BR112016000514B1

BR112016000514B1 - Métodos para calibração de acelerômetro in situ

Info

Publication number: BR112016000514B1
Application number: BR112016000514-7A
Authority: BR
Inventors: Gustav Goran Mattias Südow
Original assignee: Pgs Geophysical As
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2023-02-07
Also published as: BR112016000514A8; WO2015004214A2; WO2015004214A3; US20150016216A1; AU2014289241A1; MY187611A; CA2917572C; EA033805B1; AU2014289241B2; CA2917572A1; US9568493B2; EA201690184A1; DK3019894T3; MX363206B; BR112016000514A2; EP3019894A2; EP3019894B1; MX2016000300A; CN105659112A

Abstract

MÉTODOS PARA CALIBRAÇÃO DE ACELERÔMETRO IN SITU. A presente invenção refere-se a métodos e sistemas para calibração de um acelerômetro (24) usado em um sensor geofísico enquanto posicionado na água. Uma modalidade pode incluir rebocar um cabo sismográfico (18) atrás de uma embarcação de pesquisa em um corpo de água (6), em que o cabo sismográfico (18) compreende um acelerômetro (24); fazer com que pelo menos uma porção do cabo sismográfico (18) torça; receber dados do acelerômetro (24) em uma pluralidade selecionada de momentos durante a torção; e, com base, pelo menos em parte, nos dados, determinar pelo menos um parâmetro de calibração do acelerômetro (24).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório n° US 61/844.650, depositado no dia 10 de julho de 2013, cuja descrição está incorporada no presente documento em sua totalidade a título de referência.

ANTECEDENTES

[002] As modalidades referem-se, geralmente, à pesquisa geofísica marinha e, mais particularmente, as modalidades se referem à calibração de um acelerômetro enquanto posicionado na água.

[003] As técnicas para pesquisa geofísica incluem pesquisa geofísica marinha, tais como pesquisa sísmica e pesquisa eletromagnética, em que os dados geofísicos podem ser coletados debaixo da superfície da Terra. A pesquisa geofísica tem aplicações na exploração e produção de mineral e de energia para ajudar a identificar localizações de formações que portam hidrocarboneto. Certos tipos de pesquisas geofísicas marinhas, tais como pesquisa eletromagnética ou sísmica, podem incluir rebocar uma fonte de energia a uma profundidade selecionada - tipicamente acima do fundo do mar - em um corpo hídrico. Um ou mais cabos sísmicos também podem ser rebocados na água em profundidades selecionadas - tipicamente acima do fundo do mar - pela mesma embarcação ou por uma diferente. Os cabos sísmicos são, tipicamente, cabos que incluem uma pluralidade de sensores geofísicos dispostos nos mesmos em localizações separadas ao longo do comprimento do cabo. Algumas pesquisas geofísicas localizam sensores nos cabos ou nós de fundo de oceano além, ou em vez de, cabos sísmicos. Os sensores geofísicos podem ser configurados para gerar um sinal que está relacionado a um parâmetro que é medido pelo sensor geofísico. Nos momentos selecionados, a fonte de energia pode ser atuada para gerar, por exemplo, energia eletromagnética ou sísmica que se desloca para baixo na rocha subterrânea. A energia que interage com as interfaces, geralmente nos contornos entre as camadas de formações de rochas, pode ser retornada em direção à superfície e detectada pelos sensores geofísicos nos cabos sísmicos. A energia detectada pode ser usada para inferir certas propriedades da rocha subterrânea, tal como estrutura, composição mineral e conteúdo fluido, fornecendo, desse modo, informação útil na recuperação de hidrocarbonetos.

[004] Os sensores geofísicos utilizados nos cabos sísmicos podem ser sensores de vetor. Os sensores de vetor também podem ser posicionados no cabo sismográfico conforme os sensores de rotação determinam a localização de cabo sismográfico, a velocidade, ou a orientação. Exemplos de sensores de vetor adequados incluem aqueles que compreendem acelerômetros. Em alguns casos, os acelerômetros podem ser os acelerômetros de múltiplos eixos geométricos. Em alguns casos, os acelerômetros podem utilizar uma estrutura com base microeletromecânica. Os acelerômetros podem, tipicamente, emitir um sinal acoplado de CC proporcional à aceleração aplicada ao dispositivo. Entretanto, o uso de acelerômetros pode ser problemático uma vez que os acelerômetros podem experimentar uma polarização de CC e um desvio de ganho, o que pode impactar de modo negativo o desempenho do sensor. Em alguns acelerômetros, o desalinhamento axial também pode ser uma preocupação. Os acelerômetros aprimorados que não apresentam essas desvantagens podem ser de custo altíssimo. Assim, existe uma necessidade de aprimorar os métodos de calibração que têm a capacidade de compensar as não idealidades dos acelerômetros.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] Esses desenhos ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente invenção e não podem ser usados para limitar ou definir a invenção.

