(57)【要約】【課題】無効負荷を駆動するためのシステム、方法及び装置の提供。【解決手段】無効負荷を駆動するための例示的な装置は、無効負荷を有する回路内の無効構成要素と、第１のエネルギー状態に無効負荷を選択的に保持し、無効負荷が第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に変化することを選択的に可能にするための、無効負荷を有する回路内の第１の切り替え要素と、第２のエネルギー状態に無効負荷を選択的に保持し、無効負荷が第２のエネルギー状態から第１のエネルギー状態に変化することを選択的に可能にするための、無効負荷を有する回路内の第２の切り替え要素と、無効負荷における電流を検知し、電流がしきい値を超えたときには、第１のエネルギー状態又は第２のエネルギー状態に無効負荷を保持するように第１の切り替え要素と第２の切り替え要素とを制御するコントローラとを含む。【選択図】図１
2012252007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無効負荷を有する回路内の無効構成要素と、
第１のエネルギー状態に前記無効負荷を選択的に保持し、前記無効負荷が前記第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に変化することを選択的に可能にするための、前記無効負荷を有する回路内の第１の切り替え要素と、
前記第２のエネルギー状態に前記無効負荷を選択的に保持し、前記無効負荷が前記第２のエネルギー状態から前記第１のエネルギー状態に変化することを選択的に可能にするための、前記無効負荷を有する回路内の第２の切り替え要素と、
前記無効負荷における電流を検知し、前記電流がしきい値を超えたときには、前記第１のエネルギー状態又は前記第２のエネルギー状態に前記無効負荷を保持するように前記第１の切り替え要素と前記第２の切り替え要素とを制御するコントローラと
を備える、無効負荷を駆動する装置。
【請求項２】
前記第１の切り替え要素は、サイリスタ又はシリコン制御整流器のうちの少なくとも一方を有する回路内に遮断ダイオードを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記無効構成要素は、誘導子である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記誘導子の自己共振を減少させるためにスナバ回路をさらに備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のエネルギー状態及び前記第２のエネルギー状態のうちの少なくとも一方に前記無効負荷を選択的に保持するように、前記無効負荷を有する回路内に第３の切り替え要素と第４の切り替え要素とをさらに備え、前記第１の切り替え要素及び前記第４の切り替え要素は、前記無効負荷が前記第１のエネルギー状態から前記第２のエネルギー状態に変化するのを選択的に可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の切り替え要素と前記第３の切り替え要素とは、前記無効負荷が前記第２のエネルギー状態から前記第１のエネルギー状態に変化するのを選択的に可能にする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記無効負荷に電気エネルギーを提供するために励起源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記無効負荷は、無効音波源、圧電トランスデューサ、磁歪トランスデューサ、磁気駆動弁及び磁気駆動継電器のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
無効負荷を帯電させることと、
第１の電界極性を有する第１のエネルギー状態に前記無効負荷を保持することと、
前記無効負荷が、前記第１のエネルギー状態から、第２の電界極性を有する第２のエネルギー状態に変化するのを可能にすることであって、前記変化は、前記無効負荷に、第１の音波を伝搬させる、可能にすることと
を包含する、方法。
【請求項１０】
前記第２のエネルギー状態に前記無効負荷を保持することと、
前記無効負荷が前記第２のエネルギー状態から前記第１のエネルギー状態又は第３のエネルギー状態に変化するのを可能にすることであって、前記変化は、前記無効負荷に、第２の音波を伝搬させる、可能にすることと
をさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のエネルギー状態に前記無効負荷を保持することは、前記無効負荷の無効構成要素において第１の極性を有する電荷を格納することを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のエネルギー状態に前記無効負荷を保持することは、前記無効負荷の前記無効構成要素において前記第１の極性とは反対の第２の極性を有する電荷を格納することを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエネルギー状態又は前記第２のエネルギー状態に前記無効負荷を保持することは、前記無効負荷を通る電流が実質的にゼロであるときに、切り替え要素を開くことを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
音波を伝搬するための無効音波源と、
前記無効音波源にエネルギーを提供するための励起源と、
第１の期間の間、第１のエネルギー状態に前記無効音波源を保持し、音波を伝搬するために、前記第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に前記無効音波源を遷移させ、そして、第２の期間の間、前記第２のエネルギー状態に前記無効音波源を保持するためのドライバ回路と
を備える、システム。
【請求項１５】
前記ドライバ回路は、複数の切り替え要素と一個のコントローラとを備え、前記コントローラは、前記第１のエネルギー状態又は前記第２のエネルギー状態に前記無効音波源を選択的に保持し、前記第１のエネルギー状態から前記第２のエネルギー状態に前記無効音波源を選択的に遷移させるように、前記切り替え要素を制御する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記無効音波源を通る電流がしきい値よりも低い時に、前記第１のエネルギー状態又は前記第２のエネルギー状態に前記無効音波を保持するように、前記切り替え要素を制御する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラは、Ｍ系列信号に基づいて前記切り替え要素を制御する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ドライバ回路は、無効にするリアクタンス（ｃｏｕｎｔｅｒｉｎｇ  ｒｅａｃｔａｎｃｅ）を提供するために、前記無効音波源を有する回路内に無効構成要素を備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記無効音波源は、圧電トランスデューサを備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記音波を検知するための複数の受信器と、検知の時を記録するためのレコーダとをさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して音波検層に関し、より詳細には、無効音波源を駆動するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な音波測定技術を利用する掘削同時検層器具は、通常、掘削孔に吊らされ、周囲の累層の特性を測定するために使用される。せん断波速度の逆数である、せん断波の遅さは、関心のあるそのような累層特性の１つである。音波測定技術の例は、単極音波検層や多極音波検層を含む。単極音波検層は、特に、せん断波の遅さを決定するために測定されることが出来る非分散型せん断先端波（ｎｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｓｈｅａｒ  ｈｅａｄ  ｗａｖｅｓ）を生成するために単極音波源を利用する。しかしながら、単極音波検層は、せん断波の遅さが、（掘削孔の流体の遅さとしても公知の）泥の遅さよりも遅いので、非分散型せん断先端波が伝搬することが出来る速い累層のみにおいて、意味のあるせん断波の遅さの測定値をもたらす。
