JP2000121742A - 掘削管体音響伝送用送信機およびこの送信機による掘削管体音響伝送方法 - Google Patents
掘削管体音響伝送用送信機およびこの送信機による掘削管体音響伝送方法Info
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- JP2000121742A JP2000121742A JP29236098A JP29236098A JP2000121742A JP 2000121742 A JP2000121742 A JP 2000121742A JP 29236098 A JP29236098 A JP 29236098A JP 29236098 A JP29236098 A JP 29236098A JP 2000121742 A JP2000121742 A JP 2000121742A
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- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
- E21B47/16—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the drill string or casing, e.g. by torsional acoustic waves
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動子から管体への音響弾性波の伝達効率を
向上させることができないなどの課題があった。 【解決手段】 磁歪振動子２６をドリルカラー１３など
の管体に加工した磁歪振動子搭載用溝２８にバイス２９
を用いたプリロード機構により圧縮荷重をかけて搭載し
た。
向上させることができないなどの課題があった。 【解決手段】 磁歪振動子２６をドリルカラー１３など
の管体に加工した磁歪振動子搭載用溝２８にバイス２９
を用いたプリロード機構により圧縮荷重をかけて搭載し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、掘削しながら地
層の情報や掘削機の状態をリアルタイムに地上へ伝送す
るＭＷＤ（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒ
ｉｌｌｉｎｇ）システムにおいて、伝送に必要な大きさ
と周波数の弾性波を低電力で発生させることができる掘
削管体音響伝送用送信機およびこの送信機による掘削管
体音響伝送方法に関するものである。
層の情報や掘削機の状態をリアルタイムに地上へ伝送す
るＭＷＤ（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒ
ｉｌｌｉｎｇ）システムにおいて、伝送に必要な大きさ
と周波数の弾性波を低電力で発生させることができる掘
削管体音響伝送用送信機およびこの送信機による掘削管
体音響伝送方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、掘削コストの削減や掘削作業の安
全性の向上を図ることを目的に、掘削しながら地層の情
報や掘削機の状態を掘削用管体（ドリルカラー、ドリル
パイプ）を接続したドリルストリングを介して伝播する
音響弾性波でリアルタイムに地上へ伝送するＭｅａｓｕ
ｒｅｍｅｎｔ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ（ＭＷ
Ｄ）システムが使用されている。実用化されているＭＷ
Ｄシステムは情報の伝送手段により、マッドパルス方
式、および電磁波方式の２つの方式が存在するが、伝送
レートや機器の信頼性もしくは適用可能な動作環境の制
限により実用として充分なものではなかった。そこでこ
のような課題を解決するために、掘削に用いられる管体
を媒体にした音響弾性波で情報の伝送を行う音響方式に
よるＭＷＤ技術が注目されている。
全性の向上を図ることを目的に、掘削しながら地層の情
報や掘削機の状態を掘削用管体（ドリルカラー、ドリル
パイプ）を接続したドリルストリングを介して伝播する
音響弾性波でリアルタイムに地上へ伝送するＭｅａｓｕ
ｒｅｍｅｎｔ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ（ＭＷ
Ｄ）システムが使用されている。実用化されているＭＷ
Ｄシステムは情報の伝送手段により、マッドパルス方
式、および電磁波方式の２つの方式が存在するが、伝送
レートや機器の信頼性もしくは適用可能な動作環境の制
限により実用として充分なものではなかった。そこでこ
のような課題を解決するために、掘削に用いられる管体
を媒体にした音響弾性波で情報の伝送を行う音響方式に
よるＭＷＤ技術が注目されている。
【０００３】従来このような技術として、圧電セラミク
スを発信源として用いた管体伝送システムがあった。こ
の技術は、例えばＥＰ５５２８３３Ａ１“Ｓｏｎｉｃ
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｌｅｍｅｔｅｒｉｎｇ ｓｙ
ｓｔｅｍ”等に開示されている。
スを発信源として用いた管体伝送システムがあった。こ
の技術は、例えばＥＰ５５２８３３Ａ１“Ｓｏｎｉｃ
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｌｅｍｅｔｅｒｉｎｇ ｓｙ
ｓｔｅｍ”等に開示されている。
【０００４】図１４は、例えば特開平７−２９４６５８
号公報に示された従来の音響弾性波を用いた掘削管体音
響伝送用送信機を示す側面図、図１５は図１４の掘削管
体音響伝送用送信機で用いられている発振器の構造を示
す分解斜視図、図１６は図１５の発振器の取付時の状態
を示す断面図である。図において、１３はドリルカラ
ー、１４はドリルパイプ、３０１は圧電セラミクスを用
いた音響弾性波の発振器、３０２は受信側のレシーバサ
ブ、３０３は受信トランスデューサ、３０４はＭＷＤツ
ール、３１１は積層型の圧電素子で構成された振動子、
３１２は管体と発振器３０１を接続するカップリング
部、３２１はスプリング等の弾性体である。この発振器
３０１は、ドリルカラー１３に加工された溝に設置さ
れ、弾性体３２１を用いて一端のカップリング部３１２
をドリルカラー１３の断面に押しつけられながら搭載さ
れる。
号公報に示された従来の音響弾性波を用いた掘削管体音
響伝送用送信機を示す側面図、図１５は図１４の掘削管
体音響伝送用送信機で用いられている発振器の構造を示
す分解斜視図、図１６は図１５の発振器の取付時の状態
を示す断面図である。図において、１３はドリルカラ
ー、１４はドリルパイプ、３０１は圧電セラミクスを用
いた音響弾性波の発振器、３０２は受信側のレシーバサ
ブ、３０３は受信トランスデューサ、３０４はＭＷＤツ
ール、３１１は積層型の圧電素子で構成された振動子、
３１２は管体と発振器３０１を接続するカップリング
部、３２１はスプリング等の弾性体である。この発振器
３０１は、ドリルカラー１３に加工された溝に設置さ
れ、弾性体３２１を用いて一端のカップリング部３１２
をドリルカラー１３の断面に押しつけられながら搭載さ
れる。
【０００５】次に動作について説明する。図１７は図１
５に示した従来例の発振器の駆動電流波形を示す波形
図、図１８はドリルカラーに発生する音響弾性波を表す
波形図である。まず、発振器３０１より発生した音響弾
性波は、ドリルカラー１３に伝達され上方へ向けて伝播
する。本例では、管体途中に設置されたレシーバサブ３
０２上の受信トランスデューサ３０３により受信され、
さらにＭＷＤツール３０４を介して例えばマッドパルス
のような従来のＭＷＤ方式で地上へ向けて情報が送信さ
れる。これにより発振器３０１で発生した音響弾性波が
ドリルカラー１３に伝達される。
５に示した従来例の発振器の駆動電流波形を示す波形
図、図１８はドリルカラーに発生する音響弾性波を表す
波形図である。まず、発振器３０１より発生した音響弾
性波は、ドリルカラー１３に伝達され上方へ向けて伝播
する。本例では、管体途中に設置されたレシーバサブ３
０２上の受信トランスデューサ３０３により受信され、
さらにＭＷＤツール３０４を介して例えばマッドパルス
のような従来のＭＷＤ方式で地上へ向けて情報が送信さ
れる。これにより発振器３０１で発生した音響弾性波が
ドリルカラー１３に伝達される。
【０００６】次に管体に伝達される音響弾性波の発生に
ついて説明する。圧電素子は電界中に置かれると、その
大きさにより歪みを生じる。したがって、この圧電素子
を電極で挟み、電極間に電圧を加えて電界を与えると、
電圧の大きさにより圧電素子は歪む。この原理を応用
し、電極と圧電素子を積層して振動子３１１を構成し、
電極に電圧を印加すると、駆動電流３３１が電極間に流
れて電界が発生し、その周期的に応じた音響弾性波が振
動子３１１より発生する。このとき、駆動電流を振動子
３１１固有の共振周波数で与えると、振動子３１１は共
振振動を始め、振幅の大きな振動が得られ、掘削用管体
（ドリルカラー１３、ドリルパイプ１４）を伝播する音
響弾性波３３２を発生させることができる。
ついて説明する。圧電素子は電界中に置かれると、その
大きさにより歪みを生じる。したがって、この圧電素子
を電極で挟み、電極間に電圧を加えて電界を与えると、
電圧の大きさにより圧電素子は歪む。この原理を応用
し、電極と圧電素子を積層して振動子３１１を構成し、
電極に電圧を印加すると、駆動電流３３１が電極間に流
れて電界が発生し、その周期的に応じた音響弾性波が振
動子３１１より発生する。このとき、駆動電流を振動子
