(57)【要約】構造物の加速を決定する高感度加速度計は、回転可能となるようにヒンジによって支持される、ハウジング内にある塊体と、これに対抗する支持部材とを含む。上記支持部材は、振子構成内にある固定マンドレルと上記塊体とに沿って交互に屈曲する。上記支持部材のうちの１つの少なくとも１部分は、ハウジング内にある上記塊体の回転を測定可能な変換器を備えている。本発明の１実施形態は、干渉計感知処理の使用において、光ファイバーコイルを支持部材として使用している。そのような、加速度計を基にした干渉計の配列は、ＷＤＭもしくは類似の方法を使用することにより多重化されている。
2004528538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサの縦軸に垂直な方向における加速を感知する高感度加速度計であって、
堅いハウジングと、
上記ハウジングに枢軸状に付着する塊体と、
縦軸に沿って配列され、上記塊体を上記ハウジング内に吊り下げる可撓性支持部材とを備えており、
上記可撓性支持部材の少なくとも一部分が、上記方向に沿った加速に応答して、上記ハウジング内にある上記塊体の変位を測定するように構成された変換器を備えている、高感度加速度計。
【請求項２】
上記ハウジングへ堅く付着された固定マンドレルをさらに備え、
上記塊体は浮遊マンドレルを備えており、
上記可撓性支持部材は、上記固定マンドレルおよび上記浮遊マンドレルに包まれている、請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
上記浮遊マンドレルはヒンジによって枢軸状に上記のハウジングに接続されている、請求項２に記載の加速度計。
【請求項４】
上記の浮遊マンドレルは、感知されるべき上記加速によって上記のヒンジに沿って回転する、請求項３に記載の加速度計。
【請求項５】
上記の可撓性支持部材は光ファイバーコイルを備える、請求項１に記載の加速度計。
【請求項６】
上記塊体の運動は、上記ファイバー内に上記光ファイバーコイルの長さに対応する変位を誘発する、請求項５に記載の加速度計。
【請求項７】
上記長さの上記変位は干渉計手法によって測定される、請求項６に記載の加速度計。
【請求項８】
上記塊体の運動を、上記感知される加速の方向に対して垂直な方向において実質的に阻害する配列集合をさらに備える、請求項１に記載の加速度計。
【請求項９】
上記配列集合は、上記感知される加速の方向において塊体を運動させる、上記塊体および上記ハウジングに付着した屈曲部材を備える、請求項８に記載の加速度計。
【請求項１０】
上記配列集合はダイヤフラムを備える、請求項８に記載の加速度計。
【請求項１１】
上記配列集合は、
それぞれが、配列ロッドの末端に配列した、一対のダイヤフラムと、
上記ハウジングのそれぞれの側に配置された穴とを備え、
上記ダイヤフラムは、上記ダイヤフラムの表面にある上記穴内に捕獲される、請求項１０に記載の加速度計。
【請求項１２】
上記変換器は歪みゲージを備える、請求項１に記載の加速度計。
【請求項１３】
上記歪みゲージは、ファイバー光学センサ、圧電性装置、ＰＶＤＦ素材、および耐性歪みゲージを構成する一群から選択される、請求項１２に記載の加速度計。
【請求項１４】
上記変換器はファイバー光学ブラッグ格子である、請求項１２に記載の加速度計。
【請求項１５】
センサの縦軸に垂直する方向での加速を感知する高感度加速度計であって、
堅いハウジングと、
上記ハウジングに枢軸状に付着する塊体と、
上記ハウジングに付着する固定マンドレルと、
上記ハウジング内で軸性に配置され、上記固定マンドレルおよび上記塊体の周辺で包まれる、少なくとも１つの可撓性支持部材とを備えており、
上記支持部材は、センサの縦軸垂直な加速に応答して、上記ハウジング内において上記塊体の回転を測定する手段を備えている、高感度加速度計。
【請求項１６】
上記感知された加速の上記方向に対して垂直する方向における上記塊体の運動を、実質的に阻害するする少なくとも１つの配列手段をさらに備えている、請求項１５に記載の加速度計。
【請求項１７】
上記浮遊マンドレルはヒンジによって、枢軸状に上記ハウジングに接続する、請求項１５に記載の加速度計。
【請求項１８】
回転を測定する手段は、上記可撓性支持部材の長さの変化を測定する手段を備えている、請求項１５に記載の加速度計。
【請求項１９】
回転を測定する手段は、上記可撓性支持部材の長さの変化を干渉計手段によって測定する手段を備えている、請求項１８に記載の加速度計。
【請求項２０】
光ファイバー伝達ケーブルと、
土に接続し、上記光ファイバー伝達ケーブルに光学的接続し、なおかつ、少なくとも２つの直交する方向に位置している、複数の加速度計を備えており、
上記線形加速度計のそれぞれは、
堅いハウジングと、
上記ハウジングに枢軸状に付着する塊体と、
上記センサの縦軸に沿って配列し、上記塊体を上記ハウジング内に吊り下げる、可撓性支持部材とを備えており、
上記可撓性支持部材の少なくとも一部分が、上記縦軸に垂直な方向に沿った加速に応答して上記ハウジング内にある塊体の変位を測定し、上記加速度計の位置において静的および動的な力を示す光信号を提供するように構成された変換器を備えている、縦地震特性化のための装置。
【請求項２１】
上記光信号を元にした地震特性情報を提供する光学伝達ケーブルに接続された光学信号処理機をさらに備えている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
複数の所定位置において、地球に接続したした線形加速度計配列をさらに備えている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
上記複数の加速度計は、油井ケーシング、穴、または油生成チューブを介して、上記土に接続している、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
上記ハウジングに堅く付着する固定マンドレルをさらに備えており、
上記塊体は、浮遊マンドレルを備えており、
上記可撓性支持部材は、上記固定マンドレルおよび上記浮遊マンドレルに包まれている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
上記浮遊マンドレルは、ヒンジによって枢軸状に上記ハウジングに接続されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
上記浮遊マンドレルは、上記感知されるべき加速によって上記のヒンジに沿って回転する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
上記の可撓性支持部材は光ファイバーコイルを備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２８】
上記塊体の運動は、上記ファイバー内に上記光ファイバーコイルの長さｌに対応する変位を誘発する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
上記長さの上記変位は干渉計手段によって測定される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
上記塊体の運動を、上記感知される加速の方向に対して垂直な方向において実質的に阻害する配列集合をさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項３１】