【０００３】
多極音波検層は、せん断波の遅さを決定するために処理されることが出来る分散波を生成するために、双極又は四重極の音波源などの多極音波源を利用する。多極音波検層は、せん断先端波を伝搬させることに依存していないので、多極音波検層は、速い累層と遅い累層との両方の特性を測定するために使用されることが出来る。しかしながら、掘削同時検層（ＬＷＤ）用途における四重極検層などの多極音波検層は、速い累層におけるせん断波の遅さの変化に対して比較的に反応がない。このように、少なくとも一部の状況下においては、多極音波検層は、遅い累層よりも速い累層において比較的に信頼できないせん断波の遅さの測定値をもたらし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，３０８，１３７号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｐ．Ｂｒｅｔｏｎら、「Ｗｅｌｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ  Ｓｅｉｓｍｉｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｏｉｌｆｉｅｌｄ  Ｒｅｖｉｅｗ、ｐｐ．３２−４５、２００２年
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
無効負荷を駆動するための例示的な装置は、第１のエネルギー状態に無効負荷を選択的に保持し、無効負荷が第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に変化することを選択的に可能にするための、無効負荷を有する回路内の第１の切り替え要素と、第２のエネルギー状態に無効負荷を選択的に保持し、無効負荷が第２のエネルギー状態から第１のエネルギー状態に変化することを選択的に可能にするための、無効負荷を有する回路内の第２の切り替え要素と、無効負荷における電流を検知し、電流がしきい値を超えたときに、第１又は第２のエネルギー状態に無効負荷を保持するように第１及び第２の切り替え要素を制御するためのコントローラとを含む。
【０００７】
本明細書に開示される例示的な方法は、無効負荷を帯電させることと、第１の電界極性を有する第１のエネルギー状態に無効負荷を保持することと、無効負荷が、第１のエネルギー状態から、第２の電界極性を有する第２のエネルギー状態に変化することを可能にすることとを含み、変化は、無効負荷に第１の音波を伝搬させる。
【０００８】
本明細書において開示される別の例において、システムは、音波を伝播させるための無効音波源と、無効負荷にエネルギーを提供するための励起源と、第１の期間の間に第１のエネルギー状態に無効負荷を保持し、そして、音波を伝搬させるために第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に無効負荷を遷移させ、第２の期間の間に第２のエネルギー状態に無効負荷を保持するためのドライバ回路とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書において開示される例示的なシステム、方法、及び装置が、利用されることが出来る坑井現場システムを説明する。
【図２】図１の坑井現場システムを実装するために使用され得る例示的な掘削同時地震探査器具を説明する。
【図３】図１の坑井現場システムを実装するために使用され得る例示的な掘削時音波検層器具を説明するブロック図である。
【図４】例示的な無効音波源と、音波源のための例示的なドライバ回路との概略図である。
【図５】図４の例示的な無効音波源と、無効音波源のための別の例示的なドライバ回路との概略図である。
【図６】図４の例示的な無効音波源と、無効音波源のためのさらに別の例示的なドライバ回路との概略図である。
【図７】例示的な無効音波源と、図６において説明された例示的なドライバ回路とをテストすることによって獲得された電圧波形と電流波形とを描くグラフである。
【図８Ａ】音波を生成するために図４〜図６の例示的な無効音波源に加えられ得る、異なる遷移を有する例示的なＭ系列信号を表す電流波形を描くグラフである。
【図８Ｂ】図８Ａの例示的な電流波形に対する自己相関関数と相互相関関数とを描くグラフである。
【図９】図４〜図６のコントローラを実装するために行われ得る例示的なプロセスを表す流れ図である。
【図１０】図４〜図６のコントローラを実装するように図９のプロセスの一部又は全部を実装するために例示的な機械読み取り可能な命令を実行し得る例示的なコンピュータシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な記載においては、本明細書の一部分を形成する添付の図面に対して、参照が行われ、添付の図面の中では、例として、本発明が実施され得る特定の実施形態が示される。他の実施形態が利用されてもよいことと、構造的な変更が本開示の範囲を逸脱することなく行われ得ることとが理解される。
【００１１】
本明細書において使用されるように、励起源又は電気励起源は、配電線及び／又は送電系統の生成された商用電力を何らかの他の励起形態に転換する励起源を含む（例えば、商用電力をＤＣ及び／又はＡＣに転換すること、発電機によって提供される電圧を、より高い電圧又はより低い電圧に変化させることなど）。「励起源」又は「電気励起源」という用語は、本明細書において使用されるように、送電線、発電設備、及び／又は公共設備などの配電線又は送電系統の商用電力インフラを含まない。
【００１２】
本明細書において使用されるように、エネルギー状態は、電圧を印加された時の回路の状態を指し、回路内のノードに存在する異なる電圧、回路内に存在する電流、１つ以上のコンポーネントにわたる電荷密度、１つ以上のコンポーネントにわたる電界密度、１つ以上のコンポーネントにわたる電荷極性、及び／又は１つ以上のコンポーネントにわたる電界極性によって特徴付けられ、及び／又はそれらによって他のエネルギー状態と区別される。本明細書に開示される一部の例において、回路は、１つ以上のコンポーネントにおける電荷を第１の極性から反対の極性に変化させることによって第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に変化させる。
【００１３】
本明細書において開示される例示的なシステム、方法、及び装置は、無効音波源などの無効負荷を駆動するために使用されてもよい。特に、以下に記載される例示的なシステム、方法、及び装置は、有利なことに、第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に無効音波源を変化させるために、そして、格納されたエネルギーの実質的な損失を被ることなく、実質的に無期限に第１のエネルギー状態又は第２のエネルギー状態に無効音波源を保持するために使用される。一部の例において、コントローラが、あるエネルギー状態に無効音波源を保持し、無効音波源がエネルギー状態を変化させることを選択的に可能にするように切り替え要素を制御するために、コントローラが提供される。無効負荷を駆動する公知の方法とは対照的に、本明細書において開示される例示的なシステム、方法、及び装置は、比較的に単純で、実装するのに費用がかからず、そして、無効負荷に対する高い電圧及び／電流において信頼可能な電流衝撃を提供する。
【００１４】
さらに、本明細書において開示される例示的な音波検層の方法及び装置は、任意の特定の種類の検層技術からの音波データを処理することに限定されない。例えば、本明細書において開示される例示的な音波検層の方法及び装置は、ＬＷＤ音波データを処理することに関して記載されるが、これらの例示的な方法や装置はまた、有線検層、又は掘削同時測定（ＭＷＤ）、揚降管同時検層（ＬＷＴ）などのその他のあらゆる種類の検層技術を介して獲得された音波データを処理するために使用されることが出来る。
【００１５】
図１は、本発明が利用されることが出来る坑井現場システム１を説明する。坑井現場は、陸上又は沖合であってもよい。この例示的なシステムにおいて、掘削孔１１が、周知の方法で回転掘削することによって地下の累層に形成される。本発明の実施形態はまた、以下で記載されるように、傾斜掘削を使用することが出来る。
【００１６】
