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Gemäß eines
anderen Aspektes der Erfindung wird hier ein Verfahren für das Übertragen
von Signalen von einem ersten Standort in einem Bohrloch an einen
zweiten Standort in einem Bohrloch geboten, umfassend das Koppeln
der mechanischen Verbindung eines ersten kapazitiven elektromechanischem
Wandlers mit einem akustischen Medium an einem ersten Punkt nahe
des genannten ersten Standorts, das Koppeln der mechanischen Verbindung
eines ersten induktiven elektromechanischen Wandlers mit dem akustischen
Medium an einem zweiten Punkt nahe des genannten ersten Standorts, wobei
der zweite Punkt von dem ersten Punkt um einen Abstand getrennt
angeordnet ist, welcher sich auf eine erste Frequenz und den Phasenunterschied zwischen
akustischen Signalen bezieht, welche an den mechanischen Verbindungen
der genannten ersten kapazitiven und induktiven Wandler produziert werden,
und das Koppeln der elektrischen Verbindungen der ersten kapazitiven
und induktiven Wandler miteinander, um einen ersten Kreis zu formen,
und das Koppeln der mechanischen Verbindung eines zweiten kapazitiven
elektromechanischen Wandlers mit einem akustischen Medium an einem
dritten Punkt des genannten ersten Standorts, und das Koppeln der
mechanischen Verbindung eines zweiten induktiven elektromechanischen
Wandlers mit dem akustischen Medium an einem vierten Punkt nahe des
genannten ersten Standorts, wobei der vierte Punkt um einen Abstand
getrennt von dem dritten Punkt angeordnet ist, welcher sich auf
eine zweite Frequenz und den Phasenunterschied zwischen akustischen
Signalen bezieht, welche an den mechanischen Verbindungen der genannten
zweiten kapazitiven und induktiven Wandler produziert werden, und
das Koppeln der elektrischen Verbindungen der zweiten kapazitiven
und induktiven Wandler miteinander, um einen zweiten Kreis zu formen.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiter das Koppeln von elektrischen Signalen mit
dem genannten ersten Kreis ungefähr
auf der genannten ersten Frequenz, und das Koppeln von elektrischen
Signalen mit dem genannten zweiten Kreis ungefähr auf der genannten zweiten
Frequenz.
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Wir
beziehen uns nun auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
eines rohrförmigen
Signalübertragungsmediums
mit einem Paar von kombinierten piezoelektrischen und magnetostriktiven
elektromechanischen Wandlern gemäß der vorliegenden
Offenbarung darstellt;
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2 einen
elektrischen Schaltplan der Verbindung des Wandlers aus 1 mit
einer Quelle eines elektrischen Signals darstellt;
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3 eine
Kurve der Wandlungsleistung im Vergleich mit der Frequenz für die kombinierten Wandler
aus 1 darstellt;
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4 eine
Teilquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Paares von
elektromechanischen Wandlern darstellt, welche gemäß der vorliegenden
Offenbarung kombiniert wurden;
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5 eine
explodierte Ansicht eines flexiblen piezoelektrischen Wandlers darstellt,
welcher für die
Anwendung in der Ausführungsform
von 4 geeignet ist.
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6 eine
Illustration der Platzierung einer Vielzahl von piezoelektrischen
und magnetostriktiven Wandlern an einem Signalübertragungsmedium für das Liefern
einer Signalverstärkung
auf zwei verschiedenen Frequenzen darstellt;
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7, 8,
und 9 verschiedene Ausführungsformen einer dipolaren
akustischen Quelle für
das Bohrloch-Logging mit Hilfe von Hybrid-Wandlern gemäß der vorliegenden
Erfindung illustrieren.
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Zu
Zwecken der Veranschaulichung dieser Offenbarung kann ein elektromechanischer
Wandler oder ein Aktuator ein beliebiges Gerät sein, welches mittels einer
elektrischen Eingabe angetrieben werden kann, und welches eine mechanische
Ausgabe in der Form einer Kraft oder Bewegung liefert. Viele elektromechanische
Wandler reagieren auch auf eine mechanische Eingabe, im allgemeinen
eine Kraft, indem sie eine elektrische Ausgabe erzeugen. Zu Zwecken
der vorliegenden Offenbarung wird vorausgesetzt, dass jeder Wandler
eine elektrische Verbindung und eine mechanische Verbindung umfasst. Es
wird weiter vorausgesetzt, dass jede Verbindung eine Eingabe oder
Ausgabe, oder beides repräsentiert,
wobei davon abhängen
wird, ob der Wandler zu dem jeweiligen Zeitpunkt dazu angewendet
wird, elektrische Energie in Kraft oder Bewegung, oder Kraft oder
Bewegung in elektrische Energie umzuwandeln.
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Viele
elektromechanische Wandler haben an ihrer elektrischen Verbindung
eine reaktive Impedanz und können
in ihrer Natur entweder kapazitiv oder induktiv sein. Kapazitive
Wandler werden im allgemeinen von einem elektrischen Feld angetrieben,
normalerweise durch Auferlegen einer Spannung über eine elektrische Verbindung,
welche aus einem Paar von Elektroden besteht, und ändern ihre
Form in Reaktion auf das auferlegte Feld. Kapazitive elektromechanische
Wandler können
aus verschiedenen Materialen gefertigt werden, welche piezoelektrische
Materiale einschließlich
piezokeramischer, PZT- (Blei-Zirconat-Titanat), Piezopolymer-, und
Quartzmateriale sein können,
oder welche Elektrostriktions-, ferroelektrische, relaxionsferroelektrische,
elektroaktive Polymer-, formbeibehaltende Keramik-, elektrostatische
Aktuatormateriale usw. sein können. Diese
Materiale reagieren normalerweise auf mechanische Kraft oder Bewegung,
welche durch Erzeugen eines elektrischen Feldes, welches an deren
elektrischer Verbindung eine Spannung erzeugt produziert, auf deren
mechanische Verbindungen auferlegt wird.
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Elektromechanische
Wandler mit einer induktiven elektrischen Reaktion weisen normalerweise
eine elektrische Verbindung auf, welche Drahtspulen umfasst, um
ein magnetisches Feld zu erzeugen oder aufzuspüren. Eine Klasse von induktiven
Wandlern besteht aus einem magnetostriktiven Gerät oder Magnetostriktor, in
welchem durch Auferlegen einer Spannung auf eine Spule ein magnetisches
Feld erzeugt wird, welches die Form eines magnetostriktiven Kerns ändert. Verschiedene
Materiale wie zum Beispiel Eisen und Eisenlegierungen wie Terfenol
liefern magnetostriktive und gigantische magnetostriktive Reaktionen.
