CN1912654B - 柔性水听器 - Google Patents

Abstract

一种水听器包括由柔性塑料材料形成的主体。主体包括多个通道，并且每个通道具有一个或多个凹井。凹井适用于接收包括安装硬件的有源元件。安装硬件包括柔性橡胶护套或悬挂有源元件的其它装置，由此使得主体柔曲，而不将该运动引入有源元件。

Description

柔性水听器

技术领域

本发明总体涉及一种在用于地震勘测的船只之后拖入水中的地震勘测拖缆，并且更特别是涉及非流体填充的地震勘测拖缆的领域。尤其特别是，本发明涉及一种包括保持多个有源元件的水听器主体的水听器，其中水听器的主体由柔性或柔软的材料形成。

背景技术

在现代水下地震勘测拖缆***中，船只拖曳支承有大量传感器的长缆线。这种***的最新成果同时集中在使得这些缆线重量轻、耐用并容易制造和维护，以及对于所感兴趣的声音信号敏感，而相对不受噪音的影响。这些成果导致授予本发明的相同受让人的美国专利NO.6128251中所披露的改进。

在NO.6128251中，披露一种包括在内部缆线内的实心水下地震勘测缆线、环绕织造强力构件、被覆泡沫体悬浮层以及封装外套的结构。一个或多个细长通道形成在被覆悬浮层内，并且一个或多个压电元件安装在通道内。通道的细长形式增大了声音开口，以便改善地震勘测信号的接收。

对该专利中披露的结构进一步测试证实了这里披露的结构的有效性，并且造成某种改进和优化，这些是本发明的重点。现有技术中公知的许多缺陷通过美国专利NO.6853604披露的结构来解决，该专利结合于此作为参考。但是这些改进和优化正在继续。

更特别是，我们发现在缆线在船只上卷绕在缆线卷筒上时，所述实心水下地震勘测缆线在水听器的端部处受到极大的应力。这大部分由于该主体是刚性的并且缆线在围绕卷筒卷绕时在主体的每个端部处形成尖锐折弯的事实。已经发现这种极大的应力造成缆线的过早失效。本发明针对解决现有技术中的这些和其它缺陷。

发明内容

本发明通过提供其主体由柔性塑料材料形成的水听器来克服现有技术实心水下地震勘测拖缆的这些和其它缺陷。如这里使用那样，术语“柔性”指的是如这里描述那样指的是一种材料，该材料在成形时进行弯曲，以便与进行海洋地震勘测操作的船只上的缆线卷筒的曲率半径相符。

但是，在开发新型柔性水听器过程中，已经注意到多个新问题。这些新问题涉及到水听器的有源元件与缆线的强力构件的应力隔离以及来自于拖缆以及缆线周围环境的噪音隔离。

本发明通过从保持传感器元件的柔性水听器提供至少三级应力和运动隔离来克服了现有技术中的这些和其它问题。第一级应力和运动隔离与有源元件在水听器主体上的安装相关。

柔性水听器包括多个通道，最好四个这样的通道，其中一个或多个有源元件位于每个通道内。通道适用于接收安装在安装硬件上的有源元件。安装硬件可包括悬挂有源元件的柔性、橡胶护套，由此允许水听器柔曲，而不将所述运动引入有源元件。护套还消除了从主体到有源元件的膨胀波和横向波。除了护套之外，开口端的套管或自模制安装凸缘可以设置在用于有源元件的安装件上，在通道内将有源元件悬挂该安装件上。

本发明的柔性水听器还包括位于通道内的开室泡沫体，以便减小用来填充通道的流体晃动。通道内流体晃动趋于产生可能被有源元件接收的另外的噪音分量。最后，有源元件准确地定位在通道的中点处，使得有源元件位于水听器通道内的轴向压力波的零点处。

第二级隔离与水听器主体与缆线隔离相关。柔性水听器主体与下面的缆线隔开一个空间，在该空间中填充闭室泡沫体。主体还位于柔性密封环上，以便进一步缓冲从缆线到主体的振动。最后，插塞定位在主体的每个端部处，以便保持主体的径向和轴向位置，并且插塞具有一对整体形成的凸肋，以便保持缆线和主体之间的接触区域最小。

