JPS62285088A - 少なくとも１つの三成分ジオホン探知器を持つ地中聴音装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも１つの三成分ジオホン探知器と、
この三成分ジオホン探知器とケーブルを介して電気的に
接続されている演算増幅器とを持ち、この演算増幅器が
ジオホン探知器の振動信号を増幅し、その後にこの増幅
された信号が電気音声発信器により聴取可能に伝えられ
る地中聴音装置に関する。

〔従来の技術Ｊ この種の地中聴音装置は災害防止での使用、特に生き埋
めになった人の位置の測定および救出のためのノックに
よる合図の聴取に適している。この公知の地中聴音装置
は、個々の三成分ジオホン探知器もしくは鎖状または絨
たん状に配置される複数のジオホン探知器と共に使用で
きる。

公知の地中聴音装置は、オランダ国フォールスホーテ所
在のオランダ国の会社センサ・ネーブルラントのカタロ
グ１３デー・ニーニット１（１９８４年７月発行）に示
されているように三成分ジオホン探知器により動作する
。

このような三成分ジオホン探知器は、電気力学原理に基
づいて動作する３つの個別ジオホンを含んでおり、これ
らの個別ジオホンの有効振動軸は三次元直角座標系の軸
ｘ、ｙおよびＺに応じて配置されている。

こうして公知の三成分ジオホン探知器は、Ｐ波（−次波
または縦波）、Ｓ波（せん断波または横波）および０波
（表面波）を伝えることができる。前述の波形は異なる
拡散速度を持っている。

高周波の一次波は最大の拡散速度を持ち、低周波のせん
断波はより小さい拡散速度を持ち、表面波は最小の拡散
速度を持っている。

各三成分ジオホン探知器の３つの個別ジオホンから発信
される信号はケーブル（このケーブルの詳細構造は知ら
れていない）を介して演算増幅器へ与えられ、この演算
増幅器の出力信号はダイナミックイヤホン（音声発信器
）を介して聴取可能になる。同じようなイヤホンは以前
に鉱山用聴音装置との関連でも使用された（雑誌「グリ
ュツクアウフ」１９４９年発行１６１−１６６頁および
１９５２年発行６４５−６４７頁参照）。

公知の地中聴音装置は改良の必要ありと感じられる。な
ぜならばこの地中聴音装置は、可聴範囲すなわち約３０
ヘルツ以上の周波数を伝達することができるだけである
からである。しかし人間の耳の可聴限度よりはるかに下
の非常に低い周波数を聴取可能にすることが重要な技術
的要求であることが分かった。可聴周波数（大体におい
て３０ヘルツ以上）が（生き埋めになっり人の）音源か
らの所定距離にしばしばまったく存在しないような柔ら
かい土、硬い砂、芝生、瓦礫およびばろばろの岩石の中
には、主に地中超低周波音と呼ぶことができる音声周波
数が発生する。

〔発明が解決しようとする問題点」 本発明の根底にある課題は、主として災害の場合に生き
埋めになった人に生ずるこの地中超低周波音を、同時に
災害防止のために非常に堅固な装置を生ぜしめる、でき
るだけ簡単な手段により実現することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によればこの課題は、各三成分ジオホン探知器の
３つの個別ジオホンが直列接続され、ジオホン探知器が
二心ケーブルだけを介して演算増幅器と接続され、この
演算増幅器の出力信号が高速電子スイッチを操作し、こ
のスイッチが、専用の直流電源を備えた、直流電圧回路
内にある圧電信号発信器を作動させることによって解決
される。

