JP2006194870A

JP2006194870A - 高感度加速度計

Info

Publication number: JP2006194870A
Application number: JP2005368374A
Authority: JP
Inventors: Arne Berg; バーグアーン; Torbjoern Heglum; へグラントルブヨーン
Original assignee: Optoplan AS
Current assignee: Alcatel Submarine Networks Norway AS
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2006-07-27
Also published as: GB2422661B; CA2528898C; GB2455930B; US7503215B2; NO20055869L; US20080011082A1; GB2422661A; US20050097955A1; GB0904972D0; GB0524883D0; CA2528898A1; GB0904974D0; NO340790B1; US7243543B2; GB2455930A; GB2455931A; GB2455931B

Abstract

【課題】加速度を測定する加速度計と、加速度計の製造方法を開示する。
【解決手段】一実施形態において、本加速度計は、フレームと、フレームに可動に懸架されたマスと、フレームに対して動かない、丸い表面を有する固定要素と、マスと共に動く、丸い表面を有する可動要素と、検出コイルの長さ変化の干渉計による検出結果に基づいて、加速度に応じたマスの動きを検出するための、丸い表面の周りに巻かれた光導波路の検出コイルとを備えている。加速度計の製造方法は、マスをフレーム内で懸架するステップと、丸い表面の周りに光導波路を巻くステップとを含むものである。本加速度計の感度と、低い製造コストとによって、それらを海底地震ケーブルに組み込むのに用いることが可能となる。さらに、本加速度計は、フレーム内での配置次第で、インライン加速度計ともクロスライン加速度計ともしうるものである。
【選択図】図１

Description

関連技術の説明

[0003]炭化水素の産出地帯および貯留層を探査および監視するための海洋地震調査には、海底に配置された地震ケーブルが利用される。このケーブルは、音響振動により発生された海底の地動加速度を検出することができる加速度計のアレイを備えている。

[0004]一つの一般的なタイプの加速度計は、センサーケース内に収容されたマス−ばね変換器（mass-spring transducer）を備えている。このセンサーは、移動体、すなわち海底と結合し、その運動が、マスとセンサーケースとの間の相対運動から推測される。そのような加速度計は、マスの相対変位と、ケースの、したがって海底の加速度とを関係付けるものである。海底地震（ＯＢＳ）調査を達成するには、地震ケーブルを海底に沿って設置すること、地中を通って下方へと伝わり地下の堆積物や組成変化部で反射する地震波を発生すること、そして、加速度計で検出される反射地震波を記録することが必要とされる。したがって、加速度計の感度が、ＯＢＳ調査で得られるデータの質に直接影響するため、多くの従来の加速度計の設計は、感度が十分でないために不適格なものとなっている。

[0005]海洋中のケーブルアレイに従来の電気式加速度計を用いることには、いくつかの問題がある。特に、電気式加速度計は、電気信号を伝えるために絶縁された導電体を必要とするが、これは、導電体が損傷して海水にさらされた場合にショートする可能性がある。さらに、最も高性能な圧電式加速度計は、ケーブルの長さが相当なものであるために提供するのはおそらく困難であろう電力を、センサーヘッドにて必要とするものである。また、多数のそのようなセンサーを多重化することは、厄介であるだけでなく、加速度計のアレイの重量および体積を大幅に増加させ、信頼性を低下させてしまうことにもつながる。加えて、圧電式加速度計は、地震の帯域の低い周波数での動作が不十分である傾向がある。

[0006]ＯＢＳ調査のための多くのシステムおよび方法では、ケーブルアレイを回収し、再配置して再利用することはしない。１回のＯＢＳ調査の間に、数千個の加速度計を有するケーブルアレイを用いることもある。配置されたケーブルアレイを１回の使用後に放棄するプラクティスに加えて、大量の加速度計が必要とされることから、加速度計の費用が非常に決定的なものとなる。従来の設計の光学式加速度計および電気式加速度計には、多くの場合、複雑な組立工程および多数の特製部品が必要とされ、これにより、加速度計の製造費用が増大する。