Diese Materiale reagieren normalerweise auf eine Kraft, welche durch
Erzeugen eines magnetischen Feldes, welches von der Spule aufgespürt werden
kann, auf deren mechanische Verbindung auferlegt wird. Eine weitere
Klasse von induktiven elektromechanischen Wandlern besteht aus einer
Sprachspule wie zum Beispiel einem herkömmlichen Kraft-Shaker.
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1 zeigt
eine Illustration einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung, welche für die Telemetrie von Signalen
in einem Bohrloch nützlich
ist. Eine Länge
von Rohr 10 kann einen Teil eines Bohrgestänges in
einem Bohrloch repräsentieren.
In einem Bohrumfeld dient dieses Rohr 10 mehreren Zwecken.
Es kann Drehkräfte
an eine Bohrkrone am Ende des Bohrgestänges übertragen und funktioniert normalerweise
als ein Schutzrohr für
das Einführen von
Bohrschlamm in das Bohrloch bis an die Bohrkrone hinunter. Bei dieser
Ausführungsform
liefert dasselbe auch ein akustisches Signalübertragungsmedium für das Senden
von Informationen von Sensoren oder Detektoren in dem Bohrloch an
Geräte
an der Erdoberfläche
des Bohrlochs. Ein Paar von elektromechanischen Wandlern 12 hat
mechanische Verbindungen, welche durch obere und untere Ansätze 14 und 16 mit
dem Rohr 10 gekoppelt sind, wobei diese an dem Rohr 10 befestigt
sind. Jeder Wandler 12 umfasst einen kapazitiven elektromechanischen Wandler 18 und
einen induktiven elektromechanischen Wandler 20 mit mechanischen
Verbindungen, welche zwischen den Ansätzen 14, 16 in
Reihe gekoppelt oder übereinander
gestapelt sind. Von den Geräten 18 und 20 erzeugte
mechanische Kräfte werden
kombiniert und sind durch die Ansätze 14, 16 mit
dem Rohr 10 gekoppelt. Wenn die Wandler 12 mit einem
vibrierenden elektrischen Signal angetrieben werden, induzieren
dieselben ein korrespondierendes axiales Kompressionssignal in dem
Rohr 10. Es ist wünschenswert,
zwei Wandler 12 wie hier illustriert voneinander getrennt
auf gegenüber
liegenden Seiten des Rohrs 10 zu haben, welche mit dem
gleichen elektrischen Signal angetrieben werden, um ein Auferlegen
von Biegekräften
auf das Rohr 10 zu verhindern.
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Ein
oder mehrere zusätzliche
Sätze von Wandlern 12 können an
einem Bohrgestänge
positioniert werden, von welchem das Rohr 10 einen Teil darstellt.
Ein Satz an oder nahe des Erdoberflächestandorts des Bohrlochs
kann die durch die mechanischen Verbindungen übertragenen axialen Kompressionssignale
aufspüren
und ein korrespondierendes elektrisches Signal an dessen elektrischen
Verbindungen erzeugen. Das elektrische Signal kann mit einem Decoder
gekoppelt werden, welcher Signale empfängt, welche von dem Tieflochstandort
gesendet werden. Ein oder mehrere Sätze zwischen einem Tieflochstandort
und dem Erdoberflächenstandort können einen
Teil eines Verstärkers
darstellen, welcher in tiefen Bohrlöchern notwendig sein kann.
Ein Verstärker
kann einen Satz von Wandlern 12 für das Empfangen von Signalen
von tiefer in dem Bohrloch umfassen, und einen zweiten Satz für das Weiterleiten
der Signale in Richtung des Erdoberflächenstandorts. Da die Wandler 12 sowohl
als Sender wie auch als Empfänger
oder Sensoren funktionieren kann ein einziger Satz für beide
Funktionen in einem Verstärker
angewendet werden.
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Obwohl
das akustische Signalübertragungsmedium
bei der Ausführungsform
in 1 aus einem Bohrgestänge besteht, können auch
andere gewöhnlich
in einem Bohrloch angewendete Elemente als ein akustischen Übertragungsmedium
verwendet werden. So können
zum Beispiel verschiedene andere rohrförmige Produkte als eine Komplettierungskette, Förderkette,
oder Service-Kette angewendet werden und als ein Signalmedium dienen.
Diese Elemente können
in der Form von zusammengesetzten Rohren oder ununterbrochenen Rohren,
welche oft auch als Spulenrohre beschrieben werden, angewendet werden.
Andere geeignete Signalübertragungsmedien schliessen
Slickleitungen, Drahtleitungen, elektrische Leitungen, und ähnliche
ein. Akustische Signale können
auch durch Flüssigkeit
in dem Bohrloch oder durch Erdformationen übertragen werden, welche das
Bohrloch umgeben.
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Der
kapazitive elektromechanische Wandler 18 ist hier als ein
Zylinder illustriert, und ist bei einer Ausführungsform aus einem piezokeramischen
Material gefertigt, kann aber alternativ auch aus anderen Materialen
oder in anderen Formen gefertigt werden, welche eine oben beschriebene
kapazitive Wandlerreaktion liefern. Bei dieser Ausführungsform
ist der Wandler 18 aus einer Anzahl von piezokeramischen Schieben
gefertigt, welche miteinander verbunden sind und die Zylinderform
bilden. Zwischen einem jeden Paar von Scheiben befindet sich eine
elektrisch leitende Lage oder Elektrode, welche das Auferlegen von
elektrischen Feldern auf die Scheiben erlaubt. Abwechselnde Elektroden
sind elektrisch parallel gekoppelt, um die elektrische Verbindung
des Wandlers 18 zu formen. Die Polaritäten dieser abwechselnden Scheiben
sind umgekehrt, so dass bei Auferlegen einer Spannung zwischen aufeinander
folgenden Elektroden jede Scheibe ihre Form ändert und der gesamte Stapel
seine Form um die Summe der Änderungen
in jeder Scheibe ändert.
Die Enden des zylindrischen Stapels von Scheiben formen die mechanische
Verbindung des Wandlers 18. Diese Konstruktion eines piezoelektrischen
Wandlers ist herkömmlich.