ドリルストリング１２は、掘削孔１１の中に吊るされ、底部穴アセンブリ１００を有し、底部穴アセンブリ１００は、その下端にドリルビット１０５を含む。坑井現場システム１は、掘削孔１１を覆って配置された、プラットホームと油井やぐらとのアセンブリ１０を含み、アセンブリ１０は、回転テーブル１６と、ケリー１７と、フック１８と、回転スイベル１９とを含む。ドリルストリング１２は、ドリルストリングの上端おいてケリー１７と係合する、示されていない手段によって電圧を印加される回転テーブル１６によって回転させられる。ドリルストリング１２は、ケリー１７と、フック１８に対するドリルストリング１２の回転を可能にする回転スイベル１９とを介して、移動ブロック（図示せず）に取り付けられたフック１８から吊るされる。周知のように、頂部駆動システムが、代替的に使用されることが出来る。
【００１７】
この実施形態の例において、坑井現場システム１はさらに、坑井現場に形成されたピット２７に格納される掘削流体又は泥２６をさらに含む。ポンプ２９は、スイベル１９内のポートを介してドリルストリング１２の内側に掘削流体２６を送達し、方向を示す矢印８によって示されるように、ドリルストリング１２を通って下方向に掘削流体２６を流す。掘削流体は、ドリルビット１０５内のポートを介してドリルストリング１２を出て、それから、方向を示す矢印９によって示されるように、ドリルストリング１２の外側と掘削孔１１の壁との間の環状領域を通って上方向に循環する。この周知の方法で、掘削流体は、ドリルビット１０５を滑りやすくし、掘削流体は、再循環のためにピット２７に戻されるので、累層切断物を地表まで運ぶ。
【００１８】
説明される実施形態の底部穴アセンブリ１００は、掘削同時検層（ＬＷＤ）モジュール１２０と、掘削同時測定（ＭＷＤ）モジュール１３０と、回転操縦可能な（ｒｏｔｏ−ｓｔｅｅｒａｂｌｅ）システム及びモータ１５０と、ドリルビット１０５とを含む。
【００１９】
ＬＷＤモジュール１２０は、当該分野において公知のように、特別な種類のドリルカラーに収容され、１つ又は複数の公知の種類の検層器具を含むことが出来る。例えば、１２０Ａで表されるように、１つ以上のＬＷＤ及び／又はＭＷＤモジュールが利用されることが出来ることも理解される。全体を通して、１２０の位置におけるモジュールに対する言及は、代替的に、１２０Ａの位置におけるモジュールを意味することが出来る。例示的なＬＷＤモジュール１２０は、情報を判断、処理、及び格納する能力だけでなく、地表の機器と通信するための能力を含む。本実施形態において、ＬＷＤモジュール１２０は、記録及び制御システム１４０と組み合わせて、音波源（例えば、音波伝達源）からの音波を受信及び又は記録するための音波測定デバイス１６０を含む。
【００２０】
ＭＷＤモジュール１３０もまた、当該分野において公知のように、特別な種類のドリルカラーに収容され、ドリルストリング１２及びドリルビット１０５の特性を測定するために１つ以上のデバイスを含むことが出来る。ＭＥＤ器具１３０はさらに、ダウンホールシステムに対する電力を生成するための装置（図示せず）を含む。この装置は、典型的には、掘削流体の流れによって動力を供給される泥タービン発電機を含んでもよく、他の電力及び／又はバッテリのシステムが利用されてもよいことが理解される。本実施形態において、ＭＷＤ１３０モジュールは、以下の種類の測定デバイスのうちの１つ以上を含む。ビット荷重測定デバイス、トルク測定デバイス、振動測定デバイス、衝撃測定デバイス、スティックスリップ測定デバイス、方向測定デバイス、及び傾斜測定デバイス。
【００２１】
図２Ａ〜図２Ｄは、ＬＷＤ器具１２０を実装するために使用されることが出来る例示的な掘削同時地震探査器具、又は参照により組み込まれるＰ．Ｂｒｅｔｏｎら、「Ｗｅｌｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ  Ｓｅｉｓｍｉｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｏｉｌｆｉｅｌｄ  Ｒｅｖｉｅｗ、ｐｐ．３２−４５、２００２年春に開示された種類のＬＷＤ器具の組１２０Ａの一部分であり得る例示的な掘削同時地震探査器具を説明する。ダウンホールＬＷＤモジュール１２０／１２０Ａは、（図２Ａ及び図２Ｂに描かれるような）単一の受信器、又は（図２Ｃ及び図２Ｄに描かれるような）複数の受信器を有することが出来、そして、単極音波検層を支援するための（図２Ａ及び図２Ｃに描かれるような）地表の単一の地震探査源、又は多極音波検層を支援するための（図２Ｂ及び図２Ｄに描かれるような）地表の複数の地震探査源と共に利用されることが出来る。従って、地層境界からの１つの反射を含み、「片寄りのない（ｚｅｒｏ−ｏｆｆｓｅｔ）」垂直地震探査プロフィール構成と呼ばれる図２Ａは、単一の地震探査源と単一の受信器とを使用する。地層境界からの複数の反射を含み、「ウォークアウェイ（ｗａｌｋ  ａｗａｙ）」垂直地震探査プロフィール構成と呼ばれる図２Ｂは、複数の地震探査源と単一の受信器とを使用する。岩塩ドームの境界を通過する屈折を含み、「岩塩近接（ｓａｌｔ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）」垂直地震探査プロフィールと呼ばれる図２Ｃは、単一の地震探査源と複数の受信器とを使用する。地層境界からのいくつかの反射を含み、「ウォークアバブ（ｗａｌｋ  ａｂｏｖｅ）」垂直地震探査プロフィールと呼ばれる図２Ｄは、複数の地震探査源と複数の受信器とを使用する。
【００２２】
図３は、ＬＷＤ器具１２０を実装するために使用されることが出来る音波掘削同時検層器具、又は参照により組み込まれる米国特許第６，３０８，１３７号に記載された種類のＬＷＤ器具の組１２０Ａの一部分であり得る音波掘削同時検層器具を説明する。図３の説明される例において、沖合リグ３１０が利用され、音波伝達源又は音波伝達アレイ３１４が、水面近くに配備される。あるいは、その他任意の適切な種類のアップホール源もしくはダウンホール源又はアップホールトランスミッタもしくはダウンホールトランスミッタが、提供されることが出来る。アップホールプロセッサは、音波トランスミッタ３１４の発射を制御する。本明細書に開示される例示的な音波トランスミッタ３１４は、無効音波源を含む。アップホール機器はまた、音波受信器と、無効音波源近くで基準信号を捕捉し、及び／又は音波信号の検知回数を記録するためのレコーダとを含むことが出来る。アップホール機器はさらに、ダウンホール機器からＭＷＤ信号を受信するためのテレメトリ機器を含む。テレメトリ機器とレコーダとは、アップホールクロックとダウンホールクロックとを使用して記録が同期されてもよいようにプロセッサに結合される。ダウンホールＬＷＤモジュール３００は、少なくとも、音波受信器３３１と音波受信器３３２とを含み、それらは、記録が、音波トランスミッタ３１４の発射と同期して、受信器３３１と受信器３３２とによって検知された信号で作成されてもよいように、単一のプロセッサに結合される。
【００２３】
図４は、例示的な無効音波源４００と、無効音波源４００のための例示的なドライバ回路４０２との概略図である。図４の例示的な無効音波源４００は、圧電トランスデューサであり、抵抗値Ｒを有するレジスタ４０６と直列の、容量値Ｃを有するコンデンサ４０４によって概略的に表される。レジスタ４０６は、例示的なドライバ回路４０２によって送達される（例えば、音波としての機械的な形態の）電気エネルギーの散逸だけでなく、無効音波源４００に存在する全ての損失機構を表す。コンデンサ４０４は、無効音波源４００の無効構成要素を表す。例は、コンデンサ４０４にわたって存在する電圧、及び／又はコンデンサ４０４によって格納されたエネルギーを有するとして以下で記載されるが、これらの例は、概して、無効音波源４０４（又は他の種類の無効負荷）に格納された電圧及び／又はエネルギーの例示のためのものであり、物理的なコンデンサに格納されたエネルギーだけに限定することを意図していない。
【００２４】
図４の例示的なドライバ回路４０２は、励起源４０８、４１０を含む。一部の例において、励起源４０８、４１０は、それぞれの電圧Ｖ１、Ｖ２を有するＤＣ電力供給源を使用して実装される。一部の例において、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とは等しい。説明される例のドライバ回路４０２はさらに、インダクタンス値Ｌを有する誘導子によって表される無効構成要素４１２を含む。例示的な無効構成要素４１２は、例示的な無効音波源４００のリアクタンス（例えば、容量性）を無効にするために、そして、無効音波源４００とドライバ回路４０２とに対する共振周波数を確立するために含まれる。
【００２５】
