JP2015213242A - Pressure compensation type converter assembly and acoustic converter - Google Patents

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JP2015213242A JP2014095249A JP2014095249A JP2015213242A JP 2015213242 A JP2015213242 A JP 2015213242A JP 2014095249 A JP2014095249 A JP 2014095249A JP 2014095249 A JP2014095249 A JP 2014095249A JP 2015213242 A JP2015213242 A JP 2015213242A
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Michael Dallas James
フランス・ラウトゼンハイザー
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure compensation type converter assembly for housing a piezoelectric converter that adjusts an internal pressure depending on a change in an external pressure.SOLUTION: A pressure compensation type converter assembly includes: an inner housing 4 having a closed converter end part 4a; and an outer housing 6 having an opened converter end part 6a. Ceramic layers 1 and 2 and a backing 3 are provided at the closed converter end part 4a of the inner housing 4. A channel 19 filled with liquid is provided between the outer housing 6 and the inner housing 4, and has a converter end part 19a opened to an environment 20, and a connection end part 19b opened to a first inner space 4c. A blocking member 10 separates the converter end part 19a of the channel 19 from the connection end part 19b to prevent a flow of the fluid between the two end parts. The blocking member 10 can move in the channel 19 depending on a pressure difference between the environment 20 and the first inner space 4c.

Description

発明の詳細な説明
発明の背景
変換器にとって高圧および高温が課題となるダウンホール掘削環境において圧電変換器を使用することが知られている。このような環境においては、圧力が25Kpsi以上となり、温度が600°Fを超え得る。
Detailed Description of the Invention Background of the Invention It is known to use piezoelectric transducers in downhole drilling environments where high pressures and high temperatures are a challenge for the transducers. In such an environment, the pressure can be 25 Kpsi or higher and the temperature can exceed 600 ° F.

環境における圧力が変換器の内部の圧力を超える場合、変換器の性能が低下し得る。外圧の変化に対応して内圧を調整する様々な機構が考案されてきたが、いずれも完全に満足できるものではなかった。   If the pressure in the environment exceeds the pressure inside the transducer, the performance of the transducer can be degraded. Various mechanisms for adjusting the internal pressure in response to changes in the external pressure have been devised, but none have been completely satisfactory.

このため、圧電変換器または他の機能素子を収容するための圧力補償型アセンブリに対する需要がある。本発明は、この需要に対応するものである。   Thus, there is a need for a pressure compensated assembly for housing a piezoelectric transducer or other functional element. The present invention addresses this demand.

発明の概要
本発明の一実施形態によれば、圧力補償型変換器アセンブリが提供される。
SUMMARY OF THE INVENTION According to one embodiment of the present invention, a pressure compensated transducer assembly is provided.

アセンブリは、閉じられた端部と側壁とを有して第1の内部空間を規定する内側ハウジングを含むのが好ましい。閉じられた端部は、動作する電子機器への取り付け点から遠位の(離れた)端部である。   The assembly preferably includes an inner housing having a closed end and side walls defining a first interior space. The closed end is the end that is distal (distant) from the point of attachment to the operating electronics.

アセンブリは、開かれた変換器端部と側壁とを有して第2の内部空間を規定する外側ハウジングも含む。   The assembly also includes an outer housing having an open transducer end and sidewalls and defining a second interior space.

圧電変換器であり得る機能素子が第1の内部空間内に設けられる。機能素子が圧電変換器である場合、圧電材は内側壁の閉じられた端部に接触する面を有するディスク(またはディスクスタック)として設けられるのが好ましい。ピエゾ素子またはピエゾスタックは、ピエゾ素子がハウジング床を振動させて音響波を装置から伝播させるように内側ハウジング内に位置決めされる。変換器面板は、ハウジング床の外表面に設けられるのが好ましく、この場合において音響波は変換器面板から放射される。   A functional element that may be a piezoelectric transducer is provided in the first internal space. When the functional element is a piezoelectric transducer, the piezoelectric material is preferably provided as a disk (or disk stack) having a surface that contacts the closed end of the inner wall. A piezo element or piezo stack is positioned within the inner housing such that the piezo element vibrates the housing floor and propagates acoustic waves from the device. The transducer faceplate is preferably provided on the outer surface of the housing floor, in which case acoustic waves are radiated from the transducer faceplate.

