專利名稱：柔性水聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種在用于地震勘測的船只之后拖入水中的地震勘測拖纜，并且更特別是涉及非流體填充的地震勘測拖纜的領(lǐng)域。尤其特別是，本發(fā)明涉及一種包括保持多個(gè)有源元件的水聽器主體的水聽器，其中水聽器的主體由柔性或柔軟的材料形成。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代水下地震勘測拖纜系統(tǒng)中，船只拖曳支承有大量傳感器的長纜線。這種系統(tǒng)的最新成果同時(shí)集中在使得這些纜線重量輕、耐用并容易制造和維護(hù)，以及對(duì)于所感興趣的聲音信號(hào)敏感，而相對(duì)不受噪音的影響。這些成果導(dǎo)致授予本發(fā)明的相同受讓人的美國專利NO.6128251中所披露的改進(jìn)。
在NO.6128251中，披露一種包括在內(nèi)部纜線內(nèi)的實(shí)心水下地震勘測纜線、環(huán)繞織造強(qiáng)力構(gòu)件、被覆泡沫體懸浮層以及封裝外套的結(jié)構(gòu)。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長通道形成在被覆懸浮層內(nèi)，并且一個(gè)或多個(gè)壓電元件安裝在通道內(nèi)。通道的細(xì)長形式增大了聲音開口，以便改善地震勘測信號(hào)的接收。
對(duì)該專利中披露的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步測試證實(shí)了這里披露的結(jié)構(gòu)的有效性，并且造成某種改進(jìn)和優(yōu)化，這些是本發(fā)明的重點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中公知的許多缺陷通過美國專利NO.6853604披露的結(jié)構(gòu)來解決，該專利結(jié)合于此作為參考。但是這些改進(jìn)和優(yōu)化正在繼續(xù)。
更特別是，我們發(fā)現(xiàn)在纜線在船只上卷繞在纜線卷筒上時(shí)，所述實(shí)心水下地震勘測纜線在水聽器的端部處受到極大的應(yīng)力。這大部分由于該主體是剛性的并且纜線在圍繞卷筒卷繞時(shí)在主體的每個(gè)端部處形成尖銳折彎的事實(shí)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種極大的應(yīng)力造成纜線的過早失效。本發(fā)明針對(duì)解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些和其它缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供其主體由柔性塑料材料形成的水聽器來克服現(xiàn)有技術(shù)實(shí)心水下地震勘測拖纜的這些和其它缺陷。如這里使用那樣，術(shù)語“柔性”指的是如這里描述那樣指的是一種材料，該材料在成形時(shí)進(jìn)行彎曲，以便與進(jìn)行海洋地震勘測操作的船只上的纜線卷筒的曲率半徑相符。
但是，在開發(fā)新型柔性水聽器過程中，已經(jīng)注意到多個(gè)新問題。這些新問題涉及到水聽器的有源元件與纜線的強(qiáng)力構(gòu)件的應(yīng)力隔離以及來自于拖纜以及纜線周圍環(huán)境的噪音隔離。
本發(fā)明通過從保持傳感器元件的柔性水聽器提供至少三級(jí)應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)隔離來克服了現(xiàn)有技術(shù)中的這些和其它問題。第一級(jí)應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)隔離與有源元件在水聽器主體上的安裝相關(guān)。