[0007]したがって、海底地震ケーブルアレイに組込む等の用途に適した、感度が高められた廉価の光学式加速度計に対する必要性が存在する。

発明の概要

[0008]本発明の実施形態は、加速度を測定する加速度計、および加速度計の製造方法に広く関するものである。一実施形態において、本加速度計は、フレームと、フレームに可動に懸架されたマスと、フレームに対して動かない、丸い表面を有する固定要素と、マスと共に動く、丸い表面を有する可動要素と、検出コイルの長さ変化の干渉計による検出結果に基づいて、加速度に応じたマスの動きを検出するための、丸い表面の周りに巻かれた光導波路の検出コイルと、を備えている。加速度計の製造方法は、マスをフレーム内で懸架するステップと、丸い表面の周りに光導波路を巻くステップとを含むものである。本加速度計の感度と、低い製造コストとによって、それらを海底地震ケーブルに組み込むのに用いることが可能となる。さらに、本加速度計は、フレーム内での配置次第で、インライン加速度計ともクロスライン加速度計ともしうるものである。

[0009]上に列挙した本発明の特徴を詳細に理解できるように、上で簡単に概要を示した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって行い、実施形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、添付の図面は本発明の代表的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではなく、なぜなら、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容しうるものだからである。

詳細な説明

[0026]本発明の実施形態は、光学式加速度計に広く関するものである。本加速度計は、検出すべき加速度を受けるどのような表面または構造体にも結合することができる。一つの特定の応用において、本明細書に記載する高感度加速度計は、海底地震（ＯＢＳ）調査を達成するのに用いられる地震ケーブルに沿って間隔を隔てて配置されたセンサーステーション内に配置することができる。いくつかの実施形態について本明細書でより詳細に記載するように、それぞれの加速度計は、１本の光ファイバーで隔てられた一対の光ファイバーセンサーを含み、干渉計を形成し得る。この対における各センサーは、ある中心波長を有する狭波長帯域の光を反射することができる。各加速度計は、波長分割多重化（ＷＤＭ）技術を用いて信号を容易に検出することができるように、異なる波長帯域と中心波長とで動作してもよい。代わりに、時分割多重化（ＴＤＭ）を用いて信号を時間で分離してもよい。

[0027]図１は、簡単化された光導波路干渉計式加速度計システム１００を概略的に示している。加速度計システム１００は、検出アセンブリ１０６の周りに固く多数回巻かれた光導波路１０４（光ファイバー等）から構成される検出コイル１０２を備えている。本発明の実施形態には、検出コイル１０２を、弾性部材上に、またはその中に配置する構成も含まれる。検出アセンブリ１０６は、本明細書にて後で説明する本発明の検出アセンブリのいずれかを一般的に表すものと理解されるべきである。検出コイル１０２は、同じブラッグ波長（λＢ）を有する一対のブラッグ回折格子によって境界を形成している。用途によっては、光導波路の連続部分に沿って検出コイル１０２およびブラッグ回折格子１１０、１１２を形成するのが現実的でないことがある。その場合には、入力および出力光導波路１２０、１３０、検出コイル１０２、並びにブラッグ回折格子１１０、１１２等の個々の構成要素を別々に形成してから、それらを接続することができる。図１では、そのような接続部が、スラッシュ１３６を用いて示されている。

[0028]検出コイル１０２はセンサーとして機能する。これは、検出コイル１０２の長さ（Ｌ）が、検出アセンブリ１０６の直径によって決まり、この直径が、検出アセンブリ１０６が感じる加速度によって決まるためである。ファブリーペロー、マイケルソンまたはマッハツェンダー等の周知の干渉計の問合せ（interrogation）技術によって、検出コイル１０２の長さを測定することができる。例えば、パルス発生器１１４からの一連の光パルスを、入力光導波路１２０を通して検出コイル１０２に与えることができる。半透過性のブラッグ回折格子１１０、１１２での光パルスの反射は、検出器１１６で検出され、で分析される。二つのブラッグ回折格子１１０、１１２で反射されたパルスの位相シフトを評価することにより、検出コイル１０２の長さを割り出すことができる。

[0029]加速により、長さＬにおける長さ変化ΔＬ、および、第２のブラッグ回折格子１１２で反射されたパルスの往復経路における対応する変化が引き起こされ、この経路変化は、検出器１１６で検出される光パルス間の位相の関係を変えるものである。分析器１１８は、位相の差異を検出し、加速度に対応する電気出力を与える。出力光導波路１３０は、加速度計システム１００と共に配置される他の光学部品またはセンサーに接続することができる。「高感度加速度計」と名称が付けられた米国特許第６５７５０３３号（その全体を参照により本明細書に援用する）の図１５〜図２３に記載され、且つ、示されているもの等の、圧電式、電子式または電気式ひずみゲージの利用を含む他のひずみ検出技術を用いて、検出コイル１０２のひずみの変化量を測定することができる。