３１１固有の共振周波数で与えると、振動子３１１は共
振振動を始め、振幅の大きな振動が得られ、掘削用管体
（ドリルカラー１３、ドリルパイプ１４）を伝播する音
響弾性波３３２を発生させることができる。
【０００７】しかし、上記のような従来の掘削管体音響
伝送用送信機では、圧電素子の電歪効果を用いて音響弾
性波を発生させるように構成されているので、次のよう
な問題点があった。すなわち、圧電素子の機械強度は金
属材料に比べると弱く、そのために掘削の衝撃や電歪自
体による素子の損傷が懸念されるとともに、ドリルカラ
ー１３に搭載する際、十分な荷重を掛けることが困難で
あったので、振動子から管体への音響弾性波の伝達効率
を向上させることができなかった。
伝送用送信機では、圧電素子の電歪効果を用いて音響弾
性波を発生させるように構成されているので、次のよう
な問題点があった。すなわち、圧電素子の機械強度は金
属材料に比べると弱く、そのために掘削の衝撃や電歪自
体による素子の損傷が懸念されるとともに、ドリルカラ
ー１３に搭載する際、十分な荷重を掛けることが困難で
あったので、振動子から管体への音響弾性波の伝達効率
を向上させることができなかった。
【０００８】また、圧電素子、たとえば圧電セラミック
はキュリー温度が１２０℃程度であり、この温度を超え
ると歪みが発生しなくなるので、坑底のような高温環境
下では使用できなかった。
はキュリー温度が１２０℃程度であり、この温度を超え
ると歪みが発生しなくなるので、坑底のような高温環境
下では使用できなかった。
【０００９】さらに、圧電素子の厚さに応じてその発振
周波数が固定されてしまうので、管体の情報伝送に必要
な低周波の加振を実現するためには、圧電素子の全長が
１ｍ以上必要となるが、このような大型の圧電素子を駆
動するには、所用エネルギーが大きすぎ、坑底システム
では電源の確保と小型の振動子の製作は極めて困難であ
った。
周波数が固定されてしまうので、管体の情報伝送に必要
な低周波の加振を実現するためには、圧電素子の全長が
１ｍ以上必要となるが、このような大型の圧電素子を駆
動するには、所用エネルギーが大きすぎ、坑底システム
では電源の確保と小型の振動子の製作は極めて困難であ
った。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の掘削管体音響伝
送用送信機は以上のように構成されているので、振動子
から管体への音響弾性波の伝達効率を向上させることが
できないなどの課題があった。
送用送信機は以上のように構成されているので、振動子
から管体への音響弾性波の伝達効率を向上させることが
できないなどの課題があった。
【００１１】また、キュリー温度が１２０℃を超える
と、圧電素子の歪みが発生しなくなるので、坑底のよう
な高温環境下では使用できないなどの課題があった。
と、圧電素子の歪みが発生しなくなるので、坑底のよう
な高温環境下では使用できないなどの課題があった。
【００１２】さらに、大型の圧電素子を駆動するには、
所用エネルギーが大きすぎ、坑底システムでは電源の確
保と小型の振動子の製作は極めて困難であるなどの課題
があった。
所用エネルギーが大きすぎ、坑底システムでは電源の確
保と小型の振動子の製作は極めて困難であるなどの課題
があった。
【００１３】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、磁歪材を用いて掘削の振動や坑底
の温度に耐える音響伝送用振動子を構成することで、Ｍ
ＷＤシステムの伝送に必要な大きさと周波数の弾性波
を、低電力で発生させることができる掘削管体音響伝送
用送信機およびこの送信機による掘削管体音響伝送方法
を得ることを目的とする。
めになされたもので、磁歪材を用いて掘削の振動や坑底
の温度に耐える音響伝送用振動子を構成することで、Ｍ
ＷＤシステムの伝送に必要な大きさと周波数の弾性波
を、低電力で発生させることができる掘削管体音響伝送
用送信機およびこの送信機による掘削管体音響伝送方法
を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る掘削管体
音響伝送用送信機は、磁化により伸びる正の歪み特性を
持つ金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子を、ドリルカ
ラーなどの管体に加工した溝にバイスを用いて搭載する
ことで構成した音響弾性波発生機構と、励磁電流を磁歪
振動子の励磁巻き線に供給する励磁電流供給装置を備
え、掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するものであ
る。
音響伝送用送信機は、磁化により伸びる正の歪み特性を
持つ金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子を、ドリルカ
ラーなどの管体に加工した溝にバイスを用いて搭載する
ことで構成した音響弾性波発生機構と、励磁電流を磁歪
振動子の励磁巻き線に供給する励磁電流供給装置を備
え、掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するものであ
る。
【００１５】この発明に係る掘削管体音響伝送用送信機
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成した磁歪振動子を、ドリルカラーなどの管体の
壁面の円周上に加工した複数の溝にそれぞれバイスを用
いて搭載することにより構成した音響弾性波発生機構
と、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に供給する励磁
電流供給装置を備え、掘削用の管体を伝播する弾性波を
発生するものである。
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成した磁歪振動子を、ドリルカラーなどの管体の
壁面の円周上に加工した複数の溝にそれぞれバイスを用
いて搭載することにより構成した音響弾性波発生機構
と、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に供給する励磁
電流供給装置を備え、掘削用の管体を伝播する弾性波を
発生するものである。
【００１６】この発明に係る掘削管体音響伝送用送信機
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成し、かつドリルカラーなどの管体に加工した溝
にバイスを用いて搭載した磁歪振動子と、上記磁歪振動
子の励磁巻き線に結線された電気共振用コンデンサによ
り構成した音響弾性波発生機構と、励磁電流を磁歪振動
子の励磁巻き線に供給する励磁電流供給装置を備え、掘
削用の管体を伝播する弾性波を発生するものである。
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成し、かつドリルカラーなどの管体に加工した溝
にバイスを用いて搭載した磁歪振動子と、上記磁歪振動
子の励磁巻き線に結線された電気共振用コンデンサによ
り構成した音響弾性波発生機構と、励磁電流を磁歪振動
子の励磁巻き線に供給する励磁電流供給装置を備え、掘
削用の管体を伝播する弾性波を発生するものである。
【００１７】この発明に係る掘削管体音響伝送用送信機
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成した磁歪振動子を、ドリルカラーなどの管体に
加工した溝にバイスを用いて搭載することにより構成し
た音響弾性波発生機構と、上記磁歪振動子を磁気飽和さ
せるのに励磁電流を供給する励磁電流供給装置を備え、
掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するものである。
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成した磁歪振動子を、ドリルカラーなどの管体に
加工した溝にバイスを用いて搭載することにより構成し
た音響弾性波発生機構と、上記磁歪振動子を磁気飽和さ
せるのに励磁電流を供給する励磁電流供給装置を備え、
掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するものである。
【００１８】この発明に係る掘削管体音響伝送用送信機
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成し、かつドリルカラーなどの管体の壁面の円周
上に加工した複数の溝にそれぞれバイスを用いて搭載し
た複数の磁歪振動子と、上記磁歪振動子の励磁巻き線に
結線された電気共振用コンデンサにより構成した音響弾
性波発生機構と、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に
供給する励磁電流供給装置を備え、掘削用の管体を伝播
する弾性波を発生するものである。
は、磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪
材で構成し、かつドリルカラーなどの管体の壁面の円周
上に加工した複数の溝にそれぞれバイスを用いて搭載し
た複数の磁歪振動子と、上記磁歪振動子の励磁巻き線に
結線された電気共振用コンデンサにより構成した音響弾
性波発生機構と、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に
供給する励磁電流供給装置を備え、掘削用の管体を伝播
する弾性波を発生するものである。
【００１９】この発明に係る掘削管体音響伝送用送信機
