JPS60242384A - 水中振動発生源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は水域下の石油を探索する際に地震信号を発生す
るために用いられるコンパクトな整調可能振動発生装置
に関する。特に、本発明は、非常に大きい単一プレート
を使わずに、高度な全体的振動波及区域をもたらす複数
の音響波及プレートを有する振動発生装置に関する。振
動装置の出力機械インピーダンスは整調できるので装置
の変換器にもたらされたエネルギが高い割合で水中の振
動エネルギに換えられるのである。振動装置は望ましく
は、１０ヘルツから１００ヘルツの間で少くとも１部の
スペクトルを通す周波数変調信号を出すタイプのもので
ある。

発明の背景、従来の技術： 絶えず困難な石油の探索で、少し前までは多く′の人々
によって経済的に実行可能な価格で石油を生産すること
はできないと考えられていた区域での開発となっていっ
た。石油の相対的な国内での欠乏と結びついた石油価格
上昇で、多数の沖合区域での生産と同様、アラスカや北
海での生産に関連した費用がどうにかでるようになった
。

海中の石油を試掘するのに用いられる多くの方法のうち
で、いくつかは曳航可能な海中振動発生装置を使用した
ものが広く受け入れられてきた。

石油を探索するために海中振動装置を使用する際の操作
原理は非常に簡単である。振動信号が水域内に導入され
る。その波動が水を通って下降し、水底との境界面を横
切りそして水底下の地層内へと伝わる。その結果性じる
エコーが、水の表面近くに配置した水中聴音器のアレイ
に、同じ通りみちを通って戻っである程度反響する。水
中聴音器によって出された信号の分析することによって
、水底下の地層の構造やこれら地層中に付随する石油堆
積物に関係する情報を得ることができるのである。

本文で使用している「水」という語は湿地、泥沼地、泥
地の水、海水、その他本発明の操作が可能となるに充分
な水を含む液体をも包含して、意味するものである。

振動パルスをつくり出す方法はいろいろとある。

例えば、最も所期試みたものは、固体の爆薬の使用を伴
うものであった。この方法は、強ツノな低周波数信号を
つくり出しこの信号が、従って、水底下の地層内へと実
質的な浸透を成し、そして強力なリターンエコーを得る
のである。しかしながら、固体爆薬はそれ自体に成る欠
点をもっている。すなわち、それらは貯蔵、取扱いおよ
び使用する際に危険である。公海で仕掛けると、それら
は海の生物を殺してしまう。港など混みあった地域では
それらは全く使用できない。固体爆薬は、その他のほと
んどの音響発生源装置よりも、１つのパーショート（ａ
　ｐｅｒ−ｓｈｏｔ）に基づき使用するのにより費用が
かかる大きさの等級がある。丁度良い周波数のスペクト
ル分布を得るため用法注意を加減することが最も困難で
ある。

パルスすなわち衝撃波の形状で振動信号をつくり出すた
め、例えばプロパンと酸素などの爆発性気体混合物を使
用する装置は、広く受け入れられてきた。爆発性気体銃
のうち２つの主なタイプのものは、先ず１つは水と接触
している柔軟性の膜の背後で気体混合物を爆発させるこ
とによって操作するもの、そして第２のものは、気体爆
発から瞬間的に出た泡を水中に直接に通過させることに
よって操作するもの、である。前者の装置の例は米国特
許第３，６５８，１４９号にみられ、後者の装置の例は
米国特許第４，１９３，４７２号にみられる。

その他、振動パルスを発生するため高圧の圧縮ガスを使
用する装置もまた業界に広く受け入れられている。これ
らの装置は、すなわち、銃は、ある予めセットしたレベ
ルを得るため圧縮されている気体保持室を主に用いてお
り、そして圧縮されたガスを銃から周囲の水中へと爆発
的に出して点火される。開口圧縮ガス銃の例はケルミン
スキーの米国特許第３，６５３．４６０号およびヘアー
ドの米国特許第４，１４１，４３１号にみられる。

本発明装置は、何秒間にわたって続く「チュー」（ｃｈ
ｉｒｐ）かなり瞬間的な低出力および低周波数（１０−
１００Ｈｚ）信号を発生する類の１つである。伝達され
た信号は望ましくは低周波数であって、反射した波動に
おける付随損失を減少する。