[0030]検出アセンブリ１０６は、検出コイル１０２内に配置されたマス−ばねを含み得るものであり、インライン加速度計またはクロスライン加速度計を提供する。加速度に応じたマスの運動によって、検出コイル１０２の長さ変化が生じる。

[0031]図２は、組み立てられたインライン加速度計２００を示しており、当該インライン加速度計２００は、カウンターマス２０２と、固定ハーフシリンダー２０４と、カウンターマス２０２に可動に結合された可動ハーフシリンダー２０６と、ハーフシリンダー２０４、２０６の周りに巻かれた検出コイル２０８と、４本のボルト２１２によって共に支えられた第１および第２のフレーム板２１０、２１１によって形成されるフレームとを備えている。

[0032]図３は、インライン加速度計２００を分解図で示すものであり、第１および第２のダイヤフラム３００、３０１が、フレーム板２１０、２１１の間でカウンターマス２０２を支持する位置に置かれている。検出コイル２０８は、光ファイバーの巻線を備えることが好ましい。当該巻線は、検出可能な長さ変化を生じる伸びや緩みによって、固定ハーフシリンダー２０４に対する可動ハーフシリンダー２０６の動きに反応する弾性部材を形成する。こうして、ハーフシリンダー２０４、２０６と、カウンターマス２０２とは、検出コイル２０８が伸縮して加速度に対応する信号を生成するような検出アセンブリを提供する。

[0033]例えば、カウンターマス２０２は、インライン加速度計２００が矢印２１７で示す反対方向に加速しているときに、矢印２１６で示す方向にフレーム板２１０、２１１の間で変位する。この特定の場合には、検出コイル２０８のファイバーの長さが増加するように可動ハーフシリンダー２０６が固定ハーフシリンダー２０４から離れていくに従って、検出コイル２０８のテンションが増加する。同様に、カウンターマス２０２は、矢印２１７で示す方向にフレーム板２１０、２１１内で変位し、このときには、インライン加速度計２００が矢印２１６で示す反対方向に加速して、可動ハーフシリンダー２０６が固定ハーフシリンダー２０４に向かって移動し検出コイル２０８のファイバーの長さが減少する。前に説明したように、この長さ変化によって、検出コイル２０８で隔てられたセンサー（例えばブラッグ回折格子）で反射された信号間の検出可能な位相角変化が生じる。

[0034]図４は、組立時に現れるインライン加速度計２００を示しており、カウンターマス２０２が、フレーム板２１０（透明に示す）、２１１の間で、ダイヤフラム３００、３０１（見えていない）によって支持されている。図３を参照すると、小径を有する各ボルト２１２の端部は、小径により形成された肩部がフレーム板２１０、２１１に接するまで、フレーム板２１０、２１１の各コーナーの開口部３０２を通って延びている。第１および第２のダイヤフラム３００、３０１は、溶接による等で、それぞれ、第１および第２のフレーム板２１０、２１１の中央に固定されている。ダイヤフラム３００、３０１のそれぞれは、カウンターマス２０２の反対側の端部に結合している。ダイヤフラム３００、３０１への取付けを容易にするために、ポスト３０４等の短い部材が、カウンターマス２０２の端部から延びていてもよい。ダイヤフラム３００、３０１は、矢印２１６、２１７の方向に可撓であり、これらの方向に沿った軸でカウンターマス２０２が動くことを可能とする。しかし、ダイヤフラム３００、３０１は、他の軸に沿ってカウンターマス２０２が実質的に動かないようにするものであり、これは、ダイヤフラムがこれらの軸方向には曲がらないからである。

[0035]図５は、固定ハーフシリンダー２０４および可動ハーフシリンダー２０６を加えた後の組立時に現れるインライン加速度計２００を示している。特に、固定ハーフシリンダー２０４が、ボルト２１２に固定されており、当該ボルト２１２は、第２のフレーム板２１１のカウンターマス２０２とは反対の側から延びている。可動ハーフシリンダー２０６が、第１のフレーム板２１０の、カウンターマス２０２とは反対側の面に隣接する位置に置かれているため、第１のフレーム板２１０を貫通する中央開口部３０６（図３に示す）によって、任意のタイプの従来のコネクターを用いて、可動ハーフシリンダー２０６をカウンターマス２０２に結合できるようになっている。加速度計は、ブロック２１４（透明に示す）を更に備え得るものであり、ブロック２１４はボルト２１２に固定されており、ボルト２１２は第１のフレーム板２１０の、カウンターマス２０２とは反対の側から延びている。ブロック２１４は、ボルト２１２への更なる支えを提供し、また、可動ハーフシリンダー２０６を保護し、且つ、その動きを案内するものである。一度組み立てられたら、可動ハーフシリンダー２０６は、固定されたブロック２１４の間でカウンターマス２０２の動きに合わせて自由に動き、このカウンターマス２０２は、全てがボルト２１２で共に固定されたフレーム板２１０、２１１、固定ハーフシリンダー２０４およびブロック２１４に対して動く。検出コイル２０８は、カウンターマス２０２および検出コイル２０８から構成された機械的共振器の有効ばね定数を増加させ、これにより、インライン加速度計２００の周波数応答を向上させる。