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Der
induktive elektromechanische Wandler 20 kann auch aus einer
herkömmlichen
Konstruktion bestehen. Bei dieser Ausführungsform umfasst derselbe
einen magnetostriktiven Stab 22, welcher von einer Drahtspule 24 umgeben
ist. Die Drahtspule formt die elektrische Verbindung des Wandlers 20. Der
Stab 22 kann aus Eisen oder einer Eisenlegierung mit Terbium
und Dysprosium, d.h. Terfenol oder einem anderen Material gefertigt
werden, welche für seine
magnetostriktiven oder gigantischen magnetostriktiven Eigenschaften
wie zum Beispiel die oben aufgeführten
bekannt ist. Die Enden des Stabs 22 formen die mechanische
Verbindung des Wandlers 20. Obwohl dies in 1 nicht
dargestellt ist, ist es bei einigen Ausführungsformen wünschenswert,
ein vormagnetisierendes Feld für
den Stab 22 bereitzustellen. Dies kann durch Einschliessen
des Geräts 20 in
einen Zylinder oder eine Hülse
geschehen, welche(r) dauerhaft magnetisiert wurde. Eine vormagnetisierte
Hülse ist
in 4 dargestellt.
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2 illustriert
eine Ausführungsform
eines Kreises für
die elektrische Verbindung des kapazitiven Wandlers 18,
welcher hier als ein Kondensator dargestellt ist, und die elektrische
Verbindung des induktiven Wandlers 20, welcher hier als
eine Drosselspule dargestellt ist, und eine Quelle eines elektrischen
Signals 26. Das schematische Diagramm zeigt außerdem einen
Widerstand 28, welcher einen inhärenten Widerstand in den verschiedenen
Komponenten und Leitern repräsentiert.
Alternativ könnte
der Widerstand 28 einen getrennten Widerstand umfassen,
welcher so ausgewählt
wird, dass derselbe zu der Impedanz einer Stromquelle paßt, oder
er kann einen mit einem Widerstand versehenen elektromechanischen
Wandler wie zum Beispiel ein formbeibehaltendes Legierungsgerät umfassen,
welches mechanisch mit den Wandlern 18 und 20 gekoppelt
ist. Alle dieser Komponenten 18, 20, 26 und 28 sind
elektrisch in Reihe verbunden. Die elektrische Quelle 26 kann
der Ausgabesignaltreiber eines Tieflochinstrumentpakets sein, d.h.
ein Paket für
das Logging während
des Bohrens, welche in das Bohrgestänge eingebaut ist. Solche Pakete
produzieren im allgemeinen Informationen in Digitalform, welche
zu einem Zweifrequenz- oder Doppeltonsignal codiert werden können, welches
eine Eins, und das andere eine Null repräsentiert. Die Signalquelle 26 treibt
die Geräte 18 und 20 mit
diesen Tönen,
um akustische Wellen für das übertragen
an einen anderen Standort des Bohrlochs auf diesen Frequenzen auf
das Bohrgstänge 10 aufzuerlegen,
wo die Töne
von ähnlichen
Wandlern empfangen und zu einem digitalen Signal entschlüsselt werden
können.
Der andere Bohrlochstandort kann sich an der Erdoberfläche des
Bohrlochs oder an einem Zwischenstandort befinden, wo ein Verstärker das
Signal empfangen und weiterleiten kann.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird hier der Effekt der Reihenverbindung
der Geräte 18, 20 illustriert. 3 verfolgt
die Wandlungsleistung des Kreises von 2 im Vergleich
mit der Frequenz. Für dieses
Beispiel wird die Kapazität
des Wandlers 18 als 1,3e-3 Farad ausgewählt, und die Induktanz des Wandlers 20 wird
als 0,07 Henry ausgewählt,
und der Widerstand 28 ist 46 Ohm. Die Frequenzskala wird
in Radian pro Sekunde dargestellt. Mit diesen Werten zeigt die Kurve
die Leistung von 100% bei einer Frequenz von 100. Bei dieser Frequenz
balanciert die Reaktanz des Kondensators 18 die Reaktanz
der Drosselspule 20 genaustens aus, so dass die kombinierte
Reaktanz als Null erscheint, und die Impedanz rein resistiv ist,
d.h. Strom und Spannung sind in Phase. Wie jedoch oben schon erwähnt wurde
sind normalerweise zwei Frequenzen für das Übertragen eines Signals erforderlich.
Bei dieser Ausführungsform können die Übertragungsfrequenzen
als 30 und 300 ausgewählt
werden, und die Wandlungsleistung bei beiden Frequenzen wird ungefähr 93% betragen.
So neigt der Frequenzbereich der wirkungsvollen Wandlungsleistung
dazu, breit genug zu sein, um eine Auswahl von gut getrennten Doppeltonfrequenzen
mit hoher Wandlungsleistung zu ermöglichen.
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Die
Kurve in 3 ist auf nur auf die Impedanzen
der Wandler 18 und 20 basiert. Die Systemreaktion
eines Wandlers ist komplizierter, da sie auch von der mechanischen
Resonanz des Wandlers und den mechanischen Elementen beeinflußt wird,
mit welchen sie verbunden ist. Um die höchste Wandlungsleistung zu
erreichen, was ein typisches Ziel darstellt, sollte die mechanische
Resonanz sich auf der gleichen Frequenz befinden wie die elektrische Resonanz.
In diesem Fall ist 3 eine gute Repräsentation
der Systemreaktion.
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In
manchen Fällen
wird es jedoch wünschenswert
sein, über
ein breiteres Frequenzband hinweg eine gute Wandlungsleistung zu
erzielen. Einige der unten aufgeführten alternativen Codierungsverfahren
werden zum Beispiel mit einer breiteren Systemfrequenzreaktion besser
funktionieren. Die Frequenzreaktion des Systems kann durch ein absichtliches
Einstellen des elektrischen Resonanzpunktes auf einer anderen Frequenz
als derjenigen der mechanischen Systemresonanz verbreitert werden.
Im allgemeinen ist es einfacher, die elektrische Resonanz einzustellen
als die mechanische. Wenn das in 3 dargestellte
elektrische System zum Beispiel mit einem mechanischen System mit
einer Resonanz von ungefähr
900 Hz kombiniert wird, wird das kombinierte System eine relativ
flache Systemfrequenzreaktion von ungefähr 30 Hz bis ungefähr 930 Hz
aufweisen. Es ist normalerweise ein Kompromiß zwischen Spitzenreaktion
und Breite der Frequenzreaktion erforderlich. Dies bedeutet, dass
man erwarten kann, dass die Spitzenreaktion dieses Systems mit einer
900 Hz Breite niedriger sein wird als die des Systems von 3 mit
einer ziemlich flachen Reaktion von nur ungefähr 300 Hz.
