JPS62157543A

JPS62157543A - 圧力センサ

Info

Publication number: JPS62157543A
Application number: JP29972585A
Authority: JP
Inventors: ビカシユ　ケイ　シンハ; スタンリー　ロツク; ミツシエル　ペ　エクストロム
Original assignee: Schlumberger Overseas SA
Current assignee: Schlumberger Overseas SA
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-13

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】本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを使ったセン
サに関する。本発明の重要な特徴は、例えば静水圧等の
圧力を測定するためＳＡＷデバイスを使用することに関
連する。

加速度および圧力等のパラメータを測定するのにＳＡＷ
デバイス（例えば遅延ラインおよび共振器）を使用した
センサがこれまで提案されている。

ＳＡＷセンサは弾性波の速度または周波数等のＳＡＷ特
性を変化させる外部作用に応答する媒体中の弾性波の伝
播に基づくものである。従来の提案例では、測定すべき
外部作用により屈曲し、従って測定可能なようにＳＡＷ
デバイスの特性を変えるように取付けられた薄いダイヤ
フラム上にＳＡＷデバイスが設けられる。先に提案され
た別のタイプのセンサ構想体は、外部から又は内部から
ＩＬ荷がかけられるプローブとして円筒体を使用してい
る。外部負荷型構造体では、円筒体は内面に１つ以上の
ＳＡＷデバイスが取付けられたシールされたキャビティ
を有し、外部圧力が加えられると、円筒体は屈曲し、Ｓ
ＡＷデバイス特性を変える。内部負荷型構造体では円筒
体の外面に一つ以上のＳＡＷデバイスが設けられ、円筒
体中の中心開口に外方からの圧力が加えられる。弾性表
面波センサは、１９８２年９月２９日出願された米国特
許出願第４２７．２４０号（本出願人に譲渡され係属中
である）に詳細に説明されている。よってこの１９８２
年の米国出願の全内容は参考のため本発明の一部に記載
されている。この米国出願中に説明または引用された従
来技術について審査官は注意を向けられたい。上記出願
と同時に出願された米国出願第　　　　　号（本出願人
に譲渡）にこのようなデバイスの改良が開示されている
ので、この全内容を参考のため本明細書の一部として記
載する。ここに記載または引用された従来技術について
審査官は注意を向けられたい。

外部負荷型構造体を製造する一つの方法は、水星等の材
料の中実円筒体を用意し、これを軸平面に沿って半分に
のこぎりで切断し、半分割体の平らな側面にルート（通
路）形成し、底部にそれぞれ「フラット面」を有するチ
ャンネルを形成する。

「フラット面」なる用語は本明細書では、表面上にＳＡ
Ｗデバイスを形成するのに充分平らな表面を意味し、−
この表面は平面状でもわん曲状でもよい。各フラット面
にそれぞれのＳＡＷデバイスを形成し、２つの半分割体
を円筒体に再び組立て、適当な接合技術によって互いに
固定し、対向するチャンネルにより形成された内側キャ
ビティをシールする。ＳＡＷ共振器からの電気配線に接
合部を貫通し、外部回路まで延長する。この構造体はハ
ウジング内に選択的に導入される流体からの圧力等の外
部圧力を選択的に受けることができるハウジング内に一
般に取付けられる。圧力が加、えられる前と後の定常状
態の間の２つのＳＡＷデバイスの周波数の差の変化は圧
力変化の尺度として使用される。先の出願には、このよ
うな構造体の例が記載されている。

このタイプの構造の非制限的かつ代表的使用例は探査用
または産出油井内のダウンホール圧力を検出することに
あり、高圧および高温等の過酷なダウンホール条件およ
び極小の圧力差を正確に測定しなければならないことに
よってこのような構造にはきびしくかつしばしば相客れ
ない条件が課される。例えば、産出油井の探査を評価し
計画、する際、例えば地表下の地層の透過度を評価する
ため一つのフィールド内の一つの油井の産出ｔｔ−変え
（例えばその油井を一時的に閉じ）、同一フィールド内
の一つ以上の油井の圧力変化を測定し、時間計測するこ
とが好ましいことが時々ある。これには、困難なダウン
ホール条件下で比較的微小の圧力変化を正確に測定する
ことを要する。゛従って、ＳＡＷ圧カセンサは、約百万
倍以上のダイナミックレンジ、０〜１２５℃より広い温
度範囲で数秒以下の大きさの圧力応答時間、できるだけ
短い熱応答時間および高精度を持った圧力測定能力を有
していることが好ましい。上記とは異なるが、θ〜１０
．０００ｐｓｉの圧力レンジ、０．０１ｐｓｉ／−の分
解能、周囲温度にて１００℃ステップ変化したときに約
１０秒以下の熱レスポンス時間、およびフルスケールで
０．０２５％の精度を有するＳＡＷ圧カセンサにするこ
とが好ましい。更に上記目標を越え、かつ上記分解能お
よび精度と妥協することなく０〜２０．　ＯＯ０ｐｓｉ
を越える圧力レンジ、０〜１７５℃を越える温度レンジ
、数秒の大きさの圧力および温度応答時間を有する構造
体を提供することが好ましい。

上記１９８２年の米国特許出願は、とりわけ互いに対向
するチャンネル内に２つのＳＡＷ共振器が形成された内
部キャビティと円筒形状を有する外部負荷型ＳＡＷ圧カ
センサを開示しており、外部回路はＳＡＷ共振器の周波
数差を測定し、この差を構造体の外面上の圧力の温度補
償された尺度として使用する。このような構造体の例は
、先に提出された出願（本出願人に譲渡）の第４．５．
１２．１３．１４．１５．１９．１９．２０．２９．３
０および３３に記載されている。特定の実施態様のこれ
ら図の各々では、チャンネルの底部の平らな表面（単に
フラット面と呼ぶ）にＳＡＷ共振器が設けられ、共振器
のフラット面の長辺の側面に位置するチャンネル側面は
フラット面に垂直であり、壁の交差部での応力を軽減す
るよう設計されたシャープなコーナーをある程度丸くし
たことを除けば実質的にまっすぐでかつ平面状である。