上記配列集合は、上記感知される加速の方向において上記塊体を運動させる、上記塊体および上記ハウジングに付着した屈曲部材を備える、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
上記配列集合はダイヤフラムを備える、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
上記配列集合は、
それぞれが配列ロッドの末端に配列した、一対のダイヤフラムと、
上記ハウジングのそれぞれの側に配置された穴とを備え、
上記ダイヤフラムは、上記ダイヤフラムの表面にある上記穴内に捕獲される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
上記変換器は歪みゲージを備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項３５】
上記歪みゲージは、ファイバー光学センサ、圧電性装置、ＰＶＤＦ素材、および耐性歪みゲージを構成する一群から選択される、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
上記変換器はファイバー光学ブラッグ格子である、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
内部に塊体が配置され、上記塊体がヒンジによって付着される堅いハウジング、を配置する手段と、
上記堅いハウジングの縦軸に配置され、上記ハウジングおよび上記塊体に接続される可撓性支持部材、を配置する手段と、
上記塊体の回転変位によって発生する、上記可撓性支持部材の長さの変化、を測定する手段とを備えており、
上記回転変位は、上記縦軸に対して直交する方向にある上記堅いハウジングの加速によって誘発される、加速を検知する方法。
【請求項３８】
上記可撓性支持部材は光ファイバーを備えている、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
上記測定は干渉計手段に実行される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
上記光ファイバーはブラッグ格子を備えている、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
所定方向に対して垂直な方向にある上記塊体の運動を実質的に阻害する手段をさらに備えている、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（関連出願の相互参照）
この出願は、この出願と同一の表題と同一の発明者を有し、シリアルナンバーがＮｏ．６０／２６６、６６７である、２００１年２月６日に提出された米国仮特許出願の利益を主張する。その米国仮特許出願は、文献によってここに完全に組み込まれている。
【０００１】
（技術分野）
この発明は高感度加速度計に関し、より詳細にはファイバー光学加速度計に関する。
【０００２】
（背景技術）
構造物や胴体の物理的特性を、センサを使用して検査することが知られている。そのような応用の１つは、温度、圧力、溶液流動、地震性特性、および他の物理的特性といった情報を抽出するために、油井を検査することである。高圧や高温といった過酷な環境であるため、油井の検査は、従来のセンサに対しては一定の挑戦を引き起こす。歴史的には、油井の検査はほとんど、あまり使用されない光学センサを有する電子センサを使用することで行われていた。
【０００３】
理由がいくつかあるため、現在使用されている電子センサは限定されている。第１に、そのようなセンサの基盤にある電子部品は、高温、高振動、および高外部流体圧力を含む、極めて過酷な環境で動作しなければならない。第２に、電子部品は内在的に複雑であるため、多くの異なる様式の不良が発生する傾向にある。センサの初期不良は時間の浪費であり、高価な坑井介入の結果となるため、そのような不良により、電子センサが油井を検査する際、伝統的に、信頼性を許容できるレベル以下にしていた。
【０００４】
油穴内における電子信号の伝達に関連する、多くの問題が他にもある。高温、高圧、そして非常に腐食性の油穴液の暴露に対して、必要な絶縁ケーブルを密閉するのは、極めて困難である。周辺の絶縁素材に浸透する溶液によって損害を受ける伝導体は、典型的に電気信号を短絡させる。加えて、電気的伝達は、多くの製造運転において電磁気的な干渉を受けやすい。
【０００５】
油穴の近辺にある地下層の音波特性を決定するため、地面に掘った穴の地震障害を測定するために加速度計は使用される。加速度計は、運動中の胴体に接続されたセンサケースに備えられる、塊体跳躍変換器であると考察される。その運動は、塊体とセンサケースとの相対的運動から推定される。ケースの加速に直接に関連し、それゆえ、油穴の近辺にある土の加速に関連する塊体の相対的な変位を考慮することによって、そのような加速度計は解析される可能性がある。時間依存性の地震特性を決定するために、加速度計の配列が井穴の長さに沿って配置されてもよい。
【０００６】
先行技術の１つの加速度計は、圧電性の電子加速度計である。圧電性の加速度計は、電子センサに共通する上述で特定された問題によって、典型的に損傷を受ける。加えて、最も高性能な圧電性の加速度計は、センサ頭部に電力を必要とする。また、数多くのセンサを多重化することは面倒であり、重量および体積を顕著に増大させ、信頼性を低下させる傾向がある。
【０００７】
特定構造物の加速の測定に、光学干渉計を使用することも知られている。ファイバー光学干渉加速度計は、高い応答性と十分に低い検知閾値を備えるように設計されていることも、良く知られている。いくつかの先行ファイバー光学加速度計は、線形および非線形伝達機構、円形可撓性ディスク、ゴム製マンドレル、および溶液充填性マンドレルに基づいた、干渉ファイバー光学加速度計を含んでいる。これらのファイバー光学加速度計のいくつかは、非常に高い加速感受性（１０４ｒａｄｉａｎｓ／ｇまで）を示しているが、多くの応用には非実用的な設計であるセンサを使用する傾向がある。例えば、非常に感度が高いセンサは、典型的に、５００グラムより多い地震塊体を有しており、これにより、装置が動作する周波数範囲が制限される。加えて、これらの装置は巨大であるため、重量および寸法が原因で多くの応用では役に立たなくなる傾向がある。他のファイバー光学加速度計は、高い交差軸感度、低い共鳴周波数を被っている。多くのファイバー光学加速度計は、ＡＣディザ信号を必要とするか、または、巨大（＞１０ｋｇ）であり、高価で広範囲な配線および電子部品を必要とする。特別の素材または構造物で設計された光学干渉計でさえも、不正確になりやすい。なぜなら、ボアホール環境が過酷であり、また、そのような正確な装備は、許容性が非常に厳格だからである。
【０００８】
多くの応用では、ファイバー光学センサは、数ｋＨｚまでの平坦周波数応答を有することが望ましい（たとえば、装置は高い共鳴周波数を有しなければならない）。装置は感度が高く、外部パラメータ（たとえば、動的圧力）から自由であることが望ましい。最後に、装置は、多くの配列で容易に構成できる（たとえば、容易な多重化）小さなフットプリントと、パッケージの体積を有することが望ましい。
【０００９】
（発明の要約）
本発明は、一般に、油井、ガス井、エンジン、燃焼室、その他のような過酷な環境（すなわち、高温、高圧、高衝撃および／または高振動）で使用される可能性のある、ファイバー光学加速度計に関する。
【００１０】
実施形態の１つは、高圧（＞１５ｋｐｓｉ）および高温（＞１５０℃）で動作可能な、全てのガラスファイバー光学センサを含む。本発明に関するファイバー光学加速度計はまた、他の応用でも等しく動作するであろう。