[0036]図５から明らかなように、インライン加速度計２００を完成させるために、ハーフシリンダー２０４、２０６の周りに検出コイル２０８を巻くことは、インライン加速度計２００の他の全ての組立てが完了した後に、ハーフシリンダー２０４、２０６上に直接行うことができ、容易に成し遂げることができる。したがって、検出コイル２０８を形成するための別の製造工程が必要なく、これにより組立てを容易にし、且つ、コストを低減し得る。検出コイル２０８を巻く際に、ダイヤフラム３００、３０１をばねとして、検出コイル２０８を予め引っ張っておくのに用いることができ、これによって、検出コイル２０８が、矢印２１６、２１７で示す両方向において、可動ハーフシリンダー２０６の動きに反応する。加えて、この設計のインライン加速度計２００は、製造工程を更に簡単にするために、比較的少数の部品を利用するものである。さらに、ハーフシリンダー２０４、２０６、カウンターマス２０２および／またはブロック２１４等の、この設計のインライン加速度計２００に必要とされる部品は、製造コストを更に低減するために、効率的な成形技術と共にポリマーを用いて作ることができる。

[0037]図６は、組み立てられたクロスライン加速度計６００を示しており、当該クロスライン加速度計６００は、ヒンジ止めカウンターマス６０２と、固定ハーフシリンダー６０４（透明に示す）と、ヒンジ止めカウンターマス６０２に可動に結合された可動ハーフシリンダー６０６と、ハーフシリンダー６０４、６０６の周りに配置された検出コイル６０８と、第１のフレーム板６１０によって形成されるフレームと、を備えている。

[0038]図７は、クロスライン加速度計６００を分解図で示している。図２〜図５に示すインライン加速度計２００と同様に、検出コイル６０８は、光ファイバーの巻線を備えることが好ましく、当該巻線は、伸びたり緩んだりすることで、固定ハーフシリンダー６０４に対する可動ハーフシリンダー６０６の動きに反応する弾性部材を形成する。ここでもやはり、ハーフシリンダー６０４、６０６、およびヒンジ止めカウンターマス６０２が検出アセンブリを提供する。しかし、クロスライン加速度計６００は、前述のインライン加速度計２００によって検出されるようなインラインの加速度ではなく、クロスラインの加速度を検出するものである。したがって、矢印６１６、６１７で特定される軸に沿った方向の加速度によって、矢印６１６、６１７で示す方向にカウンターマス６０２が変位すると、検出コイル６０８の作用により、光ファイバーが伸縮させられて、加速度に対応する信号が生成される。

[0039]図８は、組立時に現れるクロスライン加速度計６００を示しており、カウンターマス６０２が、第１のフレーム板６１０にヒンジ止めされている。特に、第１のフレーム板６１０は、その一方の端部に固定された取付クランプ６１２を備えている。互いに一列に配置され、鋼等の材料から製造された２枚のブレード６１４が、第１のフレーム板６１０の頂部から、取付クランプ６１２が配置された端部とは反対側の第１のフレーム板６１０の端部に面する方向に延びている。これらのブレード６１４は、ヒンジ止めカウンターマス６０２の略中央部に接続し、第１のフレーム板６１０に対してヒンジ止めカウンターマス６０２が回動することを可能とする。したがって、ブレード６１４は、矢印６１６、６１７で特定される一つの面において可撓であるが、ブレード６１４は、他の軸方向には曲がらないため、これらの軸に沿ってカウンターマス６０２が実質的に動かないようにしている。さらに、ブレード６１４は、ヒンジ止めカウンターマス６０２を動作中に中央位置へと引き戻すばねに相当する。