本明細書に述べる発明はまっすぐなチャンネルの側壁に
限定する必要はないが、前記光に提出された上記出願の
図面のうちで直角と実質的に異なる角度にてフラット面
に対して傾斜した外部負荷型構造体内のＳＡＷデバイス
のフラット面のすぐ側面に位置するわん曲した側壁すな
わちこのような壁を示しているものはない。

１９８２年の出願に開示されかつ請求された構造体は従
来の提案例よりも大きく改良されていると考えられてい
るが、またより改良する必要がある。このような必要を
満たすよう試みをしている間に、（１）一つ以上のそれ
ぞれのＳＡＷデバイスのすぐ側面に位置する側壁をけす
ることによりすなわち丸（することによりまたは側壁を
フラット面に対し９０°より太き（傾斜させることによ
り構造体の形状を変えることおよび／または（ｉｉ）２
つのフラット面の壁厚が熱レスポンスを互いに良く一致
させるよう内側フラットの一つに隣接するセンサの外面
を平らにすると予期しない大きな改良が生じることが判
った。これら改良とは、応力に大きな悪影響を与えるこ
となく感圧性が予想もしない程大きく増加することおよ
び感圧性を許容できない程低下することなく熱応答が予
想もしない程大きく増加することである。

従って本発明の非制限的実施態様は、軸平面に沿って接
合された２つの半分割体から成る一般に円筒体状の圧力
センサから成る。各々の半分割体中の軸方向に延長する
チャンネルは他方の半分割体中のチャンネルと対向し、
その底部に軸方向に延長するフラット面を有する。それ
ぞれのＳ、ＡＷデバイスは各フラット面を占め、チャン
ネルの少くとも一方はフラット面に隣接するわん曲した
側壁または９０’を実質的に超える角度にてフラット面
の長辺から傾斜した側壁を有することができる。必要で
はないがわん曲した側壁は円筒形表面に合致しているこ
とが好ましい。このわん曲した側壁はわん曲または円筒
形表面を存するルーディング用工具にて形成できる。こ
れら２つのチャンネルは（少くともセンサを製造すると
きは）一方のフラット面における本体の壁の厚さが他方
のフラット面における壁の厚さよりも大きくし、フラッ
ト面の幅が異なるように２つのチャンネルの深さが異な
るようにできる。フラットの一方に隣接するセンサの外
側表面は感圧性を許容できないほど劣化することなくフ
ラット面における熱応答を良好に整合するよう平坦にす
ることができる。

広儀には本発明の非制限的実施例は中空本体の内側に形
成され、本体の外側に加えられる圧力と共に周波数が変
化する少くとも１つのＳＡＷデバイスを有する中空体か
ら成る。ＳＡＷデバイスに隣接する内側表面の少くとも
一部の部分はわん曲または実質的に９０°を超える角度
にてＳＡＷデバイスより傾斜できる。好ましくは中空体
はその内側に形成されかつ互いに対向する２つの内側フ
ラット面を有する。それぞれの内側フラット面にはＳＡ
Ｗデバイスを形成でき、フラット面におけるセンサ本体
の壁の厚さはそれぞれのＳＡＷデバイス間の熱応答を良
好に整合するためマツチングできる。

両フラット面に隣接する平面状側壁を有する特定実施態
様と比較して１つのフラット面に隣接するわん曲した側
壁を有する特定の実施態様ではフラット面の中心におい
て応力を大巾に増加することなく５０％感圧性が増加す
ることが予想される。

フラット面におけるセンサ本体の壁の厚さを整合すると
感圧性を許容できないほど劣化、または応力を許容でき
ないほど増加することなく少くとも約３分の１だけ熱応
答時間が短くなることが予想される。

図面に示した実施態様と関連させて本発明の上記および
それ以外の特徴についてより詳細に説明する。

第１図の斜視図および第２図、第３図および第４図の断
面図を参照すると、番号ｌＯで一般的に示される外部負
荷型圧力センサは軸平面に沿って１６で接合され頂部半
分割体１２および底部半分割体１４から成る。頂部半分
割体１２内には軸方向に延長するチャンネル１８が形成
され、底部半分割体１４内には同様な（しかしチャンネ
ル１８より浅い）軸方向延長チャンネル２０が形成され
ている。これら２つのチャンネルは互いに対向し、頂部
半分割体１２と底部半分割体１４によってシールされた
キャビティを形成している。頂部チャンネル１８の底部
には軸方向に延長する頂部フラット面２２が形成され、
チャンネル２０の底部には軸方向に延長する底部フラッ
ト面２４が形成されている。フラット面２２および２４
はチャンネル１８および２０により形成されたキャビテ
ィを横断して互いに対向し、頂部フラット面２２に頂部
ＳＡＷ共振器２６が形成され、底部フラット面２４に底
部共振器２８が形成されている０本体１０を構成する半
分割体の外観のこれ以上の細部は第９図から徐々に明ら
かとなるが、第９図は底部半分割体１４の半分の斜視図
であり、他の部分は第９図にて底部半分割体１４が切断
されている平面３０に対して実質的に対称的である。こ
こで「実質的」という用語を使用したのは、第４図に最
良に示すように２つのチャンネルの深さが異なり、かつ
２つのフラット面でのセンサの壁の厚さが異なることが
あり得るからである。第９図から判るように底部フラッ
ト面２４の長辺はまっすぐ。