外側ハウジングの少なくとも一部は内側ハウジングから離間し、外側ハウジングと内側ハウジングとの間の空間にチャネルが設けられ、チャネルは環境に対して開かれた第1の端部と第1の内部空間に対して開かれた第2の端部とを有する。環境に対して開かれたチャネルの端部は、変換器に隣接した環境に対して開かれるのが好ましく、より特定的には変換器面板に隣接した環境に対して開かれるのが好ましい。   At least a portion of the outer housing is spaced from the inner housing, and a channel is provided in a space between the outer housing and the inner housing, the channel in a first end open to the environment and in the first inner space. And a second end that is open to the front. The end of the channel open to the environment is preferably open to the environment adjacent to the transducer, and more particularly to the environment adjacent to the transducer faceplate.

遮断部材は、チャネル内に設けられ、そのチャネル内で移動可能である。移動可能な遮断部材は、接続端部チャネル部分および変換器端部チャネル部分を規定する。   The blocking member is provided in the channel and is movable in the channel. The movable blocking member defines a connection end channel portion and a transducer end channel portion.

比較的非圧縮性の流体は、第1の内部空間内に設けられ、接続端部チャネル部分内へ遮断部材に向けて延在する。比較的非圧縮性の流体は好ましくは液体であり、より好ましくは油である。   A relatively incompressible fluid is provided in the first interior space and extends into the connecting end channel portion toward the blocking member. The relatively incompressible fluid is preferably a liquid, more preferably an oil.

移動可能な遮断部材は、接続端部チャネル部分から変換器チャネル部分への流体の流れを防止するのに有効である。移動可能な遮断部材は、装置の内側の圧力と変換器の外部の圧力とを均等化するのにも有効である。変換器の外側の圧力が高まるにつれ、移動可能な部材がチャネル内を移動し、装置の内側に接続されるチャネルの部分の大きさ(容量)が小さくなる。内部およびチャネル内の液体は比較的非圧縮性であることから、圧力が等しくなって移動可能な部材の移動が止まるまで内部の圧力が高まる。   The movable blocking member is effective to prevent fluid flow from the connecting end channel portion to the transducer channel portion. The movable blocking member is also effective in equalizing the pressure inside the device and the pressure outside the transducer. As the pressure outside the transducer increases, the movable member moves within the channel, and the size (capacity) of the portion of the channel connected inside the device decreases. Since the liquid in the interior and in the channel is relatively incompressible, the internal pressure increases until the pressure is equal and movement of the movable member stops.

液体で満たされたチャネルは、変換器の内面を内側ハウジングの内面から音響的に分離する効果を有さないのが好ましい。   The liquid filled channel preferably does not have the effect of acoustically separating the inner surface of the transducer from the inner surface of the inner housing.

本発明の圧力補償型変換器アセンブリの一実施形態の全断面を示す側面図である。1 is a side view showing a full cross section of one embodiment of a pressure compensated transducer assembly of the present invention. 本発明の圧力補償型変換器アセンブリの他の実施形態の全断面を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing the entire cross section of another embodiment of the pressure compensated transducer assembly of the present invention.

発明の原理に関する理解を促す目的で、特定の好ましい実施形態がここで参照され、これを説明するために具体的な用語が使用される。それでもなお、これによって発明の範囲を限定することは意図しておらず、例示される装置に対する置換およびさらなる変更、ならびに例示される発明の原理のさらなる適用が、発明に関係する当業者によって通常行われることが考えられ得ることが理解される。   For the purpose of promoting an understanding of the principles of the invention, reference will now be made to certain preferred embodiments and specific language will be used to describe the same. Nonetheless, this is not intended to limit the scope of the invention, and substitutions and further modifications to the illustrated apparatus and further applications of the illustrated inventive principles will normally be made by those skilled in the art to which the invention relates. It is understood that it can be considered.

上に示されるように、本発明の一実施形態は、ダウンホール油井などの環境においてセンサとして使用され得る圧力補償型変換器アセンブリを提供する。このような変換器は、圧電材を使用して音響波を送信および受信し得る。アセンブリは、通常は一端が電子制御部に接続され、他端から音響波を伝播させる。このため、本開示の目的のため、アセンブリは変換器端部と接続端部とを有するものとして記載され、変換器端部は、環境に対して音響波が伝播されるアセンブリの端部であり、接続端部は、制御電子機器に接続される端部である。   As indicated above, one embodiment of the present invention provides a pressure compensated transducer assembly that can be used as a sensor in an environment such as a downhole oil well. Such transducers can transmit and receive acoustic waves using piezoelectric material. The assembly is normally connected at one end to the electronic control unit and propagates acoustic waves from the other end. For this purpose, for the purposes of this disclosure, the assembly is described as having a transducer end and a connection end, where the transducer end is the end of the assembly through which acoustic waves propagate to the environment. The connection end is an end connected to the control electronic device.