【００１１】
本発明の実施形態の１つは、縦軸に対して垂直な所定方向における加速を検知する高感度線形加速度計、たとえば交差軸加速度計を含む。そのような加速度計は、少なくとも１つのヒンジによって自身の末端に吊らされる塊体と、縦軸に沿って軸上に配置され、ハウジングの１末端および塊体に付着される、少なくとも２つの可撓性支持部材とを備えていても良い。少なくとも可撓性支持部材のうちの１つの１部分は、センサの軸に垂直な所定方向に沿った加速に応答して、ハウジング内における塊体の回転を測定可能な変換器を備えている。ある実施形態は、少なくとも１つの浮遊マンドレルを含む。可撓性支持部材は、それぞれが固定マンドレルおよび浮遊マンドレルのうちの１つによって包まれる。塊体は、ハウジング内のヒンジを軸に回転する。
【００１２】
本発明はまた、可撓性支持部材の少なくとも１つが、塊体の運動がファイバーの長さを変化させるような光ファイバーを備え、その変化が干渉計手段によって測定される、線形加速度計に関する。
【００１３】
本発明のもう１つの側面は、塊体に付着する交差軸配列集合を有する線形加速度計を含む。配列集合は少なくとも１つの屈曲部材を備えており、この屈曲部は、塊体およびハウジングに付着し、所定方向においては塊体を運動させ、他の２つの方向において、塊体の運動を制限する。本発明の実施形態の１つでは、１対の配列集合が使用され、屈曲部材は配列ロッド上に位置するダイヤフラムである。ダイヤフラムは、ハウジングの外側表面にある穴内で捕獲される。
【００１４】
本発明はまた、変換器がファイバー光学歪みセンサ、圧電性装置、ＰＶＤＦ素材、または耐性歪みゲージを含む歪み感知要素を備えている、線形加速度計に関する。
【００１５】
本発明はまた、互いに直行するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する、土ボアホールの縦地震特性化のための装置に関する。この装置は、光ファイバー伝達ケーブルと、複数の加速度計とを含み、これら複数の加速度計は、ボアホールに接続し、３つの直行方向に位置し、そして光ファイバー伝達ケーブルに光学的に連絡する。この加速度計は、方向の所定の１つにおける加速を検知する、高感度線形加速度計である。この加速度計は、堅いハウジングと、塊体と、少なくとも２つの可撓性支持部材と含む。可撓性支持部材は好ましくは、光ファイバーを備えており、この光ファイバーは、縦方向において軸上に配置されており、上記ハウジングと上記塊体と末端に付着しており、それゆえ、ハウジング内において塊体をヒンジと共に吊している。可撓性支持部材のうちの１つの少なくとも一部分は、変換器を備えており、この変換器は、所定方向に沿った加速に応答して、ハウジング内において塊体の回転を測定し、加速度計位置における静的および動的力を支持する光信号を提供することが出来る。この装置はまた、上記の光信号を元にした地震特性情報を提供する光学伝達ケーブルに接続された、光学信号処理機を含んでいても良い。
【００１６】
（図面の簡単な記述）
図１は、本発明に関する高感度加速度計を組み込んだ、加速検査システムの概略図である。
【００１７】
図２は、縦地震特性化のために展開された、本発明の加速度計の配列を有する土ボアホールの断面図である。
【００１８】
図３は、先行技術のバネ塊体加速モデルの概略図である。
【００１９】
図３ａは、本発明に関する交差軸加速度計の原理の概略図である。
【００２０】
図４は、本発明に関する加速度計の概念的表現の側面図である。
【００２１】
図５は、本発明に関する加速度計の概念的表現の平面図である。
【００２２】
図６は、本発明の加速度計の１実施形態の分解組立平面図である。
【００２３】
図７は、軸性配列集合を示す、図６の加速度計の分解組立側面図である。
【００２４】
図８は、本発明の加速度計の１実施形態の平面図である。
【００２５】
図９は、本発明の１実施形態の、テスト信号に対する応答のグラフ表現である。
【００２６】
図１０は、図９の実施形態の位相応答のグラフ表現である。
【００２７】
図１１は、図９の実施形態の振幅応答のグラフ表現である。
【００２８】
図１２は、本発明に関する、それぞれの周辺に１対のブラッグ格子を有する光ファイバー包みを備えている可撓性支持部材であるの側面図である。
【００２９】
図１３は、本発明に関する、それぞれの中にブラッグ格子を有する光ファイバー包みの側面図である。
【００３０】
図１４は、本発明に関する、光ファイバー包み干渉計の側面図である。
【００３１】
図１５は、本発明に関する、一対のブラッグ格子を有する光ファイバーを有する可撓性支持部材の部分断面における平面図である。
【００３２】
図１６は、本発明に関する、一対のブラッグ格子を有する光ファイバーを有する可撓性支持部材の別の幾何図形外形の部分断面における平面図である。
【００３３】
図１７は、放射コイルの形をした、別の幾何図形外形の光ファイバーを有する可撓性支持部材の部分断面における平面図である。
【００３４】
図１８は、競技場の形をした、別の幾何図形外形の光ファイバーを有する可撓性支持部材の部分断面における平面図である
図１９は、本発明に関する、３つの異なる歪みゲージの平面図である。
【００３５】
図２０は、歪みゲージを示す可撓性支持部材の部分断面における平面図である。
【００３６】
（発明の詳細な記述）
図１を参照すると、油井ボアホール、ガス井ボアホール、建築物、橋、航空機、ポンプ、または、加速される他の構造物または構成要素のような、過酷な環境に曝される構造物１０は、少なくとも１つの高感度加速度計２２に接続している。加速度計２２は、伝達ケーブル２０によって変換器４０および単一の処理設備３５に接続される、伝達ケーブル弦２０の一部分である。３つの軸３０，３２，３４における構造物１０の加速は、加速度計の回転に依存し、加速度計２２によって検知される。信号処理設備３５は、本発明の様々な実施形態の電子的、電子光学的、または光学的な信号を処理する既知の器具を備えてもよい。
【００３７】
本発明の１実施形態では、加速度計２２は、図示しない密閉容器に設置され、過酷な環境に配置されている。この過酷な環境は、高温（約１７５℃まで）、高圧（約２０ｋｓｐｉまで）、および高ＥＭＩを含んでもよい。本発明の加速度計はまた、高感度加速度計が必要とされる、過酷でない如何なる環境において使用されてもよい。ある実施形態では、加速度計２２はファイバー光学装置を備えていてもよく、伝達ケーブル２８は、環境的に硬化された細チューブを備えていてもよい。この細チューブは、シリアルナンバーがＮｏ．０９／１２１，４６８であり、”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃａｂｌｅ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｈａｒｓｈ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ”と題され、１９９８年７月２３日に提出された、共通に所有されている同時継続中の米国特許出願に記載されており、その開示内容の全体は、本願にすべて含まれている。伝達ケーブル２８は、加速度計２２に向かっており、加速度計と信号処理設備３５との間における伝達信号を伝達する準備をする。加速度計と信号処理設備は、必要に応じて、直接に、または図示しない中間面設備を介して接続してもよい。加速度計は、ボルト締め、クランピング、または他の既知の方法によって構造物に密接に結合している。