による掘削管体音響伝送方法は、磁化により伸びる正の
歪み特性を持つ金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子
を、ドリルカラーなどの管体に加工した溝にバイスを用
いて搭載し、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に供給
し、掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するものであ
る。
による掘削管体音響伝送方法は、磁化により伸びる正の
歪み特性を持つ金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子
を、ドリルカラーなどの管体に加工した溝にバイスを用
いて搭載し、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に供給
し、掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するものであ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による掘
削管体音響伝送用送信機を用いて構成したＭＷＤシステ
ムを示す構成図、図２はこの発明の実施の形態１による
掘削管体音響伝送用送信機を示す構成図である。図にお
いて、１１はドリルビットの上部に設けられた坑底セン
サ搭載用管体、１２は坑底センサ搭載用管体１１で得ら
れた坑底の情報を弾性波に変換し、この弾性波をドリル
カラー１３およびドリルパイプ１４に発生させる弾性波
発生用管体、１５は弾性波発生用管体１２からの弾性波
をドリルカラー１３およびドリルパイプ１４を介して地
上で受信する受信用管体、１６は受信用管体１５が受信
した弾性波を復調し坑底の情報を得る復調器（復調装
置）である。
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による掘
削管体音響伝送用送信機を用いて構成したＭＷＤシステ
ムを示す構成図、図２はこの発明の実施の形態１による
掘削管体音響伝送用送信機を示す構成図である。図にお
いて、１１はドリルビットの上部に設けられた坑底セン
サ搭載用管体、１２は坑底センサ搭載用管体１１で得ら
れた坑底の情報を弾性波に変換し、この弾性波をドリル
カラー１３およびドリルパイプ１４に発生させる弾性波
発生用管体、１５は弾性波発生用管体１２からの弾性波
をドリルカラー１３およびドリルパイプ１４を介して地
上で受信する受信用管体、１６は受信用管体１５が受信
した弾性波を復調し坑底の情報を得る復調器（復調装
置）である。
【００２１】２１は坑底センサ搭載用管体１１に実装さ
れ、坑底の地層、掘削状況、方位などの掘削関連情報を
検知する坑底センサ、２２は弾性波発生用管体１２に実
装され、坑底センサ２１で得られた掘削関連情報を二値
符号に変換し出力する制御装置、２３は励磁電流供給装
置２４および音響弾性波発生機構２５から構成され、掘
削関連情報を含んだ弾性波をドリルカラー１３およびド
リルパイプ１４に発生する掘削管体音響伝送用送信機、
２４は制御装置２２より出力される変調信号に応じて励
磁電流を出力する励磁電流供給装置である。２５はドリ
ルカラー１３の外壁に磁歪振動子搭載用溝（溝）２８を
加工し、バイス２９を用いたプリロード機構により、圧
縮荷重を掛けて励磁巻き線２７が巻かれた磁歪振動子２
６を搭載する音響弾性波発生機構である。
れ、坑底の地層、掘削状況、方位などの掘削関連情報を
検知する坑底センサ、２２は弾性波発生用管体１２に実
装され、坑底センサ２１で得られた掘削関連情報を二値
符号に変換し出力する制御装置、２３は励磁電流供給装
置２４および音響弾性波発生機構２５から構成され、掘
削関連情報を含んだ弾性波をドリルカラー１３およびド
リルパイプ１４に発生する掘削管体音響伝送用送信機、
２４は制御装置２２より出力される変調信号に応じて励
磁電流を出力する励磁電流供給装置である。２５はドリ
ルカラー１３の外壁に磁歪振動子搭載用溝（溝）２８を
加工し、バイス２９を用いたプリロード機構により、圧
縮荷重を掛けて励磁巻き線２７が巻かれた磁歪振動子２
６を搭載する音響弾性波発生機構である。
【００２２】図３はこの発明の実施の形態１による掘削
管体音響伝送用送信機で用いられる磁歪振動子の形状を
示す構成図であり、３１は励磁による渦電流損を低減す
るため、磁歪振動子２６に積層する薄板の積層用磁歪素
子、３２は振動面である。磁歪振動子２６に振動を発生
させるために、磁歪材にその歪み方向と直角に巻いた励
磁巻き線２７を施し、この励磁巻き線２７に電流を供給
すると歪みと同じ方向に磁界を発生させ、磁歪現象を励
起する。このような構造を持つ場合、積層の方向と振動
方向が垂直であり、各素子の位相や振幅も同期して伸縮
するため、積層用磁歪素子３１間の接着面を剥離するよ
うな大きな応力が加わることなく、加振装置としての強
度を保持することが可能である。
管体音響伝送用送信機で用いられる磁歪振動子の形状を
示す構成図であり、３１は励磁による渦電流損を低減す
るため、磁歪振動子２６に積層する薄板の積層用磁歪素
子、３２は振動面である。磁歪振動子２６に振動を発生
させるために、磁歪材にその歪み方向と直角に巻いた励
磁巻き線２７を施し、この励磁巻き線２７に電流を供給
すると歪みと同じ方向に磁界を発生させ、磁歪現象を励
起する。このような構造を持つ場合、積層の方向と振動
方向が垂直であり、各素子の位相や振幅も同期して伸縮
するため、積層用磁歪素子３１間の接着面を剥離するよ
うな大きな応力が加わることなく、加振装置としての強
度を保持することが可能である。
【００２３】また、磁歪振動子２６を圧縮荷重を加重し
て搭載することにより、振動面３２と弾性波発生用管体
１２の接触率が向上し、音響弾性波の伝達効率が向上す
る。この場合、磁化した時に寸法が伸びる正の特性をも
つ磁歪材、たとえばコバルト鋼を用いて磁歪振動子２６
を構成すれば、励磁による磁歪振動子２６のずれや脱落
は回避される。また、外部からの応力を加えると歪み特
性も向上する。すなわち、同じ大きさの磁界を与えた時
の歪みは外部からの応力により大きくなることが知られ
ており、電力から音響弾性波への変換効率も向上する。
このときプリロード機構により磁歪振動子２６にかかる
圧縮応力および励磁による歪み応力の和が、磁歪振動子
２６の挫屈強度より小さい必要がある。
て搭載することにより、振動面３２と弾性波発生用管体
１２の接触率が向上し、音響弾性波の伝達効率が向上す
る。この場合、磁化した時に寸法が伸びる正の特性をも
つ磁歪材、たとえばコバルト鋼を用いて磁歪振動子２６
を構成すれば、励磁による磁歪振動子２６のずれや脱落
は回避される。また、外部からの応力を加えると歪み特
性も向上する。すなわち、同じ大きさの磁界を与えた時
の歪みは外部からの応力により大きくなることが知られ
ており、電力から音響弾性波への変換効率も向上する。
このときプリロード機構により磁歪振動子２６にかかる
圧縮応力および励磁による歪み応力の和が、磁歪振動子
２６の挫屈強度より小さい必要がある。
【００２４】励磁により寸法が縮む特性を有する磁歪
材、たとえばニッケルに張力荷重を加えると同じ磁化の
強さに対し、歪みが大きくなることが知られている（コ
ロナ社、“磁歪振動と超音波”、菊池喜充著、昭和２７
年１月２０日初版、Ｐ１５８〜Ｐ１６０）。すなわち、
同じ励磁電流に対し、より大きな歪みが出力されるため
振動の振幅も増大し、振動の発生効率が向上する。ニッ
ケルの場合、最大の効率を得るには１０．４Ｋｇ／ｍｍ
2 の張力荷重が必要となる。励磁により寸法が伸びる特
性を持つ磁歪材で構成した磁歪振動子２６の場合、最大
の振動の出力効率を得るには数トンの圧縮荷重をかける
必要がある。このような大きな圧縮加重を従来の弾性体
３２１で発生させることは困難であるが、バイス２９に
より音響弾性波発生機構２５に搭載することができる。
材、たとえばニッケルに張力荷重を加えると同じ磁化の
強さに対し、歪みが大きくなることが知られている（コ
ロナ社、“磁歪振動と超音波”、菊池喜充著、昭和２７
年１月２０日初版、Ｐ１５８〜Ｐ１６０）。すなわち、
同じ励磁電流に対し、より大きな歪みが出力されるため
振動の振幅も増大し、振動の発生効率が向上する。ニッ
ケルの場合、最大の効率を得るには１０．４Ｋｇ／ｍｍ
2 の張力荷重が必要となる。励磁により寸法が伸びる特
性を持つ磁歪材で構成した磁歪振動子２６の場合、最大
の振動の出力効率を得るには数トンの圧縮荷重をかける
必要がある。このような大きな圧縮加重を従来の弾性体
３２１で発生させることは困難であるが、バイス２９に
より音響弾性波発生機構２５に搭載することができる。
【００２５】掘削管体音響伝送用送信機２３が用いられ
る坑底の環境は、周囲温度１７５℃、坑底圧力２０００
０ＰＳＩにもおよび、このような環境で安定的に動作す
る磁歪振動子２６を構成する必要がある。また、掘削時
には１０ｔｏｎにもおよぶ荷重が坑底機器に加えられ、
磁歪振動子２６自体の機械強度もその構造を決定する上
で考慮する必要がある。そこで、磁歪振動子２６を構成
する磁歪材として、材料強度が大きくキュリー点の高い
金属系の磁歪材料を選定すると掘削環境にも耐える磁歪
振動子２６を得ることができる。
る坑底の環境は、周囲温度１７５℃、坑底圧力２０００
０ＰＳＩにもおよび、このような環境で安定的に動作す
る磁歪振動子２６を構成する必要がある。また、掘削時
には１０ｔｏｎにもおよぶ荷重が坑底機器に加えられ、
磁歪振動子２６自体の機械強度もその構造を決定する上