[0040]図９は、固定ハーフシリンダー６０４および可動ハーフシリンダー６０６を加えた後の組立時に現れるクロスライン加速度計６００を示している。具体的には、固定ハーフシリンダー６０４は、第１のフレーム板６１０の、取付クランプ６１２とは反対側の端部に、従来の接続手段で堅く固定されている。可動ハーフシリンダー６０６は、任意の従来の接続手段を用いて、ヒンジ止めカウンターマス６０２に直接取り付けられている。実施形態によっては、可動ハーフシリンダー６０６および固定ハーフシリンダー６０４の位置は、固定ハーフシリンダー６０４がマス６０２のヒンジ箇所に近接するように、入れ換えてもよい。適当なあそびが、組立後のクロスライン加速度計６００の各部品（例えば可動ハーフシリンダー６０６および取付クランプ６１２）の間に残されており、フレーム板６１０および固定ハーフシリンダー６０４に対する、ヒンジ止めカウンターマス６０２の必要とされる移動が妨げられない。したがって、矢印６１６、６１７の方向のクロスライン加速度計６００の加速によって生じる、ヒンジ止めカウンターマス６０２の回動によって、マス６０２に結合された可動ハーフシリンダー６０６の回動時に、ハーフシリンダー６０４、６０６の間の距離が有効に増減される。

[0041]図６および図７を再び参照する。第２のフレーム板６１１は、固定ハーフシリンダー６０４の頂部に固定することができる。加えて、クロスライン加速度計６００は、ヒンジ止めカウンターマス６０２のブレード６１４とは反対の側に配置されたばね７００等の付勢部材を更に備え得る。ばね７００は、第１のフレーム板６１０上のばね受け７０４内に置かれており、第１のフレーム板６１０と、ヒンジ止めカウンターマス６０２から延びている延長部７０２とに対して作用する。この位置では、ばね７００は、ヒンジ止めカウンターマス６０２を中央に合わされた位置から引き出す方に向かう検出コイル６０８のプリテンションにより生み出される矢印６１７で示す方向の力に抗して、ヒンジ止めカウンターマス６０２の端部を付勢する。ばね７００は、ヒンジ止めカウンターマス６０２および検出コイル６０８から構成された機械的共振器の有効ばね定数を増加させ、これにより、クロスライン加速度計６００の周波数応答を向上させる。

[0042]クロスライン加速度計６００は、インライン加速度計２００の利点の多くを共有するものである。例えば、クロスライン加速度計６００を完成させるために、ハーフシリンダー６０４、６０６の周りに検出コイル６０８を巻くことは、クロスライン加速度計６００の他の全ての組立てが完了した後に、ハーフシリンダー６０４、６０６上に直接行うことができ、容易に成し遂げることができる。加えて、この設計のクロスライン加速度計６００は、効率的な成形技術と共にポリマーを用いて作ることができる比較的少数の部品を利用して、製造工程をさらに簡単にし、かつ製造コストをさらに低減するものである。

[0043]図１０は、図２〜図５に示して上で説明したインライン加速度計２００と実質的に同様なインライン加速度計１０００の断面図を示している。しかし、図１０に示すインライン加速度計１０００は、カウンターマス１００２を付勢し、それにより可動ハーフシリンダー１００６を付勢するために、カウンターマス１００２の外面の周りに配置されたばね１０５０を備えている。ばね１０５０の一端は、インライン加速度計１０００のフレーム板１０１１によって支持されており、カウンターマス１００２の肩部１０５２と接触しているばね１０５０の他端がカウンターマス１００２を固定ハーフシリンダー１００４から遠ざかる方向に押すよう作用する。したがって、固定ハーフシリンダー１００４から遠ざかる方向へのカウンターマス１００２および可動ハーフシリンダー１００６のばね１０５０による付勢力は、ハーフシリンダー１００４、１００６の周りに配置された検出コイル１００８に予め引張力を加えることを助けるのに利用することができる。ばね１０５０は、検出コイル１００８を予め引っ張っておくのに必要な力を得るために、長いストロークを有する比較的柔らかいものとすることができる。ばね１０５０が長いストロークおよび柔軟性を持つことで、検出コイル１００８を予め引っ張っておくのに用いるダイヤフラム等の短く固いばねを用いるのに比べて、効率およびスケールファクタが改善される。ばね１０５０を用いて検出コイル１００８を予め引っ張っておくので、カウンターマス１００２の動きを有効に案内するだけでよいダイヤフラム１３００は、より柔らかくしてもよい。