な（平面状）の側壁３２および３４の側面に位置し、こ
れら側壁はフラットの長辺から実質的に９０°より大き
い傾度に傾斜している。このフラット面は切頭円錐の形
状をしたルーティング工具を用い軸方向平面に沿って中
実円筒体の半分割体をルート削切することにより形成で
きる。頂部半分割体１２も同じ形状にできるが、チャン
ネル１Ｂおよび２０は深さが異なる場合がある。チャン
ネル１８は２０の深さが異なるとき頂部の−厚さく頂部
フラット面２２より上方のセンサ本体の壁厚）は底部の
厚さく底部フラット面２４より下方のセンサ本体の厚さ
）と異なる。゛非制限的寸法例を示す第２〜４図の実施
態様では、頂部フラット面での厚さは４龍で、底部フラ
ット面での厚さは６霞−である。別の非制限的寸法例を
示す、第５図では、頂部の厚さは５．７９　鶴で、底部
の厚さは３．１７ｍである。これら寸法例の各々では所
定センサの対向するフラット面は同一幅（第２〜４図で
は、５誼、第５図では６．３５０ｍ）を有するが、この
ような例と同じようにする必要はなく・同一センサのフ
ラット面の幅が互いに異なるようにしてもよい。

第２〜４．５および９図に示すようなフラット面に隣接
するまっすぐな（平面状）壁を有する圧力センサは、フ
ラット面の中心で感圧性および応力に関し、高い有効的
な結果を与えると考えられている。測定値の違いでしか
第２〜４図の実施態様と異ならない第５図に示すセンサ
の実施態様は、下記の表に特定された概算された感圧性
（フラット面の中心における）を与える０表１中の概算
されたパラメータは、外部から加えられた静水圧の単位
変化あたりのＳＡＷの共振器の周波数変化（Ｈ２／ｐｓ
ｉ　）である。符号ｔが付けられた欄は厚薄フラット面
におけるセンサの厚さをそれぞれ示し、従ってこの表は
第５図に示された寸法の結果を示すもので、その他すべ
ての寸法は第２〜４−図に示されたものである。符号ｔ
　／　ｒが付けられた欄は先の欄に示された厚さとセン
サ本体の半径の比を示す。符号ＳＴが付けられた欄は、
ＳＴカットのセンサに対する外部から加えられた圧力の
単位変化あたりのそれぞれのＳＡＷデバイスの概算周波
数変化（単位はＨｚ　／ｐｓｉ　）を示し、符号ＡＴの
付いた欄はＡＴカットセンサに対する外部から印加され
た圧力の単位変化あたりの周波数変化を示す。表１にお
ける感圧性の概算値に対する基準発振器の周波数は３１
０Ｈｚである。外部圧力を加える方法の例は、第１４図
を参照して説明し、ＳＡＷデバイスの周波数を測定する
方法の例は第１１−１３図を参照して説明するが、これ
ら方法は上記１９８２年の米国特許出願にも記載されて
いる。この１９８２年の特許出願にはＳＴおよびＡＴの
用語がより詳細に定義されている。

表１ Δｆ／Δｐ　５．７９０．４５６　３８．０　２０．０
Δｆ／Δｐ　３．１７０．２５０　５０．０　２８．４
第２〜４図、第５図および第９図内のフラット面の側面
に位置するまっすぐな（平面状）側面を使用する実施態
様は従来の提案例と比較して良好な概算された結果を与
えるが、フラット面の少なくとも一方の側面に位置する
側壁を丸くすると、予期しないほど改善された結果を与
えること、この予期しない改善はきわめて大きく、セン
サの性能を劣化するような応力の増加を伴うものでない
ことが判っている。

一例として、第６図を参照すると、第５図の実施態様と
同じように頂部フラット面２２　（厚いフラット面）の
側面にはまっすぐな側壁３６および３８が位置している
が、底部フラット面２４（薄いフラット面）の左右の側
面にはわん曲した側壁４０が位置する。わん曲した側壁
４０を有する底部チャンネル２０は、頂部チャンネル１
８と実質的に同じようにすなわちルーティング用工具に
よって形成できる。しかしながら底部チャンネル２０用
のルーティング用工具は底端を有し、この底端は（底部
フラット２４を形成するよう）平らな底部断面を有する
半球状の形状になっている。

丸い側壁デバイスを有するセンサの半分割体を示す斜視
図である第１０図を説明すると、この図は底部フラット
面２４の長辺の側面にわん曲した側壁４０が位置する点
だけが第９図と異なっている。

第６図に示すセンサ構造体は底部チャンネル２０だけが
丸いすなわちわん曲した側壁４０を有し″ていることを
示すため底部が丸くされている（Ｂｏ　ｔ　ｔｏｍＲｏ
ｕｎｄ　）ことの略語としてＢＲと表示する。

第７図にはわん曲した側壁を有する別の実施態様を示す
が、頂部が丸＜　　（Ｔｏｐ　Ｒｏｕｎｄ　）されてい
ることの略語としてＴＲと表示する。第７図において、
頂部（すなわち厚い）フラット面２２の長辺の各々側面
にはわん曲した側壁４２が位置しているが、一方底部フ
ラット面２４の側面には第２〜５図および第９図の実施
態様のようにまっすぐな壁４４および４６が位置してい
る。

第８図は頂部および底部が丸いこと（Ｔｏｐ　ａｎｄＢ
ｏｔｔｏｍ　Ｒｏｕｎｄ）の略語としてＴＢＲと表示さ
れる別の実施態様を示す。第８図の実施態様では、底部
（または薄い）フラット面２４の側面には第６図の実施
態様と同じように丸い側壁４０が位置し、頂部（厚い）
フラット面２２の側面には第７図の実施態様のように丸
い側壁４２が位置する。