で考慮する必要がある。そこで、磁歪振動子２６を構成
する磁歪材として、材料強度が大きくキュリー点の高い
金属系の磁歪材料を選定すると掘削環境にも耐える磁歪
振動子２６を得ることができる。
【００２６】図４（ａ）はこの発明の実施の形態１によ
る掘削管体音響伝送用送信機に用いられる弾性波発生用
管体への磁歪振動子の搭載方法を示す側面断面図、図４
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、図５は図４
（ａ）の磁歪振動子付近を一部拡大して示す側面断面図
である。図に示すように、弾性波発生用管体１２は、上
記音響弾性波発生機構２５を応用し、たとえばドリルカ
ラー１３の外壁に磁歪振動子搭載用溝２８、および制御
装置搭載用溝５１および励磁電流供給装置搭載用溝５２
を加工し、それぞれ磁歪振動子２６、制御装置２２、励
磁電流供給装置２４を搭載することで構成できる。以上
により、石油や天然ガスなどの坑井における坑底の送信
機を得ることができる。
る掘削管体音響伝送用送信機に用いられる弾性波発生用
管体への磁歪振動子の搭載方法を示す側面断面図、図４
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、図５は図４
（ａ）の磁歪振動子付近を一部拡大して示す側面断面図
である。図に示すように、弾性波発生用管体１２は、上
記音響弾性波発生機構２５を応用し、たとえばドリルカ
ラー１３の外壁に磁歪振動子搭載用溝２８、および制御
装置搭載用溝５１および励磁電流供給装置搭載用溝５２
を加工し、それぞれ磁歪振動子２６、制御装置２２、励
磁電流供給装置２４を搭載することで構成できる。以上
により、石油や天然ガスなどの坑井における坑底の送信
機を得ることができる。
【００２７】なお、図４では、坑底の送信機を得ること
を目的とした弾性波発生用管体１２の構成例を示した
が、地上の送信機を構成する際は必ずしも制御装置２２
や励磁電流供給装置２４をドリルカラー１３に搭載する
必要はない。また、本実施の形態では矩形波、三角波、
正弦波等の交番電流にて励磁する方法について説明した
が、パルス列の励磁電流でも目的の搬送周波数の音響弾
性波を掘削用管体（ドリルカラー１３、ドリルパイプ１
４）に発生させることが可能であり、この場合、パルス
列の周期は搬送周波数の１／２または搬送周波数の周期
に一致させる。
を目的とした弾性波発生用管体１２の構成例を示した
が、地上の送信機を構成する際は必ずしも制御装置２２
や励磁電流供給装置２４をドリルカラー１３に搭載する
必要はない。また、本実施の形態では矩形波、三角波、
正弦波等の交番電流にて励磁する方法について説明した
が、パルス列の励磁電流でも目的の搬送周波数の音響弾
性波を掘削用管体（ドリルカラー１３、ドリルパイプ１
４）に発生させることが可能であり、この場合、パルス
列の周期は搬送周波数の１／２または搬送周波数の周期
に一致させる。
【００２８】次に動作について説明する。図６はこの発
明の実施の形態１による掘削管体音響伝送用送信機にお
ける励磁電流波形と磁歪振動子から出力する振動波形の
関係を示す波形図であり、４１は励磁電流、４２は音響
弾性波の振動波形である。まず、坑底センサ搭載用管体
１１に実装された坑底センサ２１で得られた掘削関連情
報は、弾性波発生用管体１２に実装された制御装置２２
にて変調され、掘削管体音響伝送用送信機２３より伝送
する掘削関連情報を含んだ弾性波を掘削用管体（ドリル
カラー１３、ドリルパイプ１４）に発生する。地上では
伝送されてきた弾性波を受信用管体１５にて受信し、復
調器１６にて信号を復調し、坑底の掘削関連情報を得
る。
明の実施の形態１による掘削管体音響伝送用送信機にお
ける励磁電流波形と磁歪振動子から出力する振動波形の
関係を示す波形図であり、４１は励磁電流、４２は音響
弾性波の振動波形である。まず、坑底センサ搭載用管体
１１に実装された坑底センサ２１で得られた掘削関連情
報は、弾性波発生用管体１２に実装された制御装置２２
にて変調され、掘削管体音響伝送用送信機２３より伝送
する掘削関連情報を含んだ弾性波を掘削用管体（ドリル
カラー１３、ドリルパイプ１４）に発生する。地上では
伝送されてきた弾性波を受信用管体１５にて受信し、復
調器１６にて信号を復調し、坑底の掘削関連情報を得
る。
【００２９】励磁電流供給装置２４は制御装置２２より
出力される変調信号に応じて音響弾性波発生機構２５に
搭載された磁歪振動子２６の励磁巻き線２７に励磁電流
４１を出力する。そして、この励磁電流４１を印加され
た磁歪振動子２６は、音響弾性波を発生する。これは磁
界中に置かれた磁歪材が、磁界の大きさに応じて歪みを
生ずる現象を応用したものであり、この歪みにより磁歪
振動子２６は音響弾性波を発生することができる。磁歪
現象による歪みの大きさは、励磁電流４１の大きさに比
例し、その応答速度は数十μＳ以下であり必要な掘削関
連情報の伝送速度に比べて十分速い。そこで、励磁電流
４１の周波数や位相、振幅などを送信する信号に対応し
て変化させると、掘削関連情報に対応した音響弾性波が
磁歪振動子２６より発生し掘削関連情報の伝送が可能と
なる。
出力される変調信号に応じて音響弾性波発生機構２５に
搭載された磁歪振動子２６の励磁巻き線２７に励磁電流
４１を出力する。そして、この励磁電流４１を印加され
た磁歪振動子２６は、音響弾性波を発生する。これは磁
界中に置かれた磁歪材が、磁界の大きさに応じて歪みを
生ずる現象を応用したものであり、この歪みにより磁歪
振動子２６は音響弾性波を発生することができる。磁歪
現象による歪みの大きさは、励磁電流４１の大きさに比
例し、その応答速度は数十μＳ以下であり必要な掘削関
連情報の伝送速度に比べて十分速い。そこで、励磁電流
４１の周波数や位相、振幅などを送信する信号に対応し
て変化させると、掘削関連情報に対応した音響弾性波が
磁歪振動子２６より発生し掘削関連情報の伝送が可能と
なる。
【００３０】たとえば、坑底センサ２１で得られた掘削
関連情報を制御装置２２にて二値符号に変換する。この
二値符号をたとえばＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ｓｈ
ｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）方式で変調し、変調した信号に
基づき励磁電流供給装置２４で励磁電流を発生させ、励
磁巻き線２７に流すと、送信する掘削関連情報により変
調された音響弾性波が掘削用管体（ドリルカラー１３、
ドリルパイプ１４）に発生し、これを地上で受信し、復
調することで坑底の掘削関連情報を伝送できる。
関連情報を制御装置２２にて二値符号に変換する。この
二値符号をたとえばＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ｓｈ
ｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）方式で変調し、変調した信号に
基づき励磁電流供給装置２４で励磁電流を発生させ、励
磁巻き線２７に流すと、送信する掘削関連情報により変
調された音響弾性波が掘削用管体（ドリルカラー１３、
ドリルパイプ１４）に発生し、これを地上で受信し、復
調することで坑底の掘削関連情報を伝送できる。
【００３１】磁界による歪みの特性は、磁歪材によって
異なるが、たとえばコバルト鋼の場合、励磁される磁界
の極性には関係せず、常に伸びる方向にのみ歪む。よっ
て、矩形波、三角波、正弦波等の励磁電流４１を直流バ
イアスを掛けずに励磁巻き線２７に印加し、磁歪振動子
２６を励磁すると、極性が変化する毎に磁歪材は歪み、
励磁電流４１の２倍周期の音響弾性波の振動４２が発生
する。よって、音響弾性波発生機構２５に搭載した磁歪
振動子２６の励磁巻き線２７に任意の搬送波周波数ｆc
の、１／２の周波数ｆd で交番電圧を印加すると、振幅
の大きな音響弾性波を効率よく掘削用管体（ドリルカラ
ー１３、ドリルパイプ１４）に発生させることが可能と
なり、より大深度からの掘削関連情報の伝送が可能とな
る。この時ｆc とｆd との関係は式（１）に示される。
異なるが、たとえばコバルト鋼の場合、励磁される磁界
の極性には関係せず、常に伸びる方向にのみ歪む。よっ
て、矩形波、三角波、正弦波等の励磁電流４１を直流バ
イアスを掛けずに励磁巻き線２７に印加し、磁歪振動子
２６を励磁すると、極性が変化する毎に磁歪材は歪み、
励磁電流４１の２倍周期の音響弾性波の振動４２が発生
する。よって、音響弾性波発生機構２５に搭載した磁歪
振動子２６の励磁巻き線２７に任意の搬送波周波数ｆc
の、１／２の周波数ｆd で交番電圧を印加すると、振幅
の大きな音響弾性波を効率よく掘削用管体（ドリルカラ
ー１３、ドリルパイプ１４）に発生させることが可能と
なり、より大深度からの掘削関連情報の伝送が可能とな
る。この時ｆc とｆd との関係は式（１）に示される。
【００３２】 ｆc ＝２ｆd ・・・（１）
【００３３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ドリルカラー１３などの管体に加工した磁歪振動子
搭載用溝２８にバイス２９を用いたプリロード機構によ
り、磁歪振動子２６を圧縮荷重をかけて搭載したため
に、磁歪振動子２６で発生した音響弾性波を効率よく弾
性波発生用管体１２に伝達させることができるなどの効
果が得られる。
ば、ドリルカラー１３などの管体に加工した磁歪振動子
搭載用溝２８にバイス２９を用いたプリロード機構によ
り、磁歪振動子２６を圧縮荷重をかけて搭載したため
に、磁歪振動子２６で発生した音響弾性波を効率よく弾
