JP2006194870A - 高感度加速度計 - Google Patents
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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
【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
[0001]本出願は、1999年10月1日付けで出願された米国特許第6575033号の継続出願である米国特許第6789424号の継続出願である、2004年9月2日付けで出願された同時係属中の米国特許出願第10/933132号の一部継続出願であり、それぞれを本明細書に参照により援用する。
[0002]本発明の実施形態は、高感度加速度計に広く関するものである。より詳細には、本発明の実施形態は、海底地震ケーブルに組込む等の用途に適した光学式加速度計に関するものである。
[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。
[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。
[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。
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 (24)
- 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。
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