少なくとも一つのフラット面の側面に位置する丸い側壁
を使用すると、予期しないことに感圧性がおどろくほど
改善されることおよびこのことがフラット面の中心にお
ける応力を認容できないほど大きくすることによりセン
サの性態を劣化するものでないことが判った。下記の表
２は、フラットの中心における概算された感圧性を表１
と同じ表示を用いて表示するもので、第８図（ＴＢＲ）
、第７図（ＴＲ）および第６図（ＢＲ）のセンサを用い
たときの概算結果との比較を便利にするため表１　（第
５図に示す圧力センサ）の内容を繰返して表示する。Ｓ
ＴおよびＡＴ欄の値は表１に関連して他のすべてのテス
トパラメータを用いた外部から加えられた圧力の単位変
化あたりのそれぞれのＳＡＷデバイスの周波数変化（Ｈ
ｚ　／ｐｓｉ　）である。

表　　　２第５図 Δｒ／ΔＰ　　　５．７９　０．４５６　　３Ｂ、０　
　　２０．０ＴＢＲ（第８図） Δｒ／ΔＰ　　　５．７９　０．４５６　　３Ｂ、９　
　　２４．８ＴＲ（第７図） Δ「／ΔＰ　　　５．７９　０．４５６　　３９．１　
　　２５．４ＢＲ（第６図） Δｆ／ΔＰ　　　５．７９　０．４５６　　３７．９　
　　１９．６Δｆ／ΔＰ　　　３．１？　　０．２５０
　　５４．２　　　４１．６センサＢＲ（第６図）の２
つのフラットに対する圧力の単位変化あたりのＳＡＷデ
バイスの周波数変化は大きなコントラストをなすことお
よびこのことはＳＴおよびＡＴカットの双方についても
云えることが表２から判る。第５図に示すように両フラ
ットｍに隣接する側壁がまっすぐ（平面状）゛であると
、概算される感圧性の差はＳＴカットでは１２１１ｚ／
ｐｓｉである。この値は、底部フラット面の側面にわん
曲した（球面状）側壁が位置する　　　　゛第８図のＴ
ＢＲセンサでは１５．８まで変化し、底部フラット面の
側面にわん曲した側壁が位置し、頂部フラットの側面に
まっすぐな側壁が位置する第６図のＢＲセンサでは１６
．３まで変化する。

ＡＴカットでも概算された感圧性の差が改善されること
に注目したい。すなわち（第５図に示、すように）両フ
ラット面に隣接するまっすぐな側壁°のセンサでは８．
４、両フラット面にわん曲した側壁が隣接している）第
８図のＴＢＲセンサでは１４．４、底部フラット面にわ
ん曲した側壁が隣接し、頂部フラット面にまっすぐな側
壁が隣接する第６図のＢＲセンサでは２２である。ＳＴ
カットでは、（両フラット面に隣接するまっすぐな壁を
有する第５図のセンサと比較するような感圧性の差の低
下が（頂部フラットにわん曲した側壁が隣接し、底部フ
ラットにまっすぐな側壁が隣接する）第７図のＴＲセン
サにも注目されるが、第６図のＢＲセンサに対しては感
圧性大幅増加が注目される。

これら結果からＳＴカフトおよびＡＴカットの間にフラ
ット面が形成されるようにカットした結晶から製造され
たセンサは、第２〜５図および第９図における形状と比
較してＢＲ形状では５０％の感圧性の改善を示すことが
できる。

フラット面の少なくとも一つに隣接する側壁を丸くする
ことによって生じる予想されない概算感圧性の大幅増加
はフラット面の中心での応力を付随的に大きくすること
なく起きる。このことは、表２に関連して説明した他の
形状と比較するように第５図に示した形状の場合の次の
表３に示された概算結果より明らかである。軸方向（円
筒軸に沿う）であるｚＺ方向およびフープ応力方向であ
るＱ−Ｑ方向に対し正規化された応力Σが与えられる。

いずれのケースでも外部から加えられる圧力ｐｓｉごと
の応力である。第３図の他の表示は表２の表示と同じで
ある。予期しないことに、わん曲した側壁に関連したセ
ンサの本体が薄くなると、ＳＴカットまたはＡＴカット
のいずれでも応力は大きく増加しない。従って、概算さ
れた感圧性大幅に増加することを確保するため代償とし
てセンサの強度を大きく低下することはない。

表　　　３ｔ（ｍ）　ｔ／ｒ　　ＳＴ　ＡＴ第５図軸方向応力　　　５．７９　　０．４５６　−１．６６
　　−１．６２フープ応力　　　５．７９　　０．４５
６　−２．２６　　−２．２５軸方向応力　　　３．１
７　　０．２５０　−２．１６　　−２．１３フープ応
力　　　３．１７　　０．２５０　−２．８８　　−２
．８４ＴＢＲ（第８図）軸方向応力　　　５．７９　　０．４５６　−１．５９
　　−１．５７フープ応力　　　５．７９　　０．４５
６　−１．９０　　−１．８７軸方向応力　　　３．１
７　　０．２５０　−２．０６　　−２．０３軸方向応
力　　　３．１７　　０．２５０　−２．００　　−２
．００ＴＲ（第７図）軸方向応力　　　５．７９　　０．４５６　−１．５７
　　−１．５４フープ応力　　　５．７９　　０．４５
６　−１．８０　　−１．７７軸方向応力　　　３．１
７　　０．２５０　−２．２３　　−２．２０フープ応
力　　　３．１７　　０．２５０　−３．０９　　−３
．０６ＢＲ（第６図）軸方向応力　　　５．７９　　０．４５６　−１．６８
　　−１．６５フープ応力　　　５．７９　　０．４５
６　−２．３５　　−２．３４軸方向応力　　　３．１
７　　０．２５０　−１．９９　　−１．９６フープ応
力　　　３．１７　　０．２５０　−１．７９　　−１
．７２共振器２６および２８の各々は第１１図に示すタ
イプのものでよく、１９８２年の特許出願に記載のかつ
公知の技術に従いそれぞれのフラット面の高度に研摩さ
れた表面４８にデポジットされた表面波インターデジタ
ルトランスジューサ４４および４６と、それぞれのフラ
ット面の表面に形成された表面波格子反射器５０および
５２から構成できる。表面波はフラット面の長手方向お
よびセンサ本体１０の円筒軸に平行に伝播する。