性波発生用管体１２に伝達させることができるなどの効
果が得られる。
【００３４】実施の形態２．図７（ａ）はこの発明の実
施の形態２による掘削管体音響伝送用送信機に用いられ
る弾性波発生用管体への磁歪振動子の搭載方法を示す側
面断面図、図７（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面
図、図８は図７（ａ）の磁歪振動子付近を一部拡大して
示す側面断面図である。図において、実施の形態１と同
一の符号については同一または相当部分を示すので説明
を省略する。６１は弾性波発生用管体１２の端面を示
す。
施の形態２による掘削管体音響伝送用送信機に用いられ
る弾性波発生用管体への磁歪振動子の搭載方法を示す側
面断面図、図７（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面
図、図８は図７（ａ）の磁歪振動子付近を一部拡大して
示す側面断面図である。図において、実施の形態１と同
一の符号については同一または相当部分を示すので説明
を省略する。６１は弾性波発生用管体１２の端面を示
す。
【００３５】ここでは、複数の磁歪振動子２６を用い
て、弾性波発生用管体１２で発生する音響弾性波の振動
レベルを増幅する動作について説明する。図７に示すよ
うに、磁歪振動子２６を弾性波発生用管体１２の端面６
１から一定の距離に加工した複数の磁歪振動子搭載用溝
２８に、バイス２９を用いたプリロード機構によりそれ
ぞれ搭載する。それぞれの磁歪振動子搭載用溝２８に搭
載された磁歪振動子２６の励磁巻き線２７は直列または
並列にそれぞれ結線され、励磁電流供給装置２４より励
磁電流が流される。これにより、それぞれの磁歪振動子
２６は同期して振動し、弾性波発生用管体１２に音響弾
性波を発生させる。この時、それぞれの磁歪振動子２６
から発生する弾性波発生用管体１２の軸方向の音響弾性
波の位相は一致し、相互に打ち消し合うことはなく、振
幅は増幅される。
て、弾性波発生用管体１２で発生する音響弾性波の振動
レベルを増幅する動作について説明する。図７に示すよ
うに、磁歪振動子２６を弾性波発生用管体１２の端面６
１から一定の距離に加工した複数の磁歪振動子搭載用溝
２８に、バイス２９を用いたプリロード機構によりそれ
ぞれ搭載する。それぞれの磁歪振動子搭載用溝２８に搭
載された磁歪振動子２６の励磁巻き線２７は直列または
並列にそれぞれ結線され、励磁電流供給装置２４より励
磁電流が流される。これにより、それぞれの磁歪振動子
２６は同期して振動し、弾性波発生用管体１２に音響弾
性波を発生させる。この時、それぞれの磁歪振動子２６
から発生する弾性波発生用管体１２の軸方向の音響弾性
波の位相は一致し、相互に打ち消し合うことはなく、振
幅は増幅される。
【００３６】また、端面６１から各磁歪振動子搭載用溝
２８までの距離の差ｄ１は搬送波の波長λの整数倍であ
れば各磁歪振動子２６より発生する弾性波発生用管体１
２の軸方向の音響弾性波の位相は一致し、相互に打ち消
し合い振動のレベルが低減することはない。よって、構
造上、端面６１から一定の距離に磁歪振動子搭載用溝２
８を加工して弾性波発生用管体１２を構成することがで
きない場合でも、複数の磁歪振動子２６を搭載して弾性
波発生用管体１２から発生する音響弾性波の振幅を増幅
することが可能である。
２８までの距離の差ｄ１は搬送波の波長λの整数倍であ
れば各磁歪振動子２６より発生する弾性波発生用管体１
２の軸方向の音響弾性波の位相は一致し、相互に打ち消
し合い振動のレベルが低減することはない。よって、構
造上、端面６１から一定の距離に磁歪振動子搭載用溝２
８を加工して弾性波発生用管体１２を構成することがで
きない場合でも、複数の磁歪振動子２６を搭載して弾性
波発生用管体１２から発生する音響弾性波の振幅を増幅
することが可能である。
【００３７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、磁歪振動子２６をドリルカラー１３などの管体の壁
面の円周上に加工した複数の磁歪振動子搭載用溝２８に
それぞれバイス２９を用いたプリロード機構により圧縮
荷重をかけて搭載したために、各磁歪振動子２６の出力
を増幅し、振幅の大きな音響弾性波を効率よく弾性波発
生用管体１２に伝達させることができるなどの効果が得
られる。
ば、磁歪振動子２６をドリルカラー１３などの管体の壁
面の円周上に加工した複数の磁歪振動子搭載用溝２８に
それぞれバイス２９を用いたプリロード機構により圧縮
荷重をかけて搭載したために、各磁歪振動子２６の出力
を増幅し、振幅の大きな音響弾性波を効率よく弾性波発
生用管体１２に伝達させることができるなどの効果が得
られる。
【００３８】実施の形態３．図９はこの発明の実施の形
態３による掘削管体音響伝送用送信機の音響弾性波発生
機構における電気共振回路を示す回路図であり、図にお
いて、実施の形態１と同一の符号については同一または
相当部分を示すので説明を省略する。図において、磁歪
振動子２６の励磁巻き線２７と電気共振用コンデンサを
直列に結線した例であり、７１は電気共振用コンデン
サ、７２は内部抵抗である。
態３による掘削管体音響伝送用送信機の音響弾性波発生
機構における電気共振回路を示す回路図であり、図にお
いて、実施の形態１と同一の符号については同一または
相当部分を示すので説明を省略する。図において、磁歪
振動子２６の励磁巻き線２７と電気共振用コンデンサを
直列に結線した例であり、７１は電気共振用コンデン
サ、７２は内部抵抗である。
【００３９】次に、電気共振用コンデンサ７１を用い
て、低電力で磁歪振動子２６を駆動し、音響弾性波を発
生させる動作について説明する。電気共振用コンデンサ
７１が励磁巻き線２７に直列に結線された場合、この時
の電気共振回路のインピーダンスＺは電気共振用コンデ
ンサ７１の容量をＣ、励磁巻き線２７のインダクタンス
をＬ、内部抵抗７２の抵抗値をＲ、印加電圧の周波数を
ｆとして式（２）に示される。
て、低電力で磁歪振動子２６を駆動し、音響弾性波を発
生させる動作について説明する。電気共振用コンデンサ
７１が励磁巻き線２７に直列に結線された場合、この時
の電気共振回路のインピーダンスＺは電気共振用コンデ
ンサ７１の容量をＣ、励磁巻き線２７のインダクタンス
をＬ、内部抵抗７２の抵抗値をＲ、印加電圧の周波数を
ｆとして式（２）に示される。
【００４０】 Ｚ＝Ｒ＋j （ωＬ−１／ωＣ） ・・・（２） ただし、ω＝２πｆ
【００４１】この時、回路の共振周波数ｆ0 は式（３）
より求められ、回路のインピーダンスＺは最小値のＲに
一致する。
より求められ、回路のインピーダンスＺは最小値のＲに
一致する。
【００４２】 ２πｆ0 ＝１／（ＬＣ） ・・・（３）
【００４３】そこで、印加電圧の周波数ｆd で電気共振
を起こすように式（４）に従い、電気共振用コンデンサ
７１の容量Ｃr を選択すると、回路のインピーダンスは
下がり、より低い電圧で所望の電流が流れるため、小さ
な電力で必要な振動レベルの音響弾性波が得られる。
を起こすように式（４）に従い、電気共振用コンデンサ
７１の容量Ｃr を選択すると、回路のインピーダンスは
下がり、より低い電圧で所望の電流が流れるため、小さ
な電力で必要な振動レベルの音響弾性波が得られる。
【００４４】 Ｃr ＝１／（（２πｆd ）2 ×Ｌ） ・・・（４）
【００４５】なお、本実施の形態において、電気共振用
コンデンサ７１と励磁巻き線２７は直列に結線して電気
共振回路を構成したが、両者を並列に結線しても、同様
の効果を得ることが可能である。
コンデンサ７１と励磁巻き線２７は直列に結線して電気
共振回路を構成したが、両者を並列に結線しても、同様
の効果を得ることが可能である。
【００４６】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、磁歪振動子２６の励磁巻き線２７に、電気共振用コ
ンデンサ７１を直列または並列に結線することにより、
上記励磁巻き線２７のインダクタンスと上記電気共振用
コンデンサ７１のキャパシタンスで決る共振周波数帯域
において回路インダクタンスを小さくさせることがで
き、低電力で音響弾性波を発生させ、かつ効率よく弾性
波発生用管体１２に伝達させることができるなどの効果
が得られる。
ば、磁歪振動子２６の励磁巻き線２７に、電気共振用コ
ンデンサ７１を直列または並列に結線することにより、
上記励磁巻き線２７のインダクタンスと上記電気共振用
コンデンサ７１のキャパシタンスで決る共振周波数帯域
において回路インダクタンスを小さくさせることがで
き、低電力で音響弾性波を発生させ、かつ効率よく弾性
波発生用管体１２に伝達させることができるなどの効果
が得られる。
【００４７】実施の形態４．図１０はこの発明の実施の
形態４による掘削管体音響伝送用送信機の音響弾性波発
生機構における電気共振回路を示す回路図であり、図に
おいて、実施の形態１と同一の符号については同一また
は相当部分を示すので説明を省略する。この実施の形態
において、２個の磁歪振動子２６を搭載したときに、そ
れぞれの励磁巻き線２７を直列に結線し、さらに、電気
共振用コンデンサ７１を直列に結線した例である。８１
はこの場合の内部抵抗を示す。
形態４による掘削管体音響伝送用送信機の音響弾性波発
生機構における電気共振回路を示す回路図であり、図に
おいて、実施の形態１と同一の符号については同一また
は相当部分を示すので説明を省略する。この実施の形態
において、２個の磁歪振動子２６を搭載したときに、そ
れぞれの励磁巻き線２７を直列に結線し、さらに、電気
共振用コンデンサ７１を直列に結線した例である。８１
