JP2016528502A - 液体中の圧力波を検出するセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
Kf・(ΔL1+ΔL2)+2・(K1・ΔL1)=2A・ΔP=Kf・(ΔL1+ΔL2)+2・(K2・ΔL2)
ここで、K2・ΔL2=K1・ΔL1なので、ΔL2=ΔL1・K1/K2、及びΔL1=ΔLf・K2/(K1+K2)である。K1=K2=Kと仮定して単純化し、すると、ΔLf=2A・ΔP/(Kf+K)となる。
2ΔL=(2A・ΔP−Kf・ΔLf)/K=ΔLf・Kf/2K3+ΔLf
2A・ΔP=(ΔLf・Kf/2K3+ΔLf)・K+Kf・ΔLf=ΔLf・(K・Kf/2K3+K+Kf)
ΔLf=2A・ΔP/(K・Kf/2K3+K+Kf)
となる。
Claims (40)
- 光学圧力検出装置(1001、1002、1003、1004)であって、
圧力伝播媒体(3)好ましくはオイルで充填され、流体への浸漬に適し、該流体中の圧力波を少なくとも部分的に透過させる少なくとも1つの窓(4)を有するチャンバ(2)と、
前記チャンバ(2)を長手方向に貫通しファイバブラッググレーティング(8)を有する光ファイバ(7)と、
第1のフレーム端(11)、及び長手方向反対側の第2のフレーム端(12)を有するフレーム(10)と、
前記チャンバ(2)内に配設され前記第1のフレーム端(11)に固定される少なくとも1つの第1の圧力マウント組立(100)と、を備え、
前記第1の圧力マウント組立(100)が、前記ファイバ(7)の長手方向に変位可能な第1のファイバマウント(130)を有し、
前記第1の圧力マウント組立(100)が、前記第1のファイバマウント(130)と前記第1のフレーム端(11)との間に挟まれ前記ファイバ(7)に隣接する少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(110、120)、を備え、
前記光ファイバ(7)が、前記ファイバブラッググレーティング(8)の一方側の1つの固定点(131)で前記第1のファイバマウント(130)に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第1のファイバマウント(130)が前記光ファイバ(7)に前記第1のフレーム端(11)に向かう引張り力(F1)を作用させ、
圧力が増すと引張り力(F1)が増すように、前記引張り力(F1)が前記圧力伝播媒体(3)の圧力の変化に伴って変化する
光学圧力検出装置。 - 前記光ファイバ(7)が、前記第1の固定点(131)に対して前記ファイバブラッググレーティング(8)の反対側で前記第1のフレーム端(11)の反対の前記第2のフレーム端(12)に固定される請求項1に記載の光学圧力検出装置(1001)。
- 前記チャンバ(2)内に配設され前記第2のフレーム端(12)に固定される第2の圧力検知マウント組立(200)をさらに備え、
前記第2の圧力検知マウント組立(200)が、前記ファイバ(7)の長手方向に変位可能な第2のファイバマウント(230)を有し、
前記第2の圧力マウント組立(200)が、前記第2のファイバマウント(230)と第2のフレーム端(12)との間に挟まれ前記ファイバ(7)に隣接する少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(210、220)、を備え、
前記光ファイバ(7)が、前記第1の固定点(131)に対して前記ファイバブラッググレーティング(8)の反対側で前記第2の固定点(23)で第2のファイバマウント(230)に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第2のファイバマウント(230)が、前記光ファイバ(7)に前記第2のフレーム端(2)に向けて第2の引張り力(F2)を作用させ、
圧力が増すと第2の引張り力(F2)が増すように、該第2の引張り力(F2)が前記圧力伝播媒体(3)の圧力の変化に伴って変化する
請求項1に記載の光学圧力検出装置(1001)。 - 前記チャンバ(2)内に配設され前記第2のフレーム端(12)に固定される少なくとも1つの静止圧力補償組立(300)、をさらに備え、
静止圧力補償組立(300)が、前記ファイバ(7)の長手方向に変位可能な第2のファイバマウント(330)を有し、
前記静止圧力補償組立(300)が、前記第2のファイバマウント(330)と第2のフレーム端(12)との間に挟まれ前記ファイバ(7)に隣接する少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(310、320)、をさらに備え、