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Die
Systemfrequenzreaktion kann daher auch durch das Hinzufügen von
elektrischen Widerständen
wie zum Beispiel dem Widerstand 28 aus 2 zu
dem Kreis, oder durch das Hinzufügen
von mechanischen Dämpfern
zu dem System erweitert werden. Von diesen Verfahren für das Abflachen
der Frequenzreaktion kann daher erwartet werden, dass dieselben
die Spitzensystemreaktion reduzieren.
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Obwohl
bei diesem Beispiel Doppeltoncodierung angewendet wird, können wenn
erwünscht
andere Codierungspläne
angewendet werden. So könnte
das Codieren zum Beispiel mit Hilfe der Amplitudenmodulierung einer
einzigen Trägerfrequenz durchgeführt werden.
Das Codieren könnte
aus einem diskreten Mehrtoncodieren bestehen, wobei die Informationen über eine
Vielzahl von einzelnen Frequenzen geführt werden, welche versichern
würden, dass
die Trägerfrequenz
nicht mit einem Stoppband des Systems korrespondiert. Das Codieren
könnte aus
einer der Formen bestehen, welche innerhalb der Telekommunikationsindustrie
angewendet werden und QAM (Quadratur-Amplitudenmodulation), VDSL (Very High
Bit Rate Digital Subscriber Leitung), ADSL (Asymmetrische Digitale
Subscriber Leitung), CDMA (Code Division Multiple Access) usw. einschliessen.
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4 illustriert
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung. Ein Abschnitt des Rohrs 34 kann
einen Teil eines Bohrgestänges, einer
Arbeitskette usw. wie oben beschrieben repräsentieren. Ein magnetostriktiver
Wandler 36 und ein piezoelektrischer Wandler 38 werden
hier als an dem Rohr 34 befestigt, oder grundsätzlich in
dasselbe integriert dargestellt.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist ein induktiver Rohrwandler 36 hauptsächlich aus
einer elektrischen Spule 40 geformt, welche um das Rohr 34 gewickelt ist.
Das Rohr 34 selber kann die Rolle eines magnetostriktiven
Elements übernehmen,
welches in Reaktion auf Strom in der Spule 40 eine mechanische
Bewegung liefert. Eine äußere Hülse 52 ist
um die Spule 40 herum positioniert und an dessen oberem
Ende 44 über
der Spule 40, und an dessen unterem Ende 46 unter
der Spule 40 mit der Außenoberfläche des Rohrs 34 gekoppelt.
Der Körper
der Hülse 42 ist
vorzugsweise dauerhaft magnetisiert, um ein vormagnetisierten Feld
für den
Abschnitt des Rohrs 34 zu liefern, welcher von der Spule 40 umgeben
ist, obwohl die Hülse
bei alternativen Ausführungsformen
nicht magnetisiert sein muß.
Wie oben aufgeführt
ist Eisen selber ein magnetostriktives Material. Wenn erwünscht kann
das von der Spule 40 umgebene Rohr 34 oder der
Abschnitt aus einer Legierung gefertigt sein, welche eine stärkere magnetostriktive
Reaktion aufweist als einfaches Eisen.
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Bei
einer zukünftigen
Alternative könnte
die Hülse 42 aus
einem magnetostriktiven Material gefertigt sein, und ihre mechanische
Reaktion könnte mit
dem Rohr 34 an dessen Enden 44 und 46 gekoppelt
werden. Der Abschnitt des Stahlrohrs 34 innerhalb der Spule 40 würde als
ein magnetischer Kern funktionieren, welcher das auf die Hülse 42 auferlegte
magnetische Feld stärkt.
Sie kann auch ein dauerhaftes magnetisches Feld aufweisen, um die
Hülse 42 vorzumagnetisieren.
Die Hülse 42 vervollständigt den
magnetischen Kreis um die Spule 40 herum. Ein Abschnitt
der Hülse 42 könnte wenn
erwünscht
für Vormagnetisierungszwecke
dauerhaft magnetisiert werden. Der Gesamtquerschnitt des magnetostriktiven
Materials kann leicht dem gleichen, welcher für Geräte nach dem aktuellen Stand
der Technik angewendet wird oder größer sein, und kann wie in 1 dargestellt
zwei Stäbe 22 verwenden.
Die akustische Ausgabe dieser Anordnung ist inhärent uniform und auf die Achse
des Rohrs 34 ausgerichtet.
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Der
kapazitive Wandler 38 ist aus einer Vielzahl von dünnen, vorzugsweise
flexiblen piezoelektrischen Geräten 48 geformt,
welche mit der Außenoberfläche des
Rohrs 34 verbunden sind. 5 zeigt eine
Ausführungsform
der Struktur eines geeigneten Wandlers 48. Die Mitte des
Geräts 48 kann
aus einem dünnen
rechteckigen Stück 50 einer
Piezokeramik wie zum Beispiel PZT (Blei-Zirconat-Titanat) geformt
werden, welches hergestellt wurde, um es flexibel zu machen. Eine
Reihe von Rillen 52 wurde entlang der langen Seite des
Stücks
gefertigt, d.h. durch Lasergravieren. Die Rillen machen das Stück flexibel,
besonders entlang seiner kurzen Seite. Das gerillte piezokeramische
Stück 50 kann
mit Hilfe der Laserstrahlverarbeitungsmethode gemäß der Lehre von
US-Anmeldung 6,337,465 an Masters et al vom 8. Januar 2002 hergestellt
werden.
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Flexible
Isolierfolien 54 und 56 sind mit den oberen gerillten,
und den unteren ungerillten Oberflächen des Stücks 50 verbunden,
zum Beispiel mit einem Epoxidklebstoff. Bei dieser Ausführungsform sind
die flexiblen Folien 54 und 56 aus einer kupferbeschichteten
Polyamidfolie gefertigt, d.h. einer Folie, welche unter dem Handelsnamen
Kapton vertrieben wird. Die Kupferbeschichtung wurde eingraviert, um
einen Satz von interdigitalen Elektroden 58 und 60 auf
den Folien 54 und 56 zu formen. Die Elektroden
werden auf Folie 54 lediglich angedeutet, da sie in der
explodierten Ansicht auf der Unterseite der Folie 54 liegen.