[006] A Figura 1 mostra uma modalidade exemplificativa de um sistema de pesquisa geofísica marinha.

[007] A Figura 2 mostra uma modalidade exemplificativa de um acelerômetro montado em um cabo sismográfico com rotação local.

[008] A Figura 3 mostra uma modalidade exemplificativa de elipses ajustadas às projeções bidimensionais de dados de acelerômetro simulados.

[009] A Figura 4 mostra uma porção exemplificativa de um cabo sismográfico que tem sensores geofísicos e dispositivos de rotação de cabo sismográfico.

[0010] A Figura 5 mostra uma modalidade exemplificativa de elipses ajustadas às projeções bidimensionais para dados medidos a partir de um par de acelerômetros de múltiplos eixos geométricos.

[0011] A Figura 6 mostra uma modalidade exemplificativa de elipses ajustadas às projeções bidimensionais para dados de acelerômetro simulados antes e depois de calibração.

[0012] A Figura 7 mostra um exemplo de um sistema de computador que pode ser usado para implantar os métodos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] Deve-se compreender que a presente descrição não está limitada a dispositivos ou métodos particulares, que podem, evidentemente, variar. Deve-se compreender, também, que a terminologia usada aqui tem o propósito de apenas descrever somente as modalidades particulares e não pretende ser limitadora. Embora as modalidades individuais sejam discutidas, a invenção cobre todas as combinações de todas aquelas modalidades. Conforme usado no presente documento, as formas singulares "um", "uma", "o" e "a" incluem referências no plural, a menos que o contexto determine claramente o contrário. Além disso, a palavra "pode" é usada ao longo deste pedido em um sentido capacitante (isto é, que tem o potencial para, que tem a capacidade de), não em um sentido obrigatório (isto é, deve). O termo "inclui", e derivações do mesmo, significa "que inclui, mas não se limita a". O termo "acoplado" significa diretamente ou indiretamente conectado.

[0014] As modalidades se referem à calibração de um acelerômetro enquanto posicionado na água. Em particular, a calibração do acelerômetro pode ser realizada com base na torção mecânica do cabo sismográfico. Os parâmetros de calibração (por exemplo, ganho e polarização) extraídos a partir de dados reunidos durante a torção dos cabos sísmicos podem ser usados para a calibração de acelerômetro. De modo vantajoso, as técnicas de calibração podem ser empregadas enquanto o cabo sismográfico é posicionado e também podem ser relativamente rápidas na execução (por exemplo, cerca de 1 minuto ou menos). Além da extração do ganho e polarização, as modalidades também podem extrair o desalinhamento devido a um ou mais dos eixos geométricos de acelerômetro não serem perfeitamente ortogonais. Levando-se em consideração o desalinhamento, o erro devido à ausência de ortogonalidade pode ser reduzido. Além disso, a informação sobre a torção de cabo sismográfico também pode ser extraída, o que pode adicionar valor significativo ao método de calibração.

[0015] Em referência agora à Figura 1, um sistema de pesquisa geofísica marinha 2 é ilustrado de acordo com as modalidades exemplificativas. Conforme ilustrado, o sistema de pesquisa geofísica marinha 2 pode incluir uma embarcação de pesquisa 4 que se move ao longo da superfície de um corpo hídrico 6, tal como um lago ou oceano. A embarcação de pesquisa 4 pode incluir, na mesma, equipamento, mostrado, geralmente, em 8 e chamado, por conveniência, de "sistema de registro". O sistema de registro 8 pode incluir, tipicamente, dispositivos (nenhum mostrado separadamente) para a navegação da embarcação de pesquisa 4 (tal como receptores de sistema de posicionamento global ("GPS")), para atuar pelo menos uma fonte de energia 10 e/ou para registrar os sinais gerados pelos sensores 12.

