JP4216543B2 - 機械的な振動を硬い物質に発生させるための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジングに設けられ、電気的に駆動される振動発生機を具備し、ハウジングは、長手方向を持ち、縦方向に延びた形を有してなる、機械的な振動を硬い物質、特に硬い岩塊に発生させるための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば地球物理学調査のために、硬い岩塊に機械的振動を発生させるための、従来一般に知られた方法は、爆発をさせることに基づいている。しかし乍ら、これらの方法は作動過程又は生産過程の中断を前提とするという欠点を有する。同様に実際に知られたいわゆるトラック用発振器は、車両に取り付けられた振動発生機で作動する。これらの装置は重い重量を有し、例えば狭いトンネル内では、その大きな寸法の故に使用できない。硬い物質のために用いられた従来知られた装置の一般的な欠点は、信号の形が可変でも再現可能でもないことにある。実際また、これらの方法は、信号源の極めて近い環境にある妨害信号によって影響を受け易い。
【０００３】
DE 199 44 032 A1は地震性の振動を発生させるための装置及び方法を記載しており、耐衝撃用物体は駆動手段によって往復動される。しかし、この装置の欠点は、広帯域の励起を発生させること、及び高い浸透深さのためには高い出力が必要であることである。更に、機械的な部材が、継続的な作動中に、摩耗及び故障し易くなる。従って、これらの部材は比較的高い保守コストを必要とする。
【０００４】
他の実際に知られた方法は空気圧式に駆動されるハンマーで作動する。しかし、このような装置は、同様に、比較的大きな帯域幅を有する信号を供給する。更に、ここでは、調査される物質への信号の深い浸透のためには、高い出力が必要である。実際また、このような空気圧式に駆動されるハンマーの機械的構造は、絶え間ない作動中に、非常に故障し易い。
【０００５】
振動する物体で作動する電気力学的な発振器が、実際に知られている。しかし、これらの発振器は僅かな出力しか供給しない。従って、発振器は硬い岩塊にではなく、脆い土壌及び多量の水分を含んだ土壌にのみ適当である。
【０００６】
カットラー等は、「サンディア・レポート」（サンド97-0944、UC403、1997年4月）に、磁気ひずみ発振器を有する穿孔用発振源(seismische Bohrlochquelle)を記載している。この発振源は駆動のために側方で穿孔の壁部に固定されている。その目的は、例えば穿孔内の液体に作用する垂直方向に分極したシャー波を発生させるためである。この装置は、狭い穿孔内で振動を発生させるための限定された適用範囲を有し、例えば、トンネル内の山地調査には不適当である。WO 99/39846は、油埋蔵場所及びガス埋蔵場所を調査するための、「サンディア・レポート」に記載された原理に基づく装置を記載している。この装置は圧縮波を側方に放射するので、同様に、トンネル内の山地調査には不適当である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、明細書導入部に記載のタイプの装置を、上記欠点が回避され、発生された信号が可変及び再現可能であるように、改善するという課題を有する。本発明の課題は、特に地球物理学的調査のために振動を発生させるための改善された方法を記述することでもある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、振動発生機が、軸方向に、ハウジングの長手方向に対し平行に、作用する磁気ひずみ発振器であることによって、及び装置を調査される硬い物質に直接当接すること、磁気ひずみ発振器に圧縮応力を与えること、及び軸方向に、ハウジングの長手方向に対し平行に、向けられている励起された振動が、物質内でなされるように、磁気ひずみ発振器を作動させることによって解決される。本発明の好都合な実施の形態及び利用は従属の請求項から明らかである。
【０００９】