Die Elektroden 58 und 60 formen die elektrische
Verbindung für
den fertigen Wandler. Wenn die Folien 54 und 56 an
dem Stück
befestigt werden, werden die Elektroden zwischen den Folien und
dem Stück 58 und 60 positioniert.
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Das
Stück 52 kann
aus vielen bekannten piezoelektrischen Materialen wie zum Beispiel
denjenigen hergestellt werden, welche oben aufgeführt sind. Typische
Geräte 48 haben
eine Länge
von ungefähr 2,5
Zoll (64 mm) und eine Breite von ungefähr einem Zoll (25,4 mm). Die
Dicke des Stücks 50 kann
zwischen 0,001 Zoll (0,025 mm) und 0,500 Zoll (12,7 mm) betragen.
Für die
Anwendung mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann die Dicke
zwischen ungefähr
0,005 Zoll (0,13 mm) und ungefähr 0,025
Zoll (0,64 mm) liegen. Die Länge
ist vorzugsweise mindestens zwanzig mal größer als die Dicke, um Endeffekte
zu minimieren. Größere Dicken
liefern eine größere mechanische
Kraft, reduzieren jedoch die Flexibilität der Geräte. Bei Geräten wie den in 5 dargestellten
beträgt
die Dicke des Stücks 50 ungefähr 0,020
Zoll (0,51 mm) und dasselbe kann um ein Rohr mit einem Außendurchmesser
von ungefähr 3,5 Zoll
(89 mm) oder mehr herum gebogen und mit demselben verbunden werden.
Für eine
Dicke von ungefähr
0,010 Zoll (0,25 mm) kann das Gerät um ein Rohr mit einem Außendurchmesser
von ungefähr
einem Zoll (25,4 mm) oder mehr herum gebogen werden. Für die beste
akustische Impedanzanpassung wäre
es wünschenswert,
wenn die Dicke des Stücks 50 der
Wanddicke des Rohrs gleicht, mit welchem es verbunden wird. Im allgemeinen
ist dies jedoch nicht praktisch, da es in einem Wandler resultieren
würde, welcher
zu steif wäre,
um um das Rohr herum gebogen werden zu können, und wie weiter unten
beschrieben zu dick wäre,
um bei praktischen Spannungen die erwünschten elektrischen Felder
zu erzeugen. So werden die spezifischen Ausmaße des bei der Ausführungsform
von 4 angewendeten flexiblen Wandlers aus erhältlichen
Materiallängen
und -breiten ausgewählt.
Dünnere
Stücke 50 oder
mehrere Geräte 48 können gestapelt
werden, um die Wandlereigenschaften eines dickeren Stücks zu erzeugen, ohne
die Flexibilität
des Geräts
zu kompromieren, und ohne unerwünscht
hohe Spannungen zu fordern.
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Die
Dicke des Stücks 50 beeinflußt außerdem die
elektrische Verbindung des Geräts 48.
Je dicker das Gerät
hergestellt wird, desto größer muß die Elektrodenspannung
für das
Erzeugen eines wünschenswerten
Feldes sein. Die Anwendung von dünneren
Geräten
erlaubt die Anwendung von niedrigeren Antriebsspannungen, was wiederum
wünschenswert
ist. Wenn diese elektrischen Schnittstellenanforderungen zusammen
mit den Flexibilitätsfaktoren
in Betracht gezogen werden, liefert eine Stückdicke von ungefähr 0,010
Zoll (0,25 mm) einen guten Kompromiß. Wie oben erwähnt können mehrere
Geräte
gestapelt werden, um die mechanische Kraft zu steigern, während die
mechanische Flexibilität
und eine niedrige Antriebsspannung beibehalten werden.
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Andere
flexible piezoelektrische Wandler können anstelle der bestimmten,
in 5 dargestellten Ausführungsform angewendet werden.
US-Anmeldungen 5,869,189 und 6,048,622 an Hagood IV et al vom 9.
Februar 1999 und 11. April 2000 formen ein Beispiel. Der Hagood
Wandler verwendet eine Vielzahl von flexiblen piezokeramischen Fasern,
welche in einem flachen Band auf einem relativ weichen Polymer ausgerichtet
sind. Flexible Elektroden wie die in 5 dargestellten
werden auf gegenüber
liegenden Seiten des zusammengesetzten Wandlers für das Aktivieren
des Geräts
positioniert. Flexible Piezopolymer können in relativ niedrigtemperaturigen Anwendungen
auch angewendet werden. Diese Temperatureinschränkungen verhindern normalerweise
die Anwendung von Piezopolymern in Tieflochanwendungen. Piezopolymern
fehlen normalerweise auch eine ausreichende Steife oder induzierte Stressfähigkeit,
welche sie für
eine strukturelle Betätigung
geeignet machen würden.
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Dieser
Typ von Wandler 48 wird auch in einer ausstehenden US-Anmeldung
mit der Seriennummer, Anwaltsdokument 1391-39100 mit dem Titel, Flexible
Piezoelectric For Downhole Sensing, Actuation and Health Monitoring' von den Erfindern
Michael L. Fripp, John P. Rodgers, und Roger L. Schultz eingehender
beschrieben, welche am gleichen Datum eingereicht wurde wie diese
Anmeldung, und der gleichen Anmelderin zugeordnet wurde. Wie auch bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform können Geräte 48 in
Paaren auf gegenüber
liegenden Seiten des Rohrs 34 angewendet werden, um das Auferlegen
von Biegekräften
auf das Rohr 34 zu verhindern. Eine Vielzahl der Geräte 48 kann
wie erforderlich axial entlang des Rohrs 34 verteilt angeordnet werden,
um eine gewünschte
Stromstufe zu erreichen.
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Bei
der in 4 dargestellten Ausführungsform haben die Wandler 36 und 38 elektrische
Verbindungen, welche wie in 2 dargestellt
in Reihe miteinander gekoppelt sind, und liefern den gleichen reaktiven
Balanciereffekt wie den in 3 dargestellten.