[0016] O sistema de pesquisa geofísica marinha 2 pode incluir adicionalmente pelo menos uma fonte de energia 10. Conforme ilustrado, a embarcação de pesquisa 4 ou uma embarcação diferente (não mostrada) pode rebocar um cabo de fonte 13 que inclui a fonte de energia 10 através do corpo hídrico 6. Na modalidade ilustrada, a fonte de energia 10 é rebocada abaixo da superfície do corpo hídrico 6. Conforme ilustrado, a fonte de energia 10 pode ser abaixo da superfície do corpo hídrico 6 e acima do fundo da água 14, em que a fonte de energia 10 pode ser desconectada do fundo da água 14. A fonte de energia 10 pode ser qualquer fonte seletivamente atuável adequada para pesquisa geofísica marinha, o que inclui, sem limitação, uma pistola de ar sísmica, uma pistola de água, um vibrador marinho, um transmissor de campo eletromagnético ou um conjunto de tais dispositivos. Em algumas modalidades, a energia sísmica e/ou energia eletromagnética pode se originar da fonte de energia 10. A fonte de energia 10 pode ser rebocada em qualquer padrão adequado para pesquisa geofísica, incluindo um padrão ortogonal ou paralelo, ou, possivelmente, um padrão circular ou espiral. Nos momentos selecionados, a fonte de energia 10 pode ser acionada para gerar energia que se desloca para baixo através do corpo hídrico 6 e das formações de rochas 16 abaixo do fundo da água 14. Deve-se observar que, embora o presente exemplo mostre apenas uma única fonte de energia 10, a invenção é aplicável a diversas fontes de energia rebocadas pela embarcação de pesquisa 4 ou qualquer outra embarcação.

[0017] O sistema de pesquisa geofísica marinha 2 pode incluir adicionalmente um ou mais cabos sísmicos 18 rebocados pela embarcação de pesquisa 4 (ou outra embarcação) com o cabo sismográfico 18 que tem no mesmo, em posições longitudinalmente separadas, uma pluralidade de sensores 12. Na modalidade ilustrada, o cabo sismográfico 18 é mostrado como sendo rebocado pela embarcação de pesquisa 4 que se move na superfície do corpo hídrico 6. O cabo sismográfico 18 pode ser acoplado em sua extremidade frontal (em relação à direção de movimento da embarcação de pesquisa 4) a uma linha de orientação correspondente 20. Embora não mostrada, a linha de orientação 20 pode ser posicionada a partir da embarcação de pesquisa 4 por um guincho ou outro dispositivo de bobinamento similar, por exemplo, que pode ser usado para controlar o comprimento posicionado da linha de orientação 20. Nas modalidades alternativas, o cabo sismográfico 18 pode ser alternativamente posicionado no ou perto do fundo da água 14 ou rebocado por outra embarcação (não mostrada). Conforme outra alternativa, um ou mais cabos sísmicos adicionais (não mostrados) podem ser rebocados atrás da embarcação de pesquisa 4, rebocados atrás de outra embarcação (não mostrada), ou posicionados no ou perto do fundo da água 14. Deve-se observar que, embora o presente exemplo mostre apenas um único cabo sismográfico 18, a invenção é aplicável a diversos cabos sísmicos 18 rebocados pela embarcação de pesquisa 4 ou qualquer outra embarcação. Por exemplo, em algumas modalidades, oito ou mais cabos sísmicos 18 podem ser rebocados pela embarcação de pesquisa 4, enquanto em outras modalidades, cerca de vinte e seis ou mais cabos sísmicos 18 podem ser rebocados pela embarcação de pesquisa 4. Onde os múltiplos cabos sísmicos 18 estão posicionados, os cabos sísmicos 18 podem ser afastados lateralmente, verticalmente, ou tanto lateral quanto verticalmente. "Lateral" ou "lateralmente", no presente contexto, significa transversal à direção de movimento da embarcação de pesquisa 4.