柔性水聽器包括多個(gè)通道，最好四個(gè)這樣的通道，其中一個(gè)或多個(gè)有源元件位于每個(gè)通道內(nèi)。通道適用于接收安裝在安裝硬件上的有源元件。安裝硬件可包括懸掛有源元件的柔性、橡膠護(hù)套，由此允許水聽器柔曲，而不將所述運(yùn)動(dòng)引入有源元件。護(hù)套還消除了從主體到有源元件的膨脹波和橫向波。除了護(hù)套之外，開口端的套管或自模制安裝凸緣可以設(shè)置在用于有源元件的安裝件上，在通道內(nèi)將有源元件懸掛該安裝件上。
本發(fā)明的柔性水聽器還包括位于通道內(nèi)的開室泡沫體，以便減小用來填充通道的流體晃動(dòng)。通道內(nèi)流體晃動(dòng)趨于產(chǎn)生可能被有源元件接收的另外的噪音分量。最后，有源元件準(zhǔn)確地定位在通道的中點(diǎn)處，使得有源元件位于水聽器通道內(nèi)的軸向壓力波的零點(diǎn)處。
第二級(jí)隔離與水聽器主體與纜線隔離相關(guān)。柔性水聽器主體與下面的纜線隔開一個(gè)空間，在該空間中填充閉室泡沫體。主體還位于柔性密封環(huán)上，以便進(jìn)一步緩沖從纜線到主體的振動(dòng)。最后，插塞定位在主體的每個(gè)端部處，以便保持主體的徑向和軸向位置，并且插塞具有一對(duì)整體形成的凸肋，以便保持纜線和主體之間的接觸區(qū)域最小。
有源元件與應(yīng)力和噪音的第三級(jí)隔離與噪音從懸浮泡沫體和拖纜的外套到有源元件的傳播相關(guān)。錨固件模制在纜線上，并且開口環(huán)可動(dòng)地連接到錨固件和主體之間的纜線上。開口環(huán)的外表面不粘接到外套的內(nèi)表面上。錨固件和柔性開口環(huán)起到如下作用，即可以吸收來自于懸浮泡沫體和外套的噪音和振動(dòng)，并且基本上不傳播到柔性主體和有源元件上。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從以下詳細(xì)描述以及附圖中將容易明白本發(fā)明的這些和其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


通過可以獲得并詳細(xì)理解本發(fā)明的所述特征、優(yōu)點(diǎn)和目的的方式，參考附圖中所示的實(shí)施例，可以獲得以上簡單概括的本發(fā)明的更加特定的描述。
圖1是采用本發(fā)明的水下地震勘測系統(tǒng)的總體示意圖；圖2是本發(fā)明柔性水聽器的透視圖；圖3是水聽器主體一部分的側(cè)視截面細(xì)節(jié)圖，表示有源元件在主體中的安裝情況；圖4是安裝有源元件的凹井處的主體的端視截面圖；圖5A是水聽器的組裝視圖的透視圖，而圖5B是水聽器的分解透視圖，表示本發(fā)明的應(yīng)力隔離特征；圖6是主體的側(cè)視截面圖，表示組裝到拖纜上的水聽器的元件；圖7是懸浮泡沫體和柔性主體之間的拖纜區(qū)域的詳細(xì)截面圖；以及圖8是本發(fā)明水聽器中所采用的光學(xué)元件的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1表示包括拖曳拖纜12的船只10的基本水下系統(tǒng)的視圖。拖纜具有多個(gè)與其相關(guān)的輔助設(shè)備，例如深度控制裝置，這些設(shè)備未示出以便簡化圖1。
拖纜12還包括沿著拖纜隔開的多個(gè)水聽器14。如這里使用那樣，術(shù)語“水聽器“指的是對(duì)地震勘測信號(hào)敏感的有源元件以及保持有源元件的支承主體(或結(jié)構(gòu))。有源元件通常包括壓電元件，但是還可包括光學(xué)元件、微加工電子機(jī)械傳感器元件和類似元件。
水聽器14和浮力材料密封在最好由聚氨酯制成的外套16內(nèi)，以便提供平滑外觀，由此減小流動(dòng)噪音。在地震勘測操作中，拖纜12從纜線卷筒18放出，并且一旦完成操作，拖纜12卷繞返回纜線卷筒18。
在現(xiàn)有技術(shù)中，每個(gè)水聽器14通常包括支承有源元件的主體，并且該主體由例如鋁或硬的玻璃強(qiáng)化塑料的剛性材料制成。因此在纜線卷繞在船只上的纜線卷筒上時(shí)，主體不能彎曲，并且大的應(yīng)力在水聽器14的任一端部處施加在纜線上。本發(fā)明通過提供塑料柔性水聽器主體來解決現(xiàn)有技術(shù)中的這種問越。但是，由于水聽器主體由塑料、柔性材料制成，某些噪音的影響變得顯著。