本発明の基本思想は、軸方向に作用する磁気ひずみ発振器である電気的に駆動される振動発生機によって、機械的な振動を硬い物質に発生させる装置を提供することである。磁気ひずみ発振器は、調節可能な、可変の及び再現可能なパラメータを有する励起するための振動を発生させることができる。それ故に、特に、妨害信号の分離の改善が可能である。更に、この装置は、装置の長手方向に広がる圧縮波（音響波）を発生させるので、硬い岩塊の調査のために特に良く適切である。磁気ひずみ発振器が比較的僅かな重量を有する部材であることは好都合である。従って、本発明に係わる装置によって、最早、重い重量を振動させる必要がない。装置全体の効率は、往復動される大きな物体の省略によって、著しく改善される。更に、機械的な部材の使用によって引き起こされる故障し易さ及び摩耗が著しく減少される。このことによって、経済的な使用が、長い使用期間を越えて、保証されている。本発明に基づいて使用された発振器の特別な利点は、比較的僅かな周波数帯域幅での振動の発生にある。従来の装置と異なって、本発明では、出力が僅かであっても、より高い浸透深さが達成可能である。従来の使用と異なって、磁気ひずみ発振器によって、振動は、ハウジングの長手方向に延びてすなわち縦に（縦方向に）向けて、起こされる。
【００１０】
振幅は、調査される物質に応じて、出力の所定の調節によって選択され及び／又は周波数及び／又は周波数特性が動的な測定の枠内で変化されるとき、妨害信号からの分離の改善が可能である。特に良好な結果は０．２ｋＨｚと２ｋＨｚの間の周波数範囲で達成される。
【００１１】
装置を用いて、調査される物質から後方散乱される振動信号を何回も放射し、受信端で重畳し（重ね、付加する）ことによって、いわゆるバッチ信号が発生されるとき、信号対雑音比を著しく減少することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、振動を発生させるための装置のハウジングの、硬い物質に向いた側には、発生された振動を直接硬い物質に導入するための伝達手段が設けられている。このことは、発振器によって発生された振動を、調査される物質に、改善された状態でかつ妨害のより少ない状態で伝達するという利点を有する。同時に、価値の高い磁気ひずみ発振器は機械的に保護される。
【００１３】
本発明に係わる装置が携帯可能に形成されていることができることは好都合である。人は、この装置を、常に、追加の搬送手段に関係なく任意の場所に運ぶことができる。
【００１４】
調査される物質、特に硬い岩塊内で振動を発生させるために、本発明に係わる装置は、所定の押圧力によって、物質へ押される。このために、この装置が、台によって、押圧力のための対抗支持手段である作業機械と取着されていることができることは好都合である。装置が摺動可能に及び／又は回動可能に台、作業機械又はパワーショベル等と結合されているとき、このことは、装置を調査される物質へ最適に押圧することを可能にする。
【００１５】
装置を調査される物質へ押圧する力を精密調節するために、ハウジングは入れ子式に押し伸ばし可能及び押し縮め可能であって、ばね及び／又は空気圧シリンダを有することができる。それ故に、発振器には最適に圧縮応力が与えられる。更に、空気圧シリンダは、伝達手段を摺動させ及び位置決めするために、用いられることができる。
【００１６】
動的な反力及び圧縮圧力を補償するために、装置は、少なくとも１つの補償用物体を有する。この少なくとも１つの補償用物体は、補償作用を補強するために、少なくとも１つのばね又は少なくとも１つの空気圧シリンダと結合されていることができる。
【００１７】
装置は、調査される物質の励起を最適化するために、場合によっては案内手段を有する測長装置を具備する。測長装置は、望ましくなくかつ発振器にとって不利な作動状態を回避するために役立つ。それ故に、装置は、伝達手段が調査される物質に当接されないとき又は発振器の圧縮応力が不十分であるときには、作動されない。更に、測長装置は、励起するための振動の振幅の制御を可能にする。
【００１８】
本発明の主題は、本発明に係わる装置によって、機械的な振動を、硬い物質、特に硬い岩塊に発生させる方法において、装置を調査される硬い物質に直接当接すること、磁気ひずみ発振器に圧縮応力を与えること、及び磁気ひずみ発振器を作動させることを特徴とする方法である。
【００１９】
振動発生が、伝達媒体（例えば液体）を備える必要なしに、硬い物質に直接作用することができることは好都合である。
【００２０】
