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公開番号2025067782
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2024090078
出願日2024-06-03
発明の名称光給電式震源装置及びそれを用いた観測システム
出願人白山工業株式会社
代理人個人,個人
主分類G01V 1/02 20060101AFI20250417BHJP(測定;試験)
要約【課題】アクティブソースの常設電源に光ファイバを用いた給電を行って充電可能にすると共に、常設電源の電力によって物理的振動を発生させる光給電式震源装置及びそれを用いて、電気配線を要しない光ファイバセンサにより、物理的変動の観測を行う観測システムを提供する。
【解決手段】海底に設置された常設電源に接続された駆動制御部によって発震部を駆動し、アクティブ震動を発生させる光給電式震源装置において、第1の光ファイバケーブルで送電された光電力を光/電気変換し、変換された電気エネルギーで常設電源を充電する充電機能と、第2の光ファイバケーブルで送信された制御信号を光/電気変換し、変換された電気信号で駆動制御部を制御する制御機能と、常設電源の充電状態を判定する判定機能とを具備し、判定機能の判定に基づき、充電が十分なときに発震部を駆動し、充電が不十分なときに常設電源を充電する。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
海底又は陸上に設置された常設電源に接続された駆動制御部によって発震部を駆動し、アクティブ震動を発生させる震源装置において、
第１の光ファイバケーブルで送電された光電力を光／電気変換し、変換された電気エネルギーで前記常設電源を充電する充電機能と、
第２の光ファイバケーブルで送信された制御信号を光／電気変換し、変換された電気信号で前記駆動制御部を制御する制御機能と、
前記常設電源の充電状態を判定する判定機能と、
を具備し、前記判定機能の判定に基づき、充電が十分なときに前記発震部を駆動し、充電が不十分なときに前記常設電源を充電することを特徴とする光給電式震源装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記光／電気変換を行う部材の筐体側面に、ゼーベック効果素子で成る熱／電気変換部を接触して設けると共に、前記熱／電気変換部の対向面に放熱フィンを設け、前記熱／電気変換部で生成された電力で前記常設電源を充電するようになっている請求項１に記載の光給電式震源装置。
【請求項３】
前記第１の光ファイバケーブル及び前記第２の光ファイバケーブルが、ダブルクラッド型光ファイバの１本の光ファイバケーブルで光給電と制御を兼用するようになっている請求項１又は２に記載の光給電式震源装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光給電式震源装置の近辺に、ＯＢＣ(Ocean Bottom Cable)でレーザ光の入出力を行う光ファイバセンサが円形状に、若しくはスター状に、若しくはスネーク状に若しくはフィンガー状に配設されており、前記光ファイバセンサによりアクティブ震動を検知して物理的探査を行うことを特徴とする観測システム。
【請求項５】
前記光ファイバセンサが、３軸加速度センサ、光ハイドロフォン及びＤＡＳ(Distributed Acoustic Sensing)である請求項４に記載の観測システム。
【請求項６】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光／電気変換部と、充電可能な常設電源と、前記電気エネルギーにより前記常設電源を充電する充電部と、アクティブ震動を発生する発震部を駆動する駆動制御部と、前記駆動制御部に接続され信号、データの送受を行う送受信部とで構成された光震源モジュールと、
ｘｙｚ軸の３軸加速度センサ及び光ハイドロフォンで構成された光４Ｃセンサモジュールと、
が一体的に光震源／光４Ｃセンサモジュールを構成しており、
前記光震源／光４Ｃセンサモジュールの複数がＯＢＣ(Ocean Bottom Cable)によりシリーズに接続され、
電力供給部からの電力を電気／光変換して前記ＯＢＣで光送電して前記光エネルギーとすると共に、前記発震部の駆動が任意に制御可能であることを特徴とする観測システム。
【請求項７】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光／電気変換部と、充電可能な常設電源と、前記電気エネルギーにより前記常設電源を充電する充電部と、アクティブ震動を発生する発震部を駆動する駆動制御部と、前記駆動制御部に接続され信号、データの送受を行う送受信部とで構成された光震源モジュールの複数がＯＢＣ(Ocean Bottom Cable)によりシリーズに接続され、
ｘｙｚ軸の３軸加速度センサ及び光ハイドロフォンで構成された光４Ｃセンサモジュールの複数が前記ＯＢＣによりシリーズに接続され、
前記ＯＢＣ上で前記光震源モジュールと前記光４Ｃセンサモジュールが分離されており、
電力供給部からの電力を電気／光変換して前記ＯＢＣで光送電して前記光エネルギーとすると共に、前記発震部の駆動が任意に制御可能であることを特徴とする観測システム。
【請求項８】
前記光４ＣセンサモジュールがＤＡＳ(Distributed Acoustic Sensing)を含んでいる請求項７に記載の観測システム。
【請求項９】
前記光／電気変換部の筐体側面に、ゼーベック効果素子で成る熱／電気変換部を接触して設けると共に、前記熱／電気変換部の対向面に放熱フィンを設け、前記熱／電気変換部で生成された電力で前記常設電源を充電するようになっている請求項６～７のいずれかに記載の観測システム。
【請求項１０】