【００３８】
本発明の加速度計２２は、直接に構造物１０を検査する信号装置として、または構造物１０を検査する類似加速度計の配列として使用されてもよい。もう１つの実施形態では、加速度計２２の配列は、周辺環境に対する構造物の応答を決定するために、構造物１０に接続してもよい。そのような用途の一例は、縦地震特性化を実行することであり、そこでは、加速度計は既知の長さに分布されている。図２を参照すると、構造物１０は、油井またはガス井内のボアホールに接続し、さまざまな地層１２，１４，１６を貫通する、鋼管または延長パイプなどの、どのような構造物でもよい。伝達弦２０は、伝達ケーブル２８によって接続された、配列状の加速度計２２，２３，２４，２５を含み、細チューブ内に位置された光ファイバーを構成する。加速度計２２，２３，２４，２５は、三つの軸３０，３２，３４のいずれかに配置された、本発明に関する単一加速度計を、あるいは２つまたは３つの線形加速度計を構成してもよい。加速度計のそれぞれは、自身のの位置において、静的および動的な力を示す光信号を伝達する。
【００３９】
配列上の加速度計２２，２３，２４，２５は、光ファイバーセンサを既知の長さ、例えば、５，０００フィートに渡って配置することによって、縦地震特性化を実行するのに有益である。加速度計２２，２３，２４，２５は、既知の配列に渡って、所望の間隔、例えば１０または２０フィートごとに等しく空間的に配置されており、所望の縦地震特性化を提供できる。以下に示すように、加速度計のそれぞれはファイバー光学センサを含み、このセンサは、中央波長を有する、狭い波長帯域を光を反射する。加速度計のそれぞれは、異なる波長帯域および中央波長で動作するため、信号は、波長分割マルチプレクシング（Ｗａｖｅｌｅｎｇｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）技術を使用することにより、容易に検知される。伝達ケーブル２８内に設置される光ファイバー全体は、１，０００フィートのような、所望の震度に降ろされる。ダイナマイト４２（地震性の爆発）を若干負荷するような波長源は、選択した距離、例えば３，０００フィートほどボアホール１０から離れた浅い装薬孔５０において、発破工４５によって爆破される。
【００４０】
なお図２を参照すると、音波は、直接経路５２および反射経路５４に沿って、爆心地から放射される。反射経路は、様々な地層１２，１４，１６から反射される。直接地震波５２と反射地震波５４は、周辺地層１２，１４，１６を反応させ、土の動きは、土に接続された構造物１０を介して、加速度計２２，２３，２４，２５によって検知される。その結果生じたデータ信号は、伝達ケーブル２８を通じて復調器４０および光学信号処理設備３５に伝達される。本発明の１実施形態では、地震を引き起こすような衝撃の後、伝達ケーブル弦２０は、追加の地震特性化のために、ボアホール内に再配置される。本発明の別の実施形態では、加速度計２２，２３，２４，２５は、ボアホール１０の全体が一度の爆発で特徴化されるために、伝達ケーブル２８の長さ全体に渡って配置される。
【００４１】
本発明の加速度計の配列では、加速度計のそれぞれは、信号が波長分割多重化（Ｗａｖｅｌｅｎｇｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）技術を使用して容易に検知されるように、異なる波長帯域および中央波長で動作する。１つかそれ以上の復調器を備えてもよい信号処理設備３５および信号変換器４０は、反射信号からの波長位相変化を解釈する
加速度計のファイバー光学検知は、図３ａに示すように、ファイバー６６をひずませる塊体６４の単純な配置を基にしている。さらに進んだ概念が、ファイバーの距離７０における最大感度、またはファイバーコイルにおける最大感度を有する加速度計について提案されており、「Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｆｅａｔｕｒｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ Ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｍｕｌｔｉ−Ａｘｉｓ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ」と題され、２００１年１月１６日に発行された、共通に割り当てられた米国特許Ｎｏ．６，１７５，１０８、に開示されており、その開示内容は全体として本願に含まれている。本発明の加速度計は、ファイバーコイルの方向に対して垂直の方向に最大感度を有する、すなわち高い交差軸感度を有するように設計されている。ここで図３ｂを参照すると、増加した交差軸感度は、ヒンジ３６をハウジング９８と塊体６４の間に配置して得られる。そのようは設計の１つの利点は、３軸センサ測点を小型化してまとめることである。ヒンジ３６により、塊体６４が振子のように回転する。光ファイバー６６を、ヒンジからある距離をおいてアーム６５上に配置すると、塊体が回転する際にファイバーがひずむ。ファイバーコイルに対して垂直であるいずれの方向７３における加速も、ハウジング９８やヒンジ３６を動かすため、塊体６４が方向７１で回転し、ファイバー６６が適切な方向７２で引っ張られる。ファイバーの長さの変化は、様々な干渉計技術によって検知可能である。
【００４２】
先行技術の加速度計における数多くの欠点は、本発明によって扱われる。例えば、ファイバー光学を基にした実施形態では、もっとも低い解決可能または測定可能な加速は、干渉計の検知ノイズフロアによって制限され、それは、図５に示す光ファイバーコイル８０，８２の周辺で形成される。地震に応用する場合、加速度計２２は、１０〜１００Ｇ／ｒｔＨｚの低さの加速を検知する必要がある。高性能干渉計および位相測定システムは、１０〜１００ｍｉｃｒｏａｄ／ｒｔＨｚの低さの位相転換を検知できることがよく知られている。関連位相測定システムを有する干渉計の光ファイバーコイルは、指示されたノイズフロアの測定を達成するために、約１ｋｒａｄ／Ｇの加速感度または目盛係数を生成する（図９は、本発明の１実施形態のノイズフロアに比例した典型的なテスト信号の例である）。
【００４３】
図４および図５を参照すると、加速度計２２は、５００〜５，０００ｋｒａｄ／Ｇの間の目盛係数で製造されてもよい。この目盛係数は、この加速度計を地震への応用で使用するのに必要な目盛係数の範囲をカバーしている。すでに記述したように、干渉計測定システムは、増加したファイバーの長さと共に増加する目盛係数を生成する。固定マンドレル８６および浮遊マンドレル９０（アーム６５を示す）は、それぞれの支持部材におけるファイバー６６の複数のコイル反転を生成するために使用され、それにより、高目盛係数の加速度計が小さくまとまる。この加速度計２２では、効果的な目盛係数は、アームを表現する塊体および浮遊マンドレルを回転させることによってファイバーに与えられる歪みに関して記述可能である。興味深いことに、目盛係数は塊体の設計に比例し、支持ファイバーの断面領域に反比例する。塊体とアーム（浮遊マンドレル）の面積もまた、目盛係数および共鳴周波数に影響を与える。通常、ファイバーの長さが増加すると、感度は増加する。しかしながら、本発明の加速度計では、支持ファイバーは吊り下げコイルにある反転の数を構成する。それゆえ、ファイバーの長さが増加すると、反転の数が増加し、吊り下げバンドの全体ファイバー断面領域が増加する。総合的な効果は、目盛係数を、ファイバーの全体の長さにほぼ依存しないようにすることである。
