DE2521449A1

DE2521449A1 - Empfaengereinrichtung kontinuierlichen aufbaus

Info

Publication number: DE2521449A1
Application number: DE19752521449
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Dubois
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-11-27
Also published as: BE828710A; JPS50159772A; DE2521449C2; JPS6038227Y2; GB1505664A; FR2271733A1; NL7505833A; SE398012B; DK144606B; US4245329A; SE7505652L; AU8130775A; ES437751A1; DK144606C; SU638287A3; IT1038186B; FR2271733B1; DK217775A; JPS60576U; NO751646L

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfängereinrichtung großer Länge und kontinuierlichen Aufbaus.

Der Stand der Technik auf dem Gebiet der (Meßwert)geber großer Länge und kontinuierlichen Aufbaus läßt sich durch die US-Patentschrift 2 649 579 beschreiben, die einen Detektor für seismische Wellen der kapazitiven Bauart zum Gegenstand hat, der für die seismische Prospektion zu Lande verwendbar ist.

Er umfaßt eine längliche Hülle, die geschlossen und abgeflacht ist und mit zwei einander gegenüberstehenden i'lächen versehen ist, die innen fest mit zwei nachgiebigen Elektroden verbunden sind, welche unter Abstand zueinander durch in die Hülle eingeblasene Luft gehalten werden., Die seismischen Bewegungen, die der Erdoberfläche, auf der der Detektor ruht, erteilt werden, modifizieren den Abstand der beiden Elektroden und erzeugen somit zwischen

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ν b 2 1 4 4

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sich eine ^.ektrische Spannung. Die "beiden Elektroden lassen sich vorspannen, indem man sie mit den Klemmen eines Spannungsgenerators verbindet.

Die Empfängeranordnung nach der Erfindung läßt sich für Messungen von Druckänderungen aufgrund seismischer Vibrationen im Meer wie zu Lande verwenden.

Sie umfaßt wenigstens ein empfindliches Element mit zwei Elektroden aus einem leitenden Material, die zu beiden Seiten eines verformbaren Elementes angeordnet sind, welches eine permanente elektrische Vorspannung aufweist. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß jede empfindliche Anordnung ein kompressibles und elektrisch isolierendes Element umfaßt, welches zwischen dem verformbaren Element und wenigstens einer der Elektroden angeordnet ist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Figur 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung von flacher Gestalt zeigt;

Figur 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung flacher Gestalt;

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Geber oder Empfänger der Figur 2;

Figur 4 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung in Form von Stapelanordnungen gleicher Polarität;

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung in Form einer Stapelung von Elementen entgegengesetzter Polarität;

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I¹Ig. 6 zeigt schematisch eine Variante der Vorrichtung mit zwei empfindliehen ihren Bewehrungen zugeordneten Elementen gleicher Polarität, die zu beiden Seiten eines isolierenden Bandes "befestigt und in Reihe geschaltet sind;

i'ig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante, wonach die empfindlichen Elemente die gleiche Anordnung wie nach Pig. 6 aufweisen und wobei die Bewehrungen parallel geschaltet sind;

Pig. 8 zeigt einen Schnitt durch eine 5.Ausführungsform, wobei die verschiedenen Elemente zylindrische Gestalt aufweisen;

I'ig. 9 ist ein Schnitt durch eine 6.Ausführungsform, wobei eine der Bewehrungen sowie die beiden Elemente auf eine zylindrische Bewehrung gewickelt sind;

I'ig. 10 zeigt schematisch eine 7.Ausführungsform der Vorrichtung mit Anordnungen des in den Figuren 1 oder 2 gezeigten Typs, die spiralförmig mit entgegengesetzter Steigung gewickelt sind.

Pig. 11 zeigt schematisch eine Variante zu der in den I'ig. 1 oder 2 gezeigten Ausführungsform, die besonders für eine Verwendung zu Lande ausgelegt ist;

Pig. 12 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante der in den Pig. 1 oder 2 gezeigten Anordnung von variabler Breite; und

Pig. 13 zeigt schematisch einen Geber der in Pig. 9 dargestellten Art, wobei die beiden Elemente und eine der Bewehrungen spiralförmig mit variabler Steigung gewickelt sind.