重要なのはまず、三次元軸ｘ、ｙおよび２に配置された
、各三成分ジオホン探知器の３つの個別ジオホンの直列
接続である。このようにして、３つの三次元軸に応じて
分けられた信号は微分されて受信されない。既に公知の
三成分ジオホン装置（既述のカタログ１３デー・ニーニ
ット１、直列接続なしの三成分ジオホンに関するドイツ
連邦共和国特許出願公開第３２０４８７４号明細書、多
心ケーブル付き三成分ジオホンに関する米国特許第４５
３４０２０号明細書参照）とは異なって、本発明はむし
ろ意識的に微分されない混合信号で満足している。なぜ
ならば本発明にとっては（生き埋めになつ臥の）低周波
の音源の発見だけが重要であるからである。それに加え
て、本発明による地中聴音装置においてもっばら必要と
される、各三成分ジオホン装置用の二心ケーブルは著し
い構Δ上の簡単化を生ぜしめる。これは特に、鎖状ジオ
ホン探知器または賊たん状ジオホン探知器が配置されな
ければならない場合について言える。その他の点では（
ドイツ連邦共和国特許出願公告第２４３３７９３号明細
書参照）、本発明においては望ましくない、方向選択性
の意味で振動特性に関して互いに影響し合う複数の個別
ジオホンを接続して一体化することは公知である。なお
、ドイツ連邦共和国特許出願公告第２４３３７９３号明
細書は音声発信器を示していない。

特に重要なのは、非常に簡単に地中超低周波音信号が聴
取可能にすることができる本発明の特徴である。すなわ
ち増幅器の出力端に生ずる例えば５ヘルツの聴取不可能
な信号（音声パルス）が高速電子スイッチを操作し、こ
の高速電子スイッチは、専用の直流電源を備えた圧電信
号発信器を例えば音声パルスの持続時間の開作動させる
−これに関して、本発明により使用される電子演算増幅
器がジオホン探知器から発信される信号の周波数そのも
のを変えないということを述べておかなければならない
。これは重要である。なぜならばこのことによって信号
の可聴期間が（周波数逓倍器Ｉを使用した場合とは異な
って）短縮されないからである。

最後にドイツ連邦共和国特許第３０１４２５９号明細書
から、機械的に振動する水平装置により音声発信器を作
動させることは公知である。しかしこの公知の装置は３
つの個別ジオホンを持っていない。

上述した発明により、災害の場合に生き埋めになった人
を救出するために特に重要である低周波音または地中超
低周波音を構造的に簡単に聴取可能にすることができた
ことを要約的に述べておく。

本発明の別の特徴によれば、個別ジオホンの両出力端に
対して並列に、個別ジオホンの固有周波数において共振
を抑制するオーム抵抗（減衰抵抗）が接続されている。

低周波信号に適したジオホンが約４．５ヘルツの固有周
波数を持つことを前提としている。したがって４．５ヘ
ルツの周波数を持つ地中超低周波音が発生した場合は、
減衰抵抗により周波数の過度上昇が回避される。さらに
、本発明により使用される低周波探知器により最低約２
ヘルツを測定することができることを補足的に述べてお
く。

本発明の別の構成においては、外乱信号、特に放送周波
数を除去するために三成分ジオホンの両出力端に対して
並列にコンデンサが接続されている。

冒頭に述べた特に重要な（例えば電界効果トランジスタ
回路の形の）高速電子スイッチは、ジオホン探知器によ
り受信されかつ増幅器出力端において発信される例えば
２ヘルツ信号が音声パルスとして、圧電信号発信器を作
動させる高速電子スイッチに作用するようにさせる。こ
の信号発信器は、出力信号の周波数高さに関して意図的
に微分されずに特に地中超低周波音の存在を表示する。

これに関してさらに、本発明により使用されるジオホン
探知器が主に発生する地中超低周波音のほかに約１．５
キロヘルツまでの高い音声周波数をも処理することがで
きることを補足的に述べておく。低周波信号のための音
声パルススイッチとして、固定的な限界値電圧を持つ四
極リード継電器が非常に有利で、特に機械的および電気
的に障害に対して安全であることが分かった。

リード継電器（例えばミュンヒエン所在のフランツイス
発行所“電子工学の概念”３２７頁参照）はトランジス
タ回路とは異なって非常に簡（］０） 単に接続可能でありかつ極めて短時間のパルス（ミリセ
カンド）に対して応答可能である。