[0044]図１１は、固定ハーフシリンダー１１０４から遠ざかる方向に可動ハーフシリンダー１１０６を直接付勢するための四つのばね１１５０（三つだけが見える）を備えたインライン加速度計１１００を示している。本実施形態においては、カウンターマス１１０２が配置された領域から離して配置された四つのばね１１５０は、図１０に示して上で説明したばね１０５０と同様に、検出コイル１１０８を予め引っ張っておくことを可能とするものである。カウンターマス１１０２は、ダイヤフラム（見えていない）を用いて中央ハウジング１１１０内に取り付ける。本明細書に記載した他の実施形態と同様に、固定ハーフシリンダー１１０４は、中央ハウジング１１１０に堅く結合し、可動ハーフシリンダー１１０６は、カウンターマス１１０２と共に動く。４本のピン１１５１（３本だけが見える）は、中央ハウジング１１１０の縁の部分に結合し、可動ハーフシリンダー１１０６と接触することなく、可動ハーフシリンダー１１０６の内面に向かって延びている。ピン１１５１はばね１１５０の支持体として機能し、バネ１１５０は当該ばね１１５０の座屈を防ぐために、ピン１１５１の周りに同心に配置されている。それぞれのばね１１５０の一端は、中央ハウジング１１１０に対して支持されており、可動ハーフシリンダー１１０６と接触しているそれぞれのばね１１５０の他端が可動ハーフシリンダー１１０６を固定ハーフシリンダー１１０４から遠ざかる方向に押すよう作用する。したがって、固定ハーフシリンダー１１０４から遠ざかる方向への可動ハーフシリンダー１１０６のばね１１５０による付勢力は、ハーフシリンダー１１０４、１１０６の周りに配置された検出コイル１１０８に予め引張力を加えることを助けるのに利用することができる。

[0045]図１２は、一体化された構成要素を有するインライン加速度計１２００を示している。インライン加速度計１２００は、カウンターマス１２０２、固定ハーフシリンダー１２０４、可動ハーフシリンダー１２０６および中央フレーム１２１０を備えており、これらは、各構成要素の必要な分割を行うためのワイヤーカッティングまたはレーザーカッティングによって、一個の鋼から全て形成されている。このカッティングは、インライン加速度計１２００の全体にわたるものである。内側の切込み１２６０によって、中央フレーム１２１０内にカウンターマス１２０２が画成され、且つ、ダイヤフラム領域の一側面が形成される。外側の切込み１２６２によって、中央フレーム１２１０に対して動かない固定ハーフシリンダー１２０４が画成される。スロット１２６３によって、カウンターマス１２０２と共に動く可動ハーフシリンダー１２０６が画成される。ハーフシリンダー１２０４、１２０６は、フライス加工によって形成することができる。代わりに、ハーフシリンダー１２０４、１２０６は、部分円筒形構成要素、または旋盤で別々に作られた構成要素等の、本体に付加された個別の構成要素とすることができる。検出コイル１２０８は、ハーフシリンダー１２０４、１２０６の周りに不可視的に示されている。

[0046]図１３は、別の実施形態によるインライン加速度計１３００を示している。本明細書に記載する他の実施形態と同様に、インライン加速度計１３００は、カウンターマス１３０２（図１４および図１５において見える）と、固定ハーフシリンダー１３０４と、可動ハーフシリンダー１３０６と、中央フレーム１３１０と、ハーフシリンダー１３０４、１３０６の周りの検出コイル１３０８とを備えている。インライン加速度計が比較的少数の部品を利用したものであるのに加えて、二つのハーフシリンダー１３０４、１３０６は、製造コストをさらに低減するために、実質的に同一のものとしてもよい。２本のボルト１３１２によって、固定ハーフシリンダー１３０４は中央フレーム１３１０に固定される。

[0047]図１４および図１５は、インライン加速度計１３００の部分断面図を示している。組立ボルト１３１４は、カウンターマス１３０２および第１のダイヤフラム１３１９の長手方向中心穴を通って延びており、組立ボルト１３１４の一端が、カウンターマス１３０２に面した可動ハーフシリンダー１３０６の面に結合している。カウンターマス１３０２の可動ハーフシリンダー１３０６とは反対の側では、ナット１３１６が、組立ボルト１３１４に結合し、第２のダイヤフラム１３１８のカウンターマス１３０２とは反対の側で、ダイヤフラム締付具１３１５と係合している。それゆえ、組立ボルト１３１４のこの配置によって、カウンターマス１３０２が２枚のダイヤフラムの間に挟まれ、可動ハーフシリンダー１３０６はダイヤフラム１３１８、１３１９によって懸架されているカウンターマス１３０２と共に動く。加えて、Ｏリング１３２０を、中央ハウジング１３１０と固定ハーフシリンダー１３０４との間に配置することができる。