Der in Pig. 1 dargestellte Geber bzw. Empfänger umfaßt eine Anordnung 1 aus drei flachen länglichen Elementen, deren Länge sehr viel größer als ihre Breite ist. iir umfaßt eine erste Bewehrung bestehend aus einem Band oder einem metallischen

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Stromband bzw. Beflechtung 2, mit der fest ein Element aus einem elektrisch isolierenden Material verbunden ist. Der Aufbau dieses Elementes ( oder des es bildenden Materials) ist derart gewählt, daß es kompressibel ist, d. h., daß sein Volumen variiert, wenn es Beanspruchungen ausgesetzt ist. Beispielsweise kann man ein isolierendes Element in Gitterform, beispielsweise ein perforiertes Band, das aber auch durch Weben hergestellt sein kann, wählen.

Das isolierende Element ist von einem verformbaren Element 4 überdeckt, welches eine permanente elektrische •Vorspannung oder Polung aufweist, Man wählt beispielsweise ein Element aus einem Material von dem Syp, der unter dem Namen "Elektret" bekannt geworden ist. Dieses Material erhält man beispielsweise, indem man Bänder mit einer Dicke zwischen 8 und 25 Mikron vorspannt bzw. vormagnetisiert, die aus einem Kunststoffmaterial vom Typ Polypropylen, P₀S.5¹.E., Polyäthylen-Terephtalat etc. hergestellt sind. Diese "Vorspannung" oder Polarisation erhält man durch Elektronenbeschuß durch Anlegen eines elektrischen Feldes, wobei das Material bis in die Nähe des Erweichungspunktes durch Coronaeffekt, durch Ultraviolettbestrahlung etc. erwärmt wird.

Das "Elektret"-Band selbst ist von einer metallisierten Schicht 5, die eine zweite Bewehrung bildet, abgedeckt.

Wenn mechanische Beanspruchungen auf die · tapelanordnung aus den drei Elementen I₉ 2 und 5 ausgeübt werden, verschiebt sich das "Elektret"-Band bezüglich der Bewehrungen und das innere elektrische Feld, welches es vorspannt oder "polarisiert", induziert hierin elektrische ladungen. Man beobachtet also Veränderungen in der elektrischen Spannung zwischen zwei Bewehrungen.

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Elektrische nicht dargestellte Leiter verbinden die
Bewehrungen mit den Aufzeichnungsvorrichtungen für die Spannungsänderungen, die über einen Transformator oder einen Vorveratärkeradapter, ebenfalls nicht dargestellt, ermittelt wurden.

Nach der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Anordnung 1 einen Stapel "bestehend aus einem "Elektret"-Band 4, von dem jede der Oberflächen
von zwei metallischenflachenBändern2, 6, die die Rolle einer Bewehrung spiel en ,durch zwei Bänder 3 a und 3 b
analog dem in Figur 1 dargestellten Band getrennt ist. Die Stapelung kann mit einer isolierenden Hülle 17 aus nachgiebigem Material abgedeckt sein.

Nach der dritten in Figur 4 dargestellten jiusführungsform kann man vorteilhaft drei Anordnungen 1 A, 1 B, 1 G, die gleich der in Figur 3 dargestellten Anordnung 1 sind,
stapeln und, allgemeiner eine beliebige Anzahl dieser
Anordnungen stapeln und sie in Reihe schalten.
Die Empfindlichkeit der Vorrichtung wird gesteigert,
während ihre Kapazität vermindert wird.

Andere Ausführungsformen des ü-ebers oder Empfängers sind dazu bestimmt, die iiachteile aufgrund von Durchbiegung zu "beheben. Wird ein nachgiebiger Geber oder Empfänger durchbogen, so erleiden gewisse Zonen Dehnungen und
andere Zusammendrückungen. Elektrische Ladungen werden in diesen Zonen erzeugt und stören die seismische Information.

Mach der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform sind zwei ü-eberanordnungen des in den Figuren 2 oder 3 dargestellten Typs einander zugeordnet und zu beiden Seiten eines Bandes 18 aus nachgiebigem isolierenden Material angeordnet. Für den Fall, daß die zu beiden Seiten des

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isolierenden Bandes/angeordneten Geber- oder Bmpfängeranordnungen mit diesem nicht starr verbunden sind, erleiden sie im wesentlichen die gleiche !Durchbiegung und liefern Ladungen gleichen Vorzeichens, wenn ihre Vorspannung oder Polarität in der gleichen Richtung orientiert ist. Um diese Störladungen zu annullieren, ist es also zweckmäßig, diese Polarität umzukehren, wie in Figur 5 dargestellt.