短期間のパルスを出し、そしてそれによっである丁度の
決定点で個々のエコーをもたらすような前述した装置と
はちがって、ぢゆう装置は、ある予めセントした方法で
伝達信号の周波数をしばしば変えるので、反射した信号
のユニークな周波数が、伝達信号での同じ周波数のもの
と時間関数として相互に関連す゛ることができるように
なっている。

受信信号すなわち「トレースＪ　（ｔｒａｃｅ）の収集
は数学的に処理されて地下地図をつくり出すのである。

海中振動装置における変換器は主に水と接触している音
響ピストンすなわちプレートであって、望みの周波数で
変調される流体圧作動器によって駆動される。そのよう
な装置の一例はミフサドの米国特許第４，２１１，３０
１号にみられる。この特許は、最大出力のソースを絶え
ず調整する方法を論じてはいないし、また振動波をつく
り出すため調和して動作する複数の同時操作プレートを
使用することを示唆もしていない。

海中の音波内に導入され得るエネルギの量には限界があ
る。その量は、なかんずく、変換器の大きさ、振動の幅
、発生源装置の設置の深さ、水の温度や水の塩度、そし
て送信機の周波数によるのである。この誘導エネルギの
限界量が過剰であると、発生源装置に空洞ができ、そし
て鮮明な音響信号より気体の泡をつくり出す。それにも
かかわらず、音響信号の強さは増大されてできるだけ強
いエコーを得るようになる。本文に記載した発明は、出
力インピーダンスを調整することによってそのような海
中振動発生源装置の効率を最大限にするのに通した装置
を扱かうもので、そのため入力パワーのより高い割合が
音響エネルギを放射するのに使用されるようになってい
る。

その他海中振動発生源装置では空洞現象を防ぐようにし
ているものが周知である。グラハムほかによる米国特許
第３，６９Ｌ５１６号の明細書には装置の対向端部に配
置した一対の音響ピストンを有する装置の記載がある。

音響ピストンは、一対の体積可変室によって振動源装置
の中央から外方へと保持されている。体積可変室内の圧
力は反復しながら下降へと変化し、そして所期の値に戻
る。

この圧力の急激な減少によってピストンはパルスを出し
ながら内方へと移動させられる。ピストン棒ヲ介してピ
ストンに取付けられた流体圧シリンダは次いで、ピスト
ンを最初の延長した位置に戻すようにする。ピストンの
加速割合はフィードハックループを使って調節されて、
そのためピストンは空洞の臨界によって限定される出来
る限り最大の音響出力パワーをつくり出すのである。加
速割合は前述の流体圧力シリンダ内に導入される流体の
圧力調節で変化する。装置の周波数は、ピストン反復流
体圧シリンダと連携して作動する。支柱ビーム機構によ
って変化する。

グラハムほかによる装置は、ピストンの特定周囲流体に
おける音響ピストンの物理的寸法で成しとげられる最大
パワーを有するパルスをつくり出す。この装置は望まし
くは空洞臨界のすぐ下側で作動する。この装置はその出
力インピーダンスを変化させなくて、本発明の装置を使
うある特定の得られるパワー人力で出力を最大にする。

その他、最大出力で発生源装置を調整することを示唆し
ている海中振動発生源装置は、次のようなものに代表さ
れる。ずなわち、Ｗｉｓｏｔｓｋｙの米国特許第３，３
４９，３６７号、ディツキ−ほかによる米国特許第３，
３９２，３６９号、ワーレンによる米国特許第４，０３
０，０６３号、ピソヶンズの米国特許第４，１４２，１
７１号。しかしながら、これらの特許の各々は単一の周
波数発生源装置にかかわるものである。

発明の構成： 本発明の海中振動発生装置は、支持フレームの対向端部
に取付けられ、また平衡両頭のプンシュプル式流体圧駆
動シリンダによって駆動される、複数の放射プレートを
有する。この発生装置は、望ましくは駆動シリンダ内に
導入された水圧液体の変調によって低周波数スペクトル
を介して線状に描かれる周波数変調信号をつくり出す。

一群の放射プレートの機械インピーダンスは、さまざま
なばね率のばねをさまざまな放射プレートに取付けて用
いることによってスウィービング周波数で絶えず変化さ
れる。このように有効ばね率を変えると、放射プレート
の出力インピーダンスを主に反射抵抗から成るものに変
えることによって装置の効率を最大限にするのである。

