Буксируемая сейсмоакустическая антенна Советский патент 1993 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к сейсмоакустической разведке на акваториях.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости за счет подавления переотраженного поверхностью воды сигнала.

Для пояснения сущности предлагаемого изобретения его устройство показано на фиг.1, 2, где 1 - тело антенны, 2 - акустический датчик, 3 - монтажные провода, 4 - кабель-трос, 5 - контейнер, 6 - гравитацион- но-управляемый переключатель полярности, 7 - биморфный датчик акустического давления (гидрофон), 8 - акселерометр, 9 - корпус акустического датчика 2, 10 - интегратор, 11 - сумматор, 1 - ориентация максимума чувствительности акселерометра (+ дипольной характеристики направленности), + - направление поляризации пье- зопластины.

На фиг.З показан пример выполнения гравитационно-управляемого переключателя полярности 6, где 12 - диэлектрический полый цилиндр с торцевыми крышками, 13 - сегментный электрод, 14 - торцевой электрод, 15 - токопроводящая жидкость,

На фиг. 4 иллюстрируется фукнциониро- вание устройства, где 16 - поверхность воды, 17 - толща воды, 18 - дно, 19 - кардиоидная характеристика (диаграмма направленности), в- угол от вертикального направления на дно.

Предлагаемое устройство буксируемой сейсмоакустической антенны (фиг.1) содержит тело антенны 1 прямоугольного сечения 50x30 мм. изготовляемое литьем из звукопрозрачного компаунда. В материале компаунда зафиксированы акустические датчики 2. Акустические датчики 2 соединены друг с другом и с контейнером 5 при помощи монтажных проводов 3 (провода армированы стальной проволокой). К контейнеру 5 прикреплен кабель-трос 4. В контейнере 5, жестко скрепленном с телом антенны 1, установлен гравитационно-управляемый переключатель полярности 6, жестко прикрепленный к стенкам контейнера 5. Акустические датчики 2 установлены в теле антенны 1 в положении (показанном на фиг.2) соответствующем ориентации оси максимальной чувствительности акселерометра 8 вдоль, короткой стороны прямоугольника поперечного сечения тела антенны 1.

Акустический датчик 2 содержит корпус 9, в котором жестко установлен однокомпо- нентный акселерометр 3. К торцам корпуса

9прикреплены два биморфных датчика акустического давления 7 (гидрофоны), электрически соединенные между собой синфазно. Акустические датчики 2 электрически соединены между собой синфазно (отдельно акселерометры 8, отдельно биморфные датчики акустического давления 7). К электрической цепи акселерометров 8 подключен гравитационно-управляемый переключатель полярности 6, выход которого соединен с интегратором 10. Выход интегратора

10подключен (возможно через усилитель) к одному из входов сумматора 11, Ко второму входу сумматора 11 подключен (возможно через усилитель) сигнальный провод с биморфных датчиков акустического давления 7.

Гравитационно-управляемый переключатель полярности 6 (фиг.З) содержит два одинаковых диэлектрических полых цилиндра 12с торцевыми крышками. На торцевых крышках установлены, насквозь, торцевые электроды 14. На внутренней цилиндрической поверхности цилиндров 12 установлены сегментные электроды 13. Внутренняя полость цилиндров 12 заполнена (около половины) одинаковым количеством токопро- водящей жидкости 15. Входные клеммы подключены к торцевым электродам 14. Сегментные электроды 13 соединены перекрестно и подключены к выходным клеммам. Гравитационно-управляемый переключатель полярности 6 установлен в буксируемой сейсмоакустической антенне 1 таким образом, что горизонтальное положение большей грани прямоугольника поперечного сечения тела антенны 1 (фиг.1) соответствует положению гравитационно- управляемого переключателя полярности 6, показанному на фиг.З, когда зеркало токопроводящей жидкости 15 перпендикулярно торцевому электроду 14.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

При буксировке антенны с телом прямоугольного поперечного сечения длинная сторона прямоугольника устойчиво занимает горизонтальное положение. Крутильные колебания тела антенны относительно положения равновесия в соответствии с проведенными авторами испытаниями не превышают ±15-20° при скоростях буксировки до 10 уз. (см. акт испытаний). Характеристика направленности 19 (фиг. 4)

предлагаемой антенны (кардиоидная) имеет математическое выражение

R(0)

1 +COS0

(см. Сапожков М.А. Электроакустика. М.: Связь, 1978, с. 86, формула 5.17а). Задаваясь предельным изменением положения минимума характеристики направленности на +20°, получаем, что мешающий сигнал с тыльных направлений (переотраженный от поверхности раздела вода-воздух) составляет

30

П1 -cos 20° v

sin2(10°) 0,03.