前記光ファイバ(7)が、前記第1の固定点(131)に対して前記ファイバブラッググレーティング(8)の反対側で前記第2の固定点(331)で第2のファイバマウント(330)に固定され、
前記軸方向圧力補償要素(310、320)の軸方向剛性が、前記圧力伝播媒体(3)の圧力の関数であって、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い
請求項1に記載の光学圧力検出装置(1003)。 - 前記チャンバ(2)内に配設され前記第2のフレーム端(12)に固定される、静止圧力補償組立(300)と、
前記チャンバ(2)内に配設され前記静止圧力補償組立(300)に固定される第2の圧力検知マウント組立(200)と、をさらに備え、
前記静止圧力補償組立(300)が、ファイバ(7)の隣接に配設された少なくとも1つの軸方向補償要素(310、320)を有し、
前記第2のファイバマウント(230)が、前記ファイバ(7)の長手方向に変位可能な第2のファイバマウント(230)を有し、
前記第2の圧力マウント組立(200)が、前記第2のファイバマウント(230)と前記静止圧力補償組立(300)との間に挟まれ前記ファイバ(7)に隣接する少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(210、220)、を備え、
前記光ファイバ(7)が、前記第1の固定点(131)に対して前記ファイバブラッググレーティング(8)の反対側で第2の固定点(231)で前記第2のファイバマウント(230)に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第2のファイバマウント(230)が前記光ファイバ(7)に前記第2のフレーム端(12)に向けて第2の引張り力(F2)を作用させ、
圧力が増すと第2の引張り力(F2)が増すように、前記第2の引張り力(F2)が前記圧力伝播媒体(3)の圧力における変化に伴って変化し、
前記軸方向圧力補償要素(310、320)の軸方向剛性が、前記圧力伝播媒体(3)の圧力の関数であって、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い
請求項1に記載の光学圧力検出装置(1004)。 - 前記チャンバ(2)内に配設され前記第2のフレーム端(12)に固定される、第2の圧力検知マウント組立(200)と、
前記チャンバ(2)内に配設され前記第2の圧力検知マウント組立(200)に固定される、静止圧力補償組立(300)と、をさらに備え、
前記第2の圧力検知マウント組立(200)が、前記ファイバ(7)に隣接して配設される少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(210、220)を有し、
前記静止圧力補償組立(300)が、前記ファイバ(7)の長手方向に変位可能な第2のファイバマウント(330)を備え、
前記静止圧力補償組立(300)が、前記第2のファイバマウント(330)と前記第2の圧力検知マウント組立(200)との間に挟まれ前記ファイバ(7)に隣接する少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(310、320)、をさらに備え、
前記光ファイバ(7)が、前記第1の固定点(131)に対して前記ファイバブラッググレーティング(8)の反対側で第2の固定点(331)で前記第2のファイバマウント(330)に固定され、
少なくとも正常動作において、前記第2のファイバマウント(230)が、前記第2のフレーム端(12)に向けて前記静止圧力補償組立(300)に第2の引張り力(F2)を作用させ、該第2の引張り力(F2)は、圧力が増すと第2の引張り力(F2)が増すように、前記圧力伝播媒体(3)の圧力の変化に伴って変化し、
前記軸方向圧力補償要素(310、320)の軸方向剛性が、前記圧力伝播媒体(3)の圧力の関数であって、高周波圧力変動に対して高く低周波圧力変動及び静止圧力条件に対して低い
請求項1に記載の光学圧力検出装置。 - 一端が前記静止圧力補償組立(300)の軸方向圧力補償要素(310、320)に固定され、他端が前記第2の圧力検知マウント組立(200)の第2の圧力応答要素(210、220)に固定された中間マウント(340)をさらに備え、
前記中間マウントが、前記ファイバ(7)を接触することなく通過させる通路(341)をさらに有する
請求項5又は請求項6に記載の光学圧力検出装置(1003)。 - 前記第1のフレーム端(1)と前記第1の圧力検知マウント組立(100)との間に挟まれた静止圧力補償組立をさらに備えた請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の光学圧力検出装置(1003)。