好ましい実施形態において、アセンブリは、内側ハウジングと、外側ハウジングと、これら2つのハウジングの全体または一部の間のハウジング間空間とを含む。内側ハウジングは、好ましくは閉じられた端部と側壁とを含み、第1の内部空間を規定する。外側ハウジングは、好ましくは開かれた端部と側壁とを含み、第2の内部空間を規定する。2つのハウジングは、内側ハウジングが実質的に外側ハウジング内に置かれるように位置決めされ、内側ハウジングの閉じられた端部が外側ハウジングの開かれた端部に隣接するように位置決めされるのが好ましい。最も好ましい実施形態において、ハウジングの形状は概して筒状であり、閉じられた端部を有する内側ハウジングは、内側ハウジング側壁に対して直円筒(選択的に開かれた端部を有する)を形成する。外側ハウジングは、内側ハウジングを覆い、内側ハウジングの閉じられた端部は外側ハウジングの開かれた端部において、またはその付近に位置決めされる。   In a preferred embodiment, the assembly includes an inner housing, an outer housing, and an inter-housing space between all or part of the two housings. The inner housing preferably includes a closed end and a sidewall and defines a first interior space. The outer housing preferably includes an open end and sidewalls and defines a second interior space. The two housings are preferably positioned such that the inner housing is substantially positioned within the outer housing and the closed end of the inner housing is adjacent to the open end of the outer housing. . In the most preferred embodiment, the shape of the housing is generally cylindrical and the inner housing with closed ends forms a right cylinder (having selectively open ends) against the inner housing sidewall. . The outer housing covers the inner housing and the closed end of the inner housing is positioned at or near the open end of the outer housing.

圧電変換器であり得る機能素子は、第1の内部空間においてハウジングの閉じられた(変換器)端部に設けられる。好ましい実施形態において、変換器は、閉じられたハウジング端部の内側床上においてディスク(またはディスクスタック)の底面に対して位置決めされる圧電ディスク(もしくはスタック、または2つ以上の圧電ディスク)を含む。ディスクまたはディスクスタックは、ディスク/スタックの振動が対応するハウジング床の振動を引き起こすようにハウジング床に接触し得る。ピエゾ素子は、好ましくは、ダウンホール掘削環境における遠隔感知に適した音響波を放射するのに有効な周波数および出力で振動するのに有効である。   The functional element, which can be a piezoelectric transducer, is provided at the closed (transducer) end of the housing in the first internal space. In a preferred embodiment, the transducer includes a piezoelectric disk (or stack, or two or more piezoelectric disks) positioned against the bottom surface of the disk (or disk stack) on the inner floor of the closed housing end. The disk or disk stack may contact the housing floor such that disk / stack vibration causes corresponding housing floor vibration. The piezo element is preferably effective to vibrate at a frequency and power effective to emit acoustic waves suitable for remote sensing in a downhole drilling environment.

裏材は、ディスクまたはディスクスタックの上側に配置され得る。たとえば、タングステンなどの高音響インピーダンス材料が使用され得る。他の実施形態において、裏材は、粉末状のタングステンを伴う、または粉末状のタングステンを伴わないエポキシ/ポリマーなど、高音響インピーダンス材料の混合物であり得る。ピエゾ素子および裏材を適切に圧縮した状態を維持する引張ロッドまたは他のアセンブリが設けられ得る。   The backing can be placed on top of the disk or disk stack. For example, a high acoustic impedance material such as tungsten may be used. In other embodiments, the backing can be a mixture of high acoustic impedance materials, such as an epoxy / polymer with or without powdered tungsten. A tension rod or other assembly may be provided that maintains the piezo element and backing properly compressed.