[0048]図１６は、試験加振機での加振力に対する加速度計の相対応答をプロットすることによって測定した試験設計の加速度計１３００の性能を示したグラフである。このグラフに示す結果は、機械的共振を低減するための油入りハウジング内に加速度計を設置して、ある振動数範囲にわたって加速度計をモニターすることで得られる。このグラフによって明示されているように、この特定の加速度計は、所望の動作範囲内で平坦なカーブを有し、且つ、油によって減衰された機械的共振に対応するピークを有する応答を与えるものである。より高い粘性を有する油を用いることで、より一層効率的にこの減衰を生じさせることができる。加えて、機械的共振の振動数は、この加速度計に関して選択されたマスおよびばね定数を基にして変えることができる。

[0049]本明細書に記載されたどの巻き付け形状についても、ファイバーの全長および望まれる感度次第で、２層以上のファイバーを用いることができる。さらに、検出コイルが、ハーフシリンダーの周りに螺旋パターン（不図示）で配置された光ファイバーを含みうることも、本発明の範囲内である。必要に応じて、巻き付けの他の形状を用いてもよい。あらゆる特定の巻き付けの所望の軸方向長さは、加速度感度の特性や、例えば加速度の大きさ等、測定が望まれる他のパラメータに応じて設定する。さらに、ハーフシリンダーは、一般に、検出コイルの損傷や急な曲げを防止するために、検出コイルをその上に巻くための丸い表面を提供するものである。しかし、検出コイルを支持する表面は、丸い形状以外の任意の形状、例えば、平らな形状、角のある形状、または波形等としてもよい。加えて、実施形態によっては、加速度計２００、６００の様々な構成要素を単一の構成要素に一体化してもよい。例えば、固定ハーフシリンダー２０４は、第２のフレーム板２１１と一体化してもよい。

[0050]上記のものは、本発明の実施形態に向けられたものであるが、本発明の他の更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考え出すことができ、本発明の範囲は特許請求の範囲により定められる。

本発明の実施形態が利用され得る代表的な検出システムとしての、ブラッグ回折格子の干渉計式検出システムが描かれた概略図である。組み立てられたインライン加速度計の斜視図である。図２に示すインライン加速度計の分解図である。組立時に現れる図２に示すインライン加速度計の斜視図であり、カウンターマスが、フレーム内で２枚のダイヤフラムによって支持されている。フレームに固定ハーフシリンダーを加え、マスに可動ハーフシリンダーを加えた後の組立時に現れる、図２に示すインライン加速度計の斜視図である。組み立てられたクロスライン加速度計の斜視図である。図６に示すクロスライン加速度計の分解図である。組立時に現れる図６に示すクロスライン加速度計の斜視図であり、カウンターマスが、フレームにヒンジ止めされている。固定ハーフシリンダーをフレームに加え、可動ハーフシリンダーをマスに加えた後の組立時に現れる、図６に示すクロスライン加速度計の斜視図である。カウンターマスを、したがって可動ハーフシリンダーを付勢するためのばねを有するインライン加速度計の断面図である。可動ハーフシリンダーを直接付勢するための４本のばねを有するインライン加速度計の斜視図である。一体化された構成要素を有するインライン加速度計の斜視図である。別の実施形態によるインライン加速度計の斜視図である。図１３のインライン加速度計の上面を横切って取られた部分断面図である。図１３のインライン加速度計の上面を横切って取られた部分断面図である。図１３に示す加速度計の試験サンプルの測定された性能のグラフである。

符号の説明

１００…加速度計システム、１０２…検出コイル、１０４…光導波路、１０６…検出アセンブリ、１１０，１１２…ブラッグ回折格子、１１４…パルス発生器、１１６…検出器、１１８…分析器、１２０…入力光導波路、１３０…出力光導波路。