Zwei fest miteinander verbundene Geber erleiden, wenn sie einer Durchbiegung ausgesetzt sind, der eine eine Kompression, der andere eine Dehnung bzw. Längung und liefern elektrische Störladungen entgegengesetzten Vorzeichens. Die Polarität oder Vorspannung der beiden Geber muß also in diesem Fall die gleiche Orientierung aufweisen, damit die Störladungen sich annulieren. Dieser Fall ist in Figur 6 dargestellt, wo die .Bewehrungen in lieihe geschaltet sind und in Figur 7, wo die Bewehrungen parallel geschaltet sind.

Nach der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform hat die Geberanordnung zylindrische Gestalt. Beispielsweise weist sie die gleiche Stapelungsart von Elementen, wie in Figur 1 oder 2 beschrieben, auf. Von der Mitte zum Umfang hin umfaßt sie nacheinander einen mittigen Kern aus plastischem isolierendem nachgiebigem Material, der außen von einer nachgiebigen Bewehrung 7 abgedeckt ist, die aus einer Metallisierung der Außenfläche des mittigen Kerns 6 gebildet sind kann; dann ein erstes isolierendes Gitter 8, ein empfindliches Element vom Typ "Elektret" 9, ein zweites isolierendes Gitter 10, eine zweite leitende Bewehrung 11 und eine isolierende und nachgiebige Außenhülle 12.

Each der in Figur 9 dargestellten Ausführungsform wird die aus der Stapelung des isolierenden Gitters 2, des

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"Elektret"-Bandes 5 und der metallisierten Schicht 4 (siehe Figur 1) gebildete Stapelung entsprechend einer Spirale mit konstanter Steigung auf einen mittigen Kern 13 zylindrischer Gestalt aus leitfähigem Material gewickelt.

Der in Figur 10 dargestellte Geber oder Empfänger umfaßt im wesentlichen einen zylindrischen isolierenden !Lern I4, um den eine Geber- oder Empfängeranordnung 15 von dem in den Figuren 1 oder 2 dargestellten Typ gewickelt ist. Diese Anordnung ist von einem isolierenden Element, beispielsweise einem Band 16 isolierende η Materials umgeben, welches durch Y/icklung der Geberanordnung 15 überlagert ist. Eine zweite Geber- oder Empfängeranordnung 17, gleich der Anordnung 15 ist spiralförmig mit umgekehrtem Wicklungssinn zur vorhergehenden Anordnung auf das isolierende Band gewickelt. Die Bewehrungen der beiden Geber- oder Empfängeranordnungen 15 und 17 sind über Ringe 19 a, 19 b, 20 a, 20 b parallel geschaltet und mit einem nicht dargestellten Meßkreis verbunden.

Der Aufbau nach dieser Ausführungsform hat den Vorteil, daß sich eine doppelte Kompensation der Effekte aufgrund von Durchbiegung einstellt: einerseits entsprechen!dem in Figur 5 dargestellten Prinzip durch Bewehrungen mit entgegengesetzter Polarität und andererseits aufgrund der Tatsache, daß für eine gegebene Länge der Einrichtung in Biegebewegung ein und die gleiche Anzahl von Windungsbruchteilen auf Zug wie auf Kompression arbeitet. Die Anzahl der Windungen ist selbstverständlich nicht als begrenzend anzusehen. Allgemein können ein oder mehrere Geberanordnungen um den Kern 14 gewickelt sein und in der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Art verbunden werden.

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Die vorher "beschriebenen Ausführungsformen der Geber sind besonders für Messungen in Wasser geeignet.

Der Geber oder Empfänger kontinuierlichen Aufbaus nach der Erfindung kann äedoeh auf eine Anwendung zu Lande, wie dies Figur 11 erkennen läßt, angepaßt werden.

In diesem Fall verwendet man eine Geber- oder Empfängeranordnung flacher Gestalt von dem in den Figuren 1, 2, 4 oder 5 dargestellten Typs man ordnet auf einer seiner Oberflächen kleine Massen 21, beispielsweise aus Blei, an, die dazu bestimmt sind, eine Eeaktionskraft zu bilden, die es ermöglicht, die auf Empfänger oder Geber übertragenen Geschwindigkeitsänderungen des Erdbodens in Kraftänderungen und somit Druckänderuiigen umzuformen _t _mit denen der Geber oder Empfänger beaufschlagt wird. Darüber hinaus erleichtern diese Massen den Kontakt des Gebers oder Empfängers mit dem Erdboden. Diese kleinen Massen können beispielsweise unter der nachgiebigen Hülle 17, welche sie hält, angeordnet sein.