変換器アセンブリは、内側ハウジングの変換器端部に隣接して接触する面板を含み得る。一実施形態において、面板は、耐摩耗性を有してハウジング床の音響インピーダンスよりも低い音響インピーダンスを有する薄い材料である。好ましい面板の材料は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などのポリマーを含む。面板は、内側変換器ハウジングの外側に対して接着され得る。   The transducer assembly may include a face plate that contacts adjacent the transducer end of the inner housing. In one embodiment, the faceplate is a thin material that is wear resistant and has an acoustic impedance that is lower than the acoustic impedance of the housing floor. Preferred faceplate materials include polymers such as polyetheretherketone (PEEK). The face plate can be adhered to the outside of the inner transducer housing.

ディスクまたはディスクスタックは、当該技術において知られるように、ディスクまたはディスクスタックの接続面に取り付けられた電子機器によって駆動および制御される。   The disk or disk stack is driven and controlled by electronic equipment attached to the connection surface of the disk or disk stack, as is known in the art.

上に示したように、内側ハウジングおよび外側ハウジングは、形が筒状であるのが好ましく、外側ハウジングは、内側ハウジングから離間される。ハウジング間空間は、外側ハウジングと内側ハウジングとの間に設けられ、空間は、内側ハウジングの全体またはほぼ全体を選択的に囲う。代替的に、内側ハウジングの空間は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間に設けられる1つ以上のチャネルであり得る。   As indicated above, the inner and outer housings are preferably cylindrical in shape, and the outer housing is spaced from the inner housing. An inter-housing space is provided between the outer housing and the inner housing, and the space selectively surrounds the entire inner housing or substantially the entire housing. Alternatively, the inner housing space may be one or more channels provided between the inner housing and the outer housing.

ハウジング間空間は、環境に対して開かれた変換器端部分と、第1の内部空間に対して開かれた、または第1の内部空間に接続される接続端部分とを有する。遮断部材は空間内に設けられ、空間内で移動可能である。移動可能な遮断部材は、ハウジング間空間の変換器端部分および接続端部分を規定し、接続端部から変換器端部の流体の流れ、またはその逆の流れを防止するのに有効である。   The inter-housing space has a transducer end portion that is open to the environment and a connecting end portion that is open to or connected to the first internal space. The blocking member is provided in the space and is movable in the space. The movable blocking member defines the transducer end portion and the connection end portion of the inter-housing space, and is effective in preventing fluid flow from the connection end to the transducer end or vice versa.

液体は、第1の内部空間に設けられ、ハウジング間空間の接続端部分に延在する。液体は、高温のシリコーン油などの油であるのが好ましい。装置に設けられる液体の容量は固定であり、約15psiの環境圧においてハウジング間空間の変換器端部の付近(しかし、十分に空間の範囲内にある)に移動可能な部材を位置決めするのに足りる圧力を維持するのに十分なものである。   The liquid is provided in the first internal space and extends to the connection end portion of the inter-housing space. The liquid is preferably an oil such as high temperature silicone oil. The volume of liquid provided in the device is fixed to locate a movable member near (but well within) the transducer end of the inter-housing space at an ambient pressure of about 15 psi. Sufficient to maintain sufficient pressure.

アセンブリの外側の環境圧が高まるにつれ(アセンブリが油田内に降下する場合など)、移動可能な遮断部材は、空間の変換器端部分の大きさ/容量が大きくなり、空間の接続端部分の大きさ/容量が小さくなるように、ハウジング間空間内を移動する。ハウジング間空間の接続端部分を含む空間と内側ハウジングの空間とは、所定量の液体で満たされ、装置の内側に対して液体が加える圧力は、外圧が高まるにつれて高まる。これにより、ダウンホール掘削泥または他の厳しい環境に装置が置かれる場合に、圧力の変化に対する圧力が補償される。最も好ましくは、圧力補償は20,000psi以上の環境圧に対応するのに有効である。   As the ambient pressure outside the assembly increases (such as when the assembly descends into an oil field), the movable blocking member increases the size / capacity of the transducer end portion of the space and the size of the connecting end portion of the space. It moves in the space between the housings so that the height / capacity becomes small. The space including the connection end portion of the inter-housing space and the space of the inner housing are filled with a predetermined amount of liquid, and the pressure applied by the liquid to the inside of the apparatus increases as the external pressure increases. This compensates for pressure changes when the device is placed in downhole drilling mud or other harsh environments. Most preferably, pressure compensation is effective to accommodate environmental pressures above 20,000 psi.