在圖2中表示本發(fā)明的柔性水聽器20(與圖1的水聽器14相對(duì)應(yīng))。雖然也可以使用成形該主體的其它技術(shù)，水聽器20最好包括模制塑料主體22。主體22包括多個(gè)軸向定向的通道24，并且每個(gè)通道可限定一個(gè)或多個(gè)凹井26，凹井26中最為中心的凹井26’保持懸掛其中的有源元件28。因此，如圖2所示，水聽器20最好包括四個(gè)軸向定向的通道。如果需要，雖然可以設(shè)置多個(gè)凹井，最好是，沿著通道設(shè)置中心定位的一個(gè)凹井。另外，有源元件徑向定位在四個(gè)象限的每個(gè)象限處，并且有源元件準(zhǔn)確地中心定位在該主體上。
現(xiàn)在參考圖2和3，安裝在凹井26’內(nèi)的是有源元件30。有源元件30可包括粘接到封閉的六面中空箱體34內(nèi)的壓電材料32，其方式類似于所述的美國專利NO.6863604。有源元件還可包括光學(xué)元件(例如見圖8)；如美國專利NO.6863604所述的微加工電子機(jī)械轉(zhuǎn)換器；或D對(duì)于地震勘測信號(hào)作出響應(yīng)的其它裝置。另外，有源元件安裝板可用作箱體34的頂部。
箱體34繼而安裝在安裝板36上，如圖3清楚所示。柔性、橡膠護(hù)套38可拆卸地靠近板36的每個(gè)端部放置。可以使用靠近板36的端部的開口端套管或自模制凸緣來代替護(hù)套，以便實(shí)現(xiàn)相同的效果。無論圖3所示的護(hù)套還是其它裝置，本發(fā)明提供用于有源元件的“非剛性”安裝，從而將有源元件與水聽器內(nèi)的應(yīng)力和振動(dòng)隔離。如這里使用那樣，術(shù)語“非剛性”指的是在始終安裝的情況下允許有源元件相對(duì)于主體運(yùn)動(dòng)(即不是剛性連接)的事實(shí)(與允許在流體容積內(nèi)懸浮的公知元件相比)。因此，本發(fā)明的特征在于在通過護(hù)套或其它支承件柔性保持的相對(duì)厚、剛性板36上支承有源元件的事實(shí)，使得由于拖纜柔曲造成的振動(dòng)和噪音不經(jīng)由安裝件傳播到有源元件。
護(hù)套在安裝支架40的爪內(nèi)安裝在有源元件的每個(gè)端部處。一組螺釘42將有源元件30固定在主體22上。套筒72進(jìn)行安裝(見圖6)，并且安裝有有源元件的整個(gè)通道填充流體或封裝材料。最好是，開室泡沫體在有源元件30的任一側(cè)上填充在通道內(nèi)。本發(fā)明的這種特征減小了流體的晃動(dòng)，而這種晃動(dòng)產(chǎn)生施加在有源元件上的噪音。
注意到安裝支架40包括一起限定保持護(hù)套38的所述爪的上部板44和下部板46。下部板46可靠地靜置在形成在凹井26的底部內(nèi)的凹口48內(nèi)。還注意到護(hù)套38將有源元件與沿著主體傳播的應(yīng)力和振動(dòng)隔離，同時(shí)使得有源元件自由響應(yīng)拖纜周圍水內(nèi)的聲音信號(hào)。
該主體還包括深度限制按鈕50。當(dāng)纜線外側(cè)上的壓力增加時(shí)，下壓深度限制按鈕。在預(yù)定深度處，環(huán)境壓力下壓按鈕50，由此短路水聽器的信號(hào)導(dǎo)體，并且水聽器將不再工作。
圖4表示穿過凹井26的主體的端視截面圖。如上所述，主體包括四個(gè)通道，每個(gè)通道具有多達(dá)三個(gè)凹井。整個(gè)水聽器通過水聽器套筒52覆蓋。但是在套筒52與通道相遇的位置處，我們發(fā)現(xiàn)在通道邊緣處存在由套筒振動(dòng)產(chǎn)生的自身噪音現(xiàn)象。為了消除這種自身噪音，該邊緣應(yīng)該各自包括斜切部54。另外，套筒最好熱焊接到通道之間的主體上。
如上所述，本發(fā)明還將拖纜的應(yīng)力與水聽器元件隔離。本發(fā)明的這種特征在圖5A、5B和6中清楚示出。
圖6表示其中安裝有源元件30的水聽器20的側(cè)視截面圖。主體22在每個(gè)端部上位于柔性和高度柔曲的密封環(huán)60上，并且密封環(huán)在水聽器20和纜線束62之間保持一個(gè)空間64。空間64填充柔性干燥閉室泡沫體，以便從該空間中排除所有流體，從而緩沖從纜線束到水聽器主體的應(yīng)力和振動(dòng)。閉室泡沫體可包括片狀泡沫體，片狀泡沫體切割成一定尺寸，并且圍繞纜線束卷繞。作為選擇，空間64內(nèi)的泡沫體可通過將組成化學(xué)品注入空間64內(nèi)來現(xiàn)場制備，其中出現(xiàn)反應(yīng)以便產(chǎn)生泡沫體。