はこの場合の内部抵抗を示す。
【００４８】次に、電気共振用コンデンサ７１を用い
て、低電力で弾性波発生用管体１２に搭載した複数の磁
歪振動子２６を駆動し、音響弾性波を発生させる動作に
ついて説明する。複数の磁歪振動子２６を弾性波発生用
管体１２に搭載した場合、それぞれの励磁巻き線２７を
直列または並列に結線し、さらに電気共振用コンデンサ
７１を直列に結線して電気共振回路を構成する。この場
合、直列または並列に結線した励磁巻き線２７の総合イ
ンダクタンスをＬとすると、式（５）により電気共振用
コンデンサ７１の容量Ｃrtを決定すれば、実施の形態３
と同様に、より低い電圧で所望の電流が流れるため、小
さな電力で必要な音響弾性波の振動レベルが得られる。
て、低電力で弾性波発生用管体１２に搭載した複数の磁
歪振動子２６を駆動し、音響弾性波を発生させる動作に
ついて説明する。複数の磁歪振動子２６を弾性波発生用
管体１２に搭載した場合、それぞれの励磁巻き線２７を
直列または並列に結線し、さらに電気共振用コンデンサ
７１を直列に結線して電気共振回路を構成する。この場
合、直列または並列に結線した励磁巻き線２７の総合イ
ンダクタンスをＬとすると、式（５）により電気共振用
コンデンサ７１の容量Ｃrtを決定すれば、実施の形態３
と同様に、より低い電圧で所望の電流が流れるため、小
さな電力で必要な音響弾性波の振動レベルが得られる。
【００４９】 Ｃrt＝１／（（２πｆd ）2 ×Ｌt ） ・・・（５）
【００５０】さらに、電気共振回路の内部抵抗８１の値
Ｒ’は励磁巻き線２７の線抵抗値で近似できる。よっ
て、Ｎ個の磁歪振動子２６を弾性波発生用管体１２に搭
載した場合、各励磁巻き線２７の線抵抗をそれぞれＲ
1 ，Ｒ2 ，・・・ＲN とすると、各励磁巻き線２７を直
列に接続したときの電気共振時のインピーダンスＺS は
式（６）、また並列に接続したときのインピーダンスＺ
p は式（７）で示される最小値をそれぞれ示す。図１０
にはＮ＝２の場合の回路構成を示している。
Ｒ’は励磁巻き線２７の線抵抗値で近似できる。よっ
て、Ｎ個の磁歪振動子２６を弾性波発生用管体１２に搭
載した場合、各励磁巻き線２７の線抵抗をそれぞれＲ
1 ，Ｒ2 ，・・・ＲN とすると、各励磁巻き線２７を直
列に接続したときの電気共振時のインピーダンスＺS は
式（６）、また並列に接続したときのインピーダンスＺ
p は式（７）で示される最小値をそれぞれ示す。図１０
にはＮ＝２の場合の回路構成を示している。
【００５１】 ＺS ＝Ｒ’＝Ｒ1 ＋Ｒ2 ＋・・・＋ＲN ・・・（６） Ｚp ＝Ｒ’＝１／（１／Ｒ1 ＋１／Ｒ2 ＋・・・＋１／ＲN ）・・・（７）
【００５２】また、上記の例では、直列または並列に接
続した励磁巻き線２７に、電気共振用コンデンサ７１を
直列した場合を、並列に接続しても同様の効果を得るこ
とができる。
続した励磁巻き線２７に、電気共振用コンデンサ７１を
直列した場合を、並列に接続しても同様の効果を得るこ
とができる。
【００５３】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、磁歪振動子２６の励磁巻き線２７に、電気共振用コ
ンデンサ７１を直列または並列に結線したため、上記励
磁巻き線２７のインダクタンスと上記電気共振用コンデ
ンサ７１のキャパシタンスで決る共振周波数帯域におい
て、回路インダクタンスを小さくさせることができ、振
幅の大きな音響弾性波を低電力で発生させ、かつ効率よ
く弾性波発生用管体１２に伝達させることができるなど
の効果が得られる。
ば、磁歪振動子２６の励磁巻き線２７に、電気共振用コ
ンデンサ７１を直列または並列に結線したため、上記励
磁巻き線２７のインダクタンスと上記電気共振用コンデ
ンサ７１のキャパシタンスで決る共振周波数帯域におい
て、回路インダクタンスを小さくさせることができ、振
幅の大きな音響弾性波を低電力で発生させ、かつ効率よ
く弾性波発生用管体１２に伝達させることができるなど
の効果が得られる。
【００５４】実施の形態５．図１１はこの発明の実施の
形態５による掘削管体音響伝送用送信機の励磁巻き線の
磁気飽和曲線を示す波形図、図１２（ａ）はこの発明の
実施の形態５による掘削管体音響伝送用送信機の磁化曲
線の線形領域で磁束を加えた場合の励磁巻き線に流れる
電流波形を示す波形図、図１２（ｂ）はこの発明の実施
の形態５による掘削管体音響伝送用送信機の磁化曲線の
非線型領域に達する磁束を加えた場合の励磁巻き線で誘
起される磁界または励磁巻き線に流れる電流波形を示す
波形図、図１３はこの発明の実施の形態５による掘削管
体音響伝送用送信機の励磁巻き線を流れる電流を示す波
形図である。１０１は磁束の時間変化を示す波形、１０
２はこの時、励磁巻き線２７で誘起される磁界または励
磁巻き線２７に流れる正弦波電流波形である。１０３は
磁束の時間変化を示す波形、１０４はこの時励磁巻き線
２７に流れる電流波形である。１１１は磁歪振動子２６
の励磁巻き線２７を流れる励磁電流波形、１１２は磁歪
振動子２６の振動波形である。
形態５による掘削管体音響伝送用送信機の励磁巻き線の
磁気飽和曲線を示す波形図、図１２（ａ）はこの発明の
実施の形態５による掘削管体音響伝送用送信機の磁化曲
線の線形領域で磁束を加えた場合の励磁巻き線に流れる
電流波形を示す波形図、図１２（ｂ）はこの発明の実施
の形態５による掘削管体音響伝送用送信機の磁化曲線の
非線型領域に達する磁束を加えた場合の励磁巻き線で誘
起される磁界または励磁巻き線に流れる電流波形を示す
波形図、図１３はこの発明の実施の形態５による掘削管
体音響伝送用送信機の励磁巻き線を流れる電流を示す波
形図である。１０１は磁束の時間変化を示す波形、１０
２はこの時、励磁巻き線２７で誘起される磁界または励
磁巻き線２７に流れる正弦波電流波形である。１０３は
磁束の時間変化を示す波形、１０４はこの時励磁巻き線
２７に流れる電流波形である。１１１は磁歪振動子２６
の励磁巻き線２７を流れる励磁電流波形、１１２は磁歪
振動子２６の振動波形である。
【００５５】次に、励磁電流供給装置２４より磁歪振動
子２６を磁気飽和させるのに十分な励磁電流１１１を流
し、大きな振動レベルの音響弾性波を発生させる動作に
ついて説明する。電圧源より電圧が励磁巻き線２７に印
加されたとき、印加電圧Ｖinと磁歪振動子２６に励起さ
れる磁束Φは、励磁巻き線２７の巻き数をＮとすると式
（８）に示す関係が成り立つ。
子２６を磁気飽和させるのに十分な励磁電流１１１を流
し、大きな振動レベルの音響弾性波を発生させる動作に
ついて説明する。電圧源より電圧が励磁巻き線２７に印
加されたとき、印加電圧Ｖinと磁歪振動子２６に励起さ
れる磁束Φは、励磁巻き線２７の巻き数をＮとすると式
（８）に示す関係が成り立つ。
【００５６】 Φ＝Ｎ×∫Ｖinｄｔ ・・・（８）
【００５７】よって、正弦波電圧を印加すると、磁束Φ
も正弦波状に変化する。一方、この時励磁巻き線２７に
流れる電流Ｉにより励磁される磁場の大きさＨは励磁巻
き線２７の磁路長をｌとすると、励磁巻き線２７の巻き
数Ｎを用いて式（９）により求められる。
も正弦波状に変化する。一方、この時励磁巻き線２７に
流れる電流Ｉにより励磁される磁場の大きさＨは励磁巻
き線２７の磁路長をｌとすると、励磁巻き線２７の巻き
数Ｎを用いて式（９）により求められる。
【００５８】 Ｈ＝Ｎ×Ｉ／ｌ ・・・（９）
【００５９】電流Ｉにより、磁歪振動子２６の励磁巻き
線２７に励磁される磁界Ｈと磁束Φの関係は、図１１に
示すようなヒステリシスを有する磁化曲線になる。この
とき、磁束Φと磁場の大きさＨは、磁歪材の透磁率を
μ、磁路断面積をＳとすれば、式（１０）に示す関係で
ある。この式より、励磁巻き線２７に流れる電流Ｉは式
（１１）により求まる。
線２７に励磁される磁界Ｈと磁束Φの関係は、図１１に
示すようなヒステリシスを有する磁化曲線になる。この
とき、磁束Φと磁場の大きさＨは、磁歪材の透磁率を
μ、磁路断面積をＳとすれば、式（１０）に示す関係で
ある。この式より、励磁巻き線２７に流れる電流Ｉは式
（１１）により求まる。
【００６０】 Φ＝μ×Ｓ×Ｈ ・・・（１０） Ｉ＝（ｌ／μ×Ｎ×Ｓ）×Φ ・・・（１１）
【００６１】今、磁化曲線の線形領域では磁歪材の透磁
率μは一定値となるため、図１２（ａ）に示すように、
正弦波状に変化する磁束１０１に対し、励磁巻き線２７
にも正弦波電流１０２が流れる。さらに、励磁電流供給
装置２４より、十分な電圧を印加し、磁化曲線の飽和領
域に達する大きさの磁束１０３を励磁巻き線２７に与え
ると、磁歪材の透磁率μは一定値をとらず、飽和領域に
近づくにつれ小さくなり、図１２（ｂ）にも示すような
非線型の電流１０４が流れる。
率μは一定値となるため、図１２（ａ）に示すように、
正弦波状に変化する磁束１０１に対し、励磁巻き線２７
にも正弦波電流１０２が流れる。さらに、励磁電流供給
装置２４より、十分な電圧を印加し、磁化曲線の飽和領
域に達する大きさの磁束１０３を励磁巻き線２７に与え
ると、磁歪材の透磁率μは一定値をとらず、飽和領域に
近づくにつれ小さくなり、図１２（ｂ）にも示すような
非線型の電流１０４が流れる。
【００６２】また、図１１に示すように、磁歪振動子２
６を構成する磁歪材の磁化曲線が急峻なヒステリシス特
性を有する場合、飽和領域に達する電圧を励磁電流供給
装置２４より励磁巻き線２７に印加すれば、図１３に示
すように急峻にスパイク状の電流１１１が流れるように
なる。磁化の大きさにより磁歪材は歪みを生じるが、こ
のように時間変化の大きなスパイク状の電流１１１が流
れると磁化の変化も急峻となるため、加速度の大きな振
動１１２を発生することが可能となる。
６を構成する磁歪材の磁化曲線が急峻なヒステリシス特