比較的非圧縮性の流体で満たされたチャネルは内側ハウジングの内部から機能素子の内側面を音響的に切り離すのには有効とはなり得ないことが理解される。これは、気体で満たされ、内側ハウジングの内部から機能素子の内側面を音響的に切り離すチャネルを含む同様の構造の装置とは対照的である。   It will be appreciated that a channel filled with a relatively incompressible fluid may not be effective in acoustically isolating the inner surface of the functional element from the interior of the inner housing. This is in contrast to a similarly structured device that includes a channel that is filled with gas and acoustically decouples the inner surface of the functional element from the interior of the inner housing.

ここで図面を参照すると、図1は、本発明の圧力補償型変換器アセンブリの一実施形態を示し、アセンブリは、閉じられた変換器端部4aと側壁4bとを有して第1の内部空間4cを規定する内側ハウジング4を含む。アセンブリは、開かれた変換器端部6aと側壁6bとを有して第2の内部空間を規定する外側ハウジング6も含む。機能素子は、第1の内部空間に設けられる。示される機能素子は、第1のセラミック層1と、第2のセラミック層2と、裏材3とを含む。セラミック層および裏材層は、機械的な圧縮力によって互いに合わせて内側ハウジングに対して保持されるのが好ましい。PEEK面板17は、内側ハウジングの外側に接着されるのが好ましく、内側ハウジング端部4a、第1のセラミック層1、第2のセラミック層2、および裏材3と協働して音波サウンダをもたらす。   Referring now to the drawings, FIG. 1 illustrates one embodiment of a pressure compensated transducer assembly of the present invention, the assembly having a closed transducer end 4a and a side wall 4b and a first interior. It includes an inner housing 4 that defines a space 4c. The assembly also includes an outer housing 6 having an open transducer end 6a and a sidewall 6b that defines a second interior space. The functional element is provided in the first internal space. The functional element shown comprises a first ceramic layer 1, a second ceramic layer 2 and a backing 3. The ceramic layer and backing layer are preferably held against the inner housing together by mechanical compression. The PEEK face plate 17 is preferably adhered to the outside of the inner housing and cooperates with the inner housing end 4a, the first ceramic layer 1, the second ceramic layer 2, and the backing 3 to provide a sonic sounder. .

内側ハウジング4および外側ハウジング6は、内側ハウジングから外側ハウジングが離間するように設けられる。チャネル19は、外側ハウジングと内側ハウジングとの間の空間に設けられ、チャネルは、環境20に対して開かれた変換器端部19aと第1の内部空間4cに開かれた接続端部19bとを有する。   The inner housing 4 and the outer housing 6 are provided such that the outer housing is separated from the inner housing. A channel 19 is provided in the space between the outer housing and the inner housing, the channel comprising a transducer end 19a opened to the environment 20 and a connecting end 19b opened to the first inner space 4c. Have

Oリングなどの遮断部材10は、チャネル19に設けられ、チャネル19内を移動可能である。遮断部材の位置は、接続端部チャネル部19bと変換器端部チャネル部19aとを規定する。遮断部材は、接続端部チャネル部分から変換器チャネル部分への流体の流れを防止するのに有効である。   The blocking member 10 such as an O-ring is provided in the channel 19 and can move in the channel 19. The position of the blocking member defines the connecting end channel portion 19b and the transducer end channel portion 19a. The blocking member is effective to prevent fluid flow from the connecting end channel portion to the transducer channel portion.

比較的非圧縮性の流体は、第1の内部空間に設けられ、接続端部チャネル部内へ遮断部材に向けて延在する。流体は、高圧かつ高温の環境において機能することが可能な天然油または合成油であるのが好ましい。一部の用途においては、高温シリコーン油が好ましい。   A relatively incompressible fluid is provided in the first interior space and extends into the connecting end channel portion toward the blocking member. The fluid is preferably a natural or synthetic oil capable of functioning in a high pressure and high temperature environment. For some applications, high temperature silicone oil is preferred.

第2のOリング8が、接続端部アセンブリの周囲に設けられ、制御電子機器から内部空間4cを封止し得る。油で満たされた内側ハウジング空間は、圧力補償機構が正常に機能するように閉じられた空間でなければならない。このため、内部空間4cから制御電子機器への油の漏洩を防止しなければならない。   A second O-ring 8 may be provided around the connection end assembly to seal the internal space 4c from the control electronics. The oil filled inner housing space must be a closed space for the pressure compensation mechanism to function properly. For this reason, it is necessary to prevent oil leakage from the internal space 4c to the control electronic device.