纜線束以現(xiàn)有技術(shù)公知的方式包括電力和數(shù)據(jù)導(dǎo)體、一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)力構(gòu)件以及填充材料。主體22通過一對(duì)熱塑橡膠插塞66徑向和縱向保持就位。插塞66限定與纜線束62鄰靠接觸的一對(duì)環(huán)形環(huán)件68。這種特征提供用于主體的實(shí)體安裝，同時(shí)使得用于振動(dòng)和噪音從纜線束62傳導(dǎo)到水聽器主體的接觸區(qū)域最小。
插塞66還限定減小直徑的臺(tái)階70。臺(tái)階接收將有源元件30封閉在通道容積74內(nèi)的水聽器套筒72。這種通道容積74繼而部分通過所述的開室緩沖泡沫體填充，以便減小填充緩沖泡沫體的流體的晃動(dòng)。接合空腔接著填充疏水性凝膠，以便在外套損壞的情況下防止主體和纜線束之間的海水遷徙。
圖7表示本發(fā)明的另一噪音隔離特征。如上所述，插塞66相對(duì)于下面的纜線束62在所選徑向和軸向位置上保持主體。通過提供一對(duì)環(huán)形接觸環(huán)68來使得插塞和纜線束之間的接觸區(qū)域最小。插塞還支承水聽器套筒72的端部。整個(gè)配置通過外套80包圍，外套作為拖纜的平滑外表面。
錨固件82模制在纜線束62上，并且剛性固定其中。另外，外套80粘接在錨固件上。柔性開口環(huán)84位于錨固件和插塞之間的纜線束上。開口環(huán)不粘接在纜線束或外套上。通過固定錨固件減小通過懸浮泡沫體和外套傳播的振動(dòng)和軸向應(yīng)力。柔性開口環(huán)接著用作振動(dòng)吸收器，以便進(jìn)一步減小傳播到水聽器主體的振動(dòng)和應(yīng)力。
最后圖8表示當(dāng)前優(yōu)選的光學(xué)元件80的透視圖，光學(xué)元件80可以用于本發(fā)明有源元件中，并且在美國專利NO.6049511中描述和說明，該專利結(jié)合于此作為參考。光學(xué)元件包括頂部隔膜構(gòu)件82和底部隔膜構(gòu)件84。頂部隔膜構(gòu)件82包括隔膜86和限定環(huán)形凹槽90以便接收光學(xué)纖維92的卷繞的多個(gè)突片88。
當(dāng)隔膜86在壓力影響增加的情況下向下柔曲時(shí)，突片88向外轉(zhuǎn)動(dòng)，拉伸纖維92。這種作用提供杠桿動(dòng)作的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于隔膜的給定動(dòng)能來說，拉伸纖維。以此方式拉伸纖維增加光線通過光纖的光學(xué)路徑長度，并且這種動(dòng)作調(diào)節(jié)施加在光學(xué)元件上的地震勘測信號(hào)。應(yīng)該理解到可以在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)使用其它形式和模式的有源元件。
在以上說明書中，已經(jīng)描述了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實(shí)施例和操作模式。不能認(rèn)為本發(fā)明局限于所披露的特定形式，這是由于這些特定形式只是示例性的，而沒有限制含義。此外，本領(lǐng)域菩普通技術(shù)人員可進(jìn)行變型和改型，而不偏離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種水聽器，包括軸向定向的柔性塑料主體；以及通過主體支承并且對(duì)于地震勘測信號(hào)敏感的至少一個(gè)有源元件。
2.如權(quán)利要求1所述的水聽器，其特征在于，還包括主體內(nèi)的多個(gè)通道。
3.如權(quán)利要求2所述的水聽器，其特征在于，還包括多個(gè)通道的每個(gè)通道內(nèi)的有源元件。