35

В тоже время полезный сигнал (идущий от дна)

С 1+C°s20° cos2(10°)0,97. Таким образом, отношение сигнал/помеха 32,3,

что соответствует величине порядка 30 дБ. Следовательно, вторичный (переотраженный) сигнал в предлагаемом изобретении будет подавлен в широкой полосе частот на 30 дБ, по сравнению с полезным сигналом,

что приведет к существенному улучшению качества получаемой сейсмической информации.

Следует отметить, что буксируемая антенна с прямоугольным профилем сечения

при развертывании с борта судна может равновероятно оказаться в двух положениях: верхней широкой гранью вверх и верхней широкой гранью вниз. В последнем случае кардиоидная характеристика направленности 19 окажется перевернутой и

полезный эффект исчезнет, Чтобы восстановить положительный эффект необходимо изменить фазировку сигналов акселерометров 8 и биморфных датчиков акустического давления 7 на входе сумматора 11. С этой целью введен гравитационно-управляемый переключатель полярности 6. Поскольку гравитационно-управляемый переключатель полярности 6 жестко скреплен с телом антенны 1, то положение токопроводящей жидкости 15 определяет схему включения (фиг.З). Переворачивание антенны 1 приводит к перетеканию токопроводящей жидкости 15 и соединению с торцевыми электродами 14 противоположной пары сегментных электродов 13, полярность которых противоположна исходному положению. Этим и достигается требуемая фазировка каналов на входе сумматора 11.

Необходимо отметить, что в зависимости от соотношения полярностей акселерометров 8 и биморфных датчиков акустического давления 7 при первоначальной фазировке системы (установка кардио- идной i характеристики направленности минимумом вверх) может оказаться нужным поменять местами выводы акселерометров 8 на входе гравитационно-управляемого переключателя полярности 6.

Интегратор 10 введен в канал акселерометров 3 с целью выравнивания амплитудно-частотной характеристики акселерометров 8 в соответствии с известной (в частности из прототипа) процедурой.

В качестве примера осуществления изобретения рассмотрим следующую конструкцию. Тело антенны 1 из компаунда ПДИ-ЗАК. Поперечное сечение 50x30 мм. Корпус 9 акустического датчика 2 выполнен из син- тактика ЭДС-7А, размеры J3 22x24 мм. Би- морфные датчики акустического давления 7 16, чувствительность- 100 мкВ/Па. Акселерометры 8, размер J8 15x16 мм, чувствительность - 10 мВ/М-с 2. Гравитационно- управляемый переключатель полярности 6 выполнен в соответствии с фиг.З, диаметр

диэлектрических полых цилиндров 12 - мм. Токопроводящая жидкость 15 - ртуть.

Применение предлагаемой буксируемой сейсмоакустической антенны позволит в качестве технических преимуществ по сравнению с прототипом повысить качество сейсмической информации, увеличить разрешающую способность.

Общественно-экономические преимущества производны от технических и связаны с увеличением эффективности сейсмических исследований на акваториях.

Формула изобретения

Буксируемая сейсмоакустическая антенна, включающая тело антенны, гидрофон и акселерометр с интегратором, подсоединенные к сумматору, отличающаяся

тем, что, с целью повышения помехоустойчивости за счет ослабления переотраженного поверхностью воды сигнала, тело антенны выполнено с поперечным сечением прямоугольной формы, причем акселерометры установлены осью максимальной чувствительности вдоль короткой стороны прямоугольника, а в электрическую цепь между акселерометром и интегратором подключен гравитационно управляемый переключатель полярности, выполненный в виде двух диэлектрических полых цилиндров, внутри которых по оси цилиндра и согласно с осью максимальной чувствительности акселерометра расположен торцовый электрод, закрепленный на торцовых крышках цилиндра, при этом переключатель полярности снабжен сегментными электродами, размещенными на внутренней поверхности каждого цилиндра соответственно в верхней и нижней его частях, а внутренняя полость каждого из цилиндров наполовину заполнена токопроводящей жидкостью, при этом торцовые электроды соединены с выходными клеммами акселерометра, а сегментные электроды попарно соединены с входом интегратора.

Использование: сейсмоакустической разведке на акваториях. Сущность изобретения: сейсмоакустическая антенна содержит гидрофон и акселерометр. В своем поперечном сечении тело антенны имеет прямоугольную форму. Ось максимальной чувствительности акселерометра направлена вдоль короткой стороны прямоугольника. В электрическую цепь антенны между акселерометром 8 и интегратором 10 включен гравитационно-управляемый переключатель полярности 6. Последний выполнен в виде двух полых диэлектрических цилиндров 12. Каждый цилиндр содержит торцевой 14 и сегментные электроды 13. Внутри цилиндра находится токопроводящая жидкость 15. 4 ил.

- г

ри&3

/Iff

фиг.Ь