第１１図に示したタイプのＳＡ、Ｗ共振器およびこれを
ドライブして出力するための回路の簡略化したブロック
図である第１２図を参照すると、ＳＡＷ共振器は５４で
略図で示され、第１図に５６および５８等で示すリード
線を介して接続された出力端を有する。これらリード線
は、頂部半分割体１２と底部半分割体１４との間のシー
ルされた接合部を貫通し、外部の回路基板に適当に接続
できる。この外部回路基板は第１２図に示すようにルー
プアンプ６０と、方向性カップラーすなわちパワースプ
リッタ６２および出カバ・ノファアンプ６４を含むこと
ができ、アンプ６４はＳＡＷ共振器５４の特性で決まる
周波数の信号を出力ライン６６に発生する。これら共振
器の特性はミセンサの本体に加えられる圧力による変化
によって変わる。

第１３ａ図および第１３ｂ図は第１２図に示されている
ような回路の出力信号の周波数を測定するための２つの
公知の方法を示す。第１３ｂ図の直接カウント法では、
メインゲート６８への入力信号は第１２図の出力バッフ
ァアンプ６４の出力６６であり、メインゲート１６の他
の入力はタイムベース発振器７０から生じ、この出力は
分周器７２によって時間ベース分割され、メインゲート
フリップフロップ６４を通ってメインゲート６８へ送ら
れる。メインゲート６８の出力はカウンタ７６内でカン
ウドされる。作動中、カウンタ７６はタイムベース発振
器／分周器およびメインゲートフリップフロップにより
決定される時間インターバル中メインゲート６８を通過
される入力信号のサイクル数をカウントする。第１３ｂ
図に示すタイプの時間測定回路では、第１２図の出力バ
ッファアンプ６４の出力６６のような入力信号は多くの
入力サイクルＮ　（ｉ）の間メインゲート８２を開け、
時間ベースｗ　（ｔ）のサイクル数がカウントされる。

時間ベースは時間ベース発振器７８から生じるものであ
り、発振器７８の出力は第２出力がメインゲート８２に
入る前に時間ベース分周器８０を通過する。入力信号６
６の周波数は時間ベースｎ　（ｔ）のサイクル数に時間
ベースの期間ｔ　　（ｃ）を掛けた積に対する入力サイ
クルＮ　（ｉ）の比から計算される。本質的には、測定
されるものは多くの入力サイクルが主ゲートを通過でき
るのに必要なタイムベースの期間の数である。入力サイ
クルごとの時間（信号の期間）が計算され、次にその逆
数が計算されると、測定された周波数が得られる。時間
カウンタ８４内では時間ベースサイクルがカウントされ
、イベントカウンタ８６内で入力サイクルの数がカウン
トされる。

演算回路９０内で必要な積および比が生じ、この結果は
ディスプレイ９２に表示される。

第１４図には、静水圧測定用センサ１０を使用するため
の装置の例が示されている。この装置は圧力センサ１０
が分離サポート１０６により適当に支持されているハウ
ジング１０４へ加圧流体を供給するよう導管１０２を選
択的に開けることができる入力バルブ１００を含む。セ
ンサ１０までの電気的配線は、センサ１０内のＳＡＷデ
バイスの周波数を測定するための外部回路、例えば第１
３ａ図および第１３ｂ図に関連して説明した回路に接続
された貫通リード線１１２および１１４である。ハウジ
ング１０４内の圧力は、出力バルブ１１０によって制御
された出口導管１０８を介して流体を抜くことにより緩
和できる。代替例として一つのボートを設け、センサの
本体の円筒軸に沿って延長する弾性支持体によりセンサ
本体を取付け、ハウジング内に液体を導入する壁と反対
の壁を通して電気配線を接続してもよい。種々の異なる
ハウジングを利用できることおよび重要なことはハウジ
ングの特定の細部でなくハウジングが存在することであ
るので、請求する発明を実施するのに特定のハウジング
をこれ以上説明することは不要であると考えられる。

第１４ａ図は、検層ツールシステム内に本明細書に述べ
たタイプのセンサを組込むことを示す。。

第１〜１０．１５、および１９〜２２図に関連して説明
したタイプのセンサは、第１４図に関連して説明したよ
うなハウジング内に固定され、検層ツール１３０内に取
付けられ、検層ツール１３０ム」１、地表下の地層１３
４内にあけられたボアホール１３２内にケーブル１３１
によって支持される。

ケーブル１３１はプーリ１３６をまわって、ドラム−ウ
ィンチ機構１３８に固定される。機構１３８は、ケーブ
ル１３１内の導電線と表面ユニッ斗１４２との間を電気
的に接続するための適当なブラシースリップリング装置
１４０を含み、表面ユニット１４２は検層ツール１３０
およびこの中に取付けられたセンサに電力および制御信
号を供給する。第１２〜１３ｂ図に関連して説明したよ
うな回路はツール１３０内に取付けられ、センサによっ
て検出された圧力を検出する信号をケーブル１３１を介
して送出するよう表面ユニット１４２の制御により作動
する。所望の場合、ツール１３０内にコードコンバータ
を設け、センサ出力を所望コードおよびフォーマットで
デジタル信号に変換する。ホイール１３７はケーブル１
３１と係合し、深度レコーダ１４４とリンクし、レコー
ダ１４４は所望の圧力測定をするボアホールの深度を記
録する。記憶装置１４６は表面ユニット１４２からの圧
力測定値および深度レコーダ１４４からの対応する深度
測定値を受け、将来の使用のためこれら測定値を記憶す
る。これら測定値は、例えばノイズまたは他の好ましく
ない信号成分をろ波するようユニット１５０内で処理さ
れる。これらの圧力および／または深度測定値は１５０
での処理の前または後でユニット１５２にディスプレイ
できる。