Claims

直線方向の加速度を検出する加速度計であって、
リジッドフレームと、
前記リジッドフレームに可動に懸架されたマスと、
第１の要素および第２の要素の表面の周りに少なくとも部分的に巻かれた検出コイルであり、当該検出コイルの長さ変化に基づいて加速度に応じた前記マスの動きを検出するための検出コイルと、
を備え、
前記第１の要素は前記リジッドフレームに対して動かず、前記第２の要素は前記マスと共に動く、
加速度計。
前記第２の要素を前記第１の要素から遠ざかる方向に付勢し、前記検出コイルにプリテンションを加えられるようになっている付勢部材を更に備える、請求項１に記載の加速度計。
前記検出コイルが、前記長さ変化を干渉計により検出することを可能とするために、反射要素を隔てる光導波路の複数回巻付け物を備える、請求項１に記載の加速度計。
前記表面が、前記リジッドフレームの外部に露出した領域に位置する、請求項１に記載の加速度計。
前記第１および第２の要素が、成形ポリマーを用いて形成されている、請求項１に記載の加速度計。
前記第１の要素が、前記リジッドフレームと一体化されている、請求項１に記載の加速度計。
前記第２の要素が、前記マスと一体化されている、請求項１に記載の加速度計。
前記リジッドフレーム、前記マス、並びに前記第１および第２の要素が一体化されている、請求項１に記載の加速度計。
前記第１および第２の要素の表面が丸い、請求項１に記載の加速度計。
直線方向に互いに隔てられた第１および第２のフレーム板の内側の面の間において可動に懸架され、加速度に応じて前記直線方向に可動であるマスと、
前記マスとは反対側で前記第２フレーム板に堅く結合され、前記第２のフレーム板の外側の面に第１の面を画成する固定要素と、
前記マスと共に動くように前記マスに結合され、前記マスとは反対側の前記第１のフレーム板の外側の面に隣接して配置され、第２の面を画成する可動要素と、
前記第１の面および前記第２の面の周りに少なくとも部分的に巻かれた検出コイルと、
を備え、
前記検出コイルの長さ変化が加速度を示す、
インライン加速度計。
前記マスは、前記第１および第２のフレーム板にそれぞれ結合された第１および第２のダイヤフラムによって懸架されており、前記ダイヤフラムは前記直線方向には可撓であり、他の方向には実質的に撓まない、請求項１０に記載のインライン加速度計。
前記検出コイルが、光導波路の複数回巻付け物を備える、請求項１０に記載のインライン加速度計。
前記可動要素を案内し、且つ、保護するために、前記可動要素の両側に隣接して配置されたブロックを更に備える、請求項１０に記載のインライン加速度計。
前記フレーム板が、該フレーム板の間において延びるボルトによって、互いに隔てられて保持されている、請求項１０に記載のインライン加速度計。
リジッドフレームと、
前記リジッドフレームにヒンジ止めされ、直線方向の加速度に応じて可動であるマスと、
前記リジッドフレームに堅く結合され、前記マスの第１の側に配置され、第１の面を画成する固定要素と、
前記マスと共に動くように前記マスに結合され、第２の面を画成し、前記マスの前記第１の側とは反対側の前記マスの第２の側に配置された可動要素と、
前記第１の面および前記第２の面の周りに少なくとも部分的に巻かれた検出コイルと、を備え、
前記固定要素および前記可動要素は、前記直線方向に対して垂直な方向に互いに直線的に隔てられており、
前記検出コイルの長さ変化が加速度を示す、
クロスライン加速度計。
１枚以上のブレードが前記マスの前記第２の側を前記リジッドフレームに結合し、前記１枚以上のブレードが前記直線方向には可撓であり他の方向には実質的に撓まない、請求項１５に記載のクロスライン加速度計。
前記リジッドフレームに対して前記マスのヒンジ箇所とは反対側の、前記マスの一部に接して配置された付勢部材を更に備える、請求項１５に記載のクロスライン加速度計。
前記付勢部材がばねである、請求項１７に記載のクロスライン加速度計。
前記検出コイルが、光導波路の複数回巻付け物を備える、請求項１５に記載のクロスライン加速度計。
前記リジッドフレームが２枚の平行なフレーム板を備え、前記マス、前記固定要素および前記可動要素が、前記２枚の平行なフレーム板の間に配置されている、請求項１５に記載のクロスライン加速度計。
マスをリジッドフレーム内で懸架するステップと、
前記リジッドフレームに第１の要素を固定的に結合するステップと、
前記マスに第２の要素を結合するステップと、
前記第１および第２の要素の表面の周りに光導波路を巻いて検出コイルを形成するステップと、
を含み、
前記第１の要素は前記リジッドフレームに対して動かず、前記第２の要素は前記マスと共に動く、
加速度計の製造方法。
複数の他の加速度計のアレイを有する地震ケーブルに、前記加速度計を組み込むステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
前記光導波路を巻くステップが、前記マスを懸架するステップの後に行われる、請求項２１に記載の方法。
前記マスを中央位置に向けて付勢するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。