本発明の他の特徴及び詳細は添付された図面の以下の説明から明らかである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、機械的な振動を硬い物質、特に硬い岩塊に発生させるための装置１０を示している。この装置は、振動発生のために、管状のハウジング１１に設けられておりかつコイル１３に固定されている磁気ひずみ発振器１２を有する。磁気ひずみ発振器は、知られた、商業的に入手可能な構成部分である。磁気ひずみ発振器は、外の磁界の作用下で物質に特有な長さの変化及び／又は機械応力を形成する磁気ひずみ物質からなる。磁気ひずみ発振器が例えば３０ｃｍの長さ及び例えば５０ｍｍの直径を有するバー又はシリンダの形状を有することは好ましい。コイル１３によって発生された周期的に可変の磁界の作用下で、軸方向に設けられた磁気ひずみ発振器１２は伸び、再度初期長さに戻る。装置１０の伝達手段１４が、調査される物質、例えば硬い岩塊に当接されるとき、磁気ひずみ発振器１２は、伝達手段１４によって、調査される物質を振動させる。励起された振動(Schwingungsanregung)は軸方向にすなわち装置１０の長手方向に対応してなされる。
【００２２】
磁気ひずみ発振器１２は、比較的僅かな振幅分だけ伸びる比較的小さなボディのみを有するので、非常に高い周波数でも振動することができる。しかし、従来知られた、前提部分に記載の、振動する物体で作動する装置はこのようにすることができない。従って、磁気ひずみ発振器１２は非常に高い周波数から低い周波数までの周波数帯域で作動することができ、振幅も所定の値へのパワーユニット１５の調節によって任意に可変である。それ故に、磁気ひずみ発振器１２は、所定の周波数の離散的な単一信号、又は選択された周波数範囲に及ぶ連続的な周波数列も発生させることができる。所定の周波数又は周波数列「スイープス」又は「チャープス」の調節は、励起された振動への調査される物質の反応の分析の際に、妨害信号をより良く認識し、抑制することができる、という利点を有する。
【００２３】
磁気ひずみ発振器１２及びコイル１３は、一方では伝達手段１４を有し、他方では、物体１８及びパワーユニット１５を含む本体と結合されているハウジング１１に格納されている。ハウジング１１は弾性的にかつ移動可能に本体に取着されている。この本体を、固定手段１０２によって、装置１０用の対抗支持手段(Widerlager)である台・作業機械・ボール盤・パワーショベル等に、取り付けることができる。ばね１６によって、磁気ひずみ発振器１２の伝達手段１４は、ここで詳細に図示しない硬い岩塊へ押圧され、従って、磁気ひずみ発振器は本体に対し圧縮応力を与えられている。その目的は、装置１０が押圧されていないか又は十分に押圧されていない場合に、磁気ひずみ発振器１２の損傷を回避するためである。同じ理由から、ハウジング１１は、２つの入れ子式に互いに嵌まり合っているハウジング部分１９及び１００を有する。従って、ハウジング部分１９及び１００を互いに分離させることによって、磁気ひずみ発振器１２の、最適な圧縮応力を達成することができる。測長装置１０１は、同様に、磁気ひずみ発振器１２が圧縮応力を与えられていないか又は十分に圧縮応力を与えられていない場合の、装置１０の作動開始の回避に用いられる。物体１７及び１８は、ばね１６と共に、装置１０の、作動中に発生する動的な反力を吸収する。測長装置１０１は、場合によっては、ハウジング部分用の案内手段を有する。
【００２４】
図２は、図１のばね１６の代わりに空気圧シリンダ２１を有する装置２０を示している。図２では、空気圧シリンダ２１は発振器１２への圧縮圧力の付与に用いられ、物体１７及び１８と共に、動的な反力の補償に用いられる。他には、可変な圧縮応力を有する空気圧シリンダ２１も使用可能である。更に、ばね１６又は空気圧シリンダ２１の代わりに、調節可能な又は調節不能な圧縮応力を有する、当業者に知られた他の構成部材も使用可能である。
【００２５】
本発明に係わる装置が、用途に応じて任意の形の励起するための振動(Anregungsschwingung)を発生させるために適当であることは好都合である。爆発による振動の発生又はハンマースケールによる振動の場合のようなパルス状の励起は可能である。他には、所定の振幅特性及び／又は周波数特性を有する時間的に限定された振動も励起可能である。実際また、磁気ひずみ発振器１２の使用によって再生可能に同種に形成される単一パルス又は振動特性を繰返し発生させることができる。例えば、バッチ信号を発生させるための２０回の繰返しがなされることができる。
【００２６】
前記の明細書、図面及び請求項に開示された、本発明の特徴は、本発明の種々の実施の形態での本発明の実現のためには、単独でも任意の組合せでも、重要であることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる装置の第１の実施の形態の縦断面図を示している。