性を有する場合、飽和領域に達する電圧を励磁電流供給
装置２４より励磁巻き線２７に印加すれば、図１３に示
すように急峻にスパイク状の電流１１１が流れるように
なる。磁化の大きさにより磁歪材は歪みを生じるが、こ
のように時間変化の大きなスパイク状の電流１１１が流
れると磁化の変化も急峻となるため、加速度の大きな振
動１１２を発生することが可能となる。
【００６３】以上、上記実施の形態１から実施の形態５
では、石油や天然ガスの掘削に用いる掘削管体音響伝送
用送信機２３の構成方法を説明したが、ここに取り上げ
た掘削用管体（ドリルカラー１３やドリルパイプ１４）
に限らず、伝送媒体の形状に即した管体で音響弾性波発
生機構２５を実現すれば、コイルドチュービングや小径
管等の媒体でも容易に音響弾性波による伝送装置を構成
できる。
では、石油や天然ガスの掘削に用いる掘削管体音響伝送
用送信機２３の構成方法を説明したが、ここに取り上げ
た掘削用管体（ドリルカラー１３やドリルパイプ１４）
に限らず、伝送媒体の形状に即した管体で音響弾性波発
生機構２５を実現すれば、コイルドチュービングや小径
管等の媒体でも容易に音響弾性波による伝送装置を構成
できる。
【００６４】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、磁歪振動子２６を磁気飽和させるのに十分な大きさ
の励磁電流１１１を供給する励磁電流供給装置を備えた
ため、振幅の大きなの音響弾性波を発生させることがで
きるなどの効果が得られる。
ば、磁歪振動子２６を磁気飽和させるのに十分な大きさ
の励磁電流１１１を供給する励磁電流供給装置を備えた
ため、振幅の大きなの音響弾性波を発生させることがで
きるなどの効果が得られる。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、音響
弾性波発生機構は磁化により伸びる正の歪み特性を持つ
金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子を、ドリルカラー
に加工した溝にバイスを用いて搭載するように構成した
ので、磁歪振動子で発生した音響弾性波を効率よくドリ
ルカラーなどの管体に伝達させることが可能となり、掘
削用管体を伝播する弾性波による坑底の掘削関連情報を
伝送することができる効果がある。
弾性波発生機構は磁化により伸びる正の歪み特性を持つ
金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子を、ドリルカラー
に加工した溝にバイスを用いて搭載するように構成した
ので、磁歪振動子で発生した音響弾性波を効率よくドリ
ルカラーなどの管体に伝達させることが可能となり、掘
削用管体を伝播する弾性波による坑底の掘削関連情報を
伝送することができる効果がある。
【００６６】この発明によれば、音響弾性波発生機構は
磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材で
構成した磁歪振動子を、ドリルカラーの壁面の円周上に
加工した複数の溝にそれぞれバイスを用いて搭載するよ
うに構成したので、振幅の大きな音響弾性波を効率よく
ドリルカラーなどの管体に伝達させることが可能とな
り、深度の深いところから坑底の掘削関連情報を伝送す
ることができる効果がある。
磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材で
構成した磁歪振動子を、ドリルカラーの壁面の円周上に
加工した複数の溝にそれぞれバイスを用いて搭載するよ
うに構成したので、振幅の大きな音響弾性波を効率よく
ドリルカラーなどの管体に伝達させることが可能とな
り、深度の深いところから坑底の掘削関連情報を伝送す
ることができる効果がある。
【００６７】この発明によれば、音響弾性波発生機構は
磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材で
構成した磁歪振動子をドリルカラーなどの管体に加工し
た溝にバイスを用いて搭載するとともに、磁歪振動子の
励磁巻き線に結線された電気共振用コンデンサを用いる
ように構成したので、励磁巻き線のインダクタンスと上
記電気共振用コンデンサのキャパシタンスで決る共振周
波数帯域において回路インダクタンスが小さくなり、掘
削用管体を伝播する音響弾性波を低電力で効率よくドリ
ルカラーなどの管体に発生させることが可能となり、小
型のシステムで坑底の掘削関連情報を伝送することがで
きる効果がある。
磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材で
構成した磁歪振動子をドリルカラーなどの管体に加工し
た溝にバイスを用いて搭載するとともに、磁歪振動子の
励磁巻き線に結線された電気共振用コンデンサを用いる
ように構成したので、励磁巻き線のインダクタンスと上
記電気共振用コンデンサのキャパシタンスで決る共振周
波数帯域において回路インダクタンスが小さくなり、掘
削用管体を伝播する音響弾性波を低電力で効率よくドリ
ルカラーなどの管体に発生させることが可能となり、小
型のシステムで坑底の掘削関連情報を伝送することがで
きる効果がある。
【００６８】この発明によれば、磁化により伸びる正の
歪み特性を持つ金属系の磁歪材で磁歪振動子を構成し、
この磁歪振動子をドリルカラーなどの管体に加工した溝
にバイスを用いたプリロード機構により圧縮荷重をかけ
て搭載するとともに、この磁歪振動子を磁気飽和させる
のに励磁電流を励磁電流供給装置により供給するように
構成したので、パルス状の電流が励磁巻き線に流れ、磁
化の変化が急峻となるため、加速度の大きな振動を発生
することができる効果がある。
歪み特性を持つ金属系の磁歪材で磁歪振動子を構成し、
この磁歪振動子をドリルカラーなどの管体に加工した溝
にバイスを用いたプリロード機構により圧縮荷重をかけ
て搭載するとともに、この磁歪振動子を磁気飽和させる
のに励磁電流を励磁電流供給装置により供給するように
構成したので、パルス状の電流が励磁巻き線に流れ、磁
化の変化が急峻となるため、加速度の大きな振動を発生
することができる効果がある。
【００６９】この発明によれば、音響弾性波発生機構は
磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材で
複数の磁歪振動子を構成するとともに、ドリルカラーの
壁面の円周上に加工した複数の溝にそれぞれバイスを用
いて搭載し、磁歪振動子の励磁巻き線に結線された電気
共振用コンデンサを用いるように構成したので、励磁巻
き線のインダクタンスと電気共振用コンデンサのキャパ
シタンスで決定する共振周波数帯域において回路インダ
クタンスが小さくなり、振幅の大きな音響弾性波を低電
力で効率よくドリルカラーなどの管体に発生させること
が可能となり、深度の深いところから坑底の掘削関連情
報を小型のシステムで伝送することができる効果があ
る。
磁化により伸びる正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材で
複数の磁歪振動子を構成するとともに、ドリルカラーの
壁面の円周上に加工した複数の溝にそれぞれバイスを用
いて搭載し、磁歪振動子の励磁巻き線に結線された電気
共振用コンデンサを用いるように構成したので、励磁巻
き線のインダクタンスと電気共振用コンデンサのキャパ
シタンスで決定する共振周波数帯域において回路インダ
クタンスが小さくなり、振幅の大きな音響弾性波を低電
力で効率よくドリルカラーなどの管体に発生させること
が可能となり、深度の深いところから坑底の掘削関連情
報を小型のシステムで伝送することができる効果があ
る。
【００７０】この発明によれば、磁化により伸びる正の
歪み特性を持つ金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子
を、ドリルカラーなどの管体に加工した溝にバイスを用
いて搭載し、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に供給
し、掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するように構
成したので、磁歪振動子で発生した音響弾性波を効率よ
くドリルカラーなどの管体に伝達させることが可能とな
り、掘削用管体を伝播する弾性波による坑底の掘削関連
情報を伝送することができる効果がある。
歪み特性を持つ金属系の磁歪材で構成した磁歪振動子
を、ドリルカラーなどの管体に加工した溝にバイスを用
いて搭載し、励磁電流を磁歪振動子の励磁巻き線に供給
し、掘削用の管体を伝播する弾性波を発生するように構
成したので、磁歪振動子で発生した音響弾性波を効率よ
くドリルカラーなどの管体に伝達させることが可能とな
り、掘削用管体を伝播する弾性波による坑底の掘削関連
情報を伝送することができる効果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１による掘削管体音響
伝送用送信機を用いて構成したＭＷＤシステムを示す構
成図である。
伝送用送信機を用いて構成したＭＷＤシステムを示す構
成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による掘削管体音響
伝送用送信機を示す構成図である。
伝送用送信機を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による掘削管体音響
伝送用送信機で用いられる磁歪振動子の形状を示す構成