【００４４】
加速度計２２の幅は、２つの要素によって制限される。その１つは、位相測定システムである。測定システムが制限幅を有する場合、大きな加速は解釈されることができない。しかしながら、電流位相復調器技術、Ｏｐｔｉｐｈａｓｅによって製造されて販売される、ＯｐｔｉｐｈａｓｅモデルＯＰＤ−２００に代表されるが、位相変化を多くの２πサイクルに渡って追跡でき、この層を制限として除去する。
【００４５】
他の潜在的な制限は、ファイバーの機械的な長さである。本発明は、吊り下げコイルに課される、大きな加速変化の機械的な制限に関して概説されている。非常に高い衝撃状態、例えば２００Ｇの高さにおいてさえ、一時的な負荷はコイルにあるファイバーの全てによって共有されることを実現するのは、有益である。そのような状況では、コイルにある如何なるフィラメントに付与される最大負荷は、ガラスフィラメントの最大強度の１０％以下になりうる。この負荷共有能力は、本発明の加速度計の利益であり、本来の耐久性および大きな加速幅能力を示している。
【００４６】
加速度計の設計の典型的なアプローチは、吊された塊体の最初の構造的共鳴の下にある平面信号応答スペクトル領域の動作帯域幅を定義することである。本発明の加速度計では、コイルの堅さは共鳴周波数に影響力を有し、加速度計塊体に比例するコイルの全体ガラス断面領域は、基本的な共鳴周波数を設計する際に考慮されなければならない。発明者たちは、適切な目盛係数はシステム共鳴を１ｋＨｚ以上に保つことで達成可能であることを発見した。このことは、本発明を多くの地震伝達応用必要性を満たせている。典型的な装置の振幅応答機能および位相応答機能の両方の例は、図１３および図１４に示されている。これは、よい感度を達成する一方で、高い共鳴周波数を達成する能力を立証している。本発明の加速度計のある実施形態は、以下に記述するように、重力に関した位置は事実上は感知しない。
【００４７】
図３ａに示すように、単一の弦において長いファイバーの長さｌを使用することは、一般には実用的ではない。それゆえ、本発明は、図４および図５に最適に示されるように、長くて効果的なファイバー長を得るために、ファイバー６６の複数の巻き線８０、８２を使用する。ファイバー光学加速度計２２の巻き線８０、８２は、それぞれ、固定マンドレル８６周辺、およびヒンジによって配置され一平面で回転可能な２番目の能動マンドレル９０、に巻き付けられたＮ回転のファイバー６６を構成する。能動マンドレル８６は塊体６４に固定され、ヒンジ３６を軸にした回転はファイバーをひずませることに使用される。固定マンドレル８６はハウジング９８に接続されていてもよく、能動マンドレル９０は矢印７０によって表現される方向に対して、正常な回転から制限されてもよい。ハウジング９８が交差軸方向７０において運動するとき、その運動に関連した加速は、塊体６４および能動マンドレル９０を、ヒンジを軸に回転させる。この移動は、図３ａの塊体／弦システムと比較可能な方式で、変換器、またはセンサーコイル９４、９６によって検知される。
【００４８】
さまざまな直径を有する既知のどんな光ファイバーも使用されてよい。しかしながら、ファイバーの直径は、加速度計の性能、耐久性、そして信頼性に重要である。例えば、比較的大きな直径を有する光ファイバーは、最小折り曲げ半径を有し、失敗と共にある予測可能な寿命を保証する。大直径を有するファイバーが使用されると、信頼性の理由のため、ファイバーを収容するために、それに釣り合った大直径のマンドレルが使用されるべきである。しかしながら、マンドレルの直径が増加すると、加速度計２２の全体体積も同様に増加する。
【００４９】
図６は、本発明に関する加速度計の１実施形態を分解組立図で示す。加速度計は、２つの可撓性支持部材１５０および１５２を含む、それらは、光ファイバーの巻き線を構成する。とはいえ、他の可撓性支持部材も、本発明から逸脱しないで、使用可能である。可撓性支持部材１５０および１５２は、同じ長さのファイバーから出来ており、ヒンジクランプ１３６を使用して、ヒンジ配置３６と協調し、ハウジング９１内に塊体１６４を吊り下げる（図８）。この実施形態では、ヒンジ配置３６は、バネ刃を使用して作られているが、ヒンジ１３６を提供する他の既知の方法も、本発明の範囲内に含まれる
支持部材１５０および１５２の外被は、固定マンドレル１８６に沿って連続した形で巻き付けられる。この固定マンドレル１８６は、ハウジング１９と、塊体１６４のマンドレル末端１９０とに、堅く付着している。支持部材１５０および１５２は、図３および図５に記述されたセンサコイル６６に類似している。図７に最適に示されるように、支持部材１５０および１５２は、ヒンジ１３６に関する既知の試験塊体を偏向させるために、弦として動作し、ハウジング内の塊体を吊り下げるために協同する。図８に示すように、固定マンドレル１８６は、２つの副木１６０、１６２を使用して、ハウジング９１内に配置される。ヒンジクランプ１５８とチューブクランプ１６３は、所定の初期偏向を、可撓性支持部材１５０と１５２との間に創り出す。支持部材１５０と１５２とは、矢印１６８で示される方向において軸の周りに互いに、ハウジング９１と塊体１６４とに、整列される。固定マンドレル１８６とマンドレル末端１９０は、その上に配置される溝１７０を含み、組み立てを容易にして、支持部材の軸に沿った配置を保持させる。加速度計２２は、ハウジング９１の方向１６８とヒンジの方向１７５とに垂直な方向１７３における加速を、正確に検知する。
【００５０】
振子塊体は、中央部１６４と、マンドレル末端１９０および１９２とを備えている。この塊体とマンドレルとはまた、図３ａにおいてアーム６５を示し、このアームは、塊体がヒンジ１３６の軸に沿って回転する際に、ファイバーコイル１５０および１５２において、歪みを発生させる。この回転は、バネ刃の小さな厚みに垂直である時にのみ、起こりうる。
【００５１】
塊体１６４は、回転軸１７５に垂直な塊体１６４の運動を制限するために、配列集合１７２および１７４（図７および図８に最適に示される）を含むことが出来る。配列集合１７２および１７４は、副木１６０および１６２の側壁において、穴１８０および１８２を滑るように通過する配列ロッド１７６および１７８を備えており、例えば、糸よりナットによって、ダイヤフラム１８４および１８６に付着している。ダイヤフラム１８４および１８６は、スクリューによって備えられる図示しないリングによって、塊体１６４における穴１９２および１９４内に捕獲される。リング２００は、穴１９２および１９４内の刃２０２と協同し、ダイヤフラム１８４および１８６を、穴内にある自身の外側縁の軸に沿って捕獲し、振子方向１７３においてダイヤフラムを屈曲させる。ダイヤフラム１８４および１８６は、薄い可撓性の素材、例えば、金属で出来ており、軸方向１７３に沿って非常に可撓性があるが、ダイヤフラムの平面（軸方向に平行）においては極めて堅い。これにより、回転方向１７３における塊体１６４の、比較的妨害を受けない運動が許されるが、他の方向における塊体集合の運動は、実質的に損なわれる。振子方向ではない塊体１６４の運動を制限することによって、加速度計２２の配列集合１７２および１７４は、交差軸応答を著しく減少させる。
【００５２】