Die mechanischen Verbindungen der Wandler 36 und 38 liefern
jedoch mehrere Vorteile im Vergleich mit der Ausführungsform
von 1. Die in 4 dargestellten
Wandler erstrecken sich über
einen kürzeren
radialen Abstand von der Außenoberfläche des
Rohrs 34 als die Ansätze 14, 16 welche
für die
in 1 dargestellte mechanische Anordnung erforderlich
sind. Die Hülse 42 liefert
nicht nur eine Vormagnetisierung, sondern bietet auch mechanischen Schutz
für die
Spule 40 und liefert eine glatte, runde Außenoberfläche für das Bohrrohr 34.
Sie kann sich über
einen kürzeren
Abstand von dem Rohr 34 erstrecken als ein typischer Meißelschaft
oder eine Kopplung. Gleichermaßen
sind die piezoelektrischen Geräte 48 viel
dünner
als typische piezokermische Stapel des aktuellen Standes der Technik.
Da die Geräte 48 mit
dem Rohr 34 verbunden sind, d.h. mit Epoxidzement, sind
sie strukturell sehr robust. Wenn erwünscht können die Geräte 48 mit
einer Verbundstofflage, d.h. mit Glasfaser, als Teil des Verbindungsprozess
verwickelt werden.
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Bei
der Ausführungsform
von 4 ist wenigstens eine große, ebene Oberfläche des
Geräts 48 mit
Hilfe eines Klebstoffs mit einer Oberfläche des Rohrs 34 verbunden.
Für den
Zweck der vorliegenden Erfindung bedeutet die Bezeichnung „verbunden" eine mechanische
Befestigung der mechanischen Verbindung eines Wandlers, welche den Wandler
grundsätzlich
den gleichen Lasten unterwerfen wie das Teil, mit welchem derselbe
verbunden ist. So können
in manchen Fällen
lediglich die Enden und oder Kanten der Geräte 34 mit Klebstoff
an einer Oberfläche
befestigt werden, um die Lasten identisch zu gestalten. Die Geräte 48 können mit
Klebstoff an einem Zwischenteil wie zum Beispiel einer Scheibe befestigt
werden, welche durch Verbolzen, Verschweißen, mit einem Klebstoff usw.
an der Oberfläche
befestigt wird. Auf ähnliche
Weise kann eine Wickel eines schützenden
Verbundstoffs die Geräte ausreichend
mit der Oberfläche
verbinden, um ein Verteilen der Lasten sicherzustellen. Die Geräte 12 von 1 können daher
als mit dem Rohr 10 verbunden angesehen werden, da dieselben
zwischen den Ansätzen 14 und 16 festgeklemmt
sind, egal ob ein Klebstoff für
das Befestigen der mechanischen Verbindungen, d.h. der Enden der
Geräte 12 mit
den Ansätzen 14 und 16 angewendet
wird oder nicht.
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Wenn
erwünscht
können
einige oder alle der piezoelektrischen Geräte 48 von 4 an
dem Rohr 34 unter der Spule 40 positioniert werden.
Dies würde
die mechanische Verbindung der Wandler 36 und 38 parallel
platzieren, und nicht wie in 1 und 4 dargestellt
in Reihe. Eine parallele Anordnung könnte die Kraft steigern, welche
von dem Hybrid-Wandler erhältlich
ist. Diese Anordnung fordert eine korrekte Auswahl von Materialen,
um korrekte Phasen für
die mechanischen Ausgaben des Wandlers sicherzustellen.
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Wie
oben unter Bezugnahme auf 3 erwähnt ist
es bei manchen Ausführungsformen
wünschenswert,
für das
Codieren von digitalen Signalen zwei verschiedene Frequenzen zu übertragen.
Für ein
einziges Wandlerpaar wie das in 1 und 4 dargestellte
tritt die beste reaktive Unterdrückung oder
Balancierung jedoch nur bei einer Frequenz auf. Wie weiter oben
auch erwähnt
wurde können
sich die mechanischen Ausgaben der zwei Wandlertypen entweder in
der korrekten Phase befinden oder nicht, was von Faktoren wie zum
Beispiel der Materialauswahl abhängen
wird.
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6 illustriert
eine Ausführungsform,
welche auf zwei Frequenzen ein reaktives Balancieren und Phasen
von akustischen Ausgaben von kombinierten kapazitiven und induktiven
Wandlern für
diese Frequenzen ermöglicht.
Ein Bohrgestänge 62 wird hier
mit zwei Wandlerpaaren 64 und 66 dargestellt. Das
Wandlerpaar 64 umfasst ein induktives Gerät 68, welches
das gleiche sein kann wie das Gerät 36 von 4,
und einen Satz von kapazitiven Geräten 70, welche die
gleichen sein können
wie die Geräte 48 von 4.
Das Wandlerpaar 66 umfasst induktive Geräte 72,
welche die gleichen sein können
wie die Geräte 36 von 4,
und einen Satz von kapazitiven Geräten 74, welche die
gleichen sein können
wie die Geräte 48 von 4.
Der Abstand zwischen den Geräten 68 und 70 des
Wandlerpaars 64 ist geringer als der Abstand zwischen den Geräten 72 und 74 des Wandlerpaars 66.
Wie dargestellt können
die Geräte 68 und 70 zwischen
den Positionen der Geräte 72 und 74 an
dem Rohr 62 positioniert werden.
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Ein
jedes der Wandlerpaare 64 und 66 kann wie in 2 dargestellt
einen getrennten Antriebskreis aufweisen. In diesem Fall können zwei
Spannungsquellen 26 aus Oszillatoren mit feststehenden Frequenzen
bestehen, von welchen einer eine digitale Eins, und der andere eine
digitale Null repräsentiert.
Digitale Signale können
durch das abwechselnde Aktivieren der zwei Oszillatoren übertragen
werden, um auf diese Weise die gewünschten digitalen Signale zu übertragen.
Diese Anordnung erlaubt das Tuning eines jeden der Wandlerpaare 64, 66,
so dass diese auf den gewählten
Frequenzen grundsätzlich resistiv
erscheinen. Dies bedeutet, dass jedes Paar 64, 66 wie
in 3 dargestellt seine eigene Kurve aufweisen würde, welche
auf die gewünschte
Frequenz zentriert ist.