有源元件与应力和噪音的第三级隔离与噪音从悬浮泡沫体和拖缆的外套到有源元件的传播相关。锚固件模制在缆线上，并且开口环可动地连接到锚固件和主体之间的缆线上。开口环的外表面不粘接到外套的内表面上。锚固件和柔性开口环起到如下作用，即可以吸收来自于悬浮泡沫体和外套的噪音和振动，并且基本上不传播到柔性主体和有源元件上。

本领域普通技术人员从以下详细描述以及附图中将容易明白本发明的这些和其它特征、目的和优点。

附图说明

通过可以获得并详细理解本发明的所述特征、优点和目的的方式，参考附图中所示的实施例，可以获得以上简单概括的本发明的更加特定的描述。

图1是采用本发明的水下地震勘测***的总体示意图；

图2是本发明柔性水听器的透视图；

图3是水听器主体一部分的侧视截面细节图，表示有源元件在主体中的安装情况；

图4是安装有源元件的凹井处的主体的端视截面图；

图5A是水听器的组装视图的透视图，而图5B是水听器的分解透视图，表示本发明的应力隔离特征；

图6是主体的侧视截面图，表示组装到拖缆上的水听器的元件；

图7是悬浮泡沫体和柔性主体之间的拖缆区域的详细截面图；以及

图8是本发明水听器中所采用的光学元件的当前优选的实施例。

具体实施方式

图1表示包括拖曳拖缆12的船只10的基本水下***的视图。拖缆具有多个与其相关的辅助设备，例如深度控制装置，这些设备未示出以便简化图1。

拖缆12还包括沿着拖缆隔开的多个水听器14。如这里使用那样，术语“水听器“指的是对地震勘测信号敏感的有源元件以及保持有源元件的支承主体(或结构)。有源元件通常包括压电元件，但是还可包括光学元件、微加工电子机械传感器元件和类似元件。

水听器14和浮力材料密封在最好由聚氨酯制成的外套16内，以便提供平滑外观，由此减小流动噪音。在地震勘测操作中，拖缆12从缆线卷筒18放出，并且一旦完成操作，拖缆12卷绕返回缆线卷筒18。

在现有技术中，每个水听器14通常包括支承有源元件的主体，并且该主体由例如铝或硬的玻璃强化塑料的刚性材料制成。因此在缆线卷绕在船只上的缆线卷筒上时，主体不能弯曲，并且大的应力在水听器14的任一端部处施加在缆线上。本发明通过提供塑料柔性水听器主体来解决现有技术中的这种问越。但是，由于水听器主体由塑料、柔性材料制成，某些噪音的影响变得显著。

在图2中表示本发明的柔性水听器20(与图1的水听器14相对应)。虽然也可以使用成形该主体的其它技术，水听器20最好包括模制塑料主体22。主体22包括多个轴向定向的通道24，并且每个通道可限定一个或多个凹井26，凹井26中最为中心的凹井26’保持悬挂其中的有源元件28。因此，如图2所示，水听器20最好包括四个轴向定向的通道。如果需要，虽然可以设置多个凹井，最好是，沿着通道设置中心定位的一个凹井。另外，有源元件径向定位在四个象限的每个象限处，并且有源元件准确地中心定位在该主体上。

现在参考图2和3，安装在凹井26’内的是有源元件30。有源元件30可包括粘接到封闭的六面中空箱体34内的压电材料32，其方式类似于所述的美国专利NO.6863604。有源元件还可包括光学元件(例如见图8)；如美国专利NO.6863604所述的微加工电子机械转换器；或D对于地震勘测信号作出响应的其它装置。另外，有源元件安装板可用作箱体34的顶部。

箱体34继而安装在安装板36上，如图3清楚所示。柔性、橡胶护套38可拆卸地靠近板36的每个端部放置。可以使用靠近板36的端部的开口端套管或自模制凸缘来代替护套，以便实现相同的效果。无论图3所示的护套还是其它装置，本发明提供用于有源元件的“非刚性”安装，从而将有源元件与水听器内的应力和振动隔离。如这里使用那样，术语“非刚性”指的是在始终安装的情况下允许有源元件相对于主体运动(即不是刚性连接)的事实(与允许在流体容积内悬浮的公知元件相比)。因此，本发明的特征在于在通过护套或其它支承件柔性保持的相对厚、刚性板36上支承有源元件的事实，使得由于拖缆柔曲造成的振动和噪音不经由安装件传播到有源元件。