動作時、加速度計２２を含むハウジング９１は、ボルト締め、溶接、または他の既知の付着方法によって、油精製チューブ１０（図２）のような構造物に据え付けられてもよい。構造物が、方向または速度の変化において加速を行うと、検知方向における構造物の加速に関連する強度で、塊体１６４は、ハウジング９１内の振子方向１７３において回転する。可撓性支持部材１５０および１５２は、光ファイバーを伸ばすかあるいは短くするような、伸長あるいは弛緩動作によって応答し、加速に応じた信号を生成する。例えば、構造物が、矢印２１０（図８）で示される方向に加速されると、塊体１６４は、矢印２１１で示される反対方向に、ハウジング内で回転する。支持部材１５０における張力（ファイバーの長さを増加させる）は増加し、支持部材１５２における張力（ファイバーの長さを減少させる）は減少する。ファイバーの長さの変化によって発生する、ファイバー内にある光の位相角度の変化は、処理設備３５（図１）によって解釈されるが、既知の圧力レベルに対応する。支持部材は、独立したコイルシステムであり、それらの出力は、加速度計のセンサー脚部における単一コイルになりうる。支持部材の長さに対応する変化を決定する他の方法は、本発明に含まれ、以下でさらに完全に記述される。
【００５３】
図８を再び参照すると、加速度計２２は十分に小さいため、装置を密閉して環境から保護するために使用される末端キャップ９３を有するチューブ９１内に適合する。１実施形態では、チューブ９１は、インコネル（登録商標）素材からなり、直径約１インチ、長さ約３．５インチの外側次元を有する。末端キャップ９３の少なくとも１つは、ハウジングからの伝達ケーブル２８（図１）をたどるための既知のいかなる密閉特性をも含む、出口穴９７をさらに含む。マンドレル直径１００はおよそ１１〜１３ｍｍであり、固定マンドレル１８６と浮遊マンドレル１９０および１９２との間の距離は、無重力状態で４〜１０ｍｍの範囲内にある。塊体１６４は金属製素材からなり、３０〜６０ｇのオーダーである。支持部材１５０および１５２は、８０ミクロンの光ファイバーからなり、全長は１０ｍ〜２０ｍの間であり、４０〜１００個の間の包みを有する。ハウジング９１、塊体１６４およびマンドレルはどれも、金属材料からなってよい。支持部材が光ファイバーからなる実施形態では、ガラスファイバーと共に全て金属の構成を用いると、温度が上昇した状態でも、加速度計２２を著しく安定させて信頼させることになる。
【００５４】
本発明に関する加速度計の性能は図１２に示され、この図は、キャリブレーション試験震盪器における刺激力に対する加速度計の相対的応答のプロットを示す。テスト震盪器の設定は産業上知られており、既知の参照加速度計と同様の標準入力および出力構成要素からなる。特定の加速度計２２は、約５Ｈｚ〜５００Ｈｚの帯域幅で動作するように設計された。本発明の加速度計は、２５Ｈｚで軸方向１７３に約１２６μｇのテスト信号に曝された。線１０１は、刺激が軸１７３に沿うときの、加速度計２２の性能を示す。線１０１は極めて感度の高い６５ｄＢ信号−雑音比率応答を示し、これは、テスト信号のいずれの側における極めて小さい疑似応答と共に、２５Ｈｚのテスト信号周波数において点１０４で示される。同様に、線１０３は、軸方向およびテスト力が縦軸（図１において矢印１６８で示される）に平行であるときの、加速度計２２の性能、および同じ２５Ｈｚテスト信号を示す。線１０３は、２５Ｈｚのテスト信号周波数における応答のほぼ正確なレベルを示す。加えて、加速度計の回転は、テスト信号のいずれの側における比較的低い疑似信号に、逆の影響を及ぼさない。最大ピークが６０Ｈｚにおいて２８ｄＢ以下であるように、比較的低いノイズは、この図においてさらに示される。６０Ｈｚの信号は、キャリブレーションシステムにおけるグラウンドループによるものであり、加速度計のエラー信号ではないと考えられる。そのような信号は、いったんその発生源が明らかになれば、ほとんどの場合において分離されて除去されうる。重力に関する加速度計の回転が、その性能にほとんど影響を及ぼさないことは、本発明の重要な特性である。それゆえ、３つの直行する方向３０，３２，３４（図２）における加速度計２２の配列は、検知された地震波のベクトル方向を測定することに使用可能である。
【００５５】
図１３および図１４を参照すると、加速度計の帯域幅が示されている。加速度計は、上述したようにテストされ、位相および振幅応答は基準加速度計に対して調べられた。図１０において線１０５で表される位相応答は、比較的平坦であり、このことは、加速度計は装置の共鳴周波数からよく離れた状態で動作していることを示している。線１０５はさらに、加速度計は、所望の動作帯域内で誤りの結果となりかねない、帯域幅内での疑似信号を欠いていることを示している。同様に、図１１において線１０７によって示される相対的振幅応答は、比較的平坦であり、疑似信号が含まれていない。このことはさらに、加速度計２２は、装置の共鳴周波数から十分に離れた状態で動作し、予測された５Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数範囲内で振る舞うことを示している。
【００５６】
ファイバー光学を可撓性支持部材として利用する本発明の１実施形態では、それらは独立して接続されるか、波長分割多重化（ＷＤＭ）、時分割多重化（ＴＤＭ）、または他の如何なる光学多重化技術（以下に議論される）を使用する、１つか２つ以上の光ファイバーに沿って多重化されている。
【００５７】
図１２を参照すると、包み３０２を備える支持部材は、一対の格子３１０および３１２、包み３０２の反対側末端に有していてもよい。格子３１０および３１２を有する包み３０２は、ファイバー長Ｌまたはファイバー長の変化ΔＬを正確に測定する、数多くの既知の方式によって形成されてよい。そのような測定構成は、干渉計構成、ファブリー・ペロー構成、伝搬時間構成、および他の既知の構成を含む。ファブリー・ペロー技術の一例は、「Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｔｏ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ」と題された、米国特許Ｎｏ．４，９５０，８８３に開示されている。伝搬時間（または時分割マルチプレクシング；ＴＤＭ）の一例は、波長を有する光パルスが、ファイバー６６の下に送り出され、一連の光パルスが、ファイバー６６に沿って反射するというものである。包みのそれぞれの長さは、時間のどの点でも、それぞれのリターンパルスの間の時間遅延によって決定されうる。
【００５８】
その代わりに、ファイバーの全て、または一部分は、（エルビウムのような）希土類不純物によってドープされ、整調可能なファイバーレーザーを生成してもよい。そのようなレーザーは、「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｄｏｐｅｄ Ｌａｓｅｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ」と題された米国特許Ｎｏ．５，３１７，５７６、または「Ａｃｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ」と題された米国特許５，５１３，９１３、あるいは「Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ」と題された米国特許５，５６４，８３２に記載されており、これらは、文献として本願に含まれている。
【００５９】