-
Die
für diese
Wandlerpaare 64 und 66 ausgewählten bestimmten Abstände hängen von
mehreren Faktoren ab. Für
diese Ausführungsform
wird vorausgesetzt, dass die mechanischen Verbindungen der magnetostriktiven
Geräte 68, 72 mit
den mechanischen Verbindungen der piezoelektrischen Geräte 70, 74 um
neunzig Grad oder einer Viertelwellenlänge außer der Phase liegen, wenn
die elektrischen Verbindungen wie in 2 dargestellt
mittels eines einzigen Kreises getrieben werden. In diesem Fall können die
Abstände
für die
Paare 64 und 66 so ausgewählt werden, dass sie bei den
gewählten Übertragungsfrequenzen
der physischen Länge
der Viertelwellenlänge
des akustischen Signals in dem Rohr 62 gleichen. Mit diesen
Abständen
sind die mechanischen Verbindungen in Phase und fördern das
Erzeugen eines stärkeren
akustischen Signals in dem Rohr 62.
-
Bei
der Ausführungsform
von 6 können wenn
erwünscht
zwei Wandlerpaare mit nur drei Wandlern implementiert werden. So
könnte
zum Beispiel das magnetostriktive Gerät 68 ausgelassen werden.
Das Paar 64 würde
dann zwischen den Geräten 72 und 70 geformt
werden. Das Paar 66 würde weiter
zwischen den Geräten 72 und 74 geformt
werden. Dies bedeutet, dass das Gerät 72 einen Teil von zwei
verschiedenen Paaren repräsentieren
kann. Diese Ausführungsform
würde offensichtlich
andere Antriebskreise als diejenigen fordern, welche für zwei gänzlich getrennte
Wandlerpaare angewendet werden.
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Die
Geräte 68 und 72 könnten sich
an dem gleichen Standort an dem Rohr 62 befinden, und könnten von
zwei getrennten Spulen geformt sein, welche eine über der
anderen zusammen gewickelt werden. Dies würde das Anwenden von nur einem vormagnetisierenden
Gehäuse
für beide
Geräte 68, 72 ermöglichen,
während
die Antriebskreise getrennt gehalten werden. Wenn spezielle Materiale
für das Formen
des von den Spulen umgebenen Abschnitt des Rohrs angewendet werden,
würde diese
Anordnung weniger Material und die Anwendung von nur einem Spezialabschnitt
fordern.
-
Bei
der oben aufgeführten
Beschreibung der Ausführung
von 6 wurde vorausgesetzt, dass ein Telemetriesystem
mit einen Doppelton-Codierungsplan erwünscht ist. In manchen Fällen ist
es wünschenswert,
mehr Frequenzen erhältlich
zu haben, zum Beispiel um die Auswahl von Frequenzen zu erlauben
und Umgebungsgeräusch
zu verhindern. Durch ein einfaches Schalten der elektrischen Verbindungen
des Wandlers aus 6 sind wenigstens vier verschiedene
Frequenzen erhältlich.
Die zusätzlichen
zwei Frequenzen können
durch Einteilen von induktiven Wandlern 72 in Paare mit
kapazitiven Wandlern 70, und das Einteilen von induktiven
Wandlern 68 mit kapazitiven Wandlern 74 in Paare
erzielt werden.
-
7, 8,
und 9 illustrieren die Anwendung von Hybrid-Aktuatoren
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer dipolaren akustischen Signalquelle, welche normalerweise
für das
akustische Logging von Bohrlöchern
angewendet wird. In 7 ist ein dipolarer akustischer
Bohrlochsignalgenerator 76 in einem zylindrischen Gehäuse 78 montiert.
Ein Kolben oder eine Membran 80 wird in einem Ende des
Gehäuses 78 in
einer mit Flüssigkeit
gefüllten Kammer 82 geführt. Die Öffnungen 84 und 86 sind auf
gegenüber
liegenden Seiten des Gehäuses 78 vorhanden,
um das Weiterleiten von Flüssigkeitswellen
aus dem Innenraum der Kammer 82 in Flüssigkeit zu erlauben, welche
das Gehäuse 78 umgibt.
Die Öffnungen 84 und 86 sind
um ungefähr
180 Grad radial einander gegenüber
versetzt und auf sich gegenüber liegenden
Seiten des Kolbens 80 positioniert. Eine Bewegung des Kolbens 80 erzeugt
Druckwellen von den Öffnungen 84 und 86,
welche sich um 180 Grad außerhalb
der Phase befinden und auf diese Weise eine dipolare akustische
Quelle bieten.
-
Ein
Paar von Aktuatoren 88 und 90 wird in einer zweiten
Kammer 92 in dem Gehäuse 78 geführt. Die
Kammer 92 ist von der Kammer 82 durch eine flüssigkeitsdichte
Trennwand 94 getrennt. Ein oder mehrere Stäbe 96 ragen
durch die Trennwand 94 hindurch und umfassen flüssigkeitsdichte
Dichtungen. Die Stäbe 96 koppeln
die mechanischen Ausgaben der Aktuatoren 88 und 90 des
Kolbens 80. Der Aktuator 88 kann aus einem magnetostriktiven
Gerät wie dem
Aktuator 20 von 1 bestehen. Der Aktuator 90 kann
aus einem piezoelektrischen Aktuator wie dem Aktuator 18 von 1 bestehen.
Die elektrischen Verbindungen der Aktuatoren 88 und 90 sind wie
in 2 dargestellt in einem Kreis gekoppelt.
-
Die
Ausführungsform
von 7 platziert die Aktuatoren 88 und 90 mechanisch
parallel und elektrisch in Reihe. Die parallele mechanische Anordnung
verstärkt
die Kraft, welche auf den Kolben 80 ausgeübt wird.
Die elektrische Reihenverbindung liefert wie oben beschrieben die
Reaktanzbalance.
-
8 illustriert
eine weitere Ausführungsform
einer dipolaren akustischen Quelle. In 8 wird ein
Kolben oder eine Membran 100 in einer mit Flüssigkeit
gefüllten
Kammer 102 geführt.
Die Öffnungen 104 und 106 liefern
dipolare akustische Wellenausgaben wie diejenigen in der Anordnung
von 7. Ein piezoelektrischer Aktuator 108 wie
der Aktuator 18 von 1 wird innerhalb
einer Kammer 110 auf einer Seite der Kammer 102 geführt. Der
Aktuator 108 ist mittels einer Stange oder einer Welle 112,
welche durch eine flüssigkeitsdichte
Trennwand 114, welche die Kammern 102 und 110 voneinander trennt,
hindurch ragt, mechanisch mit dem Kolben 100 gekoppelt.