制御電子機器5は、接続端部アセンブリを介して装置内に入る。制御電子機器は、ピエゾ素子を駆動および制御し、動作中の装置が「送信」モードである場合には音響波を送信し、装置が「受信」モードである場合には音響波を受信する。   The control electronics 5 enters the device via the connection end assembly. The control electronics drives and controls the piezo element and transmits an acoustic wave when the active device is in “transmit” mode and receives an acoustic wave when the device is in “receive” mode.

図2は、認識された同じ機能素子を有する本発明の圧力補償型変換器アセンブリの他の実施形態を示す。示される変換器アセンブリは、閉じられた変換器端部4aと側壁4bとを有して第1の内部空間4cを規定する内側ハウジング4を含む。外側ハウジング6は、開かれた変換器端部6aと側壁6bとを有し、第2の内部空間を規定する。機能素子は、第1の内部空間に設けられる。示される機能素子は、第1のセラミック層1と、第2のセラミック層2と、裏材3とを有する圧電変換器である。圧電変換器は、ピエゾディスクの面がハウジング床4aの内側面と密着して保持されるように、内部空間4cに位置決めされる。PEEK面板17は、内側ハウジング床4aの外側面に接着され、ハウジング床ならびに第1のセラミック層1、第2のセラミック層2、および裏材3と協働して、音波サウンダをもたらす。   FIG. 2 shows another embodiment of the pressure compensated transducer assembly of the present invention having the same functional elements recognized. The illustrated transducer assembly includes an inner housing 4 having a closed transducer end 4a and a side wall 4b defining a first interior space 4c. The outer housing 6 has an open transducer end 6a and a side wall 6b and defines a second internal space. The functional element is provided in the first internal space. The functional element shown is a piezoelectric transducer having a first ceramic layer 1, a second ceramic layer 2 and a backing 3. The piezoelectric transducer is positioned in the internal space 4c so that the surface of the piezo disc is held in close contact with the inner surface of the housing floor 4a. The PEEK faceplate 17 is bonded to the outer surface of the inner housing floor 4a and cooperates with the housing floor and the first ceramic layer 1, the second ceramic layer 2, and the backing 3 to provide a sonic sounder.

チャネル19は、外側ハウジングと内側ハウジングとの間の空間に設けられ、チャネルは、環境20に対して開かれた変換器端部19aと第1の内部空間4cに対して開かれた接続端部19bとを有する。好ましい実施形態において、チャネル19は、変換器によって音響波が放射される変換器アセンブリに隣接した位置で環境に対して開かれる。示されるように変換器アセンブリが面板を含む場合、チャネル19は、面板に隣接する位置で環境に対して開かれる。最も好ましいチャネル19は、変換器によって音響波が放射される方向に開かれる。   A channel 19 is provided in the space between the outer housing and the inner housing, the channel being a transducer end 19a open to the environment 20 and a connection end open to the first inner space 4c. 19b. In a preferred embodiment, channel 19 is open to the environment at a location adjacent to the transducer assembly where acoustic waves are radiated by the transducer. If the transducer assembly includes a faceplate as shown, the channel 19 is opened to the environment at a location adjacent to the faceplate. The most preferred channel 19 is opened in the direction in which the acoustic wave is emitted by the transducer.

チャネル19は、掘削泥などからの流体が変換器に隣接する環境からチャネル19の変換器端部19aに流れることができるように大きさが設定される。したがって、チャネル19の変換器端部19aの内圧は、音響波が放射される変換器アセンブリの外表面にかかる圧力、またはそれに非常に近い圧力となる。   The channel 19 is sized so that fluid from drilling mud or the like can flow from the environment adjacent to the transducer to the transducer end 19a of the channel 19. Thus, the internal pressure at the transducer end 19a of the channel 19 is at or very close to the pressure on the outer surface of the transducer assembly from which the acoustic waves are emitted.

遮断部材10は、チャネル19に設けられ、チャネル19内を移動可能である。遮断部材の位置は、接続端部チャネル部分19bと変換器端部チャネル部分19aとを規定する。遮断部材は、接続端部チャネル部分から変換器チャネル部分への流体の流れを防止するのに有効である。   The blocking member 10 is provided in the channel 19 and is movable in the channel 19. The position of the blocking member defines the connecting end channel portion 19b and the transducer end channel portion 19a. The blocking member is effective to prevent fluid flow from the connecting end channel portion to the transducer channel portion.