図１６を参照すると、本発明に関する加速度計で使用されてもよい、他の型の整調可能なファイバーレーザーは、整調可能な分布フィードバック（ＤＦＢ）ファイバーレーザーである。このレーザーは、「”Ｖ．Ｃ． Ｌａｕｒｉｄｓｅｎ ｅｔ ａｌ， ”Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＤＦＢ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒｓ”， Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒ， Ｏｃｔ． １５， Ｖｏｌ． ３４， Ｎｏ． ２１， ｐｐ ２０２８−２０３０」や、「Ｐ． Ｖａｒｍｉｎｇ， ｅｔ ａｌ， ”Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ ＤＧＢ Ｌａｓｅｒ Ｗｉｔｈ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ π／２ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ＵＶ Ｐｏｓｔ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”， ＩＯＯＣ’９５， Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇｅｓｔ， Ｖｏｌ． ５， ＰＤ１−３， １９９５」や、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ」と題された米国特許Ｎｏ．５，７７１，２５１や、「Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ」と題された米国特許Ｎｏ．５，５１１，０８３に記載されている。この場合、格子３１６は希土類がドープされたファイバーに書き込まれ、格子３１６の中央部近辺における所定位置３１８において、位相シフトλ／２（λはレーザー波長）を有するように構成される。このことは、モードホッピングをすることなく単一縦モード動作において継続的に整調されてもよい、よく定義された共鳴状態を提供する。単一格子の代わりに、２つの格子３１０および３１２が近くに配置され、（Ｎ＋１／２）λの長さを有する空洞を形成してもよい。ここで、Ｎは０を含む整数であり、格子３１０および３１２は、希土類がドープされたファイバーである。
【００６０】
図１３を参照すると、包み３０２の外側に格子３１０および３１２を配置する代わりに、包み３０２に沿ってそれらを配置してもよい。その場合、格子反射波長は、加速の変化と共に変位してもよい。そのような変位は、ある構成（例えば、ファイバーレーザー）では望ましく、光学信号装置（図１）においては、例えば格子のそれぞれの対に対する反射波長シフトにおける所定範囲を認めることによって、補償されてもよい。
【００６１】
包みのそれぞれを直列に接続させる代わりに、例えば、包みのそれぞれの前に、図示しない光学カプラを使用して、それぞれが共通ファイバー６６に接続されるようにして、平行に接続させてもよい。
【００６２】
図１４を参照すると、加速度計２２は、マンドレルをブラッグ格子を使用することなく包み３０２によって包み込むことによって、純粋な干渉計センサとして形成されてもよく、その際、包みのそれぞれは、分離したファイバー６６を有する。この実施形態では、既知の干渉計技術が使用されて、塊体１５６の運動による、マンドレルの間にあるファイバー６６の長さあるいはファイバー６６の長さの変化が決定されてもよい。使用されてもよい干渉計技術は、マッハ・ゼンダーまたはマイケルソン干渉計技術であり、これは「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎｓｉｄｅ Ｐｉｐｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ」と題された米国特許５，２１８，１９７に記載されている。干渉計の包みは多重化されてもよいが、このことは「Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ， ｅｔ ａｌ， ”Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ Ｎａｖｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”， ＩＥＥＥ， Ｆｅｂ． １９９１」、または「Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ ｅｔ ａｌ， ”Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｆｉｂｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ”， ＳＰＩＥ， Ｖｏｌ． １５８６， １９９１， ｐｐ １７６−１８３」に記載されている。ファイバー長の変化を決定する他の技術も使用されてよい。また、文献の光学コイル（示されていない）は、所定の干渉計アプローチに使用されてもよく、また、加速度計２２の内部あるいは近辺に配置されてもよい。これらの文献の光学コイルは、軸性加速には反応しないように設計されてもよい。
【００６３】
また、ここに記述された包みの如何なる幾何図形外形に対しても、２つ以上のファイバー層が、所望のファイバー全長に応じて使用されてもよい。包み３０２はまた、マンドレルに螺旋状に配置された光ファイバー６６（示されない）を備えてもよい。包みの他の幾何図形外形はまた、必要であれば使用されてもよい。特定の如何なる包みの所望軸長も、ＡＣ感受性特性や、他の測定されるべきパラメータ、例えば、加速の大きさの特性に応じて設定される。
【００６４】
図１８および図１９を参照すると、本発明の実施形態は、包み３０２を使用する代わりに、上述した構成に類似したファイバー６６が可撓性部材３００の内部またはその上に配置されてもよい構成、を含む。その場合、ファイバーは、部材の歪みを光学的に検知する可撓性支持部材の上に配置された、より短い部分３１４を有してもよい。歪み感受性要素の回転は、部材における加速による歪みに対する感受性を変位させる。
【００６５】
図２０および図２１を参照すると、支持部材３００上の光学歪みセンサ３２０または３２２は、様々な異なる幾何図形外形を有するより長い長さ、例えば「放射コイル」幾何図形外形（図２０）あるいは「競技場」幾何図形外形３２２（図１８）を有してもよい。そのような幾何図形外形のいずれも、歪みを検知するために、支持部材周辺に配置される。これらの実施形態では、上記の長さは、可撓性部材における歪みに対する変化および加速を、光学的に検知するほど十分に長く設定される。
【００６６】
図１５を参照すると、一対のブラッグ格子（３１０および３１２）は、少なくともファイバー６６の部分３１４が、可撓性部材３００に配置された格子対のそれぞれの間にあるように、ファイバー６６に沿って配置されてもよい。その場合、既知のファブリー・ペロー技術、干渉計技術、伝搬時間技術、またはファイバーレーザー感知技術は、上記の文献に記載されたような方式と類似した方式で、可撓性支持部材３００の少なくとも一部分の長さの変化を測定するために使用されてもよい。
【００６７】
その代わりに、格子３１０および３１２は、個別に支持部材３００上に配置され、この部材における歪み（それゆえ、塊体１５６の変位）を感知するように使用されてもよい。支持部材に単一格子が使用される場合、格子反射波長シフトは、この部材における歪みの変化を示す。
【００６８】
光学歪みゲージのための他の如何なる技術や構成もまた、使用されてよい。光学歪みゲージ技術および光学信号解析アプローチの様式は、本発明には重要ではなく、本発明の範囲は、特定の技術やアプローチに限定されることを意図するものではない。
【００６９】