护套在安装支架40的爪内安装在有源元件的每个端部处。一组螺钉42将有源元件30固定在主体22上。套筒72进行安装(见图6)，并且安装有有源元件的整个通道填充流体或封装材料。最好是，开室泡沫体在有源元件30的任一侧上填充在通道内。本发明的这种特征减小了流体的晃动，而这种晃动产生施加在有源元件上的噪音。

注意到安装支架40包括一起限定保持护套38的所述爪的上部板44和下部板46。下部板46可靠地静置在形成在凹井26的底部内的凹口48内。还注意到护套38将有源元件与沿着主体传播的应力和振动隔离，同时使得有源元件自由响应拖缆周围水内的声音信号。

该主体还包括深度限制按钮50。当缆线外侧上的压力增加时，下压深度限制按钮。在预定深度处，环境压力下压按钮50，由此短路水听器的信号导体，并且水听器将不再工作。

图4表示穿过凹井26的主体的端视截面图。如上所述，主体包括四个通道，每个通道具有多达三个凹井。整个水听器通过水听器套筒52覆盖。但是在套筒52与通道相遇的位置处，我们发现在通道边缘处存在由套筒振动产生的自身噪音现象。为了消除这种自身噪音，该边缘应该各自包括斜切部54。另外，套筒最好热焊接到通道之间的主体上。

如上所述，本发明还将拖缆的应力与水听器元件隔离。本发明的这种特征在图5A、5B和6中清楚示出。

图6表示其中安装有源元件30的水听器20的侧视截面图。主体22在每个端部上位于柔性和高度柔曲的密封环60上，并且密封环在水听器20和缆线束62之间保持一个空间64。空间64填充柔性干燥闭室泡沫体，以便从该空间中排除所有流体，从而缓冲从缆线束到水听器主体的应力和振动。闭室泡沫体可包括片状泡沫体，片状泡沫体切割成一定尺寸，并且围绕缆线束卷绕。作为选择，空间64内的泡沫体可通过将组成化学品注入空间64内来现场制备，其中出现反应以便产生泡沫体。

缆线束以现有技术公知的方式包括电力和数据导体、一个或多个强力构件以及填充材料。主体22通过一对热塑橡胶插塞66径向和纵向保持就位。插塞66限定与缆线束62邻靠接触的一对环形环件68。这种特征提供用于主体的实体安装，同时使得用于振动和噪音从缆线束62传导到水听器主体的接触区域最小。

插塞66还限定减小直径的台阶70。台阶接收将有源元件30封闭在通道容积74内的水听器套筒72。这种通道容积74继而部分通过所述的开室缓冲泡沫体填充，以便减小填充缓冲泡沫体的流体的晃动。接合空腔接着填充疏水性凝胶，以便在外套损坏的情况下防止主体和缆线束之间的海水迁徙。

图7表示本发明的另一噪音隔离特征。如上所述，插塞66相对于下面的缆线束62在所选径向和轴向位置上保持主体。通过提供一对环形接触环68来使得插塞和缆线束之间的接触区域最小。插塞还支承水听器套筒72的端部。整个配置通过外套80包围，外套作为拖缆的平滑外表面。

锚固件82模制在缆线束62上，并且刚性固定其中。另外，外套80粘接在锚固件上。柔性开口环84位于锚固件和插塞之间的缆线束上。开口环不粘接在缆线束或外套上。通过固定锚固件减小通过悬浮泡沫体和外套传播的振动和轴向应力。柔性开口环接着用作振动吸收器，以便进一步减小传播到水听器主体的振动和应力。

最后图8表示当前优选的光学元件80的透视图，光学元件80可以用于本发明有源元件中，并且在美国专利NO.6049511中描述和说明，该专利结合于此作为参考。光学元件包括顶部隔膜构件82和底部隔膜构件84。顶部隔膜构件82包括隔膜86和限定环形凹槽90以便接收光学纤维92的卷绕的多个突片88。

当隔膜86在压力影响增加的情况下向下柔曲时，突片88向外转动，拉伸纤维92。这种作用提供杠杆动作的机械优点，对于隔膜的给定动能来说，拉伸纤维。以此方式拉伸纤维增加光线通过光纤的光学路径长度，并且这种动作调节施加在光学元件上的地震勘测信号。应该理解到可以在本发明的范围和精神内使用其它形式和模式的有源元件。