前記ＯＢＣが圧入井の近辺に円形状に、若しくはスター状に、若しくはスネーク状に若しくはフィンガー状に配設されている請求項８に記載の観測システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ型観測を行うために、海底等の遠隔地に設置されている常設電源に光ファイバで電力を供給して蓄電すると共に、常設電源の電力によって物理的振動を発生する光給電式震源装置、及びそれを用いて光ファイバセンサにより、物理的変動の観測を行う観測システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
海底ケーブル型観測システムで海底の地下構造や資源の探査を行う場合、一般的に図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、海上の観測船１の発振竿２に吊り下げられているエアガン３から、振動する音場を海水を通して海底へ送り、ストリーマケーブル４にフィンガー状に装着されている多数のハイドロフォン５からのデータを取集し、観測船１若しくは地上の解析処理装置で解析を行うようになっている。しかしながら、このような観測システムは、観測船１の運用費用が高いため、観測の回数が制限されると共に、地球温暖化対策として提唱されているＣＣＳ（Carbon dioxide Capture and
Storage）モニタリングのような、リアルタイムでの常時監視が求められる用途には適用できない課題がある。
【０００３】
ＣＣＳでは、短期間に大量のＣＯ
２
を削減するために、例えば図２に示すように、陸上の圧入井１１からパイプライン１０により、海底の地中深くに大量のＣＯ
２
を圧入する手法が有効な対策とされている。ＣＯ
２
の圧入としては、海上に浮体を浮かべる浮体式や固定海上リグ式などがある。このようにＣＯ
２
を地中（海底）深く圧入した場合、広域に分布する複数のＣＯ
２
貯留サイトを観測センサでＣＣＳモニタリングして、ＣＯ
２
の漏洩や誘発地震を防止（予知）し、環境の安全性を担保する必要がある。ＣＣＳモニタリングとして、例えば図３に示すようなＯＢＣ（Ocean Bottom Cable）を用いた海底地震観測システムにより行っている。即ち、固定海上リグ３０からＯＢＣ３１を海底にフィンガー状に配置し、ＯＢＣ３１には多数の３軸地震計とハイドロフォンが装着されており、ジグザグ状の航路３４に沿って移動する発震船３３からの発震を検知して観測する。
【０００４】
このようなアクティブ型観測を行う場合には多くのセンサが必要であり、センサには電力が必要であるが、電力を供給するに際して、海上又は陸上から電力を供給して観測を行うようになっている。しかしながら、電力を電線ケーブルで送電して供給する場合には、給電側からセンサまでの距離がかなり遠いため、高電圧送電が必要になり、海水の防錆と共に耐圧対策、絶縁対策などが必要になる。電線ケーブルを用いる場合には、ケーブルへの落雷の対策が必要になる。また、ケーブル重量やサイズが大きくなり、敷設設備も大掛かりになる。更に、図１に示すようにアクティブ探査では、震源として観測船１やエアガン３が必要であるが、常時動作させることができない。このため、常時観測が必要な場合、例えばＣＣＳ監視には課題がある。電気駆動式の常設震源を用いれば解決できるが、電力供給が必要となり、電線ケーブルの課題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第７０７２８３８号公報
特許第４８５１３３０号公報
米国特許第7,696,901号明細書
米国特許出願公開第2007/0039776号明細書
特開平７－１５１５６３号公報
特開平５－１６４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のようにアクティブ型観測向けに海底常設震源を用いる場合、震源装置への長距離の高電圧送電などの電力供給が課題となっている。これら電線による送電の問題は、海底観測及び地上観測においても共通であるが、特に海底観測では高圧力、防錆などの対策が必要であり、地上観測では、送電線への落雷の問題がある。
【０００７】
また、観測のためのセンサに電気系のものを使用すると、消費電力が増加すると共に、高放射能領域では動作しないので、電子部品を備えず、電気配線を必要としない光ファイバセンサの使用が望まれている。
【０００８】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、アクティブ震源の常設電源に光ファイバを用いた給電を行って常時充電可能にすると共に、十分に充電された常設電源の電力によって連続的に物理的振動を発生させることが可能な光給電式震源装置、及びそれを用いて、電子部品を備えず、電気配線を要しない光ファイバセンサにより、物理的変動の観測を行う観測システムを提供することにある。
【０００９】
アクティブ観測のために、海底に設置されている震源装置の常設電源（２次バッテリ）への遠距離送電に、地上若しくは海上に設置された電源供給源から光／電気（Ｏ／Ｅ）変換を行って光ファイバによる給電を行い、常設電源側で電気／光変換を行って充電する光給電方式を用いれば、高電圧送電の必要もなく、給電用光源から光ファイバのみでの電力送電と、常設電源の充電が可能である。遠距離送信された光エネルギー、光／電気変換で電気エネルギーに変換して常設電源（２次電池）を充電することにより、常設震源の電力により常時アクティブ震源の震源装置を駆動することができる。
【００１０】
また、観測のためのセンサに、電子部品を備えておらず、電気配線を必要としない光ファイバセンサを用いることで、リアルタイムで連続的な信頼性の高いアクティブ型観測を行うことができると共に、常設電源の電力消費量を節約することができる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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