図である。
伝送用送信機で用いられる磁歪振動子の形状を示す構成
図である。
【図４】 （ａ）はこの発明の実施の形態１による掘削
管体音響伝送用送信機に用いられる弾性波発生用管体へ
の磁歪振動子の搭載方法を示す側面断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
管体音響伝送用送信機に用いられる弾性波発生用管体へ
の磁歪振動子の搭載方法を示す側面断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図５】 図４（ａ）の磁歪振動子付近を一部拡大して
示す側面断面図である。
示す側面断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態１による掘削管体音響
伝送用送信機における励磁電流波形と磁歪振動子から出
力する振動波形の関係を示す波形図である。
伝送用送信機における励磁電流波形と磁歪振動子から出
力する振動波形の関係を示す波形図である。
【図７】 （ａ）はこの発明の実施の形態２による掘削
管体音響伝送用送信機に用いられる弾性波発生用管体へ
の磁歪振動子の搭載方法を示す側面断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
管体音響伝送用送信機に用いられる弾性波発生用管体へ
の磁歪振動子の搭載方法を示す側面断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図８】 図７（ａ）の磁歪振動子付近を一部拡大して
示す側面断面図である。
示す側面断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態３による掘削管体音響
伝送用送信機の音響弾性波発生機構における電気共振回
路を示す回路図である。
伝送用送信機の音響弾性波発生機構における電気共振回
路を示す回路図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による掘削管体音
響伝送用送信機の音響弾性波発生機構における電気共振
回路を示す回路図である。
響伝送用送信機の音響弾性波発生機構における電気共振
回路を示す回路図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５による掘削管体音
響伝送用送信機の励磁巻き線の磁気飽和曲線を示す波形
図である。
響伝送用送信機の励磁巻き線の磁気飽和曲線を示す波形
図である。
【図１２】 （ａ）はこの発明の実施の形態５による掘
削管体音響伝送用送信機の磁化曲線の線形領域で磁束を
加えた場合の励磁巻き線に流れる電流波形を示す波形
図、（ｂ）はこの発明の実施の形態５による掘削管体音
響伝送用送信機の磁化曲線の非線型領域に達する磁束を
加えた場合の励磁巻き線で誘起される磁界または励磁巻
き線に流れる電流波形を示す波形図である。
削管体音響伝送用送信機の磁化曲線の線形領域で磁束を
加えた場合の励磁巻き線に流れる電流波形を示す波形
図、（ｂ）はこの発明の実施の形態５による掘削管体音
響伝送用送信機の磁化曲線の非線型領域に達する磁束を
加えた場合の励磁巻き線で誘起される磁界または励磁巻
き線に流れる電流波形を示す波形図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５による掘削管体音
響伝送用送信機の励磁巻き線を流れる電流を示す波形図
である。
響伝送用送信機の励磁巻き線を流れる電流を示す波形図
である。
【図１４】 従来の音響弾性波を用いた掘削管体音響伝
送用送信機を示す側面図である。
送用送信機を示す側面図である。
【図１５】 図１４の掘削管体音響伝送用送信機で用い
られている発振器の構造を示す分解斜視図である。
られている発振器の構造を示す分解斜視図である。
【図１６】 図１５の発振器の取付時の状態を示す断面
図である。
図である。
【図１７】 図１５に示した従来例の発振器の駆動電流
波形を示す波形図である。
波形を示す波形図である。
【図１８】 ドリルカラーに発生する音響弾性波を表す
波形図である。
波形図である。
１１ 坑底センサ搭載用管体、１２ 弾性波発生用管
体、１３ ドリルカラー、１４ ドリルパイプ、１５
受信用管体、１６ 復調器（復調装置）、２３掘削管体
音響伝送用送信機、２４ 励磁電流供給装置、２５ 音
響弾性波発生機構、２６ 磁歪振動子（音響弾性波発生
機構）、２７ 励磁巻き線（音響弾性波発生機構）、２
８ 磁歪振動子搭載用溝（溝：音響弾性波発生機構）、
２９ バイス（音響弾性波発生機構）、４１ 励磁電
流、７１ 電気共振用コンデンサ。
体、１３ ドリルカラー、１４ ドリルパイプ、１５
受信用管体、１６ 復調器（復調装置）、２３掘削管体
音響伝送用送信機、２４ 励磁電流供給装置、２５ 音
響弾性波発生機構、２６ 磁歪振動子（音響弾性波発生
機構）、２７ 励磁巻き線（音響弾性波発生機構）、２
８ 磁歪振動子搭載用溝（溝：音響弾性波発生機構）、
２９ バイス（音響弾性波発生機構）、４１ 励磁電
流、７１ 電気共振用コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 隆史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 坂本 隆博 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 坑底センサ搭載用管体で得られた坑底の
情報を弾性波に変換し出力する弾性波発生用管体と、 この弾性波発生用管体からの弾性波をドリルカラーおよ
びドリルパイプを介して地上で受信する受信用管体と、 この受信用管体が受信した弾性波を復調し坑底の情報を
得る復調装置とを備えた掘削管体音響伝送用送信機にお
いて、 上記弾性波発生用管体は、磁化したときに寸法が伸びる
正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材を薄板に圧延し、耐
熱性の接着材で積層することにより、プリロードによる
予圧および歪み応力に耐える挫屈強度をもつ磁歪振動子
を、上記ドリルカラーの壁面の加工した溝にバイスを用
いたプリロード機構により圧縮荷重をかけて搭載した音
響弾性波発生機構と、 矩形波または正弦波または三角波等の交番励磁電流もし
くはパルス性の励磁電流を搬送周波数の１／２、もしく
は搬送周波数に一致した周期で上記磁歪振動子の励磁巻
き線に励磁電流を供給し、任意の周波数の弾性波を上記
磁歪振動子から上記ドリルカラーに発生させる励磁電流
供給装置とを備えたことを特徴とする掘削管体音響伝送
用送信機。 - 【請求項２】 音響弾性波発生機構は、ドリルカラーな
どの管体の壁面の円周上に複数の溝を施し、その溝の各
々にそれぞれ上記磁歪振動子をバイスを用いたプリロー
ド機構により圧縮荷重をかけて搭載したことを特徴とす
る講求項１記載の掘削管体音響伝送用送信機。 - 【請求項３】 音響弾性波発生機構は、磁歪振動子の励
磁巻き線に電気共振用コンデンサを直列または並列に結
線し、上記磁歪振動子の上記励磁巻き線のインダクタン
スと上記電気共振用コンデンサのキャパシタンスで決ま
る電気共振周波数が搬送周波数の１／２の周波数に一致
するように上記電気共振用コンデンサのキャパシタンス
を選択し、励磁電流供給装置より上記磁歪振動子の上記
励磁巻き線に上記励磁電流を供給して、任意の周波数の
弾性波を発生させることを特徴とする請求項１記載の掘
削管体音響伝送用送信機。 - 【請求項４】 励磁電流供給装置は、磁歪振動子を磁気
飽和させる励磁電流を供給し、ドリルパイプの共振周波
数に一致した周波数の弾性波を上記磁歪振動子から発生
させることを特徴とする請求項１記載の掘削管体音響伝
送用送信機。 - 【請求項５】 音響弾性波発生機構は、それぞれの磁歪
振動子の励磁巻き線を直列または並列に結線し、この直
列または並列に結線された上記励磁巻き線に電気共振用
コンデンサを直列または並列に結線し、直列または並列
に結線された上記磁歪振動子の励磁巻き線のインダクタ
ンスと上記電気共振用コンデンサのキャパシタンスで決
まる電気共振周波数が搬送周波数の１／２の周波数に一
致するように上記電気共振用コンデンサのキャパシタン
スを選択し、励磁電流供給装置より上記磁歪振動子に上
記励磁電流を供給して、任意の周波数の弾性波を発生さ
せることを特徴とする請求項２記載の掘削管体音響伝送
用送信機。 - 【請求項６】 弾性波発生用管体は坑底センサ搭載用管
体で得られた坑底の情報を弾性波に変換出力し、受信用
管体はこの弾性波をドリルカラーおよびドリルパイプを
介して地上で受信し、復調装置はこの受信した弾性波を
復調し坑底の情報を得る掘削管体音響伝送用送信機によ
る掘削管体音響伝送方法において、 上記弾性波発生用管体は、磁化したときに寸法が伸びる
正の歪み特性を持つ金属系の磁歪材を薄板に圧延し、耐
熱性の接着材で積層することにより、プリロードによる
予圧および歪み応力に耐える挫屈強度をもつ磁歪振動子
を、上記ドリルカラーの壁面の加工した溝にバイスを用
いたプリロード機構により圧縮荷重をかけて搭載し、矩
形波または正弦波または三角波等の交番励磁電流もしく
はパルス性の励磁電流を搬送周波数の１／２、もしくは
搬送周波数に一致した周期で上記磁歪振動子の励磁巻き
線に励磁電流を供給し、任意の周波数の弾性波を上記磁
歪振動子から上記ドリルカラーに発生させることを特徴
とする掘削管体音響伝送用送信機による掘削管体音響伝
送方法。
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