在以上说明书中，已经描述了本发明的原理、优选实施例和操作模式。不能认为本发明局限于所披露的特定形式，这是由于这些特定形式只是示例性的，而没有限制含义。此外，本领域菩普通技术人员可进行变型和改型，而不偏离本发明的精神。

Claims (23)

1.一种水听器，包括：

轴向定向的柔性塑料主体，包括其中限定至少一个凹井的多个轴向定向的通道；

在具有相对端的安装板上通过主体支承的至少一个有源元件，有源元件对于地震勘测信号敏感，所述至少一个有源元件保持在至少一个凹井内；

位于安装板的每个相对端部上的护套；以及

靠近安装板的每个端部并且在该安装板的每个端部上保持护套的安装支架。

2.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，所述至少一个有源元件是以如下方式而收纳于多个通道内的：每个通道内有至少一个有源元件。

3.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，所述至少一个有源元件是以如下方式而收纳于多个通道内的：每个通道内有多个有源元件。

4.如权利要求3所述的水听器，其特征在于，还包括靠近有源元件的腔室内的开室泡沫体。

5.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，有源元件包括：

压电元件；

支承压电元件的中空箱体；以及

其中安装板支承中空箱体。

6.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，有源元件包括光学元件。

7.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，有源元件包括微加工电子机械压力检测元件。

8.如权利要求5所述的水听器，其特征在于，安装支架包括限定保持护套的一组爪的上部板和下部板。

9.如权利要求8所述的水听器，其特征在于，还包括位于每个凹井内以便接收安装支架的下部板的凹口。

10.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，多个通道的每个通道限定边缘，并且还包括位于该边缘上的斜切部。 

11.如权利要求1所述的水听器，其特征在于，主体安装在缆线上，并且还包括主体和缆线之间的闭室泡沫体。

12.如权利要求11所述的水听器，其特征在于，还包括位于主体上的每个端部上的插塞，以便保持主体在缆线上的径向和轴向定位。

13.如权利要求12所述的水听器，其特征在于，插塞保持主体和缆线之间的接触最小。

14.如权利要求12所述的水听器，其特征在于，还包括该主体的每个端部和缆线之间的密封环。

15.一种地震勘测拖缆，具有沿拖缆隔开定位的多个水听器，多个水听器的每个水听器包括保持对地震勘测信号敏感的至少一个有源元件的柔性主体，该主体包括多个轴向定向的通道，在多个通道的每个通道内限定至少一个凹井，至少一个有源元件保持在其各自通道内的至少一个凹井内；

每个水听器中的至少一个有源元件通过具有相对端部的相应安装板而加以支承；以及

用于将拖缆应力与每个有源元件隔离的装置包括位于相应安装板的每个相对端部上的护套以及靠近安装板的每个端部并且在该安装板的每个端部上保持护套的安装支架。

16.如权利要求15所述的拖缆，其特征在于，所述至少一个有源元件是以如下方式而收纳于多个通道内的：每个通道内均收纳着有源元件。

17.如权利要求16所述的拖缆，其特征在于，还包括靠近有源元件的腔室内的开室泡沫体。

18.如权利要求15所述的拖缆，其特征在于，有源元件包括压电元件。

19.如权利要求15所述的拖缆，其特征在于，有源元件包括光学元件。

20.一种位于地震勘测拖缆上的水听器，水听器包括：

轴向定向的柔性塑料主体，包括多个轴向定位的通道，在多个通道的每个通道内限定至少一个凹井；

在多个通道的每个通道内的至少一个凹井中通过主体支承并且 对于地震勘测信号敏感的至少一个有源元件；以及

用于将拖缆的应力与有源元件隔离的装置；

其中每个有源元件通过具有相对端部的相应安装板支承；

用于将拖缆应力与每个有源元件隔离的装置包括位于相应安装板的每个相对端部上的护套以及靠近安装板的每个端部并且在该安装板的每个端部上保持护套的安装支架。

21.如权利要求20所述的水听器，其特征在于，用于将拖缆的应力与有源元件隔离的装置包括将有源元件连接到主体上的非刚性安装件。

22.如权利要求21所述的水听器，其特征在于，有源元件包括压电元件。

23.如权利要求20所述的水听器，其特征在于，用于将拖缆的应力与有源元件隔离的装置包括主体和缆线之间的闭室泡沫体。 

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