- 圧力応答要素(110、120、210、220)が蛇腹とされる請求項1〜請求項8の何れか1項に記載の光学圧力検出装置。
- 圧力補償要素(310、320)が蛇腹とされる請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の光学圧力検出装置。
- 前記ファイバ(7)が剛性Kfとされ、前記第1の圧力応答要素(110、120)がKfよりも小さい剛性K1を有し、前記圧力補償組立(310、320)がK1よりも小さい静止剛性K3を有する請求項4に記載の光学圧力検出装置。
- 前記ファイバ(7)が剛性Kfとされ、前記第1及び第2の圧力応答要素(110、120、210、220)がKfよりも小さい剛性K1、K2をそれぞれ有し、前記圧力補償組立(310、320)がK1よりも小さい静止剛性K3を有する請求項5〜請求項7の何れか1項に記載の光学圧力検出装置。
- 前記窓(4)が膜とされる請求項1〜請求項12の何れか1項に記載の光学圧力検出装置。
- 圧力応答要素(110、120、210、220)が同じ大きさ、同じ設計を有して、相互に同じ物理特性を有する請求項1〜請求項13の何れか1項に記載の光学圧力検出装置。
- 圧力補償要素(310、320)が相互に同じ大きさ、設計を有して、相互に同じ物理特性を有する請求項1〜請求項14の何れか1項に記載の光学圧力検出装置。
- 請求項1〜請求項15の何れか1項に記載の少なくとも1つの光学圧力検出装置(4111、1001、1002、1003、1004)を備える連続音波探査用のストリーマセクション。
- 請求項1〜請求項15の何れか1項に記載の少なくとも1つの光学圧力検出装置(4111、1001、1002、1003、1004)を備える連続音波探査用のストリーマ。
- 請求項17に記載の2つ以上の光学圧力検出装置(4100)を備える連続音波探査用のストリーマアレイ(4001)。
- 請求項17に記載のストリーマ(4100)又は請求項18に記載のストリーマアレイ(4001)の少なくとも1つと、前記ストリーマ(4100)又は前記ストリーマアレイ(4001)の何れかを曳航する船舶と、前記センサ(4111)から測定信号を受信し処理する処理装置(4003)と、を備える連続音波探査システム。
- 海底(B)に設置され、請求項1〜請求項15に記載の少なくとも1つの光学圧力検知装置(2002、1001、1003、1004)を備える、海底音波検出の海中圧力測定用のケーブル(2001)。
- 請求項1〜請求項15に記載の少なくとも1つの光学圧力検知装置(3002、1001、1003、1004)を備えるマイクロホン(300)。
- 請求項1〜請求項15に記載の少なくとも1つの光学圧力検出装置の圧力検知マウント組立(100)であって、
ファイバ(7)へ接続する接続点(131)と、フレーム端(11)に連結する少なくとも1つの軸方向圧力応答要素(110、120)と、を有する可動ファイバマウント(130)を備え、
前記軸方向圧力応答要素(110、120)が、可動ファイバマウント(130)を軸方向に変位可能とし、
軸方向圧力応答要素(110、120)がそれぞれ、前記フレーム端(11)へ接続する軸方向一方端(111)、及び前記接続点(131)に隣接の前記ファイバマウント(130)へ接続される軸方向反対端(112)を有し、
各軸方向圧力応答要素(110、120)において、周囲圧力が増えると前記軸方向端(111、112)間の軸方向距離が減少するように、軸方向の長さが周囲圧力の変化に応答する
圧力検知マウント組立。 - 各軸方向圧力応答要素(110、120)が密閉容器(110)を備える請求項22に記載の圧力検知マウント組立。
- 各軸方向圧力応答要素(110、120)が蛇腹とされる請求項23に記載の圧力検知マウント組立。
- 前記接続点(131)の両側に配置される2つの軸方向圧力応答要素(110、120)を備える請求項22〜請求項24の何れか1項に記載の圧力検知マウント組立。
- 請求項1〜請求項15の何れか1項に係る光学圧力検知装置用の静止圧力補償組立(300)であって、
可動ベース(330、340)と、該可動ベース(330、340)が軸方向に変位可能となるように該可動ベース(330、340)をフレーム端(12)へ連結する少なくとも1つの軸方向圧力補償要素(310、320)と、を備え、
前記軸方向圧力補償要素(310、320)の軸方向剛性が、周囲圧力の関数であって、高周波圧力変動に対し高く、低周波圧力変動及び静止圧力条件に対し低い