例示的なドライバ回路４０２はさらに、コントローラ４１８によって制御される切り替え要素４１４、４１６を含む。例示的なコントローラ４１８は、無効音波源４００のエネルギー状態を制御するために、及び／又は１つのエネルギー状態から別のエネルギー状態に無効音波源４００を遷移させる（例えば、音波を生成及び／又は伝搬する）ために、切り替え要素４１４、４１６を選択的に開いたり（例えば、電気的に切断したり）、閉じたり（例えば、電気的に接続したり）する。エネルギー状態の例示的な各変化は、コンデンサ４０４に存在する電荷の極性を変化させる。例示的なドライバ回路４０２と無効音波源４００とを始動させた（例えば、ゼロエネルギー状態から定常状態のエネルギー状態になるようにドライバ回路４０２と無効音波源４００とに電圧を印加した）時には、コントローラ４１８は、無効音波源４００においてエネルギーを強めるように、いくつかのエネルギー状態を経て無効音波源４００を循環するように、切り替え要素４１４、４１６を選択的に開いたり閉じたりする。例示的なドライバ回路４０２と例示的な無効音波源４００との始動サイクルが、以下でさらに詳細に記載される。
【００２６】
無効音波源４００が、充分なエネルギーを蓄積した時には、例示的なコントローラ４１８は、定常状態の動作モードになり、定常状態の動作モードにおいては、ドライバ回路４０２は、２つのエネルギー状態間で無効音波源４００を選択的に交互に入れ替える。無効音波源４００及びドライバ回路４０２の第１の例示的なエネルギー状態に、例示的な切り替え要素４１４、４１６は両方とも開き、例示的なコンデンサ４０４は、コンデンサ４０４の第１の電極４２０が、コンデンサ４０４の第２の電極４２２に対して正である（すなわち、高い電位を有する）ように第１の電荷を保持する。例示的なコントローラ４１８が、スイッチ４１４を閉じた時には、電流は、励起源４０８を含む閉ループを通って循環する。電流は、電流の瞬間的な変化を妨害する誘導子Ｌにより、最初はゼロである。コンデンサ４０４が、第１の電荷と反対の極性を有する第２の電荷（例えば、コンデンサ４０４の第１の電極４２０が、コンデンサ４０４の第２の電極４２２に対して負である（すなわち、低い電位を有する））で帯電されると、電流は、時間の経過と共に増加し、上限電流に到達し、そしてゼロまで減少する。同時に、コンデンサ４０４にわたる電圧は、最初に減少し、電流が上限にある時にゼロに到達し、それから反対の極性で増加する。コントローラ４１８と切り替え要素４１４とによってもたらされる、エネルギー状態の変化が、エネルギー状態間の遷移の間にレジスタ４０６を通って流れる電流によってモデル化された音波を例示的な無効音波源４００に生成させる。
【００２７】
次に、例示的なコントローラ４１８は、（基準方向を有する電流ｉとして図４〜図６に説明される）電流がゼロに到達した時に、切り替え要素４１４を開く。その時には、両方の切り替え要素４１４、４１６が開き、ドライバ回路４０２が、実質的に無期限に無効音波源４００のエネルギー状態を保持することが出来る。切り替え要素４１４、４１６が、開いて保持された時には、エネルギーは、コンデンサ４０４において電界の形態で格納される。第２のエネルギー状態から第１のエネルギー状態に戻るように無効音波源４０４のエネルギー状態を変化させるために、例示的なコントローラ４１８は、例示的な励起源４１０を含む閉ループを通って電流が流れることを可能にするように切り替え要素４１６を閉じる。第１のエネルギー状態からの変化に関して、電流は、上限まで増加し、次に、コンデンサ４０４が実質的に第１の電荷（例えば、コンデンサ４０４の第１の電極４２０が、コンデンサ４０４の第２の電極４２２に対して正である）で再び帯電されるとゼロまで減少する。次に、例示的なコントローラ４１８は、電流がゼロに到達した時に、切り替え要素４１６を開く。
【００２８】
切り替え要素４１４、４１６のうちの一方が、閉じた時にはいつでも、ドライバ回路４０２と無効音波源４００とは、ｆ0＝１／（２π（ＬＣ）1/2）として定義される平常の共振周波数ｆ0において振動する。回路内の電流ｉは、ｉ＝ｓｉｎ（２πｆ0ｔ）に従って変化するが、コンデンサ４０４にわたる電圧Ｖは、Ｖ＝ｃｏｓ（２πｆ0ｔ）に基づいて変化する。従って、例示的なドライバ回路４０２は、エネルギー状態間の遷移の間の電圧変化が、正弦曲線の半周期の形状に類似するように、時間内の任意の瞬間において容量性負荷（例えば、無効音波源４００、コンデンサ４０４）のエネルギー状態をトグルスイッチで操作するように使用されてもよい。切り替え要素４１４、４１６にわたる電圧低下を無視すると、図４の例示的なコンデンサ４０４にわたる上限電圧ＶCpeakは、ＶCpeak＝Ｑ0Ｖ１＝Ｑ0Ｖ２であり、ここで、Ｑ0は、共振周波数における線質係数Ｑ0＝（１／Ｒ）（Ｌ／Ｃ）1/2である。
【００２９】
定常状態のエネルギー状態に到達すると、図４の例示的なドライバ回路４０２は、係数Ｑ0だけ供給電圧の増幅を提供する。従って、例示的なドライバ回路４０２は、有利なことに、比較的に単純な励起源４０８、４１０の使用を可能にする。図４の例示的な切り替え要素４１４、４１６は、開いた（例えば、オフ）状態に高い絶縁（例えば、電気絶縁）を提供し、閉じた（例えば、オン）状態に低い抵抗を提供するように選択される。例示的なドライバ回路４０２は、有利なことに、低損失の切り替え要素４１４、４１６と無効要素（例えば、無効構成要素４１２）とを使用するので、エネルギーが、機械的な散逸又は電気的な散逸により浪費されることがほとんどなく、例示的なドライバ回路４０２の全体的な電力効率は、均一であることに非常に近い。
【００３０】
例示的なドライバ回路４０２と無効音波源４００とを始動させた時には、例示的な無効音波源４００は、最初は、ゼロエネルギー状態であり（例えば、エネルギーが、実質的にコンデンサ４０４に格納されていない）、例示的な励起源４０８、４１０は、電圧を印加されず、例示的な切り替え要素４１４、４１６は、開いた状態である。例示的なコントローラ４１８（あるいは、ある人、及び／又は他の制御機構）は、励起源４０８、４１０に電圧を印加することによって、Ｖ１及びＶ２をそれぞれ提供し始める。次に、図４の例示的なコントローラ４１８は、コンデンサ４０４を帯電させるために、切り替え要素４１４、４１６のうちの一方（この例においては、切り替え要素４１６）を閉じる。この例において、コンデンサ４０４は、電圧Ｖ２まで帯電させられ、電極４２０は、電極４２２に対して正の電荷を有する。
【００３１】
電流ｉがゼロである（例えば、コンデンサ４０４が、Ｖ２まで帯電するのを終了した）時には、例示的なコントローラ４１８は、切り替え要素４１６を開き、切り替え要素４１４を閉じる。結果として、コンデンサ４０４は、（この例においては、２＊Ｖ２＝２＊Ｖ１に等しい）ピーク電圧Ｖ１＋Ｖ２まで帯電させられ、電極４２２は、電極４２０に対して正の電圧を有する。電流ｉが、再びゼロに到達したときには、コントローラ４１８は、Ｖ２＋Ｖ１＋Ｖ２というピーク電圧（この例においては、３＊Ｖ１＝３＊Ｖ２）までコンデンサ４０４を帯電させるために、切り替え要素４１４を開き、切り替え要素４１６を再び閉じる。例示的なコントローラ４１８は、コンデンサ４０４が、（Ｑ0＊Ｖ１／２）＋（Ｑ0＊Ｖ２／２）又はＱ0＊Ｖ１＝Ｑ0＊Ｖ２という定常状態のピーク電圧に到達するまで、コンデンサ４０４を交互に帯電させるプロセスを繰り返す。
【００３２】
例示的なコントローラ４１８は、電流ｉが、ゼロであるか、又はしきい値未満である時を決定するために例示的な無効音波源４００に結合される。一部の他の例において、コントローラ４１８は、入力信号のタイミングに基づいて閉じる、及び／又は開くように切り替え要素４１４、４１６を制御するように構成される。
【００３３】
図５は、図４の例示的な無効音波源４００と、音波源４００を駆動させるための別の例示的なドライバ回路５０２との概略図である。図４の例示的な無効音波源４００は、レジスタ４０６と直列の電極４２０及び４２２を有するコンデンサ４０４によって図５に表される。図４において説明されたドライバ回路４０２と同様に、図５の例示的なドライバ回路５０２は、無効構成要素４１２とコントローラ４１８とを含む。しかしながら、図４のドライバ回路４０２とは異なり、例示的なドライバ回路５０２は、単一の励起源５０４と、４つの切り替え要素５０６、５０８、５１０、５１２とを含む。例示的な励起源５０４は、電圧Ｖ１を生成する。
【００３４】