Man kann auch den Geber oder Empfänger derart ausgestalten, daß seine Empfindlichkeit an seinen unterschiedlichen Zonen als Funktion der Entfernung dieser Zonen von der Mitte der Vorrichtung gewicht et oder ausgeglichen wird, um seine Richtcharakteristik zv. verbessern. Beispielsweise läßt man im Falle einer Geber- oder Empfängeranordnung in Bandform die Breite dieses Bandes variieren, welches beispielsweise gegen die Mitte des Gebers oder Empfängers breiter ist als an seinen Enden (siehe beispielsweise Figur 12).

Im Falle eines Gebers oder Empfängers zylindrischer Gestalt kann man den Wiclclungsscnritt bzw. die Wicklungssteigung der Geber- oder amp faseranordnung variieren

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lassen. Der Wicklungsschritt ist dann an den Enden der Geber- oder Impfängeranordnung größer als gegen die Mitte, wo man eine stärkere Konzentration der Windungen (.Figur 14) erhält.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsformen erläutert. Alles für die Erfindung nicht als wesentlich Erachtete wurde fortgelassen.

- Ansprüche -

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Claims

2521U9 Äff. 1498 ANSPRÜCHE

1. Empfängeranordnung kontinuierlichen Aufbaus für die seismische Prospektion mit wenigstens einer empfindlichen Anordnung mit zwei Elektroden aus einem leitfähigen Material, die au beiden Seiten eines verformbaren Elementes, das eine elektrische permanente Vorspannung oder Polarisation aufweist, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede empfindliche Anordnung ein kompressibles und elektrisch isolierendes Element aufweist, das zwischen dem verformbaren Element und wenigstens einer der Elektroden angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß jede empfindliche Anordnung eine bezüglich der größten Abmessung ihres Querschnittes große länge aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Element eine nachgiebige Bahn aus einem elastischen Material, das mit Ausnehmungen versehen ist, umfaßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Element eine nachgiebige Bahn aus einem gewebten Material umfaßt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1), gekennzeichnet durch mehrere empfindliche überlagerte Elemente, die elektrisch verbunden sind.

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6. Einrichtung nach Anspruch 1), gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar empfindlicher durch ein isolierendes Element getrennter Anordnungen, wobei die jeweiligen Elektroden der empfindlichen Anordnung von entgegengesetztem Vorzeichen bzw. von entgegengesetzter Polarität sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1), gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar empfindlicher Anordnungen, die steif mit einem nachgiebigen Träger verbunden sind, wobei die geweiligen Elektroden der beiden Anordnungen ein gleichsinniges Vorzeichen bzw. eine gleichsinnige Polarität aufweisen.

8. Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die empfindliche Anordnung zylindrische Gestalt aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine empfindliche Anordnung spiralförmig um einen mittigen Kern großer Länge aus nachgiebigem und elektrisch isolierenden Material gewickelt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß eine der Bewehrungen die Porin eines zylindrischen Kerns aufweist und daß das .!compressible Element, das polarisierte oder vorgespannte verformbare Element und die andere Elektrode spiralförmig um diesen Kern gewickelt sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 8), gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar empfindlicher Anordnungen, wobei die beiden Anordnungen eines Paares spiralförmig in entgegengesetztem Sinn um einen mittigen isolierenden Kern gewickelt sind.

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12. Einrichtung nach Anspruch I)₅ dadurch gekennzeichnet, daß die empfindliche Anordnung eiae geringere Breite an ihren Enden als in ihrer Mitte aufweist.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 8) und 9)₅ dadurch gekennzeichnet j äaß der Wiekluugsschritt oder die Wieklungssteigung der Anordnung iß der Mitte von Geber oder Empfänger geringer als an seinen Enden ist.

He Einrichtung aacli Anspruch I)₉ dadurch, gekennzeichnet, daß die diese Anordnung bildenden Elemente iron einer Hülle aus 3133511 iaaehgieoiiiea und elektriecb. Isolie— wenden Material ni

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