実施例： 以下本発明９好適な実施例を図面にもとづき詳細に説明
する。

本明細書に記載の装置は、約１０Ｈｚと約１００Ｈｚと
の間に少くとも１部の周波数範囲を描く常に変化するＦ
Ｍ信号を出すように設計された装置である。本発明の発
生源装置は、装置が作動するにつれ動いている振動器の
背後で曳かれるようになっている。主に一千個以上の水
中聴音器を包含するストリーマ−ケーブルもまた振動器
の背後に曳かれていて、例えば水底の地層から戻ってく
るエコー振動信号をピックアップする。ともかく、第１
図に示したような振動発生源装置は、所望の周波数で振
動する水圧作動器と連関して動作する多数のかなり剛性
のラジェータを使用する。周波数が変わる手段は技術の
問題である。主に、周波数変化率は時間と比例すること
になろう。しかしながら、その割合は比例しないし、範
囲も連続しない。例えば、水の底と表面との間の距離が
、−掃した範囲内のある波長の何倍も増大していれば、
その波長と関連した周波数は一掃した範囲からとり除い
てもよい。周波数は時間とともに上昇したり、時間とと
もに下降したりすることができる。

本装置をもっとより効果的に操作し、構成するために複
数の放射プレートが使用される。振動発生源装置の放射
パワーは反射プレート全体の面積に比例する。適格な振
動エネルギを放射するためには、有効放射パワーが大で
あることが重要である。単一のより大きいプレートに顧
るよりも、単一のシャフト上に多数の小さい放射プレー
トを一緒にすることによって、振動装置の断面が非常に
減少できる。明らかに、より小さい断面を存する振動装
置の方が水中を曳きやすい。小さいプレートの方がしっ
かりと構成しやすくそして結果として大きい方のプレー
トよりも長持ちする。

第１図に示した本発明装置は、多数の放射プレート１０
を使用する。第１図に示す装置の左側にある３つの放射
プレートは、駆動棒１２Ｇこ一緒に集められていて、そ
れらプレートは装置の中央がら同時に出たり入ったりし
て動く。駆動棒１２は第１図の右端により明白にみられ
る。駆動棒はハックプレート１４の各々を通過する。第
１図の右側においてハックプレート１４に逃げ穴１６が
ある。放射プレートは一組の弾性へローすなわち空気ば
ね１８を介してバンクプレートに取付けられている。バ
ンクプレート１４は主に、−緒に結合され、フレーム棒
２０によって互いにある定まった距離で適所に保持され
る。２つの最も内側にあるバンクプレート１４はまたハ
ウジング２２に接合されている。ハウジング２２は、左
側と右側の放射プレート群を両方とも同時に反対方向に
駆動するのに必要な水力機械を包含する。口火２４は振
動船から装置を曳（のに使用される。

放射プレートの背面組合せ駆動機構はハウジング２２に
おける力を最小にする。放射プレートの同時の外方への
動きによってハウジング２２をほとんど静止状態にとど
めるようにすることができる。サーボ弁、流体圧駆動シ
リンダ、およびその他適宜の内蔵設備は従って加速力に
何ら害とはならない。

第２図は第１図に示した装置の半分を切欠いて描いであ
る。３つの放射プレート１０、バンクプレート１４およ
び駆動棒１２がそれには示されている。注目すべきこと
は、駆動棒１２が放射プレート１０の各々に取付けられ
ていることである。

円形放射プレートにおける放射負荷量は半径の３乗に比
例する。多数の反射プレートを使用することによって、
装置は大きい単一プレートと同じ有効放射区域を有し、
しかも全体的な負荷量は少ないのである。フレーム棒２
０はバンクプレート１４の各々に付随している。取付穴
２４をもったハウジング２２はその隣接したバックプレ
ート１４にしっかりと接続されている。空気ぼね１８は
、放射プレート１０とバックプレート１４との間から水
を入れないようにしている密封体の一方の側を形成する
。内側のへロー２６はバンクプレート４と駆動棒１２と
の間の密封体を形成して、水流が逃げ穴１６を通り放射
プレー１−１０とハックプレート１４との間の体積内に
入らないようにしている。二重作動流体圧シリンダ２８
がそれに付随した二方向ピストン３０を伴ないハウジン
グ２２内に示されている。この配置では、ピストン３ｏ
は駆動棒１２の１部として示されている。もちろんより
一般的には流体圧ピストン２は駆動棒がら着脱自在であ
る。またハウジング２２内にばばね３２が示されている
。このばねは、駆動装置のシリンダ２８と駆動棒Ｉ２と
の間に取付けられて、全体的な音響放射負荷を調整し、
またピストン３ｏを平衡位置に戻す助けをする。第１図
から明らかなように、第２図に示した部分の面対称体は
第１図の左側にあるものである。