図５の例示的な切り替え要素５０６、５０８、５１０、５１２は、Ｈブリッジとして公知の構造で配置される。コントローラ４１８は、例示的な切り替え要素５０６及び５１２を実質的に同時に開かせ、及び／又は閉じさせ、そして別個に、例示的な切り替え要素５０８及び５１０を実質的に同時に開かせ、及び／又は閉じさせる。図４の例示的なドライバ回路４０２におけるように、無効音波源４００の始動の際、例示的なコントローラ４１８は、エネルギーを強めるために、無効音波源４００のエネルギー状態を繰り返し変化させる。図５の例において、コントローラ４１８は、切り替え要素５０６及び５１２を交互に閉じたり開いたりし、無効音波源４００におけるエネルギーを強めるために、切り替え要素５０８及び５１０を閉じたり開いたりする。多数のエネルギー状態変化サイクルの後、例示的な音波源４００は、第１の定常なエネルギー状態に到達する。
【００３５】
回路の例示的な第１の定常状態のエネルギー状態に、４つ全ての切り替え要素５０６〜５１２が開き、電荷は例示的なコンデンサ４０４に存在する。例示的なコントローラ４１８は、閉じた回路を作り出し、例示的な無効音波源４００が第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に変化するのを可能にするために切り替え要素５０８及び５１０を閉じる。切り替え要素５０８及び５１０が閉じられた時には、例示的なコンデンサ４０４にわたる電圧Ｖは、第１の極性における上限電圧から、Ｖ＝ｃｏｓ（２πｆ0ｔ）に従って反対の極性を有する電圧まで減少する。さらに、電流ｉは、上限電流まで増加し、それから、ｉ＝ｓｉｎ（２πｆ0ｔ）に従ってゼロまで減少する。電流がゼロに到達した時には、例示的なコントローラ４１８は、第２のエネルギー状態に例示的な無効音波源４００を保持するために、切り替え要素５０８及び５１０を開く。例示的なドライバ回路５０２は、共振回路Ｒ、Ｌ、Ｃの平常の振動のほぼ１つの半周期Ｔ0／２、すなわち、Ｔ0／２＝π（ＬＣ）1/2において、第１のエネルギー状態から第２のエネルギー状態に無効音波源４００を変化させる。無効音波源４００によるエネルギー状態の変化は、音波の生成をもたらすこととなる。
【００３６】
説明される例のコントローラ４１８は、エネルギーがコンデンサ４０４に格納される任意の期間、開いた位置に切り替え要素５０６〜５１２を維持する。次に、コントローラ４１８は、第２のエネルギー状態から第１のエネルギー状態に無効音波源４００を変化させるために、例示的なスイッチ５０６及び５１２を閉じる。上で記載されたように、電流ｉは、上限電流まで増加し、それからゼロまで減少するが、その一方、コンデンサ４０４の電圧Ｖは減少し、それから反対の極性で増加する。第２のエネルギー状態から第１のエネルギー状態への変化もまた、例示的な無効音波源４００に音波を生成させる。
【００３７】
図６は、図４の例示的な無効音波源４００と、無効音波源４００のためのさらに別の例示的なドライバ回路６０２との概略図である。図４及び図５の例示的なドライバ回路４０２、５０２と同様に、例示的なドライバ回路６０２は、無効コンポーネント４１２とコントローラ４１８とを含む。図６の例示的なドライバ回路６０２はさらに、励起源６０４、６０６と、切り替え要素６０８、６１０と、スナバ回路６１２と、剛性コンデンサ（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）６１４、６１６と、例示的な無効音波源４００と並列の分路コンデンサ６１８とを含む。
【００３８】
例示的な剛性コンデンサ６１４、６１６は、励起源６０４、６０６の内部インピーダンスを低下させるためにそれぞれの励起源６０４、６０６と並列に、及び／又はエネルギー状態間の遷移の間に経験され得る大きなピーク電流を調達するために、励起源６０４、６０６と組み合わせて接続される。例示的な分路コンデンサ６１８は、ドライバ回路６０２の線質係数Ｑ0を増加させるために（例えば、所与の励起源電圧Ｖ１、Ｖ２のために無効音波源４００に高いピーク電圧を提供するために）、及び／又は機械的な反発及び／又は他の効果に応答して、無効音波源４００によって集積された電荷を吸収するように、例示的な無効音波源４００と並列で接続される。
【００３９】
例示的な切り替え要素６０８、６１０はそれぞれ、サイリスタ６２０、６２２と、遮断ダイオード６２４、６２６と、パルストランス６２８、６３０とを含む。例示的なサイリスタ６２０、６２２は、有利なことに、例示的な切り替え要素６０８、６１０を実装するために使用される。なぜならば、サイリスタは、大きな電圧及び電流の定格で利用可能であり、比較的に頑丈であり、制御のために比較的に単純な回路構成要素と組み合わせて使用されてもよいからである。特に、サイリスタは、ゲート端子に電流パルスを加えることによって作動され（閉じられ）てもよい。逆に、サイリスタは、逆電圧にさらされた時には、実質的に自発的に停止する。図６の例において、コントローラ４１８は、パルストランス６２８、６３０のうちのそれぞれのものを介して例示的なサイリスタ６２０、６２２に電流パルスを提供する。しかしながら、サイリスタは、比較的に長い逆回復時間を示し得る。コンデンサ４０４の望ましくなく放電、及び／又は無効構成要素４１２における損傷を与える可能性がある電圧ノイズをもたらし得る可能性がある逆電流が、サイリスタ６２０、６２２を通って流れることを減少させるか、又はそれを防止するために、図６の例示的な切り替え要素６０８、６１０はまた、それぞれの遮断ダイオード６２４、６２６を含む。例示的な遮断ダイオード６２４、６２６は、比較的に速い逆回復時間を有し、逆電流が切り替え要素６０８、６１０を通って流れるのを可能にすることと関連する問題を減少させるか、また防止することが出来る。
【００４０】
例示的なスナバ回路６１２は、抵抗値Ｒsを有するレジスタ６３２と、容量値Ｃsを有するコンデンサ６３４とを含む。切り替え要素６０８、６１０、及び／又はダイオード６２４、６２６に過度な電圧ストレスを加え得る、誘導子４１２にわたって現れる電圧ノイズを減少させるか、又は回避するために、切り替え要素６０８、６１０が切られた時に誘導子４１２に残っているあらゆる残余エネルギーは、例示的なスナバ回路６１２によって吸収される。説明される例において、抵抗値Ｒsは、Ｒs＝０．５（Ｌ／Ｃstray）1/2に従って誘導子４１２の自己共振を決定的に弱めるように選択され、Ｃstrayは、誘導子４１２の端子にわたって存在する浮遊配線容量である。さらに、例示的な容量値Ｃsは、コーナー周波数ｆｃ＝１／（２πＲsＣs）に基づいて、エネルギー状態間の遷移の間にレジスタ６３２において散逸されるエネルギーを最小化するように選択される。一部の例において、スナバ回路６１２のコーナー周波数ｆcは、好適には、ｆ0と比較して高くなり、そして、ｆr＝１／（２π（ＬＣstray）1/2）に従った、誘導子４１２の自己共振周波数ｆrと比較して低くなるように選択される。
【００４１】
動作において、例示的なコントローラ４１８は、コンデンサ４０４に印加される電圧Ｖを強めるためにエネルギー状態間で例示的な無効音波源４００を交互に切り替えるように、（例えば、それぞれのパルストランス６２８、６３０に電圧を提供することによって）切り替え要素６０８、６１０を制御する。多数のエネルギー状態変化の後、例示的なドライバ回路６０２は、定常状態の動作モードに到達する。例えば、定常状態の動作モードは、電圧Ｖが、Ｖ１＊Ｑ0及び／又はＶ２＊Ｑ0に等しいか、又は実質的に等しい時に生じ得る。
【００４２】
第１のエネルギー状態に、コンデンサ４０４の第１の電極４２０は、第２の電極４２２に対して正の電圧を有する。さらに、コントローラ４１８は、切り替え要素６０８、６１０を開いて保持する。しばらくして、例示的なコントローラ４１８は、切り替え要素６０８を開いたままで、パルストランス６３０に電圧を印加することによって、ドライバ回路６０２に切り替え要素６１０を閉じさせる。図４及び図５の例示的なドライバ回路４０２、５０２に関して、コンデンサ４０４の電圧Ｖが減少し、それから第１のエネルギー状態における極性とは反対の極性で増加すると、図６の例示的な無効音波源４００を通る電流ｉは、上限電流まで増加し、それから減少する。電流ｉが、実質的にゼロまで減少した時には、例示的なコントローラ４１８は、切り替え要素６１０を開かせる。上述のように、遮断ダイオード６２６は、サイリスタ６２２が停止すると、逆電流がコンデンサ４０４から放電するのを減少させるか、又は防止する。
【００４３】