（第６〜８図に示したような）ＳＡＷデバイスに隣接し
たわん曲した壁を有する本発明のセンサは、先に出願さ
れた特許出願に記憶されたセンサの場合に使用された実
質的に同一技術を用い製造できる。材料の違いは必要な
わん曲した側壁の形成に関連したものである。すでに１
旨摘したようにこれを形成する代表例は先願の出願にお
けるように円錐形でないルーティングツールを使用する
ことであるが、特定のＳＡＷデバイスに隣接する側壁の
所望の曲率に応じて球面またはそれ以外のわん曲した切
削面となったルーティング用ツールを使用することであ
る。例えば、フラット面の長辺に隣接する側壁は、応力
が増加する点から見て許容できない劣化を生じることが
な（改善された感圧性の所望の結果が得られる限り放物
面でもよいし、横断軸断面が他の曲率を有していてもよ
い。

図示した実施態様では、ＳＡＷデバイスは溝の平面状底
面上に形成されている状態で示されており、「フラット
」なる用語を使用しているが、わん曲した内面にＳＡＷ
デバイス少なくとも一つを形成することは本発明の範囲
内にあると解すべきである。例えば、横断軸方向横断面
にチャンネルの少なくとも一つを連続的にわん曲させ、
上記図面に示したように平面状底面上でな（わん曲した
底部部分にＳＡＷデバイスを形成してもよい。従って「
フラット面」なる用語は、本願ではＳＡＷデバイスを形
成する表面を意味するものとして使用し、この表面は平
らな面、わん曲した面、または部分的に平らな面、およ
び部分的にわん曲した表面でよい。更に上記図面では、
ＳＡＷデバイスは軸方向に沿って延長しているが、ある
場合ではセンサ本体の円筒軸に対して所定角をなす方向
に沿ってこのＳＡＷデバイスを延長させると好ましいこ
とがあり、このようにすることは本発明の範囲内に入る
と解すべきである。また頂部、底部および左および右と
いった方向に関する用語はセンサの特定配列に言及した
用語であり、実際に使用する場合にセンサを配列できる
態様についての限定を意味するものではない。本発明の
範囲内では、上記以外の多数の変形例も可能であり、従
って、本発明は上記特定例のみに限定されず、添付した
特許請求の範囲に含まれるすべての要旨を含むものであ
る。

先に指摘したように、上記タイプのセンサの好ましい特
性の一つは、熱応答時間が短いことである。本願の図面
中に示されたセンサでは、一つのセンサにつき２つのＳ
ＡＷデバイスが使用され、（特定外部圧力での定常状態
における）センサの。

周波数の差をセンサに加えられた外部の圧力の大きさと
して使用していると解される。一つのＳＡＷデバイスだ
けしか使用しないセンサと比較すると、これにより感圧
性は約２分の１に低下しかつ感温性も約１０分の１に低
下するので、本発明のセンサは温度変化による誤差を大
幅に受けにくくなる。

更に第１〜１４図に示したセンサ例は、特に油井検層の
いびしい環境下でセンサが定常状態に達することができ
るよう圧力測定の間で熱安定期間を必要とする熱応答特
性を有する。

第５図に示された構成のセンサの概算された熱応答時間
は第６図の曲線にプロットされるが、このグラフでは横
軸は時間（秒）で、縦軸は対数尺の温度（”Ｃ）で示さ
れた温度である。第１６図の曲線１２０は、時間ゼロ時
に表面温度が１００℃ステップ変化したときの薄いフラ
ット面２４　（第５図）とフラット面２４の直下のセン
サの外面における温度差を示し、第１６図の曲線１２４
は同様に表面温度を同じだけステップ変化したときの厚
いフラット面２２とフラット面２２のすぐ上のセンサの
外面における温度差を示す。本例では、薄いフラット面
における温度差が０．１℃に達するのに必要な概算され
た時間は約８秒であり、厚いフラット面の温度差が０．
１℃に達するのに要する概算時間は約１５秒である。

第１７図は第１６図と同じタイプのグラフであるが、こ
のグラフは第８図に示すような内壁構造を丸くした場合
のグラフである。第１７図に示すように薄いフラット面
における温度差が０．１℃まで低下するのに要する時間
は約５秒まで短くなり、厚いフラット面の温度差が同じ
値まで低下するのに要する時間は約１５秒である。従っ
て、センサの全熱応答は大幅には変化しない。２つのＳ
ＡＷデバイスの熱応答を良好にマツチングするためセン
サの外部を平らにすること等によりＳＡＷデバイスの一
方の本体の壁を薄くすると、予期しないことに他のパラ
メータに許容できない悪影響を与えることなくセンサの
熱応答時間を大幅に改善できることが判った。また予期
しないことにこのことは感圧性の許容できない低下また
は応力の許容できない増加を生じるものでないことが判
った。

第１５図は、他のパラメータを許容できない程劣化する
ことなく熱応答時間を予期できない大幅な改善をする本
発明の実施態様の一例を示す。第１５図に示したセンサ
は第８図に示したセンサと同じセンサ（第３〜５図に示
した寸法と同じ他の寸法を有する）であるが、１２６に
外部「フラット面」を有する。「フラット面」なる用語
は、外面すなわちフラット面におけるセンサ本体の厚さ
が低下するようセンサの外側を平らにすなわち曲率を小
さくすることを意味するものとして使用しである。「厚
さ」なる用語は、この関連において内側のフラット面の
中心とセンサの外側表面上の最も近い点との間の距離を
意味するものとして使用している。従って、外側の「フ
ラット面」は平面状である必要はないが、わん曲した表
面に順応した外側の「フラット面」にすることは本発明
の範囲内にある。例えば、センサの本体の外側表面を研
削して厚いフラット面２２に平行なフラット平面を形成
することにより、第１５図における１２６のように外側
のフラット面を形成できる。