Ein magnetostriktiver Wandler 116 wird in einer Kammer 118 auf
einer gegenüber
liegenden Seite der Kammer 102 geführt. Der Aktuator 116 ist
mittels einer Stange oder einer Welle 120, welche durch
eine flüssigkeitsdichte
Trennwand 122, welche die Kammern 102 und 118 voneinander trennt,
hindurch ragt, mechanisch mit dem Kolben 100 gekoppelt.
Die elektrischen Verbindungen der Aktuatoren 108 und 116 sind
wie in 2 dargestellt in einem Kreis gekoppelt.
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Die
Ausführungsform
in 8 platziert auch die Aktuatoren 108 und 116 mechanisch
parallel und elektrisch in Reihe. Die parallele mechanische Anordnung
verstärkt
die Kraft, welche auf den Kolben 100 ausgeübt wird.
Die elektrische Reihenverbindung liefert wie oben beschrieben die
Reaktanzbalance.
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9 illustriert
eine weitere dipolare akustische Quelle, in welcher Aktuatoren mechanisch
in Reihe gekoppelt sind. Bei der Ausführungsform von 9 wird
ein Kolben 124 in einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer 126 geführt. Sich
gegenüber
liegende Öffnungen 128 und 130 liefern
dipolare akustische Wellenausgaben wie in den in 7 und 8 dargestellten
Ausführungsformen
dargestellt. Ein piezoelektrischer Aktuator 132 wie zum
Beispiel der Aktuator 18 von 1, und ein
magnetostriktiver Aktuator 134 wie der Aktuator 20 von 1 werden
innerhalb einer Kammer 136 geführt. Die Aktuatoren 132 und 134 sind
wie dargestellt in Reihe gekoppelt. Ein Stab 138 koppelt
die kombinierten mechanischen Ausgaben der Aktuatoren 132 und 134 durch
eine Trennwand 140, welche die Kammern 126 und 136 voneinander
trennt, mit dem Kolben 124.
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In
der Ausführungsform
von 9 sind die Aktuatoren 132 und 134 wie
die Aktuatoren 18 und 20 von 1 mechanisch
in Reihe gekoppelt. Diese Anordnung verstärkt den Hub oder die Bewegung, welche
die Aktuatoren auf den Kolben 124 ausüben.
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Die
elektrischen Verbindungen der Aktuatoren 132 und 134 können wie
in 2 dargestellt in Reihe gekoppelt werden, um wie
hierin beschrieben die Reaktanzbalance zu liefern.
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Obwohl
die Ausführungsformen
von 7, 8, und 9 dipolare
Signalquellen darstellen ist die vorliegende Erfindung gleichermaßen für andere
akustische Signalquellen geeignet. Wenn zum Beispiel die Öffnungen 84 und 86 von 7 auf
der gleichen Seite der Kammer 82 positioniert, oder gleichmäßig um den
gesamten Umfang der Kammer 82 herum verteilt werden, funktioniert
das Gerät
als eine monopole Quelle.
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Die
Wandler der vorliegenden Erfindung können auch in anderen Anwendungen
als diejenigen der Signaltelemetrie und des akustischen Loggings nützlich sein.
So können
zum Beispiel elektromechanische Wandler für das Kontrollieren der Position, Form,
oder Schwingung verschiedener mechanischer Teile wie zum Beispiel
Stromübertragungs-
und Verteilerleitungen, akustische Lautsprecher, Unterwassersonaranlagen,
Tieflochroboter, Schock- und Vibrationisolation angewendet werden.
Sie können dazu
angewendet werden, das Mischen von Flüssigkeiten in einem Bohrloch
zu verbessern oder Partikel flüssig
zu halten, zum Beispiel für
das Verbessern eines Kiespackverfahrens. Die elektromechanischen Wandler
könnten
für die
Tieflochstromerzeugung angewendet werden. Dies bedeutet, dass für das Antreiben
der mechanischen Verbindungen des Wandlers große mechanische Kräfte in dem
Tiefloch erhältlich
sind, welche an den elektrischen Verbindungen elektrischen Strom
produzieren würden.
Die elektrische Verbindung des kombinierten Wandlers mit der grundsätzlich resistiven,
d.h. niedrigen Reaktanz wird eine effektivere Kopplung für das Aufladen einer
Tieflochbatterie darstellen. Der gleiche Wandler kann zur gleichen
Zeit sowohl für
das Senden wie auch das Empfangen von Signalen angewendet werden,
indem die Balance der Spannung und des Stroms aufgespürt wird,
welche in den Wandler einfliessen, da empfangene Signale Rückspannungen erzeugen
würden,
welche die Impedanz des Wandlers aus Sicht des Antriebskreises effektiv ändern würden.
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Die
vorliegende Erfindung kann für
die aktive Geräuschunterdrückung oder
-dämpfung
angewendet werden. Dies kann die Leistung der Datenübertragung
steigern. Es gibt in einer Bohrlochumgebung zahlreiche Quellen von
akustischem Geräusch,
besonders während
des Bohrverfahrens. So erzeugt zum Beispiel eine Bohrkrone verschiedene
akustische Wellenmoden, welche sich innerhalb des Bohrgestänges nach
oben bewegen. Dies kann die akustische Telemetrie von Daten durch
das Bohrgestänge stören. Sensoren
können
nahe der Bohrkrone platziert werden, um das von der Bohrkrone erzeugte akustische
Geräusch
aufzuspüren.
Dann kann ein Geräuschunterdrückungskreis
eine Wellenform liefern, welche für das Unterdrücken von
Geräusch
geeignet ist. Diese Wellenform kann mittels des gleichen Wandlers übertragen
werden, welcher die Telemetriedaten überträgt. Das Endresultat ist, dass
die Signalempfänger
höher im
Bohrloch Telemetriedaten mit reduzierter Geräuschstörung empfangen werden.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
ist die elektrische Verbindung des kapazitiven Wandlers in Reihe
mit der elektrischen Verbindung des induktiven Wandlers gekoppelt.
Auf diese Weise werden die Reaktanzen der beiden Geräte kombiniert,
um dem Antriebskreis eine Impedanz mit niedrigem Widerstand zu präsentieren.
Bei alternativen Ausführungsformen
kann die Impedanzbalance auch durch ein paralleles Verbinden der
Geräte
erzielt werden. Eine solche parallele Kombination hat eine Resonanzfrequenz,
bei welcher ihre kombinierte Impedanz grundsätzlich nur resistiv ist, aber
anstatt aus einer Impdeanz mit niedrigem Widerstand aus einer Impedanz
mit einem hohen Widerstand besteht.