静止圧力補償組立。 - 軸方向圧力補償要素(310、320)がそれぞれ、チョーク流路(314、324)を介して周囲に流体的に連通する内部(313、323)を有する蛇腹を備え、前記チョーク流路(314、324)が周囲流体に対し比較的高い流れ抵抗を有している
請求項26に記載の静止圧力補償組立。 - 各チョーク流路(314、324)が、約1秒〜10分程度、好ましくは1分程度の時定数を有する請求項26又は27に記載の静止圧力補償組立。
- 海底(B)の連続音波探査の方法であって、
請求項1〜請求項15の何れか1項に係る少なくとも1つの光学圧力検出装置(4111、1001、1002、1003、1004)を用意するステップと、
前記センサを海中に設置する工程と、
海の上層で少なくとも1つの音響パルスを発生するステップと、
前記光学圧力センサ(4111、1001、1002、1003、1004)を用いて前記海底(B)から音響応答信号を検出するステップと、
が含まれる連続音波探査の方法。 - 複数の光学圧力センサ(4111、1001、1002、1003、1004)がストリーマ(4100)に設けられ、前記ストリーマが、海中に設置され、船舶(4002)で曳航される、請求項29に記載の方法。
- 複数のストリーマ(4100)のアレイ(4001)が、海中に設置され、前記船舶(4002)で曳航される、請求項30に記載の方法。
- 流体の圧力変動を検知する方法であって、
ファイバブラッググレーティング(8)を備える光ファイバ(7)を用意する工程と、
前記光ファイバ(7)を、前記ファイバブラッググレーティング(8)の両側の2つの固定点(131、231)で保持する工程と、
前記2つの固定点(131、231)を引き離す張力(F1)を前記光ファイバに作用させるステップと、
流体圧力変動を受けるステップと、
流体圧力の増加を受けると前記張力を増やし、前記流体圧力の減少を受けると前記張力を減少させるステップと、
前記光ファイバ(7)を光パルスで調査するステップと、
前記ファイバブラッググレーティング(8)から反射光パルスを受けるステップと、
前記反射光パルスの波長スペクトラムを解析して、調査する光パルスと比較し前記反射光パルスの波長シフトに比例する前記ファイバブラッググレーティング(8)の長さ変化を計算し、前記長さ変化に比例する圧力変動を計算するステップと、
を含む流体の圧力変動を検知する方法。 - 前記流体圧力変動を濾過し、所定周波数閾値よりも低い変化周波数を有する流体圧力変動に対する前記張力応答変化を減少させて、静止圧力変動補償を作用させるステップ、をさらに含んでいる請求項32に記載の方法。
- 流体の圧力変動を検知する検出手段であって、
ファイバブラッググレーティング(8)を有する光ファイバ(7)と、
前記光ファイバを前記ファイバブラッググレーティング(8)の両側の2つの固定点(131、231)で支持し、前記2つの固定点(131、231)を引き離す張力(F1)を前記光ファイバに作用させるマウント手段(10、100)と、を備え、
流体圧力変動を受け、流体圧力の増加を受けると前記張力を増やし、前記流体圧力の減少を受けると前記張力を減少させる少なくとも1つの圧力検知応答要素(110、120)を、前記マウント手段が備える
検出手段。 - 流体の圧力変動を検知する検出手段であって、
所定周波数閾値よりも低い変化周波数を有する流体圧力変動に対して前記張力応答変化を減少させる補償手段をさらに備える
請求項34に記載の検出手段。 - 地下に掘削した油井又は他の流体充填孔などにおける連続音波探査等の地下圧力測定用のケーブル(2001)であって、
請求項1〜請求項15の何れか1項に記載の少なくとも1つの光学圧力検知装置(2002、1001、1002、1003、1004)を備えるケーブル。 - 海底音響検出の海中圧力測定の方法であって、
請求項20に係る少なくとも1つのケーブル(2001)を用意するステップと、
前記ケーブルを海床(B)に設置するステップと、
前記ケーブルの少なくとも1つの前記光学圧力センサを用いて音響信号を検出するステップと、
前記光学圧力センサからの測定信号を処理するステップと、
を含んでいる方法。 - 地下圧力測定の方法であって、
請求項20に記載の少なくとも1つのケーブル(2001)を用意するステップと、
前記ケーブルを地下に掘削した流体充填孔に設けるステップと、
前記ケーブルの少なくとも1つの光学圧力センサを用いて音響信号を検出するステップと、
前記光学圧力センサから前記測定信号を処理するステップと、
を含んでいる方法。 - 方法が鉛直連続音波探査用とされる請求項38に記載の方法。
- 前記流体充填孔が油井とされる請求項38に記載の方法。
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