このような外側フラット面１２６により、厚いフラット
面２２および薄いフラット面２４におけるセンサ本体の
半径方向厚さはほぼ同じになる。厚いフラット面２２に
おけるセンサ本体の厚さは、本例では３．　ＯＯ關で、
薄いフラット面２４におけるセンサ本体の厚さは本例で
は、３．１７　ｍｓである。

第１８図の曲線１２０は、薄いフラット面が第１５図の
構成となっているときの概算熱応答時間を示す。この曲
線１２０は、第８図の構成の場合を示す第１７図の曲線
とほぼ同じであるが、第１８図の曲線１２４は厚いフラ
ット面２２が第１５図の構成となっている場合の大幅に
短くなった概算熱応答時間を示す。よって、温度差が０
．１℃まで低下するのに（第１６図および第１７図に示
すように）他の構成では１５秒要していたが約１０秒要
する。これによって、熱応答時間は約３分の１だけ短く
なることが推定される。

厚いフラット面におけるセンサ壁を薄くすることによっ
て熱応答時間は余熱できないほど大幅な改善がされるこ
とは、上記した各種のセンサの構成の各々では有益であ
る。第１９〜２２図にこれら構成のいくつかを示す。第
１９図の構成は、第５図の構成と同じであるが、外側の
フラット面１２６は厚い（頂部）フラット面２２におけ
るセンサ壁の半径方向厚みを３鶴まで薄くするよう厚い
フラット面２２に外側フラット面１２６が形成しである
。第２０図の構成は、第５図の構成と同じであるが、薄
いフラット面２４におけるセンサ一本体の半径方向厚さ
は、３．１７　ｍｍでなくて２．１７鶴であるので、１
鶴薄い。第２１図の構成は第８図の構成と同じであるが
、薄いフラット面２４におけるセンサ本体の半径方向厚
みは１鶴薄い。第２２図は第２１図と同じ構成を示すが
、外側フラット面１２６は厚いフラット面２２における
センサ壁厚を第２１図に示す５．７８ｍ■から３．００
ｍへ薄くしている。

第１５．１９．２０および２２の構成は、完全に円形の
横方向横断面を有する対応した構成と比較される改善さ
れた（短くなった）熱応答時間を有する。先に指摘した
ように、熱応答時間の短縮に関連する本発明の特徴の重
要な予期しない利点の一つは、応力が許容できない程増
加または怒圧性が許容できない程低下しないことである
。これは、次の表４に示す概算結果により確認される。

表　　４表４のＡ部分は第５図に示すような構成の場合の結果を
示し、表４のＢ部分は第８図に示すような構成の場合の
結果を示し、表４のＣ部分は第１９図に示すような構成
の場合の結果を示し、Ｄ部分は第１５図に示すような構
成の場合の結果を示し、Ｅ部分は？ＪＪ２０図に示すよ
うな構成の場合の結果を示し、Ｆ部分は第２１図に示す
ような構成の場合の結果を示し、表４のＧ部分は第２２
図に示すような構成の場合の結果を示す。表４における
正規化された軸方向応力と表示された欄はそれぞれのフ
ラット面の中心における概算された応力を示し、正規化
されたフープ応力と表示された欄はフラット面の中心に
おける概算されたフープ応力を示し、感圧性と表示され
た欄は外部から加えられた圧力の単位変化当たりのそれ
ぞれのＳＩＶデバイスの周波数変化（Ｈｚ／ｐｓｉ　）
を示し、フラット面におけるセンサ壁の厚さと表示され
た欄はそれぞれのフラット面の中心からセンサ本体の外
側表面上の最も近い点まで測定した厚さく鶴）を示す。

表４のＡ部分とＣ部分を比較すると、第１９図に示すよ
うに外側フラット面１２６を形成しても第５図に示す構
成と同じような構成と比較して軸方向またはフープ応力
を大巾に増加するわけでは。