4.如權(quán)利要求2所述的水聽器，其特征在于，還包括多個(gè)通道的每個(gè)通道內(nèi)的多個(gè)有源元件。
5.如權(quán)利要求4所述的水聽器，其特征在于，還包括靠近有源元件的腔室內(nèi)的開室泡沫體。
6.如權(quán)利要求1所述的水聽器，其特征在于，有源元件包括壓電元件；支承壓電元件的中空箱體；支承中空箱體的安裝板，安裝板具有相對(duì)端部；位于安裝板的相對(duì)端部的每個(gè)端部上的護(hù)套；以及離開安裝板靠近每個(gè)端部并在板的每個(gè)端部上保持護(hù)套的安裝支架。
7.如權(quán)利要求1所述的水聽器，其特征在于，有源元件包括光學(xué)元件。
8.如權(quán)利要求1所述的水聽器，其特征在于，有源元件包括微加工電子機(jī)械壓力檢測元件。
9.如權(quán)利要求6所述的水聽器，其特征在于，安裝支架包括限定保持護(hù)套的一組爪的上部板和下部板。
10.如權(quán)利要求9所述的水聽器，其特征在于，還包括位于每個(gè)凹井內(nèi)以便接收安裝支架的下部板的凹口。
11.如權(quán)利要求1所述的水聽器，其特征在于，每個(gè)通道限定邊緣，并且還包括位于該邊緣上的斜切部。
12.如權(quán)利要求1所述的水聽器，其特征在于，主體安裝在纜線，并且還包括主體和纜線之間的閉室泡沫體。
13.如權(quán)利要求12所述的水聽器，其特征在于，還包括位于主體上的每個(gè)端部上的插塞，以便保持主體在纜線上的徑向和軸向定位。
14.如權(quán)利要求13所述的水聽器，其特征在于，插塞保持主體和纜線之間的接觸最小。
15.如權(quán)利要求13所述的水聽器，其特征在于，還包括該主體的每個(gè)端部和纜線之間的密封環(huán)。
16.一種地震勘測拖纜，具有沿拖纜隔開定位的多個(gè)水聽器，多個(gè)水聽器的每個(gè)水聽器包括保持對(duì)地震勘測信號(hào)敏感的至少一個(gè)有源元件的柔性主體。
17.如權(quán)利要求16所述的拖纜，其特征在于，還包括主體內(nèi)的多個(gè)通道。
18.如權(quán)利要求17所述的拖纜，其特征在于，還包括多個(gè)通道的每個(gè)通道內(nèi)的有源元件。
19.如權(quán)利要求18所述的拖纜，其特征在于，還包括靠近有源元件的腔室內(nèi)的開室泡沫體。
20.如權(quán)利要求16所述的拖纜，其特征在于，有源元件包括壓電元件。
21.如權(quán)利要求16所述的拖纜，其特征在于，有源元件包括光學(xué)元件。
22.一種位于地震勘測拖纜上的水聽器，水聽器包括軸向定向的柔性塑料主體；以及通過主體支承并且對(duì)于地震勘測信號(hào)敏感的至少一個(gè)有源元件；以及用于將拖纜的應(yīng)力與有源元件隔離的裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的水聽器，其特征在于，用于隔離應(yīng)力的裝置包括將有源元件連接到主體上的非剛性安裝件。
24.如權(quán)利要求23所述的水聽器，其特征在于，有源元件包括通過具有相對(duì)端部的安裝板支承的壓電元件；用于隔離應(yīng)力的裝置包括位于安裝板的每個(gè)相對(duì)端部上的護(hù)套以及離開安裝板靠近每個(gè)端部并且保持板的每個(gè)端部上的護(hù)套的安裝支架。
25.如權(quán)利要求22所述的水聽器，其特征在于，用于隔離應(yīng)力的裝置包括主體和纜線之間的閉室泡沫體。
全文摘要
一種水聽器包括由柔性塑料材料形成的主體。主體包括多個(gè)通道，并且每個(gè)通道具有一個(gè)或多個(gè)凹井。凹井適用于接收包括安裝硬件的有源元件。安裝硬件包括柔性橡膠護(hù)套或懸掛有源元件的其它裝置，由此使得主體柔曲，而不將該運(yùn)動(dòng)引入有源元件。
文檔編號(hào)G01V1/38GK1912654SQ200610114818
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月10日
發(fā)明者M·L·馬普爾斯, J·斯帕克曼, C·W·貝爾克納普, P·D·溫茨萊爾, R·E·弗奇 申請人:舍塞爾公司