ここ記述された如何なる実施形態も、歪みセンサは、接着性の糊、エポキシ、テープ、あるいは歪みセンサと可撓性部材との間の適切な接触を保証する他の付着手段によって、可撓性支持部材に付着してよい。歪みゲージ、光ファイバー、またはセンサは、その代わりに、機械的締め付け、バネ、クランプ、クラムシェル配置、ひも、あるいは他の同等手段のような既知の機械的技術を介して、脱着可能であるか、恒久的に付着してもよい。その代わりに、光ファイバーおよび／または格子を含む歪みゲージは、可撓性部材に埋め込まれてもよい。加えて、ここに記述された如何なる実施形態においても、支持部材は、ＰＶＤＦのような、如何なる歪み感受性素材からなってもよい。
【００７０】
図２２および図２３を参照すると、他の如何なる歪み感知技術を使用して、可撓性部材における歪みの変化を測定することも、本発明の範囲に含まれる。使用されてよい他の歪み感知技術は、可撓性支持部材に付着した、または埋め込まれた高感度圧電性歪みゲージ、高感度電子歪みゲージ、または高感度電気歪みゲージを含む。図１９を参照すると、異なる既知の構成の高感度圧電性歪みゲージは、箔型ゲージ３４０を備えている。図２０を参照すると、歪みセンサは歪みゲージ３３０を備えている、本発明の実施形態が示されている。この特定の実施形態では、歪みゲージ３４０は可撓性部材３００の所定部分に配置されている。
【００７１】
ここに記述された如何なる実施形態においても、ハウジング１５８や塊体１５６に対して既知の手段によってほとんど付着しない、材料の分離したストリップの形の可撓性支持部材を備えていてもよいことは、理解されるべきである。実施形態の記述は、塊体１５６が運動することに関して与えられているとはいえ、ハウジング１５８が運動し、塊体は静止状態を維持することも、本発明の範囲内にあることは、さらに理解されるべきである。２つの特性間における相対運動が、支持部材の長さの変化によって検知されることは、ほとんど必要ない。
【００７２】
ここに記述されたにもかかわらず、ある特定の実施形態に関して記述された如何なる特性、特徴、代替品、あるいは変形も、他の如何なる実施形態にも適用され、使用され、含まれることは理解されるべきである。加えて、ここに示された図面は、一定比に描かれていない。
【００７３】
加えて、単一の加速度計が、ハウジングの縦軸に垂直な２つの方向における加速を測定するように加速度計を構築することは可能である。そのようなセンサは、例えば、既知の角度関係と共にある重量を吊すように構成された光ファイバーのような少なくとも２つの可撓性支持機構、があるように構築される。塊体は枢軸状にハウジングに接続され、如何なる方向においても振動可能である。既知の角度関係を有する２つのファイバーにおける歪みを測定することで、加速の大きさおよび方向が決定される。
【００７４】
本発明は例示的な実施形態に関して記述されて説明されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、前述のおよびさまざまな、他の追加や省略が行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に関する高感度加速度計を組み込んだ、加速検査システムの概略図である。
【図２】
縦地震特性化のために展開された、本発明の加速度計の配列を有する土ボアホールの断面図である。
【図３】
先行技術のバネ塊体加速モデルの概略図であり、ａは、本発明に関する交差軸加速度計の原理の概略図である。
【図４】
本発明に関する加速度計の概念的表現の側面図である。
【図５】
本発明に関する加速度計の概念的表現の平面図である。
【図６】
本発明の加速度計の１実施形態の分解組立平面図である。
【図７】
軸性配列集合を示す、図６の加速度計の分解組立側面図である。
【図８】
本発明の加速度計の１実施形態の平面図である。
【図９】
本発明の１実施形態の、テスト信号に対する応答のグラフ表現である。
【図１０】
図９の実施形態の位相応答のグラフ表現である。
【図１１】
図９の実施形態の振幅応答のグラフ表現である。
【図１２】
本発明に関する、それぞれの周辺に１対のブラッグ格子を有する光ファイバー包みを備えている可撓性支持部材であるの側面図である。
【図１３】
本発明に関する、それぞれの中にブラッグ格子を有する光ファイバー包みの側面図である。
【図１４】
本発明に関する、光ファイバー包み干渉計の側面図である。
【図１５】
本発明に関する、一対のブラッグ格子を有する光ファイバーを有する可撓性支持部材の部分断面における平面図である。
【図１６】
本発明に関する、一対のブラッグ格子を有する光ファイバーを有する可撓性支持部材の別の幾何図形外形の部分断面における平面図である。
【図１７】
放射コイルの形をした、別の幾何図形外形の光ファイバーを有する可撓性支持部材の部分断面における平面図である。
【図１８】
競技場の形をした、別の幾何図形外形の光ファイバーを有する可撓性支持部材の部分断面における平面図である
【図１９】
本発明に関する、３つの異なる歪みゲージの平面図である。
【図２０】
歪みゲージを示す可撓性支持部材の部分断面における平面図である。
【図１】
2004528538.tif 000003
【図３】
2004528538.tif 000004
【図９】
2004528538.tif 000005
【図１０】
2004528538.tif 000006
【図１１】
2004528538.tif 000007
【国際公開パンフレット】
2004528538.tif 000008
2004528538.tif 000009
2004528538.tif 000010
2004528538.tif 000011
2004528538.tif 000012
2004528538.tif 000013
2004528538.tif 000014
2004528538.tif 000015
2004528538.tif 000016
2004528538.tif 000017
2004528538.tif 000018
2004528538.tif 000019
2004528538.tif 000020
2004528538.tif 000021
2004528538.tif 000022
2004528538.tif 000023
2004528538.tif 000024
2004528538.tif 000025
2004528538.tif 000026
2004528538.tif 000027
2004528538.tif 000028
2004528538.tif 000029
2004528538.tif 000030
2004528538.tif 000031
2004528538.tif 000032
2004528538.tif 000033
2004528538.tif 000034
2004528538.tif 000035
2004528538.tif 000036
2004528538.tif 000037
2004528538.tif 000038
2004528538.tif 000039
2004528538.tif 000040
2004528538.tif 000041
2004528538.tif 000042
2004528538.tif 000043
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004528538.tif 000044
【国際調査報告】
2004528538.tif 000045
2004528538.tif 000046