[0018] Os sensores 12 podem ser qualquer tipo de sensor conhecido na técnica. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção dos sensores 12 pode ser de sensores geofísicos. Os exemplos não limitadores de tais sensores geofísicos podem incluir sensores sísmicos, tais como geofones, hidrofones, ou acelerômetros, ou sensores de campo eletromagnético, tal como eletrodos ou magnetômetros. Em algumas modalidades, os sensores geofísicos podem ser sensores de vetor, tais como acelerômetros e/ou magnetômetros. A título de exemplo, pelo menos uma porção dos sensores 12 pode gerar sinais de resposta, tais como sinais ópticos ou elétricos, em resposta à energia detectada emitida a partir da fonte de energia 10 após a energia ter interagido com as formações de rochas 16 abaixo do fundo da água 14. Os sinais gerados pelos sensores 12 podem ser comunicados ao sistema de registro 8. Além dos sensores geofísicos, pelo menos uma porção dos sensores 12 também pode ser de sensores de vetor que podem fornecer uma emissão que é representativa de, ou pode ser processada para determinar, a localização, velocidade ou orientação de cabo sismográfico. Os exemplos de sensores de vetor adequados podem incluir sensores de vetor de 2 ou 3 eixos geométricos, tal como acelerômetros de múltiplos eixos geométricos e magnetômetros de múltiplos eixos geométricos. O(s) tipo(s) e configurações dos sensores 12 não se destinam a limitar o escopo da invenção.

[0019] De acordo com uma modalidade da invenção, um produto de dados geofísicos pode ser produzido. O produto de dados geofísicos pode incluir dados geofísicos obtidos de um ou mais dos sensores 12 e pode ser armazenado em um meio legível por computador tangível não transitório. O produto de dados geofísicos pode ser produzido no mar (isto é, através de equipamento em uma embarcação) ou em terra (isto é, em uma instalação no solo) tanto dentro dos Estados Unidos quanto em um outro país. Se o produto de dados geofísicos for produzido no mar ou em um outro país, o mesmo pode ser importado em terra para uma instalação nos Estados Unidos. Uma vez em terra nos Estados Unidos, as análises geofísicas, incluindo processamento de dados adicional, podem ser realizadas no produto de dados geofísicos.

[0020] O cabo sismográfico 18 pode incluir adicionalmente dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22. Conforme ilustrado, o dispositivo de rotação de cabo sismográfico 22 pode ser disposto no cabo sismográfico 18 em localizações separadas. Em algumas modalidades, o dispositivo de rotação de cabo sismográfico 22 pode ter um espaçamento de cerca de 200 metros a cerca de 400 metros. Cada dispositivo de rotação de cabo sismográfico 22 pode fornecer torque rotacional para provocar sua rotação e, igualmente, a rotação da porção do cabo sismográfico 18 adjacente ao dispositivo de rotação de cabo sismográfico 22. Os dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 também podem ser usados, por exemplo, na regulação do comprimento de cabo sismográfico e posicionamento de cabo sismográfico lateral. Em algumas modalidades, os dispositivos de controle de profundidade e força lateral (LFD) podem ser usados como dispositivos rotacionais de cabo sismográfico 22. Os dispositivos de controle LFD podem ser qualquer um dentre uma variedade de diferentes dispositivos adequados para mudar a localização, velocidade, ou orientação e/ou posição de cabo sismográfico, incluindo "pássaros" que têm asas giratórias. Em um exemplo, os dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 podem incluir asas giratórias montadas em um corpo disposto em linha com o cabo sismográfico 18.

[0021] A Figura 2 ilustra um acelerômetro 24 montado em um cabo sismográfico 18, de acordo com modalidade exemplificativa. Conforme previamente descrito, o acelerômetro 24 pode ser incorporado no sensor 12 (consultar a Figura 1). Na modalidade ilustrada, o acelerômetro 24 é representado por seu sistema de coordenadas local (x, y, z). Conforme ilustrado, a força externa pode agir sobre o acelerômetro 24 resultando na rotação no acelerômetro 24. Na modalidade particular, a força externa pode ser o resultado de torção mecânica do cabo sismográfico 18. Embora não mostrados na Figura 2, os dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 podem ser usados para fornecer torque rotacional e provocar a torção de cabo sismográfico. Conforme ilustrado, θ é o ângulo de rolagem do acelerômetro 24 entre o eixo geométrico local z e o eixo geométrico global Z e Φ é o ângulo de guinada do acelerômetro 24 entre o eixo geométrico local x e o eixo geométrico global X.

[0022] O acelerômetro 24 pode ser um acelerômetro de múltiplos eixos geométricos. O acelerômetro 24 pode ser usado para detectar a aceleração em um, dois, ou três eixos geométricos ortogonais. Em algumas modalidades, o acelerômetro 24 pode ser formado por múltiplos sensores de eixo geométