JP5972256B2 - Ｐｄｃ、ｐｃｂｎ、または他の高硬度もしくは超高硬度の材料のための音響放射靱性試験 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１０年４月２８日付けで出願された米国特許出願第１２／７６９，２２１号（発明の名称：Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ＰＤＣ，ＰＣＢＮ，ｏｒ ｏｔｈｅｒ ｈａｒｄ ｏｒ ｓｕｐｅｒｈａｒｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の部分的な継続出願である。なお、米国特許出願第１２／７６９，２２１号は、２０１０年４月６日付けで出願された米国特許出願第１２／７５４，７８４号（発明の名称：Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ＰＤＣ，ＰＣＢＮ，ｏｒ ｏｔｈｅｒ ｈａｒｄ ｏｒ ｓｕｐｅｒｈａｒｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎｓｅｒｔｓ）の部分的な継続出願である。なお、これら出願の双方は、この参照により本稿に含まれるものとする。

また、本発明は、２０１０年４月６日付けで出願された米国特許出願第１２／７５４，７３８号（発明の名称：Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ＰＤＣ，ＰＣＢＮ，ｏｒ ｏｔｈｅｒ ｈａｒｄ ｏｒ ｓｕｐｅｒｈａｒｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｓｅｒｔｓ）に関連する。

本発明は、概して、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関し、特に、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を、音響放射を用いて試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関する。

図１は、本発明の例示的実施形態に係る超高硬度の材料１００を示しており、該材料１００は、例えばドリルビットまたはリーマーのような穴開け工具（図示せず）内に挿入可能である。超硬材１００の一例としては、図１に示すように、ロックビット用の切断要素１００（または、カッター、もしくはインサート）がある。しかしながら、超硬材１００は、該材料が用いられるアプリケーションに基づいて、他の構造となるように形成され得る。他の実施例においては、超硬材１００は、岩石試料であり、該岩石試料は、掘削孔内、または他のソースから得られる。切断要素１００は、典型的には、接触面１１５を有する基部１１０と、切断テーブル１２０とを備える。切断テーブル１２０は、極高硬度の層を用いて製造される。この極高硬度の層は、一実施例に係る焼結プロセスによって、接触面１１５に接合される。ある実施例によれば、基部１１０は、一般的に、炭化タングステン−コバルト、または、炭化タングステンから作製される。一方、切断テーブル１２０は、例えば、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）、または多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）のような、多結晶超硬材層（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｕｌｔｒａｈａｒｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌａｙｅｒ）を用いて形成される。これらの切断要素１００は、当業者に公知であるプロセスおよび材料に従って、製造される。切断テーブル１２０は、実質平らな外面を有するように示されているが、他の実施形態においては、切断テーブル１２０は、例えば、ドーム状、凹状、または他の非平面状の外面のような、代替的な形状の外面を有し得る。切断要素１００用の例示的定式が提供されてきたが、当業者に公知である他の定式および構造が、アプリケーションに依って用いられ得る。削岩は、超硬材１００が用いられ、または、超硬材１００が得られる１つのアプリケーションである（これに関しては、後述する）。しかしながら、超硬材１００は、機械加工、木材加工、および石材加工を非限定的に含む、他の様々なアプリケーションに用いることができる。

ＰＣＤ，ＰＣＢＮ、高硬材、および超硬材の異なるグレードが、様々なアプリケーションに用いられるカッター１００において、利用可能である。ここで、様々なアプリケーションとは、例えば、異なるドリルビット構成を用いて、異なる岩石層を掘削する、または、異なる金属もしくは材料を機械加工するようなアプリケーションである。これらカッター１００に関する共通の課題は、使用時における切断テーブル１２０の欠け、剥離、部分的な破砕、亀裂、および／またはフレーキングを含む。これら課題は、結果的に、切断テーブル１２０および／または基部１１０の早期故障に繋がる。典型的には、切断テーブル１２０が土層と接触する領域において、掘削中に切断テーブル１２０上に負荷される大きなストレスによって、これら課題が引き起こされることとなる。これら課題は、修復、生産休止、および労働コストに関連するコストのために、掘削コストを増大させてしまう。したがって、例えばビット設計者またはフィールドアプリケーション技師のようなエンドユーザは、これら共通の課題が発生してしまうのを減らすために、いずれの掘削または機械加工の業務に対しても、最良性能のグレードのカッター１００を選ぶ。例えば、エンドユーザは、従来の方法を用いて決定されるように、カッター１００の磨耗耐性と衝撃耐性のバランスをとることによって、適切なカッター１００を選択する。典型的には、特定のアプリケーションに対して適切なグレードのカッター１００を選択するために、エンドユーザにとって利用可能な情報は、過去のデータ、および／または実験的機能試験から引き出される。ここで、過去のデータは、特定の領域における、異なるグレードのＰＣＤ、ＰＣＢＮ、高硬材、または、超硬材の性能を示す。また、実験的機能試験は、様々な掘削または機械加工の条件を模するように試みるものである。現在、掘削産業において利用されている実験的機能試験に関して、２つの主なカテゴリーがある。これら試験は、磨耗試験と衝撃試験である。

超硬材１００は、多結晶ダイアモンドコンパクト（ＰＤＣ）カッター１００を備えており、２つの従来の試験方法を使用することを通して、耐磨耗性に関して試験されてきた。ＰＤＣカッター１００は、ＰＣＤから作製された切断テーブル１２０を備える。図２は、従来の花崗岩ログ試験（ｇｒａｎｉｔｅ ｌｏｇ ｔｅｓｔ）を用いて耐磨耗性を試験するための旋盤２００を示す。一つの例示的な旋盤２００用の装置構成が提示されているが、当業者に公知である他の装置構成も、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられ得る。

図２を参照して、旋盤２００は、チャック２１０と、芯押し台２２０と、チャック２１０と芯押し台２２０との間に配置された工具ポスト２３０とを備える。対象シリンダ２５０は、第１の端部２５２と、第２の端部２５４と、第１の端部２５２から第２の端部２５４まで延在する側壁２５８とを備える。従来の花崗岩ログ試験によれば、側壁２５８は、露出面２５９であり、該露出面２５９は、試験中に超硬材１００と当接する。第１の端部２５２は、チャック２１０に連結される一方、第２の端部２５４は、芯押し台２２０に連結される。チャック２１０は、回転するように構成され、これにより、対象シリンダ２５０を、該対象シリンダ２５０の中心軸２５６に沿って回転させる。芯押し台２２０は、対象シリンダ２５０が回転する間に第２の端部２５４を適切な位置に保持するように構成される。対象シリンダ２５０は、均一な単一材料から作製され、該材料は、典型的には花崗岩である。しかしながら、他の種類の岩石材も、対象シリンダ２５０用に用いられてきた。このような岩石材としては、非限定的ではあるが、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、ジョージア灰色花崗岩が含まれる。

ＰＤＣカッター１００は、該ＰＤＣ１００が対象シリンダ２５０の露出面２５９に当接し、露出面２５９に亘って往復動するように、旋盤の工具ポスト２３０に嵌め込まれる。工具ポスト２３０は、対象シリンダ２５０に対して、所定の内部フィード量を有する。ＰＤＣカッター１００の耐磨耗性は、磨耗率として定義され、該磨耗率は、除去されたＰＤＣカッター１００の体積に対する、除去された対象シリンダ２５０の体積として、定義される。代替的には、体積を計測する代わりに、ＰＤＣカッター１００が対象シリンダ２５０内を進んだ距離を計測し、該距離を、ＰＤＣカッター１００の磨耗率を定量化するために用い得る。また、代替的には、当業者に公知である他の方法が、花崗岩ログ試験を使用して耐磨耗性を求めるために用いられ得る。旋盤２００の動作および構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験は、１９７５年５月の石油技術ジャーナルに刊行された、Ｅａｔｏｎ，Ｂ．Ａ．，Ｂｏｗｅｒ，Ｊｒ．，Ａ．Ｂ．，およびＭａｒｔｉｓ，Ｊ．Ａ．による「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｃｕｔｔｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｉｔｓ（石油技術ジャーナル、１９７５年５月、５４３−５５１、石油工学会誌５０４７−ＰＡ）」、および、Ｍａｕｒｅｒ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｃ．による「先進掘削技術」の第２２章（石油出版社、１９８０年、ｐｐ．５４１−５９１）に記載されている。なお、これらの記載内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。

図３は、縦中ぐりフライス盤（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｂｏｒｉｎｇ ｍｉｌｌ）３００を示しており、該縦中ぐりフライス盤３００は、縦中ぐりフライス盤（ＶＢＭ）試験、または縦型タレット旋盤（ＶＴＬ）試験を用いる耐磨耗性試験用の装置である。ＶＢＭ３００に関する一例示的装置構成が提示されているが、他の装置構成も、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられ得る。ＶＢＭ３００は、回転テーブル３１０と、該回転テーブル３１０の上方に位置決めされた工具ホルダ３２０とを備える。対象シリンダ３５０は、第１の端部３５２と、第２の端部３５４と、第１の端部３５２から第２の端部３５４まで延在する側壁３５８とを備える。従来のＶＢＭ試験によれば、第２の端部３５４は、露出面３５９であり、該露出面３５９は、試験中に超硬材１００と当接する。対象シリンダ３５０は、典型的には、その直径が約７６２ｍｍ（３０インチ）〜約１５２４ｍｍ（６０インチ）である。しかしながら、この直径は、それ以上またはそれ以下となり得る。

第１の端部３５２は、ＶＢＭ３００の下側回転テーブル３１０上に設置されており、露出面３５９は、工具ホルダ３２０に面している。ＰＤＣカッター１００は、対象シリンダの露出面３５９の上方において、工具ホルダ３２０内に設置されており、露出面３５９と当接する。工具ホルダ３２０が、ＰＤＣカッター１００を、対象シリンダの露出面３５９の中心部からその端部、そして再度中心部へと巡回させるにつれて、対象シリンダ３５０が回転される。工具ホルダ３２０は、予め定められたフィード量で、下方へと送られる。ＶＢＭ法によって、ＰＤＣカッター１００上に高荷重を負荷することが可能となり、より大型の対象シリンダ３５０によって、ＰＤＣカッター１００が作用する岩石の体積を、より大きくすることができる。対象シリンダ３５０は、典型的には、花崗岩から作製される。しかしながら、対象シリンダは、他の材料から作製され得る。他の材料としては、非限定的ではあるが、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、ジョージア灰色花崗岩が含まれる。

ＰＤＣカッター１００の耐磨耗性は、磨耗率として定義され、該磨耗率は、除去されたＰＤＣカッター１００の体積に対する、除去された対象シリンダ３５０の体積として、定義される。代替的には、体積を計測する代わりに、ＰＤＣカッター１００が対象シリンダ３５０内を進んだ距離を計測し、該距離を、ＰＤＣカッター１００の磨耗率を定量化するために用い得る。代替的には、当業者に公知である他の方法が、ＶＢＭ試験を使用して耐磨耗性を求めるために用いられ得る。ＶＢＭ３００の動作および構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験は、Ｂｅｒｔａｇｎｏｌｌｉ，ＫｅｎおよびＶａｌｅ，Ｒｏｇｅｒによる、「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｉｎ ｔｈｉｃｋ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｃｕｔｔｅｒｓ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ（ＵＳ Ｓｙｉｎｔｈｅｔｉｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、２０００年）」に記載されている。なお、これらの記載内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。

耐磨耗性試験に加えて、ＰＤＣカッター１００は、衝撃荷重に関しても試験され得る。図４は、落下タワー装置４００を示しており、該落下タワー装置４００は、「落下ハンマー」試験を用いて、超硬材の耐衝撃性を試験するためのものである。この試験においては、金属錘４５０が、上方に吊るされ、カッター１００上に落とされる。「落下ハンマー」試験は、以下のタイプの荷重を模するように試みるものである。すなわち、この荷重とは、ＰＤＣカッター１００が、１つの地層から他の地層へ移行する場合、または、横方向および軸方向の振動を受ける場合に、ＰＤＣカッター１００に負荷される荷重である。衝撃試験の結果によって、異なるカッターを、それらの衝撃強度に基づいて、ランク付けすることが可能となる。しかしながら、これらのランキングは、実際の現場においてカッター１００が如何に振る舞うかに依って、挙動予測を行うことを可能とするものではない。

図４を参照して、落下タワー装置４００は、例えばＰＤＣカッターのような超硬材１００と、対象固定具４２０と、超硬材の上方に位置決めされた打撃板４５０とを備える。ＰＤＣカッター１００は、対象固定具４２０内にロックされる。打撃板４５０（または、錘）は、典型的には、鉄から作製され、ＰＤＣカッター１００の上方に位置決めされている。しかしながら、打撃板４５０は、当業者に公知である代替的な材料から作製され得る。ＰＤＣカッター１００は、典型的には、バックすくい角４１５で保持されており、このとき、ＰＤＣカッター１００のダイアモンドテーブル１２０は、打撃板４５０に向かって上方側に傾斜されている。バックすくい角４１５の範囲は、当業者に公知である。

打撃板４５０は、ＰＤＣカッター１００の端部上に、該ＰＤＣカッター１００の端部が破断または粉砕するまで、繰り返し落下される。これらの試験は、「側面衝撃」試験とも言われる。何故ならば、打撃板４５０が、ダイアモンドテーブル１２０の露出端に対して衝突するからである。典型的には、欠損が、ダイアモンドテーブル１２０、またはダイアモンドテーブル１２０と炭化基部１１０との間の接触面１１５に生じる。「落下ハンマー」試験は、ダイアモンドテーブル１２０の端部形状による影響を特に受け易い。テーブル１２０が僅かでも面取りされていると、試験の結果は、大きく変化してしまう可能性がある。最初にダイアモンドテーブル１２０に破砕を引き起こすのに消費された総エネルギー（ジュールによって示される）が、記録される。より高い耐衝撃性を有するカッター１００に関しては、カッター１００上により大きなエネルギーを与えて欠損を引き起こすために、打撃板４５０は、予め設定された計画に従って、さらに高い位置から落下され得る。しかしながら、この「落下ハンマー」試験は、以下のように欠点を呈する。すなわち、この方法は、有効な統計的サンプリングを達成するために、多くのカッター１００を試験することを要する。ここで、この統計的サンプリングによって、１つのカッタータイプの相対的な耐衝撃性を、他のカッタータイプと比較することが可能となる。この試験は、カッター１００が下方孔内環境において衝撃荷重を受ける場合の、カッター１００全体の真正な耐衝撃性を反映した結果を提供するのには、不適である。この試験は、静的な衝撃効果を示すが、実際の衝撃は、動的である。単位秒当たりの衝撃回数は、１００Ｈｚ程にも高くなる。また、カッターに対する損傷量は、専門の職員によって主観的に評価され、他のカッターによって引き起こされた損傷と比較される。

市場で利用可能な、異なる磨耗試験に関する結果は、一般的に、実際の現場での性能と一致する程度に合理的なものである一方、従来の衝撃試験の結果に関しては、同様ではない。従来の衝撃試験の結果と、実際の現場での性能との間には、ある程度の相関性があるが、データの分散は、通常、大変大きくなってしまい、したがって、カッターが実際の現場動作において如何に振る舞うかを予測することが、困難となり、および／または不正確となってしまう。また、カッター内で生じる多くの破砕は、これら従来の試験を用いて検出されるものではないので、カッターの靭性を評価するときに、未検出となってしまう。

また、ビット選択は、重大なプロセスであるので、ビットが掘削すべき異なる岩石の機械的特性を知ることは、重要である。ビット選択のために現在用いられている、最も重要なパラメータのうちの１つは、岩石の一軸圧縮強度（ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ：「ＵＣＳ」）である。このＵＣＳは、コア試料上において直接計測されるか、または、ログデータから間接的に評価される。しかしながら、岩石のＵＳＧは、ビットを選択する場合に、単独で依存されるべきではない。何故ならば、岩石のＵＣＳが１０３．４ＭＰａ（１５０００ ｐｓｉ）より大きく、且つ岩石が脆性であり、これにより低い破壊靭性Ｋ_ｉｃを有する場合は特に、岩石のＵＣＳによって判断を誤ってしまう可能性がある。このため、適切なドリルビットを選択する場合、岩石の破壊靭性も考慮する必要がある。

本発明の例示的実施形態に係る、穴開け工具内に挿入可能な超硬材を示す。 従来の花崗岩ログ試験を用いて耐磨耗性を試験するため旋盤を示す。 縦中ぐりフライス盤試験、または縦型タレット旋盤試験を用いて耐磨耗性を試験するための縦中ぐりフライス盤３００を示す。 「落下ハンマー」試験を用いて、超硬材の耐衝撃性を試験するための落下タワー装置４００を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の斜視図である。 図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の断面図を示す。 図５に示されている、本発明の一例示的実施形態に係るカッターホルダの斜視図である。 図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の斜視図であって、カッターホルダから圧子が取り除かれた状態を示す。 本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験装置の図を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る、図５のデータレコーダのブロック図を示す。 約２ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約５ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約３０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約４０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約４５ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃１のサンプル＃１のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約３０ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃２のサンプル＃２のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 音響センサから受信したデータポイントを分析するための方法のフローチャートを示しており、該方法は、本発明の一例示的実施形態に係るループ１の方法と、ループ２の方法とを備える。 本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ１の方法の詳細なフローチャートを示す。 本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ２の方法の詳細なフローチャートを示す。 所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフである。 所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフの部分拡大図である。 実際の音響事象の各々を示す、本発明の一例示的実施形態に係る累積分布グラフである。 図１０に示す、本発明の一例示的実施形態に係るプロセッサのブロック図を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る岩石試料を示しており、該岩石試料は、図５および図９の音響放射試験システム内で、それぞれ図１のカッターに代わって試験することができる。 本発明の一例示的実施形態に係る加圧チャンバ内に挿入された、図５の音響放射試験装置を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験システムの断面図を示す。 本発明の他の例示的実施形態に係る音響放射試験システムの断面図を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験方法を示す。

上述の、および他の特徴と本発明の態様は、添付の図面とともに、例示的実施形態の以下の説明を参照して、さらに理解されるであろう。

図面は、本発明の一例示的実施形態を図示しているのみであり、それ故に、同等に効果的である他の実施形態として本発明が認め得る範囲を限定するものと考えられるべきではない。

本発明は、高硬度または超高硬度の材料（例えば、インサート、および下方孔の地層から得られる岩石試料）の固有強度または靱性を、音響放射を用いて試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関するものである。本例示的実施形態は、ＰＤＣカッターに関連して説明されているが、本発明の代替的な実施形態も、他のタイプの高硬材または超硬材に適用可能である。ここで、他のタイプの高硬材または超硬材としては、非限定的ではあるが、ＰＣＢＮカッター、または、当業者に公知である他の高硬材または超硬材を含む。例えば、高硬材または超硬材は、超硬炭化タングステン、炭化珪素、炭化タングステン マトリクス クーポン、セラミック、または化学蒸着（ＣＶＤ）でコーティングされたインサートを含む。高硬材または超硬材は、岩石試料を含み、この岩石試料は、非限定的ではあるが、下方孔の層または掘削孔から得られる硬岩試料、および／または超硬岩試料を含む。本発明のある例示的実施形態によれば、岩石試料の１以上の特性は、破壊を引き起こす圧力に曝された場合に岩石試料内で発生する破壊事象を計測することによって、決定される。ある例示的実施形態においては、破壊事象は、時間と空間に亘って計測される。ある例示的実施形態によれば、岩石試料内の破壊の強さ、および／または破壊の位置を計測することによって、掘削アプリケーションのために用いられるべきカッタータイプを適切に選択することを容易とすることができる。ある例示的実施形態においては、岩石試料内の破壊の強さ、および／または破壊の位置を計測することによって、高圧力の下方孔破壊プログラムの少なくとも１つのパラメータ、または、下方孔掘削プログラムの少なくとも１つのパラメータを選択することを容易とする。なお、これらプログラムは、岩石試料が得られる下方孔の層、または同様の孔の層を対象としたものである。

本発明は、添付の図面とともに、非限定的な例示的実施形態に係る以下の説明を参照することによって、より理解されるであろう。添付の図面においては、各図面における類似の部材が、類似の参照符号によって示されている。これら図面は、以下のように簡単に説明される。図５は、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験システム５００の斜視図である。図６は、図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置５０５の断面図を示す。図５および図６を参照して、音響放射試験システム５００は、データレコーダ５９０に通信可能に接続された音響放射試験装置５０５を備える。音響放射試験装置５０５は、カッターホルダ５１０と、カッター１００と、圧子５５０と、音響センサ５７０とを有する。しかしながら、ある実施形態においては、カッターホルダ５１０は、任意であってもよい。

図７は、本発明の一例示的実施形態に係るカッターホルダ５１０の斜視図である。図５〜図７を参照して、カッターホルダ５１０は、第１の面７１２と、第２の面７１４と、側面７１６とを含む。第１の面７１２は、第２の面７１４が配置されている平面に実質平行である平面に配置されている。側面７１６は、第１の面７１２から第２の面７１４まで延びている。ある例示的実施形態によれば、側面７１６は、第１の面７１２および第２の面７１４の少なくとも一方と、実質直交している。代替的な例示的実施形態によれば、側面７１６は、第１の面７１２および第２の面７１４のいずれか一方と、実質直交していなくてもよい。カッターホルダ５１０は、鉄から作製される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、カッターホルダ５１０は、いずれかの金属、木材、または、負荷されるべき荷重５８０に耐え得る、当業者に公知な他の適当な材料から作製される。なお、荷重５８０については、後述する。荷重５８０は、約０ｋＮ〜約７０ｋＮの範囲となり得る。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、機械加工または成形することができ、且つ、音波を伝搬させることができる。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、約１ｋｍ／秒、またはそれ以上の速度で、音波を伝搬することができる。

カッターホルダ５１０は、実質円筒状に成形される。ここで、第１の面７１２および第２の面７１４は、実質円形であり、且つ、側面７１６は、実質円弧状である。しかしながら、側面７１６は、接続部７３０を含み、該接続部７３０は、実質平面または平らな面であって、第１の面７１２から第２の面７１４まで延びている。接続部７３０は、音響センサ５７０をカッターホルダ５１０に接続するための面を提供する。ある例示的実施形態においては、接続部７３０は、第１の面７１２から第２の面７１４までの全長に亘って延びていなくてもよい。ある例示的実施形態においては、音響センサ５７０は、該音響センサ５７０が円弧状の側面７１６に接続可能となるように形成される。このように、接続部７３０は、これら例示的実施形態においては任意である。一例示的実施形態には、カッターホルダ５１０が設けられているが、該カッターホルダ５１０は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、例えば、四角形のシリンダ、または三角形のシリンダといった、他の如何なる幾何学的または非幾何学的形状に成形されてもよい。

キャビティー７２０は、カッターホルダ５１０内に形成され、カッター１００、または、例えば岩石試料２３００（図２３）のような他の高硬材もしくは超硬材を受容する大きさに形成されている。なお、カッター１００については、後述する。キャビティー７２０は、その直径が、カッター１００の直径よりも僅かに大きくなるように形成される。これにより、カッター１００は、キャビティー７２０内に容易且つ自在に嵌合することが可能となる。キャビティー７２０は、第１の面７１２から第２の面７１４へ向かって延びているが、第２の面７１４に達していない。他の例示的実施形態においては、キャビティー７２０は、第１の面７１２から第２の面７１４まで延び、カッターホルダ５１０を貫通し、これにより、カッターホルダ５１０内に孔を形成してもよい。キャビティー７２０は、円形状であるが、他の例示的実施形態において、他のいずれの幾何学的または非幾何学的形状であってもよい。キャビティー７２０は、カッターホルダ５１０を機械加工すること、または、カッターホルダ５１０内に形成されたキャビティー７２０を有するようにカッターホルダ５１０を成形することによって、形成される。代替的には、キャビティー７２０は、当業者に公知である他の方法を用いて、形成されてもよい。ある例示的実施形態においては、キャビティー７２０は、以下のことを保証する方法で、形成される。すなわち、カッター１００がキャビティー７２０内に挿入される毎に、カッター１００が、同じ方法で適切に配列される。

カッター１００は、図１を参照して上記に説明しており、本例示的実施形態も同様である。簡単に述べると、カッター１００は、基部１１０と、該基部１１０の頂部に形成（または、接合）されたカッターテーブル１２０とを備える。例示的実施形態においては、カッターテーブル１２０は、ＰＣＤから形成されているが、代替的な例示的実施形態は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、例えばＰＣＢＮのような他の材料から作製されたカッターテーブル１２０を備えてもよい。カッター１００は、平面状（または、平らな面）のカッターテーブル１２０を有しているが、カッターテーブル１２０は、ドーム状、凹状、または、当業者に公知である他の如何なる形状であってもよい。

カッター１００は、仕上げカッター（ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｃｕｔｔｅｒ）、および／または、研磨カッター（ｇｒｏｕｎｄｅｄ ｃｕｔｔｅｒ）と、「ロウ（ｒａｗ）」カッターとを含む。「ロウ」カッターは、仕上げ加工が施されていないものであって、典型的には、プレスセルから取り出された直後に利用可能なカッターである。本発明の実施形態によって、これらカッタータイプのいずれも試験可能となる。カッター製造者は、本発明の実施形態に従って、「ロウ」カッターを試験することができるので、カッター製造者は、該カッターの製造工程の早期に、これらカッターが仕様を満足していることを確証することができる。カッター製造者は、「ロウ」カッター１００が適正な仕様を満足していないと判断した場合、カッター製造者は、「良好な」カッターを得るために、カッター製造工程を継続する前に、作業パラメータにおいて必要な変更を施すことができる。さらに、「ロウ」カッターが、所定の荷重の下で亀裂を生じないことを保証するために、「ロウ」カッターを、より小さな力のレベル（ｋＮレベル）または荷重で、試験することができる。「ロウ」カッターの試験中に亀裂が生じた場合、カッター製造者は、これら「ロウ」カッターを仕上げおよび研磨することに関連する追加の費用を省くことができる。これにより、不必要なコストの消費を抑えることができる。何故ならば、それぞれの「ロウ」カッターは、カッター１００が「良好な」カッターであることを保障するために、より低い荷重レベルを用いつつ、音響放射試験システム５００を介して試験することができるからである。

図６を参照して、カッター１００は、カッターホルダ５１０のキャビティー７２０内に挿入される。カッターテーブル１２０が、第１の面７１２に面する、または第２の面７１４の反対側に向けて面するように、カッター１００の向きが、キャビティー７２０内において配置される。本例示的実施形態によれば、カッター１００の全体が、キャビティー７２０内に挿入されている。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、カッター１００の一部（基部１１０の全体を含む）が、キャビティー７２０内に完全に挿入されてもよい。このように、これら代替的な例示的実施形態においては、カッターテーブル１２０の少なくとも一部は、キャビティー７２０内に挿入されなくてもよい。一旦、カッター１００がキャビティー７２０内に挿入されると、カッター１００の外周と、キャビティー７２０の外面との間に、空隙６１０が形成される。ある例示的実施形態によれば、潤滑剤６２０が、カッター１００の外周に塗布され、または、キャビティー７２０内に配置される。これらの例示的実施形態においては、一旦、カッター１００がキャビティー７２０内に配置されると、潤滑剤６２０が、空隙６１０の少なくとも一部を埋める。これにより、潤滑剤６２０は、キャビティー７２０の外面と、カッター１００の外周の双方に接着し、その間において空隙６１０の一部を埋めることになる。他の例示的実施形態においては、潤滑剤６２０は、少なくとも、キャビティー７２０の底面と、カッター１００の底部との間に、配置される。潤滑剤６２０は、カッター１００と音響センサ５７０との間の音響放射を改善する。ある例示的実施形態によれば、潤滑剤６２０は、例えば超音波ジェルのようなジェルである。しかしながら、代替的な例示的実施形態において、潤滑剤６２０として、他の材料を用いてもよい。この他の材料としては、非限定的ではあるが、オイル、グリース、およびローションを含む。これら材料は、拡散し、表面に接着することができ、且つ、急速に乾燥することがないものである。カッター１００が、本例示的実施形態に用いられるものとして説明されたが、靭性試験を要する他の高硬材または超硬材が、カッター１００の代わりとして適用されてもよい。

図５および図６を参照して、圧子５５０は、第１の端部６５０においてドーム状の形状を有し、第２の端部６５２において平面を有する。圧子５５０は、カッター１００よりも高い靭性を有するように作製される。したがって、一旦、荷重５８０が圧子５５０に負荷されると、圧子５５０ではなく、カッター１００が損傷することになる。例えば、圧子５５０は、炭化タングステン−コバルトから作製される。しかしながら、当業者に公知である他の材料を、圧子５５０を作製するために用いてもよい。ある例示的実施形態においては、圧子５５０におけるコバルト含有量は、約６％〜約２０％の範囲である。ある例示的実施形態においては、圧子５５０におけるコバルト含有量は、カッター１００のカッターテーブル１２０におけるコバルト含有量よりも多い。さらに、ある例示的実施形態においては、ＰＣＤ層が、圧子５５０の第１の端部６５０上に形成され、または取り付けられる。これらの例示的実施形態においては、圧子５５０のＰＣＤ層におけるコバルト含有量は、カッター１００のカッターテーブル１２０におけるコバルト含有量よりも多い。また、これらの例示的実施形態においては、圧子５５０のＰＣＤ層におけるコバルト含有量は、約６％〜約２０％の範囲である。コバルトは、圧子をカッター１００よりも高靭性とするために、これらの実施形態に用いられている。しかしながら、当業者に公知である他の材料を、代替的な例示的実施形態に用いてもよい。

圧子５５０は、キャビティー７２０内に嵌合する大きさとなるように形成され、これにより、カッター１００と当接する。ある例示的実施形態においては、圧子５５０の周囲長は、キャビティー７２０の周囲長と実質同じとなるように、形成される。しかしながら、カッターテーブル１２０の少なくとも一部がキャビティー７２０内に収容されない例示的実施形態においては、圧子５５０の寸法は、圧子５５０の周囲長がキャビティー７２０の周囲長よりも大きくなるように、設定されてもよい。圧子５５０の向きは、第１の端部６５０がカッター１００と当接するように、方向付けられる。このように、本実施形態においては、圧子５５０のＰＤＣ層は、カッター１００のＰＤＣ層またはカッターテーブル１２０と当接する。荷重５８０は、第２の端部６５２に負荷され、該第２の端部６５２は、荷重５８０をカッター１００に伝達する。ドーム状の圧子５５０がこれら例示的実施形態に用いられているが、他の例示的実施形態は、例えば、第１の端部６５０と第２の端部６５２の双方に実質平面を有する円柱形状のような、他の形状を有する圧子を用いてもよい。また、第２の端部６５２を、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、非平面である他の形状に形成してもよい。

音響センサ５７０は、カッターホルダ５１０の接続部７３０に沿って位置決めされた圧電センサである。しかしながら、音響センサ５７０は、当業者に公知である、音波の放射を検知可能な他の装置であってもよい。音響センサ５７０は、カッター１００内で形成された弾性波信号を検知し、次いで、該弾性波信号を、電圧信号に変換する。これにより、データを記録し、該データを実質的に分析することが可能となる。ある例示的実施形態においては、潤滑剤６２０は、接続部７３０と音響センサ５７０との間の接触領域に配置される。上述したように、潤滑剤６２０は、カッター１００から音響センサ５７０への弾性波の伝達を検知することを改善する。ある代替的な例示的実施形態によれば、音響センサ５７０は、側面７１６の円弧部分の上に設置可能となるように、形成される。音響センサ５７０は、データレコーダ５９０に通信可能に接続される。これにより、カッター１００内で発生する弾性波信号に由来する電圧信号は、記録され、実質的に分析され得る。音響センサ５７０は、ケーブル５９２を用いて、データレコーダ５９０に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、音響センサ５７０は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ５９０に通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。

データレコーダ５９０は、音響センサ５７０から送信されたデータを記録し、該データを、その内部に格納する。ある例示的実施形態においては、荷重５８０を与える装置（図示せず）または機械が、ケーブル５８２を用いて、データレコーダ５９０に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、荷重５８０を与える装置は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ５９０に通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。また、データレコーダ５９０は、受信したデータの処理および分析を実行する。データレコーダ５９０は、データを記録し、格納し、処理し、分析するが、ある例示的実施形態によれば、データレコーダ５９０は、データを格納することなく、データを記録し、処理し、分析してもよい。代替的には、他の例示的実施形態において、データレコーダ５９０は、データを格納するが、データを処理または分析しない構成であっても良い。ある例示的実施形態においては、追加的な装置（図示せず）が、データを処理および分析するために用いられる。

図１０は、本発明の一例示的実施形態に係る、図５のデータレコーダ５９０のブロック図を示す。図５および図１０を参照して、データレコーダ５９０は、コンピュータシステムである。データレコーダ５９０は、記録媒体１０４０と、ユーザインターフェース１０３０と、プロセッサ１０２０と、ディスプレイ１０１０とを備える。

記録媒体１０４０は、音響センサ５７０（図５）から情報を受信し、該情報を記録する。一例示的実施形態によれば、記録媒体１０４０は、ハードドライブである。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、記録媒体１０４０は、ハードドライブ、ポータブルハードドライブ、ＵＳＢドライブ、ＤＶＤ、ＣＤ、または、データおよび／またはソフトウェアを記録可能な他のいずれかの装置の少なくとも１つを含む。また、ある例示的実施形態においては、記録媒体１０４０は、ソフトウェアを有してもよく、該ソフトウェアは、音響センサ５７０（図５）から受信したデータまたは情報を処理する方法に係る命令を提供する。

ユーザインターフェース１０３０によって、ユーザは、データレコーダ５９０とインターフェースを介して、相互にやり取りすることが可能となり、データレコーダ５９０を操作するための命令を提供することができる。ある例示的実施形態によれば、ユーザインターフェースは、キーボードを含む。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、ユーザインターフェースは、キーボード、マウス、ディスプレイ１０１０の一部となり得るタッチスクリーン、または、当業者に公知である他のいずれかのユーザインターフェースのうち、少なくとも１つを含む。

プロセッサ１０２０は、ユーザインターフェース１０３０からの命令を受信し、記録媒体１０４０内に格納された情報にアクセスし、記録媒体１０４０に情報を送信し、且つ、ディスプレイ１０１０に情報を送信することができる。ある例示的実施形態においては、プロセッサ１０２０は、記録媒体１０４０に格納されたソフトウェアにアクセスし、該ソフトウェアによって提供される一連の命令を実行する。これら命令の詳細については、後述する。ある例示的実施形態においては、プロセッサ１０２０は、プロセッサエンジン２２００を有する。なお、プロセッサエンジン２２００については、図１６〜図１８、および図２２を参照して、後述する。

ディスプレイ１０１０は、プロセッサから情報を受信し、この情報をユーザと通信する。一例示的実施形態によれば、ディスプレイ１０１０は、モニターまたはスクリーンを有する。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、ディスプレイ１０１０は、スクリーン、タッチスクリーン、プリンタ、または、ユーザと情報を通信することができる他のいずれかの装置のうちの、少なくとも１つを有する。

図１０には図示されていないが、データレコーダ５９０は、内部ネットワークに、有線または無線によって、通信可能に接続される。ここで、この内部ネットワークにおいては、音響センサ５７０（図５）からのソフトウェアおよび／またはデータは、中央サーバ（図示せず）内に格納される。さらに、ある代替的な例示的実施形態によれば、データレコーダ５９０は、モデム（図示せず）に、有線または無線によって、通信可能に接続される。ここで、モデムは、ワールドワイドウェブに通信可能に接続される。ある代替的な例示的実施形態においては、音響センサ５７０（図５）からのソフトウェアおよび／またはデータは、ワールドワイドウェブを介してアクセス可能な遠隔地に格納されてもよい。

図８は、図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置５０５の斜視図であって、カッターホルダ５１０から圧子５５０が取り除かれた状態を示す。図８を参照して、カッター１００は、カッターホルダ５１０のキャビティー７２０内に、全体的に挿入されている。上述したように、カッター１００の直径は、キャビティー７２０の直径よりも小さく、これにより、空隙６１０が形成される。また、ＰＤＣ層、またはカッターテーブル１２０の向きは、ＰＣＤ層が第１の面７１２に面するように、キャビティー７２０内において方向付けられる。圧子５５０のいくつかの特徴を説明するために、圧子５５０がキャビティー７２０から取り除かれている。この例示的実施形態によれば、圧子５５０は、基部８０８と、該基部８０８の頂部に形成（または、接合）される硬い面８１０とを有する。例示的実施形態においては、硬い面８１０は、ＰＣＤから形成される。しかしながら、代替的な例示的実施形態は、その範囲および概念を逸脱することなく、例えばＰＣＢＮのような、他の高硬材または超硬材から作製された硬い面を有してもよい。圧子５５０は、ドーム状の硬い面８１０を有しているが、硬い面８１０は、平面、または当業者に公知である他の形状であってもよい。図示されているように、本例示的実施形態においては、圧子５５０は、キャビティー７２０と実質同じ直径を有する。

代替的な例示的実施形態においては、圧子５５０は、第１の面７１２に向かって面する硬い面８１０を有しつつ、キャビティー７２０内に位置決めされている。試験対象のカッター１００は、圧子５５０の頂部上に位置決めされ、このとき、カッターテーブル１２０は、硬い面８１０と当接する。荷重５８０は、試験カッター１００の基部１１０の背面上において、下方に向けて負荷される。試験カッター１００内で発生および／または伝搬する、亀裂に係る音響放射は、圧子５５０を介して、音響センサ５７０へと放射される。この代替的な例示的実施形態においては、カッターホルダ５１０は、任意である。

図９は、本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験システム９００の図を示す。図９を参照して、音響放射試験システム９００は、音響放射試験装置９０５を備え、該音響放射試験装置９０５は、データレコーダ５０７に通信可能に接続されている。音響放射試験装置９０５は、以下の構成を除いて、図５の音響放射試験装置５０５と同様である。すなわち、音響放射試験装置９０５においては、音響センサ５７０が、カッター１００に直接接続されており、且つ、図５のカッターホルダ５１０が、省略されている。カッター１００、圧子５５０、荷重５８０、音響センサ５７０、およびデータレコーダ５９０は、図５〜図８、および図１０を参照して、上記に説明したものである。また、ある例示的実施形態によれば、潤滑剤６２０（図６）は、音響センサ５７０とカッター１００との間に配置される。

音響放射試験システム５００の動作について、図５〜図８を参照して説明する。試験対象のカッター１００（または、高硬材もしくは超硬材）は、カッターホルダ５１０のキャビティー７２０内に配置される。カッター１００の底部または底面と、キャビティー７２０の底部との間の当接面を横断する弾性波の伝搬を向上させるために、ジェル６２０を基とするミネラルオイルが、カッター１００の底面と、キャビティー７２０の底部との間に塗布される。音響センサ５７０は、カッター１００内で発生した弾性波を検知するために、カッターホルダ５１０の接続部７３０に対して位置決めされる。音響センサ５７０と、接続部７３０との間の当接面を横断する弾性波の伝搬を向上させるために、ジェル６２０を基とするミネラルオイルが、音響センサ５７０と接続部７３０との間にも、塗布される。圧子５５０は、カッター１００のＰＣＤ層１２０の頂部上に配置され、荷重５８０を用いてＰＣＤ層１２０に対して押圧される。荷重５８０は、１００ｋＮ ８５００シリーズ Ｉｎｓｔｒｏｎ ｍａｃｈｉｎｅを用いて、圧子５５０上に負荷される。この機械（図示せず）は、圧子５５０上に負荷される荷重量を制御することができる。この機械は、データレコーダ５９０に接続され、荷重と時間とが計測される。荷重５８０を与えることができる、一実施例に係る機械が開示されているが、計測可能な荷重を圧子５５０に与えることができるシステムのいずれも、本発明に係る例示的実施形態の範囲に含まれる。例えば、計測可能な荷重５８０を与えるための機械または装置は、手持ちハンマーから、完全に装置化された衝撃機械、または、安定的なランプもしくは周期的負荷の履歴のための負荷制御油圧機まで、広範囲に亘るものである。

荷重５８０は、圧子５５０上に負荷され、所望の荷重レベルまで、一定の比率で増加される。一旦、所望の荷重レベルに達すると、荷重レベルは、数秒から数分の範囲となり得る所望期間だけ維持され、次いで、増加比率よりも速い比率で減少される。頂部のダイアモンド層１３０内において、新たな亀裂が形成され、または、既にある亀裂が成長する度に、ある量の弾性エネルギーが、ＰＣＤ層１２０、基部１１０、およびカッターホルダ５１０を伝搬する一連の弾性波の形態として、同時に放出される。音響センサ５７０は、これら弾性波を検知し、受信した信号を電圧信号に変換する。音響センサ５７０は、データレコーダ５９０に通信可能に接続されており、音響放射（またはデータ）を時間に対して記録する。これら音響放射は、バックグランドノイズと、音響事象を含む。音響放射履歴と荷重履歴が、データレコーダ５９０に記録されるので、ユーザは、どの荷重５８０で音響事象が発生したのかを判断することができる。音響事象は、ＰＤＣ層１２０において新たな亀裂が形成された場合、または、既にある亀裂が成長したときに生じる事象である。一例示的実施形態によれば、音響センサ５７０は、５０００データポイント／秒で、データをデータレコーダ５９０に提供する。しかしながら、単位秒あたりのデータポイント数は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、増加または減少されてもよい。

図１１は、約２ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１１００である。図１１を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１１００は、時間軸１１１０と、荷重軸１１２０と、音響放射軸１１３０とを有する。時間軸１１１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１１１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１１１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１１２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１１３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１１３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１１４０と音響放射曲線１１６０の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ１１００上に図示されている。荷重曲線１１４０によれば、荷重は、０ｋＮから２ｋＮまで、一定の比率１１４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１１４３（本実施例においては２ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１１４４で減少している。ここで、減少率１１４４は、増加率１１４２よりも高速となっている。音響放射曲線１１６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１１６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１１６２のみである。ここでは、音響事象は検知されていない。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ１１６２も、増加している。

図１２は、約５ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１２００である。図１２を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１２００は、時間軸１２１０と、荷重軸１２２０と、音響放射軸１２３０とを有する。時間軸１２１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１２１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１２１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１２２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１２３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１２３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１２４０と音響放射曲線１２６０の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ１２００上に図示されている。荷重曲線１２４０によれば、荷重は、０ｋＮから５ｋＮまで、一定の比率１２４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１２４３（本実施例においては５ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１２４４で減少している。ここで、減少率１２４４は、増加率１２４２よりも高速となっている。音響放射曲線１２６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１２６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１２６２のみである。ここでは、音響事象は検知されていない。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ１２６２も、増加している。

図１３は、約３０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１３００である。図１３を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１３００は、時間軸１３１０と、荷重軸１３２０と、音響放射軸１３３０とを有する。時間軸１３１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１３１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１３１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１３２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１３３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１３３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１３４０と音響放射曲線１３６０の双方が図２、カッター音響放射と荷重のグラフ１３００上に図示されている。荷重曲線１３４０によれば、荷重は、０ｋＮから３０ｋＮまで、一定の比率１３４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１３４３（本実施例においては３０ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１３４４で減少している。ここで、減少率１３４４は、増加率１３４２よりも高速となっている。音響放射曲線１３６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１３６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１３６２と、１以上の音響事象１３６４とを含む。バックグランドノイズ１３６２は、試験中に記録されたデータの大部分を構成している。音響事象１３６４は、細い垂直線として示されており、該垂直線は、バックグランドノイズ１３６２から上方に大きく延びている。バックグランドノイズ１３６２の上方の、各音響事象１３６４の高さは、校正定数を用いて、亀裂の形成および／または進行の各々によって放出された弾性エネルギー量に比例する。音響事象１３６４の各々は、全て、平均して約５０ミリ秒間、継続している。本例示的実施形態によれば、音響センサは、約５０００データポイント／秒でサンプリングしており、これにより、これら音響事象１３６４を検知することが可能となる。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ１３６２も増加している。この試験を完了した後に、カッターを視覚的に検査した。カッターの頂部のＰＣＤ表面上には、いずれの損傷の視覚的形跡も見られなかったが、音響センサは、カッター内で発生した音響事象を検知したのである。このように、音響センサは、例え損傷が視認不可能であったとしても、一旦荷重に曝されたカッターにて発生した最小の損傷を検知することができる。

図１４は、約４０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。図１３に示す試験にて用いられたものと同じカッター試料が、図１４に示す試験にも用いられている。図１４を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１４００は、時間軸１４１０と、荷重軸１４２０と、音響放射軸１４３０とを有する。時間軸１４１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１４１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１４１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１４２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１４３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１４３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１４４０と音響放射曲線１４６０の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ１４００上に図示されている。荷重曲線１４４０によれば、荷重は、０ｋＮから４０ｋＮまで、一定の比率１４４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１４４３（本実施例においては４０ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１４４４で減少している。ここで、減少率１４４４は、増加率１４４２よりも高速となっている。音響放射曲線１４６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１４６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１４６２と、１以上の音響事象１４６４とを含む。音響事象１４６４は、細い垂直線として示されており、該垂直線は、バックグランドノイズ１４６２から上方に大きく延びている。バックグランドノイズ１４６２の上方の、各音響事象１４６４の高さは、校正定数を用いて、亀裂の形成および／または進行の各々によって放出された弾性エネルギー量に比例する。図１４に示されているように、音響事象１４６４は、このカッターに負荷された上述の荷重に達する、またはその荷重を超えるまで、カッター内にて発生しなかった。例えば、このカッターは、上記においては、図１３において説明したように、３０ｋＮまでの荷重を受けた。このように、新たな試験に係る音響事象１４６４は、閾値１４６６に達する、または超えるまで、発生しなかった。ここで、この閾値１４６６は、本実施例では約３０ｋＮであって、上述の試験でカッターに負荷された荷重である。この実験に基づいて、カッターにおいて、以前の試験にて形成された亀裂を新たに発生させ、または、既にある亀裂を成長させるためには、最大荷重レベル１３４３と同等、またはそれ以上の荷重レベルを負荷する必要があるものと考えられる。

図１５Ａは、約４５ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃１のサンプル＃１のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１５００を示す。図１５Ｂは、約３０ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃２のサンプル＃２のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１５５０を示す。図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、カッター音響放射と荷重を示すグラフ１５００は、音響放射曲線１５１０を有し、該音響放射曲線１５１０は、製造者＃１のカッターサンプル＃１のタイプのカッター内にて発生した１以上の音響事象１５２０を示している。その一方、カッター音響放射と荷重を示すグラフ１５５０は、音響放射曲線１５６０を有し、該音響放射曲線１５６０は、製造者＃２のカッターサンプル＃２のタイプのカッター内にて発生した１以上の音響事象１５７０を示している。ここで、製造者＃２のカッターサンプル＃２のタイプのカッター内で発生した音響事象１５７０は、製造者＃１のカッターサンプル＃１のタイプのカッター内で発生した音響事象１５２０よりも、多く発生している。このように、異なるカッタータイプは、それらの音響放射曲線の各々において、異なる音響パターンを示す。これら結果に基づいて、ユーザは、いずれのカッタータイプが他のカッタータイプよりも高い靭性を有するかを判断することができ、その結果、それら靭性に従って、カッターをランク付けすることができる。本実施例の場合、製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタータイプのほうが、製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタータイプよりも、高い靭性を有している。

図１１〜図１５に示された実験結果に基づいて、少なくともいくつかの見解が得られる。第１に、音響センサは、圧子に荷重が掛けられたときに、ダイアモンドテーブル内において生じる亀裂の形成と亀裂の成長を、検知することができる。そして、音響センサは、その後に分析可能な信号を送信することができる。第２に、異なるカッタータイプは、異なる音響事象パターンを示し、他のカッターと比較した場合、ユーザは、カッターの靭性をランク付けすることができる。第３に、試験後に、カッターのＰＤＣテーブルの表面上において検知することができる、如何なる視認可能な損傷も存在しないが、音響センサは、カッターに発生する如何なる視認不可能な損傷も、検知することができる。

図１６は、音響センサから受信したデータポイントを分析するための方法１６００のフローチャートを示しており、該方法は、本発明の一例示的実施形態に係るループ１の方法１６８０と、ループ２の方法１６９０とを備える。特定の順序で進行するものとして特定のステップが示されているが、ステップのシーケンスは、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、変更されてもよい。また、１以上のステップにおいて特定の機能が実行されているが、該機能を実行するためのステップの数は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、増加または減少されてもよい。

図１６を参照して、ステップ１６０５において、方法１６００は開始する。ステップ１６０５から、方法１６００は、ステップ１６１０へ進む。ステップ１６１０において、データポイントを可能性のある音響事象として認定するための、バックグランドノイズを上回る１以上の最小閾値が、決定される。ステップ１６１０が完了すると、方法１６００は、ステップ１６１５およびステップ１６２５へ進む。ここで、ある例示的実施形態においては、ステップ１６１５およびステップ１６２５は、同時に実行することができる。ステップ１６１５において、バックグランドノイズの外側包絡線を画定するバックグランドポイントが、決定される。ステップ１６２５において、ステップ１６１０にて決定された１以上の閾値に基づいて、可能性のある音響事象ポイントが決定される。ステップ１６１５およびステップ１６２５は、ループ１の方法１６８０に含まれている。なお、このループ１の方法１６８０については、図１７を参照して後に詳述する。

ステップ１６１５から、方法１６００は、ステップ１６２０へ進む。ステップ１６２０において、ステップ１６１５にて決定されたバックグランドポイントは、バックグランドノイズ関数曲線を生成するために、補間される。ステップ１６２０およびステップ１６２５から、方法１６００は、ステップ１６３０へ進む。ステップ１６３０において、実際の音響事象ポイントが、ステップ１６８０で決定された可能性のある音響事象ポイントと、ステップ１６２０で決定されたバックグランドノイズ関数曲線を用いて、決定される。ステップ１６３０から、方法１６００は、ステップ１６３５へ進む。ステップ１６３５において、実際の音響事象ポイントの各々の振幅および継続期間が、決定される。ステップ１６３５から、方法１６００は、ステップ１６４０へ進む。ステップ１６４０において、それぞれの音響事象ポイントの下方の領域が計算される。ステップ１６４０から、方法１６００は、ステップ１６４５へ進む。ステップ１６４５において、それぞれの音響事象ポイントに関して、領域の累積分布が、実際の試験荷重と比較される。ユーザは、この比較を、一方のカッターの他方のカッターに対する相対的靭性を判断するために、用いることができる。この比較によって、定量的且つ客観的な方法を用いて、判断を下すことが可能となる。音響事象ポイントの継続期間、振幅、および周波数と、試料に与えられた対応するエネルギー（または荷重）レベルとは、試験されたＰＣＤ（または、他の高硬材もしくは超硬材）のフィールド衝撃性能と、直接的に関連付けられる。方法１６００は、ある損傷を発生させるのに要する外部の仕事または荷重の最小量を計測可能とするのみならず、損傷レベルを増大させるために要する追加的な仕事または荷重をも計測可能とする。ステップ１６４５の後に、方法１６００は、ステップ１６５０へ進み、該ステップ１６５０において、方法１６００は停止する。

図１９は、所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフ１９００である。図２０は、所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフ２０００の部分拡大図である。図２１は、実際の音響事象の各々を示す、本発明の一例示的実施形態に係る累積分布グラフ２１００である。図１９〜図２１は、図１６の方法１６００にて説明されたステップの大部分を示す。

図１９を参照して、カッター音響放射グラフ１９００は、時間軸１９１０と、音響放射軸１９３０とを有する。時間軸１９１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１９１０における数値を、５０００で除算する必要がある。音響放射軸１９３０は、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１９３０における数値を、１０で除算する必要がある。音響放射曲線１９６０が、カッター音響放射グラフ１９００上に図示されている。音響放射データ１９６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射データ１９６０によれば、記録された音響放射データは、１以上のバックグランドポイント１９６２と、１以上の可能性のある音響事象ポイント１９６４とを有する。図１６および図１９を参照し、図１６のステップ１６１５およびステップ１６２５によれば、音響放射データ１９６０は、バックグランドポイント１９６２と音響事象ポイント１９６４とを含むように、分類される。一例示的実施形態によれば、音響放射データ１９６０の分類は、データレコーダ５９０（図５）内に格納されたアルゴリズムを用いて、実行される。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、アルゴリズムは、他の装置に格納されてもよいし、手動で実行されてもよい。代替的には、本開示の利益を享受する当業者に公知な他の方法が、音響放射データ１９６０を分類するために用いられてもよい。図１９に示されているように、バックグランドポイント１９６２の各々は、円印によって示され、可能性のある音響事象ポイント１９６４の各々は、四角印によって示されている。バックグランドポイント１９６２、または可能性のある音響事象ポイント１９６４として定義されていない、複数のポイントが存在している。これら目印は、理解の容易の観点から付けられたものであり、本発明の例示的実施形態の範囲を限定するものではない。

図１６および図１９を参照して、図１６のステップ１６２０によれば、バックグランドノイズ関数曲線１９７０は、決定されたバックグランドポイント１９６２を用いて補間される。一例示的実施形態によれば、バックグランドノイズ関数曲線１９７０は、４次多項式（ｆｏｕｒｔｈ ｄｅｇｒｅｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌ）を用いて補間される。しかしながら、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、バックグランドポイント１９６２を補間するために、他の次数の多項式が、用いられてもよい。

図２０を参照して、カッター音響放射を示すグラフ２０００の部分拡大図が提示されている。このグラフによれば、音響放射データ１９６０の各々は、実際の音響事象ポイント２０１０を含んでおり、該音響事象が発生している期間２０２０を有する。また、実際の音響事象ポイント２０１０の各々は、振幅２０３０を有しており、該振幅２０３０は、バックグランドノイズ関数曲線１９７０から、実際の音響事象ポイント２０１０が存在している位置まで、垂直方向に計測されている。図１６および図２０を参照して、図１６のステップ１６３５によれば、実際の音響事象ポイント２０１０の振幅２０３０および期間２０２０が、計算される。一旦、振幅２０３０および期間２０２０が決定されると、実際の音響事象ポイント２０１０の各々の下側の領域２０４０が、振幅２０３０を期間２０２０に乗算することによって計算される。このステップは、図１６のステップ１６４０において実行される。ある例示的実施形態によれば、領域２０４０の単位は、ミリボルト時間（ｍＶ・秒）の５０００倍である。しかしながら、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、他の単位が用いられてもよい。

図２１を参照して、実際の音響事象に係る累積分布グラフ２１００が、提示されている。このグラフによれば、累積分布グラフ２１００は、荷重軸２１１０と、音響放射領域軸２１３０とを有する。荷重軸２１１０は、ｘ軸に示されており、ｋＮ単位として与えられている。音響放射領域軸２１３０は、ｙ軸に示されており、５００００倍のｍＶ・秒単位として与えられている。これは、実際の音響事象ポイントの下側に存在するものとして決定された領域である。したがって、ｍＶ・秒単位の領域を取得するためには、音響放射領域軸２１３０の数値を、５００００で除算する必要がある。図１６および図２１を参照して、図１６のステップ１６４５によれば、音響放射領域軸２１３０に沿ってプロットされた、領域の累積分布が、荷重軸２１１０に沿ってプロットされた、実際の試験荷重と、実際の音響事象のそれぞれに関して、比較される。累積分布グラフ２１００は、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０と、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタープロット２１６０との比較を提供する。

例えば、３つのカッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０のうちの１つにおいて、ポイントＡ２１５２として表示されているように、約２８ｋＮで、約３５５０ ｍＶ×秒×５００００の実際の音響事象がある。これは、以下のことを意味している。すなわち、ここでは３５５０ ｍＶ×秒×５００００の累積領域が存在しており、これは、上述した実際の音響事象ポイントの下側で発生していたものであって、約２８ｋＮの荷重で発生した実際の音響事象ポイントに係る領域を含むものである。次の実際の音響事象ポイントは、同曲線上のポイントＢ２１５４であって、約３２．５ｋＮで発生している。実際の音響事象ポイントの下側の領域は、約６５０ ｍＶ×秒×５００００であり、これは、累積分布グラフ２１００に直接示されてはいない。しかしながら、約３２．５ｋＮにおいて、約４２００ ｍＶ×秒×５００００の累積領域が示されている。このように、約４２００ ｍＶ×秒×５００００から約３５５０ｍＶ×秒×５００００を減算した値が、約６５０ ｍＶ×秒×５００００を等しくなる。より高硬度のカッター（または、本質的に、より高靭性なもの）は、与えられた荷重に対して、より小さな累積領域を有する曲線を提供する。高振幅である実際の音響事象ポイントを多く含む、急峻な曲線を有するカッターは、高振幅である実際の音響事象ポイントを少数だけ含む、急峻でない曲線を有するカッターよりも、本質的に靭性が低い。したがって、累積分布グラフ２１００によれば、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０と、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタープロット２１６０との間の比較は、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１は、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２より、本質的に靭性が高いということを示している。また、図２１によれば、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０を示す３本の曲線と、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタープロット２１６０を示す２本の曲線とが、図示されている。これらプロット２１５０および２１６０は、以下のことを示している。すなわち、方法１６００（図１６）は、同じグループのサンプル内における変動性が検知可能となるような、高次の解決手段を有している。図１６に提示された方法は、客観的方法で、他の複数のカッター内においてカッターの靭性をランク付けするために、使用者に情報を提供する。

図１７は、本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ１の方法１６８０の詳細なフローチャートを示す。図１７を参照して、ステップ１７０５において、ループ１の方法１６８０が開始する。ステップ１７０５から、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１０へ進む。ステップ１７１０において、第１のデータポイントが読み取られる。ステップ１７１０が完了すると、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１５へ進む。このステップ１７１５において、次のデータポイントが読み取られる。ステップ１７１５の後に、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７２０へ進む。ステップ１７２０において、２つのデータポイントの差が計算され、第１の公差値と比較される。この第１の公差値は、音響事象を定義するために用いられる値である。一例示的実施形態によれば、第１の公差値は、約０．５ｍＶである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第１の公差値は、それ以上またはそれ以下の値であってもよい。２つのデータポイントの差が第１の公差値よりも小さくない場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７２５へ進む。ステップ１７２５において、２つのデータポイントのうちの２つ目が、可能性のある音響事象ポイントとして定義される。ステップ１７２５から、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７４５へ進む。このステップ１７４５において、ループ１の方法１６８０は、他のデータポイントがあるか否かを判断する。このステップ１７４５において、他のデータポイントが無いと判断されると、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７５０へ進む。このステップ１７５０において、ループ１の方法１６８０は停止する。しかしながら、ステップ１７４５において、他のデータポイントが有ると判断されると、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１５へ戻る。

ステップ１７２０において、２つのデータポイントの差が第１の公差値よりも小さいと判断された場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７３０へ進む。ステップ１７３０において、２つのデータポイントの差が、第２の公差値と比較される。一例示的実施例によれば、第２の公差値は、約０．０１ｍＶである。しかしながら、他の例示的実施例においては、第２の公差値は、それ以上またはそれ以下であってもよい。２つのデータポイントの差が第２の公差値よりも小さくない場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１５へ戻り、第２のデータポイントは、決定されない。しかしながら、２つのデータポイントの差が第２の公差値よりも小さい場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７３５へ進む。

ステップ１７３５において、２つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、「ｚ」回よりも小さい間だけ連続で負であったか否かが判断される。または、２つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、「ｕ」回よりも小さい間だけ連続で正であったか否かが判断される。一例示的実施形態によれば、「ｚ」は、２であり、「ｕ」は、３である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、「ｕ」値および「ｚ」値のいずれか一方、または双方は、それ以上またはそれ以下であってもよい。２つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、「ｚ」回よりも小さい間だけ連続して負であることが真でない場合、または、２つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、「ｕ」回よりも小さい間だけ連続で正であることが真でない場合、ループ１の方法１６８０は、次いで、ステップ１７１５へ戻り、第２のデータポイントは、決定されない。しかしながら、２つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、ｚ回よりも小さい間だけ連続で負であった場合、または、２つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、ｕ回よりも小さい間だけ連続で正であった場合、ループ１の方法１６８０は、次いで、ステップ１７４０へ進む。

ステップ１７４０において、２つのデータポイントのうちの２つ目は、バックグランド境界ポイントとして定義される。ステップ１７４０から、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７４５へ進む。このステップ１７４５において、他のデータポイントがあるか否かが判断される。ループ１の方法１６８０は、上述したステップに従ってステップ１７５０に達するまで、継続される。このように、ループ１の方法１６８０は、いずれのデータポイントが、可能性のある音響事象ポイント、バックグランド境界ポイントとして定義されるべきか、または、いずれかのタイプのポイントとして定義されるべきでないかを判断するための方法を提供する。

図１８は、本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ２の方法１６９０の詳細なフローチャートを示す。図１８を参照して、ステップ１８０５において、ループ２の方法１６９０は開始する。ステップ１８０５から、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８１０へ進む。ステップ１８１０において、バックグランド境界ポイントを用いて、バックグランドノイズ関数曲線が生成される。ステップ１８１０が完了すると、ループ１の方法１６９０は、ステップ１８１５へ進む。このステップ１８１５において、第１の可能性のある音響事象ポイントが読み込まれる。ステップ１８１５の後に、ループ１の方法１６９０は、ステップ１８２０へ進む。ステップ１８２０において、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が計算され、この差が、第３の公差値よりも大きいか否かが判断される。なお、この第３の公差値は、実際の音響事象ポイントを定義するために用いられる値である。一例示的実施形態によれば、第３の公差値は、約０．０８ｍＶである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第３の公差値は、それ以上またはそれ以下の値であってもよい。可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が、第３の公差値よりも大きくない場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８２５へ進む。ステップ１８２５において、次の可能性のある音響事象ポイントが読み込まれ、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８２０へ戻る。しかしながら、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が、第３の公差値よりも大きい場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８３０へ進む。

ステップ１８３０において、振幅、期間、および、実際の音響事象ポイントとバックグランドノイズ関数曲線との間の領域が、計算される。ステップ１８３０から、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８４０へ進む。ステップ１８４０において、他の可能性のある音響事象ポイントがあるか否かが判断される。他の可能性のある音響事象ポイントがある場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８２５へ戻る。このステップ１８２５において、ループ２の方法１６９０は継続される。しかしながら、ステップ１８４０において、他の可能性のある音響事象ポイントがない場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８４５へ進む。このステップ１８４５において、ループ２の方法１６９０は停止する。このように、ループ２の方法１６９０は、いずれのデータポイントが、実際の音響事象ポイントとして定義されるべきかを判断するための方法を提供し、次いで、定義された音響事象ポイントの各々に係る領域を計算する。

図２２は、図１０に示す、本発明の一例示的実施形態に係るプロセッサ１０２０のブロック図を示す。上述したように、図１６〜図１８に示された１以上のステップを実行するための方法は、プロセッサ１０２０内で実行される。しかしながら、他の例示的実施形態においては、これらの方法は、手動で、または手動とプロセッサ内の処理との組み合わせとして実行されてもよい。プロセッサ１０２０は、データレコーダ５９０、またはコンピュータシステム内に設置されている。１つのプロセッサ１０２０が図示されているが、複数のプロセッサが、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられてもよい。プロセッサ１０２０は、１以上のプロセッサエンジン２２００を有する。

プロセッサエンジン２２００は、音響データを収集するエンジン２２１０と、バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０と、可能性のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０と、バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン２２４０と、実際の音響事象ポイントを決定するエンジン２２５０と、実際の音響事象領域を計算するエンジン２２６０と、累積領域および荷重曲線エンジン２２７０とを含む。７つのエンジンが、プロセッサエンジン２２００内に含まれているが、他の例示的実施形態においては、エンジンの数は、それ以上またはそれ以下であってもよい。また、１以上の、上述したこれらプロセッサエンジン２２００が、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、より少数のプロセッサエンジン２２００内に組み込まれてもよいし、または、追加のプロセッサエンジン２２００に分割されてもよい。

音響データを収集するエンジン２２１０は、少なくとも音響センサからデータを収集する。このデータは、バックグランドポイントと、可能性のある音響事象ポイントを含む。ある例示的実施形態においては、音響データを収集するエンジン２２１０は、荷重からのデータも収集する。これにより、対応するバックグランドポイントと、対応する、可能性のある音響事象ポイントとは、与えられた荷重と関連付けられる。バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０は、音響センサから取得されたデータを評価し、該データポイントがバックグランドポイントであるか否かを判断する。バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０は、図１６のステップ１６１５を実行する。可能のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０は、音響センサから取得されたデータを評価し、該データポイントが可能性のある音響事象ポイントであるか否かを判断する。可能性のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０は、図１６のステップ１６２５を実行する。バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０と、可能のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０は、互いに同時に動作する。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、互いに独立して動作してもよい。

バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン２２４０は、予め決定されたバックグランドポイントを用いて、バックグランドノイズ関数曲線を生成する。バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン２２４０は、図１６のステップ１６２０を実行する。実際の音響事象ポイントを決定するエンジン２２５０は、予め決定された、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線とを用いて、実際の音響事象ポイントを決定する。実際の音響事象ポイントを決定するエンジン２２５０は、図１６のステップ１６３０を実行する。一旦、実際の音響事象ポイントが決定されると、実際の音響事象領域を計算するエンジン２２６０は、実際の音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との間に形成される領域を決定する。実際の音響事象領域を計算するエンジン２２６０は、図１６のステップ１６３５およびステップ１６４０を実行する。累積領域および荷重曲線エンジン２２７０は、領域の累積分布を、実際の音響事象の各々に関して実際の試験荷重と比較する。累積領域および荷重曲線エンジン２２７０は、図１６のステップ１６４５を実行する。ある例示的実施形態においては、プロセッサエンジン２２００は、プロセッサ１０２０内に配置されているが、プロセッサエンジン２２００は、記録媒体内に設置されてもよい。なお、この記録媒体は、非限定的ではあるが、１以上のハードドライブ、ＵＳＢドライブ、ＣＤ、デジタルビデオディスク、または当業者に公知もしくは未知である、他のいずれかの装置を含む。

プロセッサエンジン２２００が、例示的実施形態において説明されてきたが、カッターの靭性を決定するための命令は、記録媒体１０４０（図１０）内に格納されたソフトウェアにて提供されてもよい。このソフトウェアは、上述したプロセッサエンジン２２００と同様のモジュールおよび／またはコードを含む。

図２３は、一例示的実施形態に係る岩石試料２３００を示しており、該岩石試料２３００は、図５および図９の音響放射試験システム５００および９００内で、それぞれ、図１のカッター１００に代わって試験することができる。図５、図６、図９、および図２３を参照して、岩石試料２３００は、音響放射試験システム５００、または音響放射試験システム９００におけるカッター１００と置換される。試験方法および結果の分析は、上述した方法および分析と同様であって、一軸圧縮強度および／または岩石試料２３００の靭性に関する情報を提供する。

岩石試料２３００は、円柱状であり、カッター１００と同様の形状である。岩石試料２３００は、該岩石試料２３００の一方端における第１の平面２３１０と、該岩石試料２３００の他方端における第２の平面２３２０と、第１の平面２３１０から第２の平面２３２０まで延在する円周面２３３０とを有する。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、岩石試料２３００は、例えば立方体形状のような、他の幾何学的または非幾何学的な形状に成形されてもよい。ある例示的実施形態においては、岩石試料２３００の形状は、繰り返して再現可能な形状であってもよく、これにより、複数の岩石試料２３００が実質同じ形状に形成され、試験結果を比較することが可能となる。

図２４は、本発明の一例示的実施形態に係る加圧チャンバ２４１０内に挿入された、図５の音響放射試験装置５０５を示す。加圧チャンバ２４１０内の圧力は、制御可能且つ計測可能な方法で、可変である。ある例示的実施形態においては、加圧チャンバ２４１０内の圧力は、０ Ｐａ〜約２７５．８ ＭＰａ（０ ｐｓｉ〜約４００００ ｐｓｉ）の範囲で可変である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、圧力の範囲は、それより小さな数値の範囲、またはそれよりも大きな数値の範囲であってもよい。本例示的実施形態においては、センサ５７０および圧子５５０を含む他のコンポーネントは、加圧チャンバ２４１０内にて生成される圧力に耐えることができる。これらの例示的実施形態によれば、岩石の封圧強度および靭性は、異なる静水圧レベルで計測可能であり、これにより、地表面下の異なる深さにおける岩石特性の重要な情報を提供することができる。集められた情報は、岩石欠損メカニズムの知識を向上させるのに有用となるものであって、新たな理論、および新たな岩盤の機械モデルをもたらすことになる。また、集められた情報は、未だ証明されていない他の公知の理論の確証を得るのにも有用となる。加圧チャンバ２４１０は、例えば岩石試料２３００のような高硬材または超硬材１００を、圧力下で試験するための１つの方法ではあるが、代替的な例示的実施形態においては、高硬材または超硬材１００上に圧力を負荷するための他の機構を用いてもよい。他の機構としては、例えば、高硬材または超硬材１００の周囲にて、該高硬材または超硬材１００とともに組み立てられた、高強度で結合されたリングを用いる機構が挙げられる。

岩石試料２３００のＵＣＳおよび靭性に係る知識は、優れた性能を有する新規且つ斬新なビットデザインを創生し、および／または、ＵＣＳ値およびＫ_ｉｃ値を組み入れたビットデザイン工程を開発するために、設計者にとって有用となるものである。岩石試料２３００から得られる情報は、地質学的および／または地質工学的なソフトウェアと工具を校正するために使用することもできる。

本発明のいくつかの例示的実施形態を説明してきたが、代替的な例示的実施形態は、高硬または超硬材１００の加熱の使用を含んでもよい。この高硬または超硬コンポーネント１００の加熱は、高硬材または超硬材１００上への荷重の負荷の前、負荷の間、および／または負荷の後のいずれか（または、それらの組み合わせ）において、行われる。熱は、当業者に公知の複数の方法のいずれかによって、供給される。例えば、この方法は、非限定的ではあるが、火、レーザ、赤外線、および／または加熱液体を含む。

図２５は、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験システム２５００の断面図を示す。図２５を参照して、音響放射試験システム２５００は、アナログ／デジタル変換器２５９２と通信可能に接続された音響放射試験装置２５０５を備える。アナログ／デジタル変換器２５９２は、データレコーダ２５９０と通信可能に接続されている。ある例示的実施形態によれば、アナログ／デジタル変換器２５９２は、任意である。音響放射試験装置２５０５は、加圧チャンバ２５１０と、岩石試料２５８０と、１以上の音響センサ２５７０と、第１の障壁２５３０と、第２の障壁２５４０と、排出パイプ２５９５とを有する。ある例示的実施形態においては、音響放射試験装置２５０５は、１以上の連結器２５９４と、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７を有する。岩石試料２５８０が例示的実施形態に図示されているが、代替的な例示的実施形態によれば、他のタイプの多孔質試料が、岩石試料２５８０に代えて用いられてもよい。

加圧チャンバ２５１０は、円筒状であって、キャビティー２５１２を内部に形成している。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、加圧チャンバ２５１０は、例えば立方体形状のような他の幾何学的形状、または非幾何学的な形状に成形されてもよい。加圧チャンバ２５１０内の圧力は、制御可能且つ計測可能な方法で、可変である。ある例示的実施形態においては、加圧チャンバ２５１０内の圧力は、０ Ｐａ〜約２７５．８ ＭＰａ（０ ｐｓｉ〜約４００００ ｐｓｉ）の範囲で可変である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、圧力の範囲は、それより小さな数値の範囲、またはそれよりも大きな数値の範囲であってもよい。加圧チャンバ２５１０は、底部２５１４と、該底部２５１４の周縁から、該底部２５１４と実質直交して延びる側壁部２５１６とを含む。ある例示的実施形態においては、側壁部２５１６は、底部２５１４の周縁から内側の位置において、該底部２５１４と実質直交して該底部２５１４から延びてもよい。加圧チャンバ２５１０は、鉄から作製される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、加圧チャンバ２５１０は、いずれの金属、合金、ポリマー、木材、または、第２の圧力（Ｐ_０）２５２７に耐え得る、当業者に公知の他の適当な材料から作製されてもよい。なお、第２の圧力２５２７に関しては、後述する。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、機械加工または成形が可能であり、且つ、音波を伝搬することができる。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、約１ｋｍ／秒、またはそれ以上の速度で、音波を伝搬することができる。

キャビティー２５１２は、加圧チャンバ２５１０内に形成され、岩石試料２５８０（または、他の高硬材もしくは超硬材）の全体を受容する大きさとなるように形成されている。キャビティー２５１２は、その直径が、岩石試料２５８０の直径よりも大きくなるように、形成されており、これにより、岩石試料２５８０が、キャビティー２５１２内に、容易且つ自在に嵌合する。キャビティー２５１２は、円形状であるが、他の例示的実施形態においては、如何なる幾何学的または非幾何学的な形状であってもよい。キャビティー２５１２は、加圧チャンバ２５１０を機械加工すること、または、内部にキャビティー２５１２を有するように加圧チャンバ２５１０を成形することによって、形成される。代替的には、キャビティー２５１２は、当業者に公知の他の方法を用いて、形成されてもよい。ある例示的実施形態においては、キャビティー２５１２は、以下のことを保証するような方法で、形成される。すなわち、岩石試料２５８０がキャビティー２５１２内に挿入される毎に、岩石試料２５８０が、同じ方法で適切に配列される。例えば、底部２５１４は、岩石試料２５８０を所望の位置に受容することができる形状を有するように形成されてもよい。例えば、ある例示的実施形態において、底部２５１４は、１以上の突部（図示せず）、および／または１以上の刻み目（図示せず）を含んでもよい。

岩石試料２５８０は、多孔質材料である。ある例示的実施形態によれば、岩石試料２５８０は、掘削孔（または裸孔）から得られ、掘削孔内のある深さにおいて、所定の封圧下で配置されている岩石の試料から形成される。岩石試料２５８０のいくつかの例は、非限定的ではあるが、石炭、チョーク、頁岩、石灰岩、砂岩、ガスまたはオイルを含む地層、および、公知である他の多孔質岩石を含む。岩石試料２５８０は、実質円柱状の形状であるが、例えば、実質立法形状のような他の幾何学的形状、または非幾何学的形状であってもよい。岩石試料２５８０は、天面２５８２と、底面２５８４と、天面２５８２から底面２５８４まで延在する側壁部２５８６を有する。天面２５８２と底面２５８４は、互いに実質平行である。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、天面２５８２と底面２５８４は、互いに平行でなくてもよい。側壁部２５８６は、天面２５８２および底面２５８４の双方に、実質直交して延びている。しかしながら、ある例示的実施形態においては、側壁部２５８６は、天面２５８２および底面２５８４の少なくとも一方と、直交せずに延在してもよい。例示的実施形態によれば、側壁部２５８６は、円弧状である。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、側壁部２５８６のうちの少なくともいくつかの部分は、１以上の平面（図示せず）を含んでもよい。この例示的実施形態においては、これら平面は、音響センサ２５７０を岩石試料２５８０に接続するのを容易とする。岩石試料２５８０は、底面２５８４が底部２５１４に隣接するように、キャビティー２５１２内に挿入される。ある例示的実施形態によれば、岩石試料２５８０は、キャビティー２５１２の実質中央部に、位置決めされている。しかしながら、他の例示的実施形態においては、岩石試料２５８０は、キャビティー２５１２の中央から外れた位置に、位置決めされてもよい。

音響センサ２５７０は、圧電センサであり、岩石試料２５８０の側壁部２５８６に沿って位置決めされている。しかしながら、音響センサ２５７０は、音響放射を検知可能な、当業者に公知の他の装置タイプのいずれであってもよい。また、ある例示的実施形態によれば、音響センサ２５７０は、加圧チャンバ２５１０の側壁部２５１６の外側部に沿って位置決めされる。ある例示的実施形態によれば、音響センサ２５７０は、側壁部２５８６、２５１６の円弧部分の上に配置可能となるように、形成される。他の例示的実施形態においては、音響センサ２５７０は、側壁部２５８６、２５１６の平らな部分（図示せず）の上に配置されてもよい。音響センサ２５７０は、岩石試料２５８０内で生成された弾性波信号を検知し、次いで、該弾性波信号を電圧信号に変更する。これにより、このデータを、記録し、その後に分析することができる。

ある例示的実施形態において、音響センサ２５７０は、アナログ／デジタル変換器２５９２を介して、データレコーダ２５９０と通信可能に接続される。これにより、岩石試料２５８０内で発生した弾性波に由来する電圧信号は、記録され、実質的に分析され得る。データレコーダ２５９０は、データレコーダ５９０（図５）と同様のものであり、ここでは、詳細な説明を省略する。また、データレコーダ２５９０は、データレコーダ５９０（図５）と同様に設定される。ある例示的実施形態においては、音響センサ２５７０は、アナログ／デジタル変換器２５９２に、第１のケーブル２５９１を用いて接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、音響センサ２５７０は、無線技術を利用して、無線によって、アナログ／デジタル変換器２５９２と通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。音響センサ２５７０が岩石試料２５８０上に設置される実施例においては、第１のケーブル２５９１は、加圧チャンバ２５１０の内部から、連結器２５９４を介して、加圧チャンバ２５１０の外側領域まで、配線される。ここで、連結器２５９４は、加圧チャンバ２５１０の内部と外部との間の通信路を提供する。各連結器２５９４は、１以上の音響センサ２５７０からの通信を提供することができる。アナログ／デジタル変換器２５９２は、アナログフォーマットの電圧信号をデジタルフォーマットに変換し、このデジタル信号をデータレコーダ２５９０に送信する。アナログ／デジタル変換器２５９２は、第２のケーブル２５９３を用いて、データレコーダ２５９０と通信可能に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、アナログ／デジタル変換器２５９２は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ２５９０と通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。ある例示的実施形態によれば、アナログ／デジタル変換器２５９２は、単一のコンポーネントとして、データレコーダ２５９０内に組み込まれてもよい。これにより、音響センサ２５７０は、データレコーダ２５９０に信号を直接送信することとなる。

図２５に示された例示的実施形態によれば、４つの音響センサ２５７０が、岩石試料２５８０に接続されている。しかしながら、音響センサ２５７０の数は、１つの音響センサ２５７０から、いずれの個数の音響センサ２５７０までの範囲であってもよい。音響センサ２５７０は、岩石試料２５８０の上（または、その内部）にて生じる、時間および空間に対する音響事象の強さを、検知することができる。したがって、音響事象の位置と、岩石試料２５８０内で亀裂が進行する方向とを、決定することができる。ある実施例によれば、少なくとも１以上の音響センサ２５７０が、側壁部２５８６に沿って、異なる縦方向高さに配置される。一実施例においては、３つの音響センサ２５７０が、側壁部２５８６に沿って異なる縦方向高さにおいて、岩石試料２５８０に接続される。第１の音響センサ２５７０は、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の強さを、第１の期間に検知するとともに、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の位置を、第１の軸（または、ｘ軸）に沿って決定する。第２の音響センサ２５７０は、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の強さを、第１の期間に検知するとともに、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の位置を、第２の軸（または、ｙ軸）に沿って決定する。第３の音響センサ２５７０は、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の強さを、第１の期間に検知するとともに、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の位置を、第３の軸（または、ｚ軸）に沿って決定する。音響センサ２５７０は、第２の期間、第３の期間、および、それ以降の期間においても、同じ分析を実行する。既知である、岩石試料２５８０内の音波速度を用いて、３つの音響センサ２５７０からのデータは、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の強さと、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の位置と、岩石試料２５８０内を伝搬する音響事象の方向とを決定するための情報を提供する。また、音響センサ２５７０が加圧チャンバの側壁部２５１６に沿って位置決めされている実施形態においては、第１の流体２５２１を伝搬する音波速度、および、各音響センサ２５７０と岩石試料の側壁部２５８６との間の距離が、決定に際して用いられる。より少数の音響センサ２５７０が用いられた場合、岩石試料２５８０内で音響事象が発生している位置を軸に沿って決定するための、１以上の軸が、失われることになる。音響センサ２５７０の各々は、ある軸を示している。３つ以上の音響センサ２５７０が用いられた場合、これらの計測によって、岩石試料２５８０内で発生した音響事象の位置を、より正確に確定することができる。３つの音響センサ２５７０からのデータは、音響事象の位置を三角測量するために用いられる。

第１の障壁２５３０は、実質ディスク状であって、該第１の障壁２５３０を貫通する開口２５３２を含む。開口２５３２は、第１の障壁２５３０の実質中心部に位置決めされており、開口２５３２内で天面２５８２を挿入する大きさに、形成されている。ある例示的実施形態においては、開口２５３２は、加圧チャンバ２５１０に岩石試料２５８０を適正に位置決めするために用いられる。ある例示的実施形態においては、天面２５８２と、岩石試料の側壁部２５８６の少なくとも一部は、開口２５３２内に挿入される。開口２５３２は、岩石試料の側壁部２５８６の断面部分の少なくとも一部の形状と類似して、形成される。第１の障壁２５３０は、実質ディスク状であるが、その形状は、キャビティー２５１２の断面形状の少なくとも一部の形状と実質的に類似する、他のいずれの幾何学的形状または非幾何学的形状であってもよい。第１の障壁２５３０は、加圧チャンバ２５１０の側壁部２５１６の内部に固定され、これにより、キャビティー２５１２を、第１のチャンバ２５２０と、第２のチャンバ２５２５とに分割する。第１の障壁２５３０は、側壁部２５１６に、溶接、または当業者に公知の他のいずれかの方法を用いて、固定される。第１の障壁２５３０を加圧チャンバの側壁部２５１６に取り付けるために用いられる溶接、または他の装置は、少なくとも第２の圧力２５２７を耐えることができる。第１の障壁２５３０は、金属、合金、ポリマー、または、少なくとも第２の圧力２５２７までの圧力に耐えることができる、他の適当な材料のいずれかを用いて、作製される。第１の封止部２５３４は、開口２５３２の周縁部に配置され、岩石試料の側壁部２５８６とともに、圧力封止を提供する。第１の封止部２５３４は、ゴム製のガスケット、または、当業者に公知の他の適当な材料である。第１のチャンバ２５２０内の圧力は、第１の圧力（Ｐ_１）２５２２であり、該第１の圧力２５２２は、試験中において、第２のチャンバ２５２５内の第２の圧力２５２７と異なり得る。なお、第２の圧力２５２７に関しては、後述する。第１の圧力２５２２および第２の圧力２５２７の各々は、可変である。このように、試験中においては、岩石試料２５８０の一部は、第１の圧力２５２２に曝される一方、岩石試料２５８０の他の部分は、第２の圧力２５２７に曝される。

第１のチャンバ２５２０内には、第１の流体２５２１が配置されている。ある例示的実施形態においては、第１の流体２５２１は、第１のチャンバ２５２０の全体を満たしている。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第１の流体２５２１は、第１のチャンバ２５２０の一部を満たしてもよい。第１の流体２５２１は、水である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、同様の特性を有する他のタイプの流体を、第１の流体２５２１として用いてもよい。ある例示的実施形態においては、第１の流体２５２１は、砂粒子、または他の類似のタイプの粒子を含む。

また、第２の障壁２５４０は、実質ディスク状であって、第２の障壁２５４０の周縁部に、第２の封止部２５４２を含む。第２の障壁２５４０は、実質ディスク状であるが、その形状は、キャビティー２５１２の断面形状の少なくとも一部と実質的に類似する、他のいずれの幾何学的形状または非幾何学的形状であってもよい。この第２の障壁２５４０は、キャビティー２５１２内において、加圧チャンバ２５１０の頂部近傍に位置決めされ、加圧チャンバ２５１０の側壁部２５１６の内側部に、可動に連結される。第２の障壁２５４０は、第２のチャンバ２５２５の一部を形成する。第２の封止部２５４２は、第２の障壁２５４０と、加圧チャンバの側壁部２５１６との間の圧力封止を提供する。第２の封止部２５４２は、ゴム製のガスケット、または、当業者に公知の他の適当な材料のいずれかである。ここで、第２の障壁２５４０は、第２のチャンバ２５２５内の第２の圧力２５２７を変化させるための手段を提供する。外部の力２５０２は、第２の障壁２５４０上に負荷され、第２の障壁２５４０を、第１の障壁２５３０に近づけるように移動させる。第２の障壁２５４０が第１の障壁２５２０に近づくように移動するにつれて、第２の圧力２５２７が上昇する。一方、第２の障壁２５４０が第１の障壁２５３０から離れるように移動するにつれて、第２の圧力２５２７が減少する。ある例示的実施形態においては、外部の圧力２５０２は、ピストン２５０３によって負荷される。しかしながら、外部の力２５０２は、公知である他のいずれの方法および／または装置によって負荷されてもよい。第２の障壁２５４０は、金属、合金、ポリマー、または、少なくとも第２の圧力２５２７までの圧力および／または外部の力２５０２（それ以上であったとしても）に耐えることができる、他の適当な材料のいずれかを用いて、作製される。

第２のチャンバ２５２５内には、第２の流体２５２６が配置されている。ある例示的実施形態においては、第２の流体２５２６は、第２のチャンバ２５２５の全体を満たしている。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第２の流体２５２６は、第２のチャンバ２５２５の一部を満たしてもよい。第２の流体２５２６は、水である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、同様の特性を有する他のタイプの流体を、第２の流体２５２６として用いてもよい。ある例示的実施形態においては、第２の流体２５２６は、砂粒子、または他の同様のタイプの粒子を含む。ある例示的実施形態によれば、第２の流体２５２６は、第１の流体２５２１と同じである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第２の流体２５２６は、第１の流体２５２１と異なって（しかしながら、類似の特性を有して）もよい。第２のチャンバ２５２５内の第２の圧力２５２７が、第１のチャンバ２５２０内の第１の圧力２５２２を超えて上昇すると、第２の流体２５２６は、第２のチャンバ２５２５から、岩石試料２５８０内に流入する。そして、第２の流体２５２６は、岩石試料２５８０から流出し、第１のチャンバ２５２０内へと流れ込む。第２の圧力２５２７が上昇するにつれて、音響事象（または、亀裂）が、岩石試料２５８０内で形成される。上記砂粒子が第２の流体２５２６内に含まれている、ある例示的実施形態においては、この砂粒子は、岩石試料２５８０内にて形成された亀裂内に入り込む。そして、これら砂粒子は、亀裂内に埋め込まれ、第２の圧力２５２７が減圧されたときに、亀裂が閉じてしまうのを防止する。

第２の圧力２５２７が上昇し、第２の流体２５２６が岩石試料２５８０を通って第１のチャンバ２５２０内に流入するにつれて、第１の圧力２５２２は、上昇する。第１の圧力２５２２を一定（または、実質一定）の圧力に維持するために、排出パイプ２５９５が、第１のチャンバ２５２０の内部に連結されている。これにより、第１のチャンバ２５２０内に存在する第１の流体２５２１および／または第２の流体２５２６が、底部２５１４を通って、第１のチャンバ２５２０から流出することが可能となる。排出パイプ２５９５は、金属、合金、ポリマー、または、第１の圧力２５２２に耐えることができる、他の適当な材料を用いて、作製される。ある例示的実施形態においては、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、排出パイプ２５９５に沿った位置に設置され、試験プロセス中に、第１の圧力２５２２を実質一定の圧力に維持するために、自動または手動で、開閉するように構成される。代替的な例示的実施形態においては、排出パイプ２５９５は、側壁部２５１６を通って、第１のチャンバ２５２０の内部に連結される。

音響放射試験システム２５００の動作について、図２５を参照して説明する。一旦、音響放射試験システム２５００が、上述の説明に従って構成されると、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、第１のチャンバ２５２０内の圧力を、第１の圧力２５２２に維持するように、設定される。第１の圧力２５２２は、岩石封圧（ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）となるように決定される。なお、この岩石封圧とは、岩石試料２５８０が掘削孔内にある間に曝された圧力である。第２の障壁２５４０上に負荷された外部の力２５０２は、増加され、これにより、第２の障壁２５４０を、第１の障壁２５３０に近づけるように押す。第２の障壁２５４０のこの移動によって、第２の流体２５２６が圧縮され、その結果、第２のチャンバ２５２５内の第２の圧力２５２７が上昇する。第２の圧力２５２７は、第１の圧力２５２２を上回る圧力値まで上昇し、音響事象（または、亀裂）が岩石試料２５８０上（または、その内部）にて発生するように、増加される。第２の圧力２５２７は、圧力閾値に達するまで連続的に増加される。ここで、この圧力閾値は、岩石試料２５８０内で広範囲に音響事象が発生する圧力の閾値を示す。一旦、第２の圧力２５２７が第１の圧力２５２２を上回ると、第２の流体２５２６は、多孔質の岩石試料２５８０を通過して、第１のチャンバ２５２０内に流入する。第１の圧力２５２２は、典型的には、第１のチャンバ２５２０内に流入した第２の流体２５２６によって上昇する。しかしながら、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、第１の圧力２５２２を実質一定の圧力に維持しており、第１の流体２５２１、および／または、第１のチャンバ２５２０に流入した第２の流体２５２６が、排出パイプ２５９５を通って、第１のチャンバ２５２０から流出することを可能とする。到達した本圧力閾値は、岩石を、その封圧下で破壊するために掘削孔内で発生されるべき圧力である。試験工程の間、音響事象は、上述の説明に従って計測される。また、音響事象の位置は、本開示の利益を享受する当業者によって判断可能である。さらに、音響事象が進行する方向も、本開示の利益を享受する当業者によって判断可能である。音響センサ２５７０は、第２の圧力２５２７が上昇したときに、データを取得する。また、ある例示的実施形態においては、音響センサ２５７０は、第２の圧力２５２７が、圧力閾値に達した後に減圧されたときにも、データを取得する。図示されてはいないが、第１の圧力２５２２および第２の圧力２５２７は、監視されている。ある例示的実施形態によれば、第２の圧力２５２７が記録される。

図２６は、本発明の他の例示的実施形態に係る音響放射試験システム２６００の断面図を示す。図２６を参照して、音響放射試験システム２６００は、アナログ／デジタル変換器２５９２と通信可能に接続された音響放射試験装置２６０５を備える。アナログ／デジタル変換器２５９２は、データレコーダ２５９０と通信可能に接続されている。ある例示的実施形態によれば、アナログ／デジタル変換器２５９２は、任意である。音響放射試験装置２６０５は、加圧チャンバ２６１０と、岩石試料２６８０と、１以上の音響センサ２５７０と、カバー２６３０と、排出パイプ２５９５とを有する。ある例示的実施形態においては、音響放射試験装置２６０５は、１以上の連結器２５９４と、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７を有する。岩石試料２６８０が例示的実施形態に図示されているが、代替的な例示的実施形態によれば、他のタイプの多孔質試料が、岩石試料２６８０に代えて用いられてもよい。なお、アナログ／デジタル変換器２５９２、データレコーダ２５９０、音響センサ２５７０、排出パイプ２５９５、連結器２５９４、および排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、図２５を参照して上記に説明したものであるので、これらのコンポーネントに関しては、図２６を参照しての詳細な説明を省略する。

加圧チャンバ２６１０は、円筒状であって、キャビティー２６１２を内部に形成している。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、加圧チャンバ２６１０は、例えば立方体形状のような他の幾何学的形状、または非幾何学的な形状に成形されてもよい。加圧チャンバ２６１０内の圧力は、制御可能且つ計測可能な方法で、可変である。ある例示的実施形態においては、加圧チャンバ２６１０内の圧力は、０ Ｐａ〜約２７５．８ ＭＰａ（０ ｐｓｉ〜約４００００ ｐｓｉ）の範囲で可変である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、圧力の範囲は、それより小さな数値の範囲、またはそれよりも大きな数値の範囲であってもよい。加圧チャンバ２６１０は、底部２６１４と、該底部２６１４の周縁から、該底部２６１４と実質直交して延びる側壁部２６１６とを含む。ある例示的実施形態においては、側壁部２６１６は、底部２６１４の周縁から内側の位置において、該底部２６１４と実質直交して該底部２６１４から延びてもよい。ある例示的実施形態によれば、側壁部２６１６の頂部は、螺子部２６１７を含む。この螺子部２６１７は、カバー２６３０を受け入れて、該カバー２６３０と連結するための部材である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、カバー２６３０は、例えばファスナや溶接のような、当業者に公知の他の方法を用いて、側壁部２６１６の頂部に、密閉可能に連結される。加圧チャンバ２６１０は、鉄から作製される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、加圧チャンバ２６１０は、いずれの金属、合金、ポリマー、木材、または、第２の圧力（Ｐ_０）２６２７に耐え得る、当業者に公知の他の適当な材料から作製されてもよい。なお、第２の圧力（Ｐ_０）２６２７に関しては、後述する。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、機械加工または成形が可能であり、且つ、音波を伝搬することができる。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、約１ｋｍ／秒、またはそれ以上の速度で、音波を伝搬することができる。

キャビティー２６１２は、加圧チャンバ２６１０内に形成され、岩石試料２６８０（または、他の高硬材もしくは超硬材）の全体を受容する大きさとなるように形成されている。キャビティー２６１２は、その直径が、岩石試料２６８０の直径よりも大きくなるように、形成されており、これにより、岩石試料２６８０が、キャビティー２６１２内に、容易且つ自在に嵌合する。キャビティー２６１２は、円形状であるが、他の例示的実施形態においては、如何なる幾何学的または非幾何学的な形状であってもよい。キャビティー２６１２は、加圧チャンバ２６１０を機械加工すること、または、内部にキャビティー２６１２を有するように加圧チャンバ２６１０を成形することによって、形成される。代替的には、キャビティー２６１２は、当業者に公知の他の方法を用いて、形成されてもよい。ある例示的実施形態においては、キャビティー２６１２は、以下のことを保証するような方法で、形成される。すなわち、岩石試料２６８０がキャビティー２６５１２内に挿入される毎に、岩石試料２６８０が、同じ方法で適切に配列される。例えば、底部２６１４は、岩石試料２６８０を所望の位置に受容することができる形状を有するように形成されてもよい。例えば、ある例示的実施形態において、底部２６１４は、１以上の突部、および／または１以上の刻み目を含んでもよい。

岩石試料２６８０は、多孔質材料である。ある例示的実施形態によれば、岩石試料２６８０は、掘削孔（または裸孔）内から得られ、掘削孔内のある深さにおいて、所定の封圧で配置されている岩石の試料から形成される。岩石試料２６８０のいくつかの例は、非限定的ではあるが、石炭、チョーク、頁岩、石灰岩、砂岩、ガスまたはオイルを含む地層、および、公知である他の多孔質岩石を含む。岩石試料２６８０は、実質円柱状の形状であるが、例えば、実質立法形状のような他の幾何学的形状、または非幾何学的形状に成形されてもよい。岩石試料２６８０は、天面２６８２と、底面２６８４と、天面２６８２から底面２６８４まで延在する側壁部２６８６を有する。天面２６８２と底面２６８４は、互いに実質平行である。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、天面２６８２と底面２６８４は、互いに平行でなくてもよい。側壁部２６８６は、天面２６８２および底面２６８４の双方に、実質直交して延びている。しかしながら、ある例示的実施形態においては、側壁部２６８６は、天面２６８２および底面２６８４の少なくとも一方と、直交せずに延在してもよい。例示的実施形態によれば、側壁部２６８６は、円弧状である。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、側壁部２６８６のうちの、少なくともいくつかの部分は、１以上の平面（図示せず）を含んでもよい。この例示的実施形態においては、これら平面は、音響センサ２５７０を岩石試料２６８０に接続するのを容易とする。

また、岩石試料２６８０は、天面２６８２から底面２６８４まで延びる開口２６８１を有する。開口２６８１は、岩石試料２６８０の中心部に位置決めされ、該岩石試料２６８０を貫通している。しかしながら、他の例示的実施形態においては、開口２６８１は、岩石試料２６８０の中心部から外れた位置に位置決めされ、岩石試料２６８０を貫通してもよい。代替的な例示的実施形態においては、開口２６８１は、底面２６８４に向かって延びるが、該底面２６８４を貫通しない構成であってもよい。岩石試料２６８０は、底面２６８４が底部２６１４に隣接するように、キャビティー２６１２内に挿入される。ある例示的実施形態によれば、岩石試料２６８０は、キャビティー２６１２の実質中央部に、位置決めされている。しかしながら、他の例示的実施形態においては、岩石試料２６８０は、キャビティー２６１２の中央から外れた位置に、位置決めされてもよい。

音響センサ２５７０は、上記に説明したものであって、説明を簡潔とする観点から、詳細な説明を省略する。１以上の音響センサ２５７０が、岩石試料２６８０の側壁部２６８６に沿って位置決めされる。ある例示的実施形態によれば、１以上の音響センサ２５７０が、加圧チャンバ２６１０の側壁部２６１６の外側部に沿って位置決めされる。音響センサ２５７０は、岩石試料２６８０内で生成された弾性波信号を検知し、次いで、該弾性波信号を電圧信号に変更する。これにより、このデータを、記録し、その後に分析することができる。

ある例示的実施形態において、音響センサ２５７０は、アナログ／デジタル変換器２５９２を介して、データレコーダ２５９０と通信可能に接続される。これにより、岩石試料２６８０内で発生した弾性波に由来する電圧信号は、記録され、実質的に分析され得る。データレコーダ２５９０およびアナログ／デジタル変換器２５９２は、これら装置のそれぞれの構成も含めて、上記に説明したものであって、説明を簡潔とする観点から、詳細な説明を省略する。音響センサ２５７０が岩石試料２６８０上に設置される実施例においては、第１のケーブル２５９１が、加圧チャンバ２６１０の内部から、連結器２５９４を介して、加圧チャンバ２６１０の外側領域まで、配線される。なお、この構成についても、上記に説明したものであって、説明を簡潔にする観点から、詳細な説明を省略する。

図２６に示された例示的実施形態によれば、３つの音響センサ２５７０が、岩石試料２６８０に接続されている。しかしながら、音響センサ２５７０の数は、１つの音響センサ２５７０から、いずれの個数の音響センサ２５７０までの範囲であってもよい。音響センサ２５７０は、岩石試料２６８０の上（または、その内部）にて生じる、時間および空間に対する音響事象の強さを、検知することができる。これにより、音響事象の位置と、岩石試料２６８０内で亀裂が進行する方向とを、決定することができる。ある実施例によれば、少なくとも１以上の音響センサ２５７０が、側壁部２６８６に沿って、異なる縦方向高さに配置される。一実施例においては、３つの音響センサ２５７０が、側壁部２５８６に沿って異なる縦方向高さにおいて、岩石試料２６８０に接続される。第１の音響センサ２５７０は、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の強さを、第１の期間に検知するとともに、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の位置を、第１の軸（または、ｘ軸）に沿って決定する。第２の音響センサ２５７０は、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の強さを、第１の期間に検知するとともに、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の位置を、第２の軸（または、ｙ軸）に沿って決定する。第３の音響センサ２５７０は、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の強さを、第１の期間に検知するとともに、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の位置を、第３の軸（または、ｚ軸）に沿って決定する。音響センサ２５７０は、第２の期間、第３の期間、および、それ以降の期間においても、同じ分析を実行する。既知である、岩石試料２６８０内の音波速度を用いて、３つの音響センサ２５７０からのデータは、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の強さと、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の位置と、岩石試料２６８０内を進行する音響事象の方向とを決定するための情報を提供する。また、音響センサ２５７０が加圧チャンバの側壁部２６１６に沿って配置されている実施形態においては、第１の流体２６２１を伝搬する音波速度、および、各音響センサ２５７０と岩石試料の側壁部２６８６との間の距離が、決定に際して用いられる。より少数の音響センサ２５７０が用いられた場合、岩石試料２６８０内で音響事象が発生している位置を軸に沿って決定するための、１以上の軸が、失われることになる。音響センサ２５７０の各々は、ある軸を示している。３つ以上の音響センサ２５７０が用いられた場合、これらの計測によって、岩石試料２６８０内で発生した音響事象の位置を、より正確に確定することができる。３つの音響センサ２５７０からのデータは、音響事象の位置を三角測量するために用いられる。

カバー２６３０は、実質ディスク状であって、底面２６３４と、天面２６３６と、底部２６３４の周縁から天面２６３６まで延びる側壁部２６３８とを有する。ある例示的実施形態によれば、側壁部２６３８は、平坦である一方、他の例示的実施形態においては、側壁部２６３８は、平らでなくてもよい。底面２６３４は、加圧チャンバの側壁部２６１６の頂部内に挿入され、その領域で封止部を形成する。ある例示的実施形態によれば、天面２６３６の寸法は、底面２６３４と同じとなるように設定される。その一方で、他の例示的実施形態においては、天面２６３６の寸法は、底面２６３４よりも小さく、または大きくなるように、設定されてもよい。ある例示的実施形態によれば、側壁部２６３８の少なくとも底部は、螺子部２６１７と螺合する螺子部２６３９を含む。他の例示的実施形態においては、側壁部２６３８の全体が、螺子部２６３９を含む。螺子部２６３９は、例示的実施形態において、側壁部２６１６の頂部を、カバー２６３０に対して密閉可能に連結するために用いられている。しかしながら、例えば、ファスナや溶接のような、当業者に公知の他の方法を用いてもよい。カバー２６３０は、鉄から作製される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、カバー２６３０は、いずれの金属、合金、ポリマー、木材、または、少なくとも第２の圧力（Ｐ_０）２６２７に耐えることができる、他の適当な材料を用いて、作製される。なお、第２の圧力（Ｐ_０）２６２７については、後述する。

カバー２６３０は、該カバー２６３０を貫通する開口２６３２を含む。開口２６３２は、カバー２６３０の実質中心部に位置決めされており、開口２６８１と同じ直径または形状となるように、形成されている。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、開口２６３２は、開口２６８１と異なる直径および／または形状であってもよい。例示的実施形態によれば、開口２６３２の少なくとも一部は、開口２６８１の少なくとも一部と、垂直方向に整列している。

第１の封止部２６３１は、開口２６３２の周縁部に配置されており、開口２６３２および開口２６８１の周りにおいて、カバー２６３０と岩石試料２６８０との間の圧力封止を提供する。これにより、第２の流体２６２６が、開口２６８１と開口２６３２との間の接合部から漏出してしまうことを防止する。第１の封止部２６３１は、開口２６３２と同様の形状に成形される。第２の封止部２６３３は、岩石試料２６８０の天面２６８２と接触する、底面２６３４上の位置に、位置決めされる。ある例示的実施形態においては、第２の封止部２６３３は、岩石試料２６８０の天面２６８２の周縁と接触する、底面２６３４上の位置に、位置決めされる。第２の封止部２６３３は、実質的に、岩石試料２６８０の天面２６８２の周縁において、カバー２６３０と岩石試料２６８０との間の圧力封止を提供する。これにより、第１の流体２６２１が、カバー２６３０と、岩石試料２６８０の天面２６８２の周縁との間の接合部から漏出してしまうことを防止する。第３の封止部２６３５は、カバー２６３０の底面２６３４の周縁に位置決めされている。第３の封止部２６３５は、カバー２６３０と、加圧チャンバ２６１０の側壁部２６１６との間の圧力封止を提供する。これにより、第１の流体２６２１が、カバー２６３０と加圧チャンバ２６１０の側壁部２６１６との間の接合部から漏出してしまうことを防止する。封止部２６３１、２６３３、および２６３５は、ゴム製のガスケット、または当業者に公知である他の適当な材料のいずれであってもよい。一旦、カバー２６３０の底部が、加圧チャンバ２６１０内に適切に挿入されると、第１の封止部２６３１および第２の封止部２６３３が、岩石試料２６８０の天面２６８２と当接する。岩石試料２６８０を環囲する、キャビティー２６１２内の圧力は、第１の圧力（Ｐ_１）２６２２である。この第１の圧力２６２２は、試験中において、開口２６３２および２６８１内の第２の圧力２５２７と異なり得る。なお、第２の圧力２５２７については、後述する。第１の圧力２６２２および第２の圧力２５２７の各々は、可変である。このように、試験中においては、岩石試料２６８０の一部は、第１の圧力２６２２に曝される一方、岩石試料２６８０の他の部分は、第２の圧力２６２７に曝される。

キャビティー２６１２内には、岩石試料２６８０を環囲するように、第１の流体２６２１が配置されている。キャビティー２６１２のこの部分は、第１のチャンバ２６２０として言及され得る。ある例示的実施形態においては、第１の流体２６２１は、第１のチャンバ２６２０を満たしている。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第１の流体２６２１は、第１のチャンバ２６２０の一部を満たしてもよい。第１の流体２６２１は、水である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、同様の特性を有する他のタイプの流体を、第１の流体２６２１として用いてもよい。ある例示的実施形態においては、第１の流体２６２１は、砂粒子、または他の同様のタイプの粒子を含む。

第２の流体２６２６は、開口２６８１内に注入され、該開口２６８１を満たす。ある例示的実施形態によれば、第２の流体２６２６は、開口２６３２および開口２６８１内にポンプで注入される。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第２の流体の圧力は、他の公知の方法を用いて、もたらされる。このような他の方法としては、開口２６３２および２６８１と流体的に接続された、第２の流体の容器と、上述した第２の障壁２５４０に類似する、容器内の可動板（図示せず）に力を負荷するピストン（図示せず）とを備える方法が挙げられる。開口２６８１は、第２のチャンバとして言及され得る。第２の流体２６２６は、水である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、同様の特性を有する他のタイプの流体を、第２の流体２６２６として用いてもよい。ある例示的実施形態においては、第２の流体２６２６は、砂粒子、または他の同様のタイプの粒子を含む。ある例示的実施形態によれば、第２の流体２６２６は、第１の流体２６２１と同じである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第２の流体２６２６は、第１の流体２６２１と異なって（しかしながら、類似の特性を有して）もよい。第２のチャンバ２６８１内の第２の圧力２６２７が、第１のチャンバ２６２０内の第１の圧力２６２２を超えて上昇すると、第２の流体２６２６は、第２のチャンバ２６８１から、岩石試料２６８０内に流入する。そして、第２の流体２６２６は、岩石試料２６８０から流出し、第１のチャンバ２６２０内へと流れ込む。第２の圧力２６２７が上昇するにつれて、音響事象（または、亀裂）が、岩石試料２６８０内で形成される。砂粒子が第２の流体２６２６内に含まれている、ある例示的実施形態においては、この砂粒子は、岩石試料２６８０内にて形成された亀裂内に入り込む。そして、これら砂粒子は、亀裂内に埋め込まれ、第２の圧力２６２７が減圧されたときに、亀裂が閉じてしまうのを防止する。

第２の圧力２６２７が上昇し、第２の流体２６２６が岩石試料２６８０を通って第１のチャンバ２６２０内に流入するにつれて、第１の圧力２６２２は、上昇する。第１の圧力２６２２を一定（または、実質一定）の圧力に維持するために、排出パイプ２５９５が、第１のチャンバ２６２０の内部に連結されている。これにより、第１のチャンバ２６２０内に存在する第１の流体２６２１および／または第２の流体２６２６が、側壁部２６１６を通って、第１のチャンバ２６２０から流出することが可能となる。排出パイプ２５９５は、金属、合金、ポリマー、または、第１の圧力２６２２に耐えることができる、他の適当な材料を用いて、作製される。ある例示的実施形態においては、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、排出パイプ２５９５に沿った位置に設置され、試験プロセス中に、第１の圧力２６２２を実質一定の圧力に維持するために、自動または手動で、開閉するように構成される。代替的な例示的実施形態においては、排出パイプ２５９５は、底部２６１４を通って、第１のチャンバ２６２０の内部に連結される。

音響放射試験システム２６００の動作について、図２６を参照して説明する。一旦、音響放射試験システム２６００が、上述の説明に従って構成されると、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、第１のチャンバ２６２０内の圧力を、第１の圧力２６２２に維持するように設定される。第１の圧力２６２２は、岩石封圧となるように決定される。なお、この岩石封圧とは、岩石試料２６８０が掘削孔内にある間に曝された圧力である。第２の流体２６２６は、第２のチャンバ２６８１内に、第２の圧力２６２７で圧入される。この第２の圧力２６２７は、岩石試料２６８０に、内部から力を負荷する。第２の圧力２６２７は、第１の圧力２６２２を上回る圧力値まで上昇し、音響事象（または、亀裂）が、岩石試料２６８０上（または、その内部）で発生するように増加される。第２の圧力２６２７は、圧力閾値に達するまで連続的に増加される。ここで、この圧力閾値は、岩石試料２６８０内で広範囲に音響事象が発生する圧力の閾値を示す。一旦、第２の圧力２６２７が第１の圧力２６２２を上回ると、第２の流体２６２６は、多孔質の岩石試料２６８０を通過して、第１のチャンバ２６２０内に流入する。第１の圧力２６２２は、典型的には、第１のチャンバ２６２０内に流入した第２の流体２６２６によって上昇する。しかしながら、排出パイプ圧力制御バルブ２５９７は、第１の圧力２６２２を実質一定の圧力に維持しており、第１の流体２６２１、および／または、第１のチャンバ２６２０に流入した第２の流体２６２６が、排出パイプ２５９５を通って、第１のチャンバ２６２０から流出することを可能とする。到達した本圧力閾値は、岩石を、その封圧下で破壊するために掘削孔内で発生されるべき圧力である。試験工程の間、音響事象は、上述の説明に従って計測される。また、音響事象の位置は、本開示の利益を享受する当業者によって判断可能である。さらに、音響事象が進行する方向も、本開示の利益を享受する当業者によって判断可能である。音響センサ２５７０は、第２の圧力２６２７が上昇したときに、データを取得する。また、ある例示的実施形態においては、音響センサ２５７０は、第２の圧力２６２７が、圧力閾値に達した後に減圧されたときにもデータを取得する。図示されてはいないが、第１の圧力２６２２および第２の圧力２６２７は、監視されている。ある例示的実施形態によれば、第２の圧力２６２７が記録される。

図２７は、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験方法２７００を示す。音響放射試験方法２７００は、特定の順序で進行する１以上のステップを示しているが、他の例示的実施形態によれば、１以上のステップは、異なる順序で進行してもよい。また、ある例示的実施形態においては、１以上のステップが、より少ないステップに組み込まれる一方で、ある例示的実施形態においては、１以上のステップが、より多数のステップに拡張されてもよい。したがって、図示されたステップの順序、およびステップの数は、これに限定するものとして解釈されるべきではない。

音響放射試験方法２７００は、ステップ２７１０を備え、このステップ２７１０において、岩石試料が、掘削孔から所定の深さにおいて取得され、掘削孔内で岩石試料上に負荷された岩石封圧が、観測される。ある例示的実施形態によれば、岩石試料は、現在掘削されている掘削孔から取得される。他の例示的実施形態においては、岩石試料は、掘削予定地の近傍の掘削孔から、取得される。また、方法２７００は、ステップ２７１５を備え、このステップ２７１５において、岩石試料は、加圧チャンバ内に挿入可能となるように、準備される。岩石試料は、加圧チャンバ内に挿入可能となるように、所望の形状に形成される。岩石試料が準備されると、本方法は、ステップ２７２０へ進む。このステップ２７２０において、準備された岩石試料は、加圧チャンバ内に適切に配置される。その結果、岩石試料の第１の部分を、第１のチャンバに第１の圧力で暴露可能となり、且つ、岩石試料の第２の部分を、第２のチャンバに第２の圧力で暴露可能となる。ある例示的実施形態によれば、上記第１の部分は、岩石試料の側壁部の少なくとも一部を含み、上記第２の部分は、岩石試料の天面を含む。他の例示的実施形態によれば、第１の部分は、岩石試料の天面を含み、第２の部分は、岩石試料の側壁部の少なくとも一部を含んでもよい。さらに他の例示的実施形態によれば、第１の部分は、岩石試料の外側部（例えば、側壁部の外面）を含み、第２の部分は、岩石試料の内側部を含んでもよい。代替的な例示的実施形態においては、第１の部分は、岩石試料の内側部を含み、第２の部分は、外側部（例えば、側壁部の外面）を含んでもよい。

また、方法２７００は、ステップ２７２５を備え、このステップ２７２５において、１以上の音響センサが岩石試料と通信可能に接続される。ある例示的実施形態によれば、３つの音響センサが、岩石試料の表面に、以下の方法で接続される。すなわち、音響センサの各々が、互いに異なる縦方向高さの位置に、位置決めされる。３つの音響センサが岩石試料に接続されているが、他の例示的実施形態においては、それ以上、またはそれ以下の数の音響センサが用いられてもよい。また、各音響センサは、互いに異なる縦方向高さの位置に位置決めされているが、他の例示的実施形態においては、少なくとも１つの音響センサは、他の音響センサと実質同じ縦方向高さに、配置されてもよい。さらに、音響センサは、岩石試料の表面に接続されているが、他の例示的実施形態においては、１以上の音響センサは、加圧チャンバに接続されてもよい。

また、方法２７００は、ステップ２７３０を備え、このステップ２７３０において、第１のチャンバ内の第１の圧力が、（実質的に）岩石封圧まで加圧される。この岩石封圧は、掘削孔内にある間に岩石試料が曝された圧力である。ある例示的実施形態によれば、第１のチャンバ内に配置された第１の流体は、岩石試料の第１の部分上に、第１の圧力を負荷する。また、方法２７００は、ステップ２７３５を備え、このステップ２７３５において、第２のチャンバ内の第２の圧力が、圧力閾値まで加圧される。その間に、岩石試料内で発生した音響事象が、時間と空間に亘って記録される。ある例示的実施形態によれば、第２の流体は、第１の流体と同じまたは類似であり、第２のチャンバ内に配置され、岩石試料の第２の部分上に、第２の圧力を負荷する。圧力閾値は、音響事象が、岩石試料上（（または、その内部）にて迅速且つ広範囲に発生する圧力である。

また、方法２７００は、ステップ２７４０を備える。ステップ２７４０において、時間および空間に亘って発生した破壊事象が、分析される。ある例示的実施形態によれば、この分析は、上述したプロセスを含む。ある例示的実施形態によれば、１以上の破壊事象（または、音響事象）の強さが、決定される。また、ある例示的実施形態によれば、岩石試料内で発生した１以上の破壊事象（または、音響事象）の位置が、決定される。また、ある例示的実施形態によれば、１以上の破壊事象（または、音響事象）が進行する方向が、決定される。ステップ２７４０の後に、方法２７００は、ステップ２７４５へ進む。ステップ２７４５において、高圧力の下方孔破壊プログラムの少なくとも１つのパラメータ、または、試料化された地層を対象とした下方孔掘削プログラムの少なくとも１つのパラメータが、破壊事象の分析に基づいて、決定される。例えば、分析に基づいて、適切な破壊プログラムを生成するために、掘削孔内においてビットによって岩石上に負荷する必要がある圧力は、圧力閾値である。この圧力閾値は、実質的な岩石破壊が生じたときの第２の圧力である。他の実施例においては、重量ビット（ｗｅｉｇｈｔ−ｏｎ ｂｉｔ）は、掘削孔内でビットが岩石上に負荷すべき圧力を知ることから、計算することができる。

各例示的実施形態の詳細について説明してきた。しかしながら、一実施形態に適用可能な特徴および修正のいずれも、他の実施形態にも適用可能であるものと解釈すべきである。さらに、本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの記載は、限定的な意義に解釈することを意図したものではない。開示された実施形態の種々の修正や、本発明の代替的な実施形態が、例示的実施形態の説明を参照して、当業者に明らかとなるであろう。開示された概念および特定の実施形態は、本発明の同様の目的を実現するための他の構造または方法を修正または設計するための基本として、容易に実用化され得るものであることは、当業者に理解されるべきである。また、このような同等の構造は、添付の特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲および概念を逸脱するものではないことが、当業者によって理解されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲に属する、このような修正または実施形態のいずれも包含するものであることが、考慮されるべきである。

Claims (32)

1. 側壁と、第１の圧力まで加圧可能な第１のチャンバと、第２の圧力まで加圧可能な第２のチャンバと、を有する加圧チャンバと、
   前記加圧チャンバ内の第１のチャンバと第２のチャンバの間に位置決めされる第１の障壁であって、該第１の障壁を貫通する開口を有している第１の障壁と、
   前記第１の圧力に曝される第１の部分と、前記第２の圧力に曝される第２の部分と、を有し、前記加圧チャンバ内に前記第１の障壁の開口を通って位置決めされる岩石試料と、
   前記岩石試料と通信可能に接続される１以上の音響センサと、
   前記第１の障壁内の前記開口内に位置決めされる第１の封止部であって、前記岩石試料を密閉可能に受容する第１の封止部と、を備え、
   前記第２の圧力は、圧力閾値まで所定の増加率で加圧され、所定の期間だけ該圧力閾値に保持され、所定の減少率で減圧され、
   前記音響センサは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象を検知する、音響放射試験装置。
2. 前記第１の圧力は、実質的に岩石封圧に維持される、請求項１に記載の音響放射試験装置。
3. 前記音響センサは、前記岩石試料に接続される、請求項１に記載の音響放射試験装置。
4. 前記第１のチャンバ内に配置された第１の流体と、
   前記第２のチャンバ内に配置された第２の流体と、をさらに備え、
   前記第２の流体の少なくとも一部は、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも高くなったときに、前記第２のチャンバから、前記岩石試料を通って、前記第１のチャンバ内へと流れる、請求項１に記載の音響放射試験装置。
5. 前記第１のチャンバ内から前記加圧チャンバの外部位置へと延びる排出パイプをさらに備え、
   前記排出パイプは、前記第１の圧力を一定に維持するために用いることができる、請求項４に記載の音響放射試験装置。
6. 前記排出パイプの長さ方向に沿って位置決めされたバルブをさらに備え、
   前記第２の流体が前記第１のチャンバ内に流入した場合、前記バルブを開放することによって、前記第１の圧力を減圧することができ、
   前記第２の流体が前記第１のチャンバ内に流入した場合、前記バルブを閉鎖することによって、前記第１の圧力を加圧することができる、請求項５に記載の音響放射試験装置。
7. 前記バルブは、前記第１の圧力を実質一定に維持するように、自動的に制御される、請求項６に記載の音響放射試験装置。
8. 前記岩石試料は、多孔質である、請求項１に記載の音響放射試験装置。
9. 前記第１の障壁の外縁は、前記加圧チャンバの側壁部に固定され、
   前記加圧チャンバ内に位置決めされる第２の障壁を備えていて、前記第２の障壁の周縁は、第２の封止部によって環囲され、前記第２の封止部は、前記加圧チャンバの側壁部に、密閉可能且つ可動に連結され、
   前記第１の障壁に対して前記第２の障壁を移動させるために、該第２の障壁上に負荷することが可能な力を備えていて、
   前記第２の障壁が、前記第１の障壁に近づくように移動するにつれて、前記第２の圧力が上昇する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
10. 前記第１の障壁は、前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバの一部を形成し、
    前記第２の障壁は、前記第２のチャンバの一部を形成する、請求項９に記載の音響放射試験装置。
11. 少なくとも１以上の前記音響センサは、互いに異なる高さに位置決めされる、請求項１に記載の音響放射試験装置。
12. 前記音響センサは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象の強さを決定するための情報を提供する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
13. 前記音響センサは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象の空間的位置を決定するための情報を提供する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
14. 前記音響センサは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象が進行する方向を決定するための情報を提供する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
15. 第１の圧力まで加圧可能な第１のチャンバを具備する加圧チャンバと、
    岩石試料であって、第１の開口を貫通形成して第２のチャンバが形成され、前記加圧チャンバ内に位置決めされ、前記第２のチャンバは第２の圧力まで加圧可能で、前記第１の圧力に曝される第１の部分と、前記第２の圧力に曝される第２の部分と、を含む、岩石試料と、
    前記岩石試料と通信可能に接続される１以上の音響センサと、を有する音響放射試験装置と、
    前記音響放射試験装置と通信可能に接続され、該音響放射試験装置からデータを受信するデータレコーダと、を備え、
    前記第２の圧力は、圧力閾値まで所定の増加率で加圧され、所定の期間だけ該圧力閾値に保持され、所定の減少率で減圧され、
    前記音響センサは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象を検知する、音響放射試験システム。
16. 前記第１の圧力は、実質的に岩石封圧に維持される、請求項１５に記載の音響放射試験システム。
17. 前記音響センサは、前記岩石試料に接続される、請求項１５に記載の音響放射試験システム。
18. 前記第１のチャンバ内に配置された第１の流体と、
    前記第２のチャンバ内に配置された第２の流体と、をさらに備え、
    前記第２の流体の少なくとも一部は、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも高くなったときに、前記第２のチャンバから、前記岩石試料を通って、前記第１のチャンバ内へと流れる、請求項１５に記載の音響放射試験システム。
19. 前記音響放射試験装置は、前記加圧チャンバの頂部と、前記岩石試料の天面とに密閉可能に連結されるカバーをさらに備え、
    前記カバーは、該カバーを貫通する第１の開口を形成し、
    前記第２の開口の少なくとも一部は、前記第１の開口の少なくとも一部と垂直方向に整列し、これにより前記第１の開口と前記第２の開口とが流体的に接続され、
    前記第１のチャンバは、前記岩石試料の側壁部を環囲する、請求項１５に記載の音響放射試験システム。
20. 少なくとも１以上の前記音響センサは、互いに異なる高さに位置決めされる、請求項１５に記載の音響放射試験システム。
21. 前記音響センサは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象の強さ、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象の空間的位置、および、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象が進行する方向のうちの少なくとも１つを決定するための情報を提供する、請求項１５に記載の音響放射試験システム。
22. 岩石試料を試験するための方法であって、
    岩石試料を取得するステップと、
    第１のチャンバおよび第２のチャンバを有する加圧チャンバを準備するステップと、
    前記加圧チャンバの前記第１のチャンバおよび第２のチャンバの間に第１の障壁を設置するステップであって、第１の障壁の外周が加圧チャンバの側壁に固定連結され、第１の封止部が前記第１の障壁の開口内に位置決めされている、ステップと、
    前記岩石試料を準備し、該岩石試料の第１の部分が前記第１のチャンバの開口を通って延伸して、前記第１のチャンバに曝されるとともに、該岩石試料の第２の部分が前記第２のチャンバに曝されるように、該岩石試料を前記加圧チャンバ内に設置するステップと、
    前記加圧チャンバ内に第２の障壁を配置し、前記第２のチャンバの周囲を第２の封止部で覆い、前記第２の封止部は密封可能かつ移動可能に前記加圧チャンバの側壁に連結されるステップと、
    少なくとも１つの音響センサを、前記岩石試料と通信可能に接続するステップと、
    前記第２の障壁を前記第１の障壁に近づくように強制的に移動して前記第１のチャンバを、第１の圧力まで加圧するステップと、
    前記第２のチャンバを、前記第１の圧力よりも高い圧力閾値まで加圧するステップと、
    前記第２のチャンバが加圧されている間に、前記岩石試料内で発生した音響事象を記録するステップと、
    記録された音響事象を分析するステップと、を備える、方法。
23. 前記岩石試料は、掘削孔内から取得され、掘削孔内にある間は岩石封圧に曝されている、請求項２２に記載の方法。
24. 前記第１の圧力は、前記岩石封圧と略同じである、請求項２３に記載の方法。
25. 前記音響センサの少なくとも１つは、前記岩石試料に接続される、請求項２３に記載の方法。
26. 前記第１チャンバ内に第１の流体を配置し、且つ、前記第２チャンバ内に第２の流体を配置するステップをさらに備え、
    前記第２の流体の少なくとも一部は、第２の圧力が前記第１の圧力よりも高くなったときに、前記第２のチャンバから、前記岩石試料を通って、前記第１のチャンバ内へと流れる、請求項２３に記載の方法。
27. 前記第１の圧力は、実質一定に維持される、請求項２２に記載の方法。
28. 前記音響センサから提供された情報に基づいて、高圧力の下方孔破壊プログラムの少なくとも１つのパラメータを規定するステップをさらに備える、請求項２２に記載の方法。
29. 前記音響センサから提供された情報に基づいて、所定の地層を対象とした、高圧力の下方孔破壊プログラムの少なくとも１つのパラメータを規定するステップをさらに備え、
    前記岩石試料は、前記地層から取得される、請求項２２に記載の方法。
30. 前記記録された音響事象を分析するステップは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象の強さを決定することを含む、請求項２２に記載の方法。
31. 前記記録された音響事象を分析するステップは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象の空間的位置を決定することを含む、請求項２２に記載の方法。
32. 前記記録された音響事象を分析するステップは、前記岩石試料内で発生した１以上の音響事象が進行する方向を決定することを含む、請求項２２に記載の方法。

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