第２のエネルギー状態から第１のエネルギー状態に例示的な無効音波源４００を切り替えるために、図６のコントローラ４１８は、切り替え要素６１０を開いた状態で維持しながら、パルストランス６２８に電圧を印加することによって切り替え要素６０８を閉じる。切り替え要素６０８が閉じた時には、電流ｉは増加し、それからゼロまで減少するが、上に記載されたように、電圧Ｖは減少し、それから第２のエネルギー状態とは反対の極性（例えば、第１のエネルギー状態における極性と同じ極性）を有して増加する。電流ｉが、ゼロまで減少した時か、又は実質的にゼロまで減少した時には、サイリスタ６２０は、逆電流がコンデンサ４０４から放電するのを減少させるか、又は防止するために停止する。遮断ダイオード６２４は、サイリスタ６２０が停止すると、逆電流がコンデンサ４０４から放電するのを減少させるか、又は防止する。なぜならば、例示的なサイリスタ６２０は、比較的にゆっくりと停止するからである。例示的なコントローラ４１８は、開いたスイッチとして切り替え要素６０８、６１０を維持することによって、実質的に無期限に、第１及び／又は第２のエネルギー状態で無効音波源４００を保持することが出来る。コントローラ４１８が、ドライバ回路６０２に無効音波源４００のエネルギー状態を変化させた時に、無効音波源４００は、音波を生成する。
【００４４】
例示的な切り替え要素が、図４、図５、及び図６に記載されるが、他の種類の切り替え要素が、追加的又は代替的に使用されてもよい。例えば、切り替え要素４１４、４１６、５０６、５０８、５１０、５１２、６０８、又は６１０のうちのいずれかが、その他任意の種類の電気切り替え要素と交換されてもよく、その他任意の種類の電気切り替え要素は、バイポーラ・ジャンクション・トランジスタ（ＢＪＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、及び／又は継電器、任意の関連回路網を含むが、それらには限定されない。
【００４５】
さらに、本明細書において開示された例示的なドライバ回路は、圧電トランスデューサなどの無効音波源を参照して本明細書に記載されるが、例示的なドライバ回路は、他の種類の磁歪トランスデューサだけでなく、磁気駆動弁、磁気駆動継電器、及び／又はシヌソイド形状のパルス及び／又は衝撃で駆動されることが出来るその他任意の種類の主な無効負荷を駆動するために使用されてもよく、又はそれらを駆動するために使用するように改変されてもよい。
【００４６】
図４〜図６の例示的なコントローラ４１８は、無効音波源を通る電流が、ゼロであるか、又は実質的にゼロであるときに、切り替え要素４１４、４１６、５０６、５０８、５１０、５１２、６０８、又は６１０のうちの選択されたものを開くと記載されるが、例示的なコントローラは、電流がしきい値電流よりも下まで減少した時に、切り替え要素４１４、４１６、５０６、５０８、５１０、５１２、６０８、又は６１０のうちの選択されたものを追加的又は代替的に開いてもよい。例えば、図６のサイリスタ６２０、６２２は、保持電流しきい値を有するように選択されてもよく、保持電流しきい値よりも下では、サイリスタ６２０、６２２は、電流を伝えるのを止め、遮断モードに変化する。
【００４７】
図７は、例示的な無効音波源４００と、図６で説明された例示的なドライバ回路６０２とをテストすることによって獲得された電圧波形と電流波形とを描くグラフ７００である。例示的な波形７０２は、入力Ｍ系列電圧であり、例示的な波形７０４は、無効音波源４００にわたる電圧（例えば、ドライバ回路６０２によって無効音波源４００に印加される電圧）であり、例示的な波形７０６は、例示的な無効音波源４００を通って流れる電荷電流である。例示的な波形７０２〜７０６は、約１オームの抵抗（例えば、レジスタ４０６の抵抗値Ｒ）と直列で、１マイクロファラッド（μＦ）の容量（例えば、コンデンサ４０４の容量値Ｃ）を有する圧電トランスデューサに適用される。例示的な無効構成要素４１２は、８．５ミリヘンリー（ｍＨ）の誘導子であり、これが、ドライバ回路６０２と無効音波源４００とに対する１７２６ヘルツ（Ｈｚ）の共振周波数ｆ0をもたらす。結果として、共振周波数における正弦波サイクルの半分に対応する、１つのエネルギー状態から別のエネルギー状態への各遷移の持続時間は、約２９０マイクロ秒（μｓ）である。
【００４８】
図７で説明されるように、波形７０２は、例えば、エネルギー間（従って音波間）の遷移をもたらすためにパルストランス６２８、６３０を制御するための、コントローラ４１８からの出力電力を示す。例示的な波形７０２と関連するクロック周波数は、約１０００Ｈｚである。例示的な波形７０４は、図６の無効音波源４００にわたる電圧である。図７で説明されるように、２４００Ｖのピーク・トゥ・ピーク電圧振幅が、例示的な励起源６０４、６０６によって提供される例示的な電圧Ｖ１＝Ｖ２＝１９Ｖ（例えば、約２４００Ｖ／３８Ｖ≒６３．１６の線質係数Ｑ0）と共に生じる。図７で説明されるように、第１のエネルギー状態と第２のエネルギー状態との間で切り替えた時のピーク電流は、約２８アンペア（Ａ）である。
【００４９】
図８Ａは、音波を生成するために図４〜図６の例示的な無効音波源に適用されてもよい異なる遷移を有する例示的なＭ系列信号を表す電流波形８０２、８０４、８０６を描くグラフ８００である。図８Ｂは、図８Ａの例示的な電流波形８０２、８０４、８０６に対する自己相関係数８１０、８１２、８１４と相互相関係数８１６、８１８とを描くグラフ８０８である。具体的には、例示的なＭ系列信号波形８０２は、波形８０２が急な遷移を経験するという意味で理想的なＭ系列の部分である。例示的なＭ系列信号波形８０４は、波形８０２と同じＭ系列の部分であるが、波形８０４の遷移は、正弦波の半周期である。例示的なＭ系列信号波形８０６もまた、波形８０２、８０４と同じＭ系列の部分であるが、波形８０６の遷移は、全クロック周期まで延びる。
【００５０】
波形８１０は、波形８０２の自己相関係数を表し、波形８１２は、波形８０４の自己相関係数を表し、そして、波形８１４は、波形８０６の自己相関係数を表す。波形８１６は、波形８０２と波形８０４との間の相互相関係数を表す。波形８１８は、波形８０２と波形８０６との間の相互相関係数を表す。図８Ａ及び図８Ｂから明らかにされるように、図４、図５、及び図６の例示的なドライバ回路４０２、５０２、６０２において生成された平滑な遷移電流は、相関係数のコンパクトさを目に見えるほどには低下させず、スプリアスのサイドローブを生じない。さらに、図８Ａ及び図８Ｂで説明された結果は、例示的なグラフ８０２、８０８を生成するために使用された例示的な１２７状態の系列（１２７−ｓｔａｔｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）に限定されず、その代わりに、実質的にＭ系列の長さに関わらず、複数のＭ系列に適用される。
【００５１】
図３の音波トランスミッタ３１４を実装する例示的な方法が、図４、図５、及び図６に説明されているが、図４、図５、及び図６で説明された要素、プロセス、及び／又はデバイスのうちの１つ以上が、他の方法で、組み合わされてもよく、分割されてもよく、再配置されてもよく、省かれてもよく、排除されてもよく、及び／又は実装されてもよい。さらに、例示的なコントローラ４１８、例示的な切り替え要素４１４、４１６、５０６、５０８、５１０、５１２、６０８、６１０、及び／又はさらに一般的には、図４、図５、及び図６の例示的なドライバ回路４０２、５０２、６０２が、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又はハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの任意の組み合わせによって実装されてもよい。このように、例えば、例示的なコントローラ４１８、例示的な切り替え要素４１４、４１６、５０６、５０８、５１０、５１２、６０８、６１０、及び／又はさらに一般的には、例示的なドライバ回路４０２、５０２、６０２が、１つ以上の回路、プログラマブルプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、及び／又はフィールドプログラマブル論理デバイス（ＦＰＬＤ）などによって実装されることが出来る。添付の装置の請求項のうちの任意のものが、純粋なソフトウェア及び／又はファームウェアの実装を包含するように読まれる時には、例示的なコントローラ４１８、及び／又は例示的な切り替え要素４１４、４１６、５０６、５０８、５１０、５１２、６０８、６１０のうちの少なくとも１つが、ソフトウェア及び／又はファームウェアを格納する、メモリ、ＤＶＤ、ＣＤなどのコンピュータ読み取り可能な媒体を含むように明示的に定義される。さらにまた、図４、図５、及び図６の例示的なドライバ回路４０２、５０２、６０２は、図４、図５、及び図６で説明されたものに加えて、又はそれらの代わりに、１つ以上の要素、プロセス、及び／又はデバイスを含んでもよく、及び／又は説明された要素、プロセス、及びデバイスのうちの任意のもののうちの２つ以上、又はそれらの全てを含んでもよい。