なく、感圧性を増加させると同時に、熱応答時間を大巾
に短縮することがわかる。表４のＢ部分とＤ部分を比較
するだけでなく、Ｆ部分とＧ部分を比較すると同様な結
論が得られる。表４には示していないが、表４のＥ部分
に記載の構成上に外側フラット面を形成すればＦ部分か
らＧ部分に至るまでのような結果に対応する改善が予想
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は外部負荷型ＳＡＷデバイス圧カセ、ンサの斜視
図、第２図は第１図の円筒形構造体を２つの半分割体が
接合されている軸方向平面における２−２線に沿う軸方
向断面図、第３図は第２図の平面に垂直な軸方向平面に
おける３−３線に沿った軸方向断面図、第４図は横軸平
面における第１図の４−４線に沿った横断面図、第５図
はフラット面に隣接する平面状側壁を使用した実施態様
を示す第４図と同じような横軸断面図、第６図は底部フ
ラット面に隣接するわん曲した側壁を使用した実施態様
を示す横軸断面図、第７図は頂部フラット面に隣接する
わん曲面を使用した実施態様を示す横軸断面図、第８図
は頂部フラット面および底部フラット面の双方に隣接す
るわん曲した側壁を使用した実施態様を示す横軸断面図
、第９図はフラット面に隣接するまっすぐな側壁を有す
るチャンネルを示す斜視図、第１０図はフラット面に隣
接するわん曲した側壁を有するチャンネルを示す同様な
斜視図、第１１図はＳＡＷ共振器の主要部品を示す斜視
図、第１２図はＳＡＷ共振器の主要部品および共振器用
の外部回路を示すブロック図、第１３ａ図はＳＡＷ発振
器の周波数を直接カウントするための方法を示すブロッ
ク図、第１３ｂ図はＳＡＷ発振器の周波数を測定するた
めの時間測定法を示すブロック図、第１４図は静水圧測
定のため外部負荷型ＳＡＷ構造体が取付けられたハウジ
ングの略図、第１４ａ図は油井検層時にセンサを使用す
る状態を示す図、第１５図は感圧性を許容できないほど
劣化または応力を増加することなく、熱応答マツチング
を改善するよう平らにされた外側表面を有するセンサを
示す第８図と同様な軸方向断面図、第１６図は第１〜５
図に示すようにフラット面に隣接する平面状側壁を有し
フラット面における壁の厚さが異なるセンサの概算され
た熱応答を示すグラフ、第１７図は第８図に示すうよな
（ＴＢＲ）各フラット面に隣接した側壁を有しフラット
面における壁圧が異なるセンサの概算された熱応答を示
すグラフ、第１８図はフラット面におけるセンサ本体の
壁圧がほぼ等しくなるよう第１５図に示すようにフラッ
ト面の一方にて平らにされた外側表面を有するセンサの
改善された概算熱応答を示すグラフ、第１９〜２２図は
別の構成を有するセンサの横軸横断面図である。１０・・・圧力センサ１２・・・頂部半分割体１４・・・底部半分割体１８．２０・・・チャンネル２２・・・頂部フラット面２４・・・底部フラット面２６・・・頂部ＳＡＷ共振器２８・・・底部ＳＡＷ共振器３３．３４．４０・・・側壁Ｌ４し３Ｆｉｇ、４Ｆｉｇ、２Ｆｉｇ、　１５ “　Ｆｉｇ、Ｉｆｙ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内側キャビティを有する本体および前記キャビテ
ィの壁上に形成された少くとも２つの弾性表面波（ＳＡ
Ｗ）デバイスから成る圧力センサにおいて前記本体は前
記ＳＡＷデバイスの１つに半径方向に隣接する外側フラ
ット面を有することを特徴とする圧力センサ。
（２）キャビティ壁におけるそれぞれのフラット面には
ＳＡＷデバイスが形成されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のセンサ。
（３）ＳＡＷデバイスの双方の側面に位置する壁は横軸
横断面がわん曲されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のセンサ。
（４）キャビティの壁のＳＡＷデバイスを通る横軸横断
面は一般に多角形であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のセンサ。
（５）ＳＡＷデバイスの少くとも１つに隣接するキャビ
ティの壁の横軸横断面はわん曲していることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のセンサ。
（６）それぞれのＳＡＷデバイスにおける本体の半径方
向厚さはほぼ同じであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のセンサ。
（７）センサデバイスはセンサ本体の軸から半径方向に
異なる距離にあることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のセンサ。
（８）それぞれのＳＡＷデバイスに隣接するセンサ本体
の半径方向の壁の厚さは互いに５０％より少い値だけ異
なることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のセン
サ。
（９）それぞれのＳＡＷデバイスにおけるセンサ本体の
厚さは前記デバイスのそれぞれの熱応答時間の差を少く
するよう整合されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のセンサ。
（１０）ＳＡＷデバイスにおけるそれぞれの厚さはほぼ
同じであることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
のセンサ。
（１１）前記キャビティの壁は８角形であることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載のセンサ。
（１２）多角形体の辺は長さが異なることを特徴とする
特許請求の範囲第４項記載のセンサ。
（１３）１つのフラット面における本体の壁は他のフラ
ット面における本体の壁よりも横断面が厚いことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のセンサ。
（１４）薄い方の横断面を有する本体の壁にはフラット
面に隣接するわん曲した側壁が設けられていることを特
徴とする特許請求の範囲第１３項記載のセンサ。
（１５）前記わん曲した側壁は横断面が円筒形であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のセンサ。
（１６）前記ＳＡＷデバイスからデバイスの周波数差に
関連する出力信号を発生するための手段を含むことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のセンサ。
（１７）センサ本体の外側にて圧力を発生する手段と出
力信号を前記圧力の大きさに変換する手段を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１６項記載のセンサ。
（１８）本体は水晶から形成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のセンサ。
（１９）前記本体は軸方向平面に沿って接合された２つ
の半分割体から成る円筒体から形成され各々の半分割体
の他方の半分割体のチャンネルと対向するよう内部に形
成された軸方向延長チャンネルを有し、それぞれのＳＡ
Ｗデバイスが形成された底面には軸方向に延長するフラ
ット面が形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のセンサ。
（２０）フラット面は２つの半分割体を分離する軸方向
平面に平行であることを特徴とする特許請求の範囲第１
９項記載のセンサ。
（２１）チャンネルは深さが異なることを特徴とする特
許請求の範囲第１９項記載のセンサ。
（２２）一方のフラット面における本体の壁の厚さは他
方のフラット面における壁の厚さよりも大きいことを特
徴とする特許請求の範囲第１９項記載のセンサ。
（２３）フラット面は幅が異なることを特徴とする特許
請求の範囲第１９項記載のセンサ。
（２４）フラット面の所定の１つだけが直角よりもかな
り大きい角度にて傾斜する側壁に隣接していることを特
徴とする特許請求の範囲第１９項記載のセンサ。
（２５）フラット面の各々に隣接するそれぞれのチャン
ネルの側壁は直角よりもかなり大きな角度にてそれぞれ
のフラット面から傾斜していることを特徴とする特許請
求の範囲第１９項記載のセンサ。
（２６）直角よりもかなり大きな角度にて傾斜する側壁
はわん曲されていることを特徴とする特許請求の範囲第
２５項記載のセンサ。