【図２】本発明に係わる装置の第２実施の形態の縦断面図を示している。
【符号の説明】
１０ 装置
１１ ハウジング
１２ 磁気ひずみ発振器
１４ 伝達手段
１６ ばね
１７ 物体
１８ 物体
２０ 装置
２１ 空気圧シリンダ
１０１ 測長装置。

Claims (13)

1. ハウジング（１１）内に設けられ、電気的に駆動される磁気ひずみ発振器（１２）を具備し、前記ハウジングは、長手方向に延びた細長い形状を有している、機械的な振動を硬い物質に発生させるための装置（１０，２０）において、
   前記磁気ひずみ発振器（１２）は、前記ハウジングの長手方向に対し平行な軸方向に作用する磁気ひずみ発振器（１２）であり、
   前記ハウジング（１１）は、入れ子式に前記長手方向に相対的に摺動可能な第１並びに第２のハウジング部分（１９，１００）により構成され、ハウジングの先端側に位置する第２のハウジング部分（１００）内には、前記磁気ひずみ発振器（１２）が、硬い物質に前記第２のハウジング部分を介して振動による圧縮力を与えるように、設けられ、
   ばね（１６）と空気圧シリンダ（２１）との少なくとも一方が、第２のハウジング部分（１００）を介して前記硬い物質からの反力を吸収するように、磁気ひずみ発振器（１２）と接続するようにして、前記ハウジング内に設けられていることを特徴とする装置（１０，２０）。
2. 前記磁気ひずみ発振器（１２）によって、所定の周波数及び／又は所定の周波数特性及び／又は所定の振幅を有する信号が調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置（１０，２０）。
3. 前記磁気ひずみ発振器（１２）によって、バッチ可能信号が発生可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置（１０，２０）。
4. 前記第２のハウジング部分（１００）の先端には、前記硬い物質に向いた側に、発生された振動を前記硬い物質に導入するための伝達手段（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の装置（１０，２０）。
5. 少なくとも１つの測長手段（１０１）を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の装置（１０，２０）。
6. 前記測長手段（１０１）は、少なくとも１つの案内手段を有することを特徴とする請求項５に記載の装置（１０，２０）。
7. 前記磁気ひずみ発振器（１２）と、ばね（１６）と空気圧シリンダ（２１）との前記少なくとも一方との間に、これらを接続するようにして前記第２のハウジング部分（１００）内に設けられた補償用物体（１７）を具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の装置（１０，２０）。
8. 前記装置は、携帯可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の装置（１０，２０）。
9. 前記装置は、台によって作業機械に取着されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の装置（１０，２０）。
10. 前記装置は、前記台と移動可能及び／又は回動可能に結合されていることを特徴とする請求項９に記載の装置（１０，２０）。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１に記載の装置（１０，２０）によって、機械的な振動を、硬い物質に発生させる方法において、
    前記装置（１０，２０）を前記調査される硬い物質に直接当接させること、
    前記磁気ひずみ発振器（１２）に圧縮応力を与えること、及び
    前記ハウジングの長手方向に対し平行に、向けられている励起された振動が、前記物質内でなされるように、前記磁気ひずみ発振器（１２）を作動させることを特徴とする方法。
12. 所定の経時、所定の周波数、所定の振幅及び／又は周波数特性又は振幅特性を有する機械的振動を発生させる、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１の装置における、磁気ひずみ物質の、発振器としての使用。

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