本発明により使用されるリード継電器の限界値は例えば
±２ボルトに達することができる。

この限界値が生じてはじめて、すなわち低周波信号の所
定の振幅を超えまたは下回る際にリード継電器が作動し
て圧電信号発信器を直流電源に接続する。圧電信号発信
器は、僅かな出力で非常にはっきりさ聞える音を発生す
ることができるという利点を持っている。

低周波音声パルスの発生の際に圧電信号発信器により発
生される音の可聴期間は本発明の別の特徴によれば、直
流電圧回路へ圧電信号発信器の両入力端に対して並列に
コンデンサが接続されていることによって延長される。

〔実施例」 本発明の好ましい実施例を図面により詳細に説明する。

第１図において、全体として概略的に接続図で示されて
いる地中聴音装置が符号１０で示されている。振動検出
器は、外側輪郭形駄だけが異なる三成分ジオホン探知器
ＩＬ１１ａから成る。

ジオホン探知器］１はより細長い円面状外筒範囲１２と
、探知器の自由端においてこの外筒範囲に続いている円
筒台状の外筒範囲１３とを持っている。探知器１１はそ
の外側形駄により特にポーリング孔内の使用に適してい
る。

これに対して、探知器１１ａは直方体状の外筒１４を持
っており、この外筒の外面へ３つの個別ジオホンＧｘ＋
（、ｙ、Ｇｚが三次元直角座標系の座標Ｘ、ｙおよび２
に応じて方向づけられている（第２図）。座標軸は第２
図に相応に示されている。

探知器１１の詳述されていない個別ジオホンＧｘ、Ｇｙ
およびＧｚも三次元座標系ｘ、ｙ、ｚに応じて方向づけ
られている。

第３図による電気接続図は、個別ジオホンＧｘ−Ｇｙの
両出力端１５．１６が直列接続されているので、三成分
ジオホンＩｌａが全部で２つの電気出力端ＡおよびＢだ
けしか持たないことを示している。第１図および第２図
に示されているように、出力端Ａ９口は同時に１つの二
心ケーブル１７用に設けられている。

個別ジオホンＧｘ−Ｇｚの出力端１５．１６に対して並
列にそれぞれ減衰抵抗ＲＤが接続されている。減衰抵抗
ＲＤはそれぞれ、例えば４．５ヘルツのそれぞれの個別
ジオホンＧｘ−Ｇｚの固有周波数により周波数過度上昇
を回避しなければならない課題を持っている（第３図）
。

第１図から、二極スイッチ１８によって探知器１１＋１
１ａを二者択一に作動させることができることが分かる
。

探知器＋１．ｌｌａにより検出された低周波信号は二心
ケーブル１７を介して、全体として１９で示されている
演算増幅器へ与えられ、この演算増幅器は回路範囲ｆ１
内の低周波の増幅された信号を高速電子スイッチ２４（
第４図）へ与え、このスイッチは直流電圧回路ｆ２内で
圧電信号発信器２０を作動させる。これに関する詳細は
第４図から分かる。

演算増謳器１９のプラス信号入力端は２Ｊで示され、マ
イナス信号入力端は２２で示されている。信号入力端２
２は接地接続部Ｍ、および前置抵抗Ｒｖを介して演算増
幅器Ｉ９のマイナス接続部に導かれている。増幅された
信号電圧は増幅器側の出力端２３と接地点Ｍ２との間で
低下する。

増幅器回路にはさらに抵抗Ｒ１およびＲ２が付属し、こ
の抵抗Ｒｐは実際上増幅度に対する固定抵抗である。直
列接続された面抵抗Ｒ，，Ｒ，は増幅器１９のマイナス
接続部および増幅器出力端２３に対して並列に接続され
ている。