第３図は、放射プレート１０ａを駆動棒に連結している
また別の装置を部分断面図で示す。この部分は、第２図
に示した配置に非常に似ているがちがうところは、放射
プレートｌＯａはその他の図で示した堅固なジヨイント
の代りにばね３４を介して駆動棒１２に接続されている
ことである。

補助ベロー３６はまた放射プレートｌＯａとバックプレ
ート１４との間の体積に水が入らないようにし、そして
放射プレート１０ａを駆動するのに使用される。ベロー
３６は、ばね３４の外側に交互に配置れれてばねを水分
の多い環境から防禦している。この変形例は次のように
操作する。流体圧シリンダが駆動棒１２を右に移動する
。この動作によってばね３４とベロー３６が伸びる一方
でベロー２６を圧縮する。バックアッププレート１４は
静止したままになる。放射プレート１０ａは右に動くこ
とになる。駆動体１２が駆動し、左に移動すると、前述
した行程の逆が生ずる。

とにか（、この構成もまた周ｉ数関数として発注源装置
の音響放射負荷を整調することを可能にするものである
。例えば、ここで示したブツシュプル構成では、ゆっく
りとカーブを描（ＦＭ信号が発生する。駆動棒１２に沿
いいろいろなばね３６を選択することによって、駆動エ
ネルギは放射プレート全部から低周波数で送られ、特別
な高周波数で送られるのはほんのわずかな放射プレート
からである。各々の放射プレートは約２ω０で駆動棒か
ら効率よく結合をとかれる。ここでω、　＝　（Ｋ１１
／Ｍ、　） そしてω。＝発生源装置のラジアン周波数に９＝放射プ
レートを駆動棒に連結するばねの力定数 Ｍ７−放射負荷質量＋放射プレート質量ω０　（ω０、
ω７、ω、・・・・）は適当なばね３６の選択によって
振動帯に沿って配置され、そして全体にわたり配置され
た振動発生源装置は、伝えられたＦＮ信号の瞬間的周波
数の関数として機械負荷を変えることにより効率良いも
のとされるであろう。