比較的非圧縮性の流体は、第1の内部空間に設けられ、接続端部チャネル部分へ遮断部材に向けて延在する。   A relatively incompressible fluid is provided in the first interior space and extends toward the blocking member to the connecting end channel portion.

制御電子機器5は、接続端部を介して装置に入る。
動作時において、アセンブリの外側の環境圧が高まるにつれ(アセンブリが油田内に降下する場合など)、移動可能な遮断部材10は、高まった環境圧に対応してチャネル19内で移動する。環境圧が高まると、遮断部材10はチャネル19の変換器端部19aから離れて接続端部19bに向けて移動する。これにより、チャネル19の接続端部19bの大きさ/容量が小さくなる。空間19bの容量が減少するにつれ、装置の内部に液体が加える圧力は、装置内の圧力が変換器面にかかる圧力と釣り合うまで高まる。
The control electronics 5 enters the device via the connection end.
In operation, as the environmental pressure outside the assembly increases (such as when the assembly descends into an oil field), the movable blocking member 10 moves within the channel 19 in response to the increased environmental pressure. When the environmental pressure increases, the blocking member 10 moves away from the transducer end 19a of the channel 19 toward the connection end 19b. As a result, the size / capacity of the connection end 19b of the channel 19 is reduced. As the volume of the space 19b decreases, the pressure applied by the liquid inside the device increases until the pressure in the device balances the pressure on the transducer surface.

図面および前述の記載において本発明が詳細に例示および記載されたが、これは例示として考えられ、性質的に限定ではなく、好ましい実施形態のみが示されて記載され、発明の主旨の範囲内における全ての変化および変更に対して保護を求めることが理解される。   While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such is considered by way of illustration and not as a limitation on the nature, only the preferred embodiments are shown and described, and are within the spirit of the invention. It is understood that protection is sought for all changes and changes.

加えて、ここに記載される要素は、好ましい実施形態として記載されたもの以外の組み合わせおよび下位の組み合わせで組み合わされ得ることがわかる。さらに本発明の装置は、開示された要素の一部またはすべての組み合わせを含み得る、または本発明の装置は実質的に開示された要素の一部またはすべての組み合わせから構成され得る。
In addition, it is understood that the elements described herein may be combined in combinations and subcombinations other than those described as preferred embodiments. Further, the apparatus of the present invention may include some or all combinations of the disclosed elements, or the apparatus of the present invention may be substantially comprised of some or all combinations of the disclosed elements.

Claims (9)