外部から変えることができるオーム抵抗Ｒｅは、増幅さ
れた信号の振幅の調節、特に破線で示した回路により示
されるリード継電器２４の過度側視の回避のために役立
つ。リード継電器２４の固定的な限界値は例えば±２ｖ
である。演算増幅ｎ１９にはさらにコンデンサ２５が付
属する。

さらにジオホン側に設けられたコンデンサ２６（第３図
）は外乱周波数を除去するために使われる。

地中聴音装置の動作を以下に述べる。

第３図による１つまたはすべての個別ジオホンＧｘ−Ｇ
ｚは例えば２−８ヘルツの信号を検出しかつこの信号を
共振周波数（減衰抵抗Ｒ，）を除去して心線ＡおよびＢ
を持つ二心ケーブル１７へ与える。この信号は増幅器側
の入力端２１．２２へ達し、そこで増幅されかつ四極リ
ード継電器２４に作用し、このリード継電器は圧電信号
発信器２０を直流電源２７に印加する。これは２３とＭ
２との間に生ずる低周波音声パルス（回路範囲ｆ、）の
持続時間の間行なわれる。圧電信号発信器２０の直流電
圧回路ｆ２における音声パルスの持続時間は並列接続さ
れたコンデンサ２８により延長される。

さらに、増幅器１９は二極スイッチ２９を介して直流電
源３０に接続されるということだけを述べておく。これ
に関する接地点はＭ３で示されている。

圧電信号発信器２０の両入力端は３１．３２で示されて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による地中聴音装置の概略接続図、第２
図は三成分ジオホン探知器の概略図、第３図は三成分ジ
オホン探知器の３つの個別ジオホンの電気回路図、第４
図は特に低周波の地中超低周波音の増幅および聴取可能
のための素子を示す電気回路図である。 ＋１＋１１ａ・・・三成分ジオホン探知器、’　１７二
心ケーブル、１９・・・演算増幅器、２０・・・圧電信
号発信器、２４・・・高速電子スイッチ、２７・・・直
流電源、ＧＸ、Ｇｙ、Ｇｚ・・・個別ジオホン、ｆ２・
・・直流電圧回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくとも１つの三成分ジオホン探知器と、この三
   成分ジオホン探知器とケーブルを介して電気的に接続さ
   れている演算増幅器とを持ち、この演算増幅器がジオホ
   ン探知器の振動信号を増幅し、その後にこの増幅された
   信号が電気音声発信器により聴取可能に伝えられる地中
   聴音装置において、各三成分ジオホン探知器（１１、１
   １ａ）の３つの個別ジオホン（Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ）が直
   列接続され、ジオホン探知器（１１、１１ａ）が二心ケ
   ーブル（１７）だけを介して演算増幅器（１９）と接続
   され、この演算増幅器の出力信号が高速電子スイッチ（
   ２４）を操作し、このスイッチが、専用の直流電源（２
   ７）を備えた、直流電圧回路（ｆ＿２）内にある圧電信
   号発信器を作動させることを特徴とする、少なくとも１
   つの三成分ジオホン探知器を持つ地中聴音装置。 ２　個別ジオホン（Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ）の両出力端（１
   ５、１６）に対して並列に、個別ジオホン（Ｇｘ、Ｇｙ
   、Ｇｚ）の固有周波数において共振を抑制するオーム減
   衰抵抗（Ｒ＿Ｄ）が接続されていることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項に記載の地中聴音装置。 ３　三成分ジオホン探知器（１１、１１ａ）の両出力端
   （Ａ、Ｂ）に対して並列に、外乱周波数、特に放送周波
   数を除去するためにコンデンサ（２６）が接続されてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載の地中聴音装置。 ４　高速電子スイッチが固定的な限界値電圧を持つ四極
   リード継電器（２４）から成ることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のうち１つに記載の地中
   聴音装置。 ５　直流電圧回路（ｆ＿２）へ圧電信号発信器（２０）
   の両入力端（３１、３２）に対して並列にコンデンサ（
   ２８）が接続されていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項ないし第４項のうち１つに記載の地中聴音装
   置。