以上本発明を具体的に例をあげて説明したが、本発明の
精神を逸脱することなく、その寸法、形状、構成材を変
えたりできるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、６コの振動放射プレートを使用する　１本発
明の一変型例の斜視図である。 第２図は、第１図に示した装置の部分を線図的に切欠い
た図である。 第３図は、本発明の一変型例の側部の部分断面図である
。 １０・・・放射プレート、１２・・・駆動棒、１４・・
・バンクプレート、１６・・・逃げ穴、１８・・・空気
ばね、２０・・・フレーム棒、２２・・・ハウジング、
２４・・・口火、２６・・・ベロー、２８・・・流体圧
シリンダ、３０・・・二方向ピストン、３２・・・ばね
、３４・・・ばね、３６・・・ベロー。 手続補正帯 ５Ｑ、４．−２ 昭和　年　月　日 特許庁長官　志　賀　学　殿　：郵ゝ １、事件の表示　昭和５９年特許願第２８２０５６号２
、発明の名称　水中振動発生源装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 ４、代理人 する。 （２）同書第２０頁第５行の“ω、”を「ω。」に補正
する。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの端部を有する中央ハウジングと、中央ハウ
   ジング内にあり、また各々は、中央ハウジングの一端部
   をこえて配置した駆動振動ラジェータプレートの一群を
   該振動ラジェータプレートに固着した駆動棒を介して往
   復動するようにし、そして、該ラジェータプレートの往
   復動を介して水域中に反復振動信号をつくり出すように
   し、および時間関数として変化する周波数を有する、複
   数の作動器と、 これら作動器はさらに駆動棒を前記中央ハウジングの中
   心に関して反対方向にほとんど同時に往復動するように
   したことと、 各々が一群のラジェータプレートに接続され、そして前
   記作動器の１つにその端が終っている、複数の駆動棒と
   、 各々が、１つの駆動棒に固着され、そしてバックプレー
   トに順次接続されているベロー装置に接続された外縁部
   を有する複数群のラジェータプレートと、 これらラジェータプレートと前記バンクプレートとはた
   だ１つの側が前記水域に接するようにしたことと、 中央ハウジングに対し動かないように固定して位置決め
   された複数組のバンクプレートと、各組は中央ｌ＼ウジ
   ングの一端部を越えて位置決めされていることと、およ
   び 多数のラジェータプレートをそれらの往復動運動の中間
   に対して偏向するようにしたばね装置と、 を包含する、水域中で振動信号を発するに適した水中振
   動発生源装置。
2. （２）各駆動棒は個々の組のバックプレートを通過する
   ことを包含する特許請求の範囲第（１１項記載゛の振動
   発生源装置。
3. （３）　各駆動棒は、通過する駆動棒に関してベローに
   よって密封されることを包含する特許請求の範囲第（２
   ）項記載の振動発生源装置。
4. （４）前記作動器は、約１０Ｈｚと約１００Ｈｚとの間
   の周波数範囲を一掃するようになっていることを包含す
   る特許請求の範囲第（１１項記載の振動発生源装置。
5. （５）前記作動器は、約１０Ｈｚと約１００Ｈｚとの間
   の周波数範囲の少くとも一部分を一掃するようになって
   いることを包含する特許請求の範囲第（１）項記載の振
   動発生源装置。
6. （６）２つの端部を有する中央ハウジングと、中央ハウ
   ジング内にあり、また各々は、中央ハウジングの各端部
   を越えて配置された一群の駆動振動ラジェータプレート
   をばねおよびベローを介して各ラジェータプレートに接
   続されている駆動棒を介して往復動する複数の作動器と
   、前記作動器は、ラジェータプレートの発振器゛を介し
   て反復振動信号をつくり出すようにした、および時間関
   数として変化する周波数を有することと、 前記作動器はさらに駆動棒を前記中央ハウジングの中心
   に関して反対方向にほとんど同時に往復動するようにし
   たことと、 各々が、一群のラジェータプレートにばねおよびベロー
   を介して接続され、そして前記作Ｖ器の１つにその端が
   終っている、複数の駆動棒と、 各々かばねおよびベローを介して駆動棒に固着され、そ
   してさらにバンクプレートに順次接続されているベロー
   装置に接続された外縁部を有する複数群のラジェータプ
   レートと、前記ラジェータプレートと前記ハックプレー
   トとはただ１つの側が前記水域に接するようにしたこと
   と、 中央ハウジングに対し動かないように固定して位置決め
   された複数組のバンクプレートと、各組は中央ハウジン
   グの一端部を越えて位置決めされていることと を包含する水域中で振動信号を発するに適した水中振動
   発生源装置。
7. （７）各駆動棒は個々の組のバンクプレートを通過する
   ことを包含する特許請求の範囲第（６部項記載□ の振動発生源装置。
8. （８）各駆動棒は通過する駆動棒に関してベローによっ
   て密封されることを包含する特許請求の範囲第（７）項
   記載の振動発生源装置。
9. （９）一群のラジェータプレートにおける各ばねはその
   群におけるその他のどのばねとも異なるばね率を有する
   ことを包含する特許請求の範囲第（８）項記載の振動発
   生源装置。 αＯ）　ラジェータプレートの各群における少くとも１
   つのばねはその群におけるその他のどのばねとも異なる
   ばね率を有することを包含する特許請求の範囲第（８）
   項記載の振動発生源装置。 ａυ　前記作動器は約１０Ｈｚと約１００Ｈｚとの間の
   範囲を一掃するように設けられていることを包含する特
   許請求の範囲第（６）項記載の振動発生源装置。 叩　前記作動器は、約１０Ｈｚと約１００ｔ（ｚとの間
   の範囲の少くとも一部分を一掃するように設けられてい
   ることを包含する特許請求の範囲第（６）項記載の振動
   発生源装置。