変換器端部分と接続端部分とを有する圧力補償型変換器アセンブリであって、アセンブリは、
閉じられた変換器端部と側壁とを有して第1の内部空間を規定する内側ハウジングと、
開かれた変換器端部と側壁とを有して第2の内部空間を規定する外側ハウジングと、
前記第1の内部空間の前記変換器端部にある変換器と、
前記外側ハウジングと前記内側ハウジングとの間のハウジング間空間とを備え、前記ハウジング間空間は、前記内側ハウジングの前記変換器端部に隣接する環境に対して開かれた変換器端部分と、前記第1の内部空間に対して開かれた接続端部分とを有し、アセンブリはさらに、
前記ハウジング間空間にある遮断部材を備え、前記遮断部材は、前記ハウジング間空間の変換器端部分を前記ハウジング間空間の接続端部分から分離および規定するのに有効であるとともに、前記接続端部から前記変換器端部への流体の流れおよびその逆の流れを防止するのに有効であり、アセンブリはさらに、
前記第1の内部空間にあって前記ハウジング間空間の前記接続端部分に延在する内部液体を備え、
前記遮断部材は、前記ハウジング間空間の前記変換器端部に対して前記環境によって加えられる前記圧力と前記ハウジング間空間の前記接続端部に対して前記内部液体によって加えられる前記圧力との間の圧力差に対応して前記ハウジング間空間内を移動可能である、圧力補償型変換器アセンブリ。
A pressure compensated transducer assembly having a transducer end portion and a connecting end portion, the assembly comprising:
An inner housing having a closed transducer end and side walls defining a first interior space;
An outer housing having an open transducer end and sidewalls and defining a second interior space;
A transducer at the transducer end of the first internal space;
An inter-housing space between the outer housing and the inner housing, the inter-housing space being open to an environment adjacent to the transducer end of the inner housing; and A connecting end portion open to the first interior space, the assembly further comprising:
A blocking member located in the space between the housings, the blocking member being effective for separating and defining a converter end portion of the space between the housings from a connection end portion of the space between the housings; Effective to prevent fluid flow from the fluid to the transducer end and vice versa, the assembly further comprising:
An internal liquid in the first internal space and extending to the connecting end portion of the inter-housing space;
The blocking member is between the pressure applied by the environment to the transducer end of the inter-housing space and the pressure applied by the internal liquid to the connecting end of the inter-housing space. A pressure-compensated transducer assembly that is movable within the space between the housings in response to a pressure differential.
前記変換器は、1つ以上の圧電セラミック素子と、前記ピエゾセラミック素子と前記ハウジングの前記接続端部との間に配置される裏材とを備え、前記1つ以上のピエゾセラミック素子によって生成される音響波が前記ハウジングの前記変換器端部を介して伝播される、請求項1に記載のアセンブリ。   The transducer comprises one or more piezoelectric ceramic elements and a backing disposed between the piezoelectric ceramic elements and the connection end of the housing, and is produced by the one or more piezoelectric ceramic elements. The assembly of claim 1, wherein an acoustic wave is propagated through the transducer end of the housing. 前記内部液体は油である、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the internal liquid is oil. 前記内側ハウジングの前記変換器端部の外側に隣接および接触する面板をさらに備える、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, further comprising a faceplate adjacent and in contact with the outside of the transducer end of the inner housing. 前記ハウジング間空間の前記液体で満たされた前記接続端部分は、前記圧電変換器の前記内面を前記内側ハウジングの内側から音響的に切り離すのには有効でない、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the connecting end portion filled with the liquid in the inter-housing space is not effective to acoustically isolate the inner surface of the piezoelectric transducer from the inside of the inner housing. 前記内側ハウジングは、前記ハウジング間空間が前記内側ハウジングを囲うように、実質的に前記外側ハウジング内において離間されている、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the inner housings are substantially spaced within the outer housing such that the inter-housing space surrounds the inner housing. 前記ハウジング間空間は、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間に1つ以上のチャネルを含み、前記チャネルは、一端が前記内側ハウジングの前記変換器端部に隣接する前記環境に対して開かれ、他端が前記第1の内部空間に対して開かれる、請求項1に記載のアセンブリ。   The inter-housing space includes one or more channels between the inner housing and the outer housing, the channels being open to the environment at one end adjacent to the transducer end of the inner housing. The assembly of claim 1, wherein the other end is open to the first interior space. 高温かつ高圧の環境において使用される音響変換器であって、
a)変換器端面を有し、閉じられて油で満たされた内部空間を規定するハウジングと、
b)前記油で満たされた内部空間にある圧電変換器アセンブリと、
c)前記変換器の周りの前記外部環境に対して前記油で充填された内部空間を接続するチャネルとを備え、前記チャネルは、一端が前記変換器端面に隣接する前記外部環境に対して開かれ、一端が前記内部空間に対して開かれ、音響変換器はさらに、
d)前記チャネル内を自由に移動し、前記チャネルを介した前記内部空間から前記外部環境への流体の流れ、およびその逆の流れを防止するのに有効である遮断要素を備え、
前記外部環境において圧力が蓄積するにつれ、前記遮断要素は、前記内部空間と前記外部環境の圧力の差が釣り合うまで前記チャネル内を移動する、音響変換器。
An acoustic transducer used in a high temperature and high pressure environment,
a) a housing having a transducer end face and defining a closed and oil-filled internal space;
b) a piezoelectric transducer assembly in an interior space filled with the oil;
c) a channel connecting the internal space filled with oil to the external environment around the transducer, the channel being open to the external environment with one end adjacent to the transducer end face. One end is opened to the internal space, and the acoustic transducer further comprises:
d) comprising a blocking element that is free to move within the channel and is effective to prevent fluid flow from the internal space through the channel to the external environment and vice versa;
As pressure builds up in the external environment, the blocking element moves through the channel until the difference in pressure between the internal space and the external environment is balanced.
前記遮断部材はOリングである、請求項8に記載の変換器。   The converter according to claim 8, wherein the blocking member is an O-ring.
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