【００５２】
図４、図５、及び図６のコントローラ４１８を実装するための例示的なプロセスを表す流れ図が、図９に示される。この例において、プロセスは、図１０に関して以下で考察される例示的なコンピュータ１０００に示されるプロセッサ１０１２などのプロセッサによって実行するためのプログラムによって実装されてもよい。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又はプロセッサ１０１２と関連付けられるメモリなどのコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されたソフトウェアにおいて体現されてもよいが、プログラム全体、及び／又はその一部は、代替的に、プロセッサ１０１２以外のデバイスによって実行され、及び／又はファームウェア又は専用ハードウェアにおいて体現されることが出来る。さらに、例示的なプログラムは、図９で説明される流れ図を参照して記載されるが、例示的なコントローラ４１８を実装する多くの他の方法が、代替的に使用されてもよい。例えば、ブロックの実行の順序は、変更されてもよく、及び／又は記載されるブロックのうちの一部が、変更、排除、又は組み合わされてもよい。
【００５３】
上述のように、図９の例示的なプロセスは、ハード・ディスク・ドライブ、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、キャッシュ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、及び／又は情報が任意の持続時間の間（例えば、長期間の間、永久に、短い間、一時的なバッファリングの間、及び／又は情報をキャッシュする間）、格納されるその他任意の格納媒体などの有形のコンピュータ読み取り可能な媒体に格納された符号化された命令（例えば、コンピュータ読み取り可能な命令）を使用して実装されてもよい。本明細書において使用されるように、有形のコンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、あらゆる種類のコンピュータ読み取り可能なストレージを含み、信号を伝播することを排除するように明示的に定義される。さらに、又は代替的に、図９の例示的な動作は、ハード・ディスク・ドライブ、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、キャッシュ、ランダム・アクセス・メモリ、及び／又は情報が任意の持続時間の間（例えば、長期間の間、永久に、短い間、一時的なバッファリングの間、及び／又は情報をキャッシュする間）、格納されるその他任意の格納媒体などの一時的ではないコンピュータ読み取り可能な媒体に格納された符号化された命令（例えば、コンピュータ読み取り可能な命令）を使用して実装されてもよい。本明細書において使用されるように、一時的ではないコンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、あらゆる種類のコンピュータ読み取り可能な媒体を含み、信号を伝播することを排除するように明示的に定義される。
【００５４】
図９は、図４〜図６のコントローラ４１８を実装するために行われ得る例示的なプロセス９００を表す流れ図である。上述のように、例示的なプロセス９００は、有形のコンピュータ読み取り可能な媒体に格納された符号化された命令を使用して実装されてもよい。例示的なプロセス９００は、例示的なドライバ回路６０２と、図６の例示的な無効音波源４００とを参照して考察されるが、例示的なプロセス９００はまた、図４及び図５の例示的なドライバ回路４０２、５０２、他の種類のドライバ回路、及び／又は他の種類の無効負荷に適用可能である。図９の例示的なプロセス９００は、コントローラ４１８が、第１のエネルギー状態に無効音波源４００を変化させるために（例えば、図６の切り替え要素６０８、６１０を介して）ドライバ回路６０２を制御することから始まる（ブロック９０２）。一部の例において、第１のエネルギー状態は、第１の定常状態のエネルギー状態であり、コンデンサ端子における電圧は、図６の励起源６０４、６０６によって提供される電圧Ｖ１、Ｖ２とドライバ回路６０２の線質係数Ｑ0とに基づく。帯電は、例えば、切り替え要素のうちの一方６０８を閉じながら、切り替え要素のうちの他方６１０を開き、切り替え要素のうちの他方６１０を閉じながら、切り替え要素のうちの最初のもの６０８を開くことを交互に行うことによって行われてもよい。
【００５５】
無効音波源４００が、第１のエネルギー状態に変化された時（ブロック９０２）には、例示的なコントローラ４１８が、第１のエネルギー状態に無効音波源４００を保持する（ブロック９０４）。例えば、サイリスタ６２０、６２２を通る電流が、ゼロに到達した時、また実質的にゼロに到達した時（例えば、無効音波源４００が、第１のエネルギー状態に到達した時）に、それぞれのサイリスタ６２０、６２２は停止し、これが、切り替え要素６０８、６１０を開いたスイッチの状態にさせる。一部の例において、コントローラ４１８は、無効音波源４００を通る電流が、ゼロであるか、実質的にゼロであるときに開くように切り替え要素６０８、６１０を制御し、これが、電気エネルギーの散逸によってもたらされる損失を減少させる。なんらかの時に、例示的なコントローラ４１８は、無効音波源４００がエネルギー状態を変化させる時であるか否かを決定する（ブロック９０６）。エネルギー状態を変化させることは、例えば、無効音波源４００が、測定及び／又は検層のために音波を生成する時に生じ得る。例示的なコントローラ４１８は、例えば、音波を生成するための別個の所望の時、及び／又はＭ系列信号、パルス変調信号、及び／又はその他任意の種類の周期的又は非周期的な信号などの制御信号と一致する時に基づいてエネルギー状態を変化させる時を決定してもよい。コントローラ４１８が、エネルギー状態を変化させる時ではないと決定した場合（ブロック９０６）には、制御は、第１のエネルギー状態に無効音波源４００を保持し続けるためにブロック９０４に戻る。
【００５６】
例示的なコントローラ４１８が、エネルギー状態を変化させる時であると決定した時（ブロック９０６）には、コントローラ４１８は、無効音波源が第２のエネルギー状態に変化するのを可能にするために、第１の切り替え要素（例えば、図６の切り替え要素６１０）を閉じる（ブロック９０８）。例えば、コントローラ４１８は、サイリスタ６２２に、無効音波源４００と例示的な励起源６０６とを含む回路において電流を伝えさせるために、パルストランス６３０に電圧を印加してもよい。無効音波源４００が、第２のエネルギー状態に変化する間に、例示的なコントローラ４１８は、電流がしきい値よりも低いか否かを決定する（ブロック９１０）ために無効音波源４００を通って流れる電流を監視する。例えば、電流が、ゼロであるか、又は実質的にゼロであるときには、電流は、しきい値よりも低くてもよい。
【００５７】
コントローラ４１８が、電流がしきい値よりも低いことを検知した時（ブロック９１０）には、コントローラ４１８は、第２のエネルギー状態に無効音波源４００を保持する（ブロック９１２）。例示的な第２のエネルギー状態に、無効音波源４００は、第１のエネルギー状態に無効音波源４００によって格納された電界と実質的に同じエネルギーを有するが、それとは反対の極性を有する電界を格納する。コントローラ４１８は、例えば、開いた状態のままであるように切り替え要素６０８、６１０を制御することによって、第２のエネルギー状態に無効音波源４００を保持してもよい。例示的なコントローラ４１８は、エネルギー状態を変化させる時であるか否かを決定する（ブロック９１４）。例示的なブロック９０６におけるように、例示的なコントローラ４１８は、無効音波源４００が、いつ測定及び／又は検層のために音波を生成するかに基づいて、音波を生成するための個別の所望の時などのエネルギーを変化させる時に基づいて、及び／又はＭ系列信号、パルス変調信号、及び／又はその他任意の種類の周期的又は半周期的な信号などの制御信号と一致する時に、エネルギー状態を変化させる時であるかを決定してもよい。コントローラ４１８がエネルギーを変化させる時ではないと決定した場合（ブロック９１４）には、第２のエネルギー状態に無効音波源を保持し続けるために、制御はブロック９１２に戻る。
【００５８】
コントローラ４１８が、エネルギー状態を変化させる時であると決定した時（ブロック９１４）には、コントローラ４１８は、無効音波源が第１のエネルギー状態に変化するのを可能にするために第２の切り替え要素を閉じる（ブロック９１６）。例えば、図６のコントローラ４１８は、サイリスタ６２０が電流を伝えるのを可能にするためにパルストランス６２８に電圧を印加することによって切り替え要素６０８を閉じる。無効音波源４００が、第１のエネルギー状態に変化すると、コントローラ４１８は、無効音波源４００を通る例示的な電流ｉが、しきい値よりも低いか否かを決定する（ブロック９１８）。電流ｉが、しきい値よりも下に減少した時（ブロック９１８）には、コントローラ４１８は、エネルギー状態間で無効音波源４００を切り替え続けるか否かを決定する（ブロック９２０）。
【００５９】
例示的なコントローラ４１８が、エネルギー状態を切り替え続ける場合（ブロック９２０）には、第１のエネルギー状態に無効音波源を保持するために、制御はブロック９０４に戻る。一方、コントローラ４１８が、エネルギー状態を切り替えるのを止める場合（ブロック９２０）には、図９の例示的なプロセス９００は、終了してもよい。一部の例において、無効音波源４００は、プロセス９００が終了した時には、コンデンサ４０４に格納されたあらゆるエネルギーを放電することを可能にされてもよく、及び／又はそれを強制させられてもよい。これは、例えば、励起源６０４、６０６の電源を切ることによって、及び切り替え要素６０８、６１０のうちの一方又は両方を閉じることによって達成されてもよい。
【００６０】
図１０は、図４〜図６のドライバ回路を実装するために図１０のプロセスの一部又は全部を実装するために、例示的な機械読み取り可能な命令を実行し得る例示的なコンピュータシステム１０００のブロック図である。コンピュータシステム１０００は、例えば、サーバ、パーソナルコンピュータ、携帯端末（ＰＤＡ）、インターネット家電、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、デジタル・ビデオ・レコーダ、パーソナル・ビデオ・レコーダ、セット・トップ・ボックス、又はその他任意の種類のコンピュータ計算デバイスであり得る。
【００６１】
システム１０００の簡単な例は、汎用プログラマブルプロセッサなどのプロセッサ１０１２を含む。プロセッサ１０１２は、ローカルメモリ１０１４を含み、ローカルメモリ１０１４及び／又は別のメモリデバイスに存在する符号化された命令１０１６を実行する。プロセッサ１０１２は、特に、図９に表されたプロセスを実装するための機械読み取り可能な命令を実行してもよい。プロセッサ１０１２は、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）Ｃｅｎｔｒｉｎｏ（登録商標）系のマイクロプロセッサ、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）系のマイクロプロセッサ、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）Ｉｔａｎｉｕｍ（登録商標）系のマイクロプロセッサ、及び／又はＩｎｔｅｌ  ＸＳｃａｌｅ（登録商標）系のプロセッサのうちの１つ以上のマイクロプロセッサなどの任意の種類の処理ユニットであってもよい。当然、他系からの他のプロセッサもまた適切である。
【００６２】
プロセッサ１０１２は、バス１０２２を介して、揮発性メモリ１０１８と不揮発性メモリ１０２０とを含むメインメモリと通信する。揮発性メモリ１０１８は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、同期型ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、ＲＡＭＢＵＳダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＲＤＲＡＭ）、及び／又はその他任意の種類のランダム・アクセス・メモリ・デバイスによって実装されてもよい。不揮発性メモリ１０２０は、フラッシュメモリ、及び／又はその他任意の所望の種類のメモリデバイスによって実装されてもよい。メインメモリ１０１８、１０２０に対するアクセスは、典型的には、メモリコントローラ（図示せず）によって制御される。
【００６３】
システム１０００はまた、インタフェース回路１０２４を含む。インタフェース回路１０２４は、イーサネット（登録商標）インタフェース、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、及び／又は第３世代の入力／出力（３ＧＩＯ）インタフェースなどの任意の種類のインタフェース規格によって実装されてもよい。
【００６４】
１つ以上の入力デバイス１０２６が、インタフェース回路１０２４に接続される。入力デバイス１０２６は、ユーザが、プロセッサ１０１２にデータやコマンドを入力することを可能にする。入力デバイスは、例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、アイソポイント、及び／又は音声認識システムによって実装されることが出来る。
【００６５】
１つ以上の出力デバイス１０２８もまた、インタフェース回路１０２４に接続される。出力デバイス１０２８は、例えば、ディスプレイデバイス（例えば、液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ（ＣＲＴ））によって、プリンタによって、及び／又はスピーカによって実装されることが出来る。このように、インタフェース回路１０２４は、典型的には、グラフィック・ドライバ・カードを含む。
【００６６】
インタフェース回路１０２４はまた、ネットワーク（例えば、イーサネット（登録商標）接続、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、電話回線、同軸ケーブル、セルラー電話システムなど）を介した外部コンピュータとのデータの交換を容易にするために、モデム又はネットワーク・インタフェース・カードなどの通信デバイスを含む。
【００６７】
システム１０００はまた、ソフトウェアやデータを格納するために１つ以上のマス・ストレージ・デバイス１０３０を含む。そのようなマス・ストレージ・デバイス１０３０の例は、フロッピー（登録商標）・ディスク・ドライブ、ハード・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク・ドライブ、及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブを含む。
【００６８】
上記から、無効音波源及び／又は他の無効負荷を駆動するためのシステム、方法、及び装置が開示された。本明細書において開示された例示的なシステム、方法、及び装置は、効率的であり、実装するのが比較的に簡単である。本明細書において開示された一部の例示的なシステム、方法、及び装置は、有利なことに、単極及び／又は双極の音波検層、地震探査、掘削同時検層、及び／又は音波が使用されてもよいその他任意の用途を行うために音波を生成するために使用されてもよい。
【００６９】
特定の例示的な方法、装置、及び製品が、本明細書において記載されたが、本特許の対象範囲は、それらには限定されない。反対に、本特許は、本特許の特許請求の範囲の範囲内に適切に該当する全ての方法、装置、及び製品を包含する。
【符号の説明】
【００７０】
１  坑井現場システム
１０  アセンブリ
１１  掘削孔
１２  ドリルストリング
１６  回転テーブル
１７  ケリー
１８  フック
１９  回転スイベル
２６  泥、掘削流体
２７  ピット
２９  ポンプ
１００  底部穴アセンブリ
１０５  ドリルビット
１２０  掘削同時検層モジュール
１３０  掘削同時測定モジュール
１５０  モータ
１６０  音波測定デバイス
３００  ダウンＬＷＤモジュール
３１４  音波トランスミッタ
３３１、３３２  音波受信器
４００  無効音波音源
４０２  ドライバ回路
４０４  コンデンサ
４０６  レジスタ
４０８、４１０  励起源
４１２  無効構成要素
４１４、４１６  切り替え要素
４１８  コントローラ
４２０  第１の電極
４２２  第２の電極
５０６、５０８、５１０、５１２  切り替え要素
６０２  ドライバ回路
６０４、６０６  励起源
６０８、６１０  切り替え要素
６２０、６２２  サイリスタ
６２４、６２６  遮断ダイオード
６２８、６３０  パルストランス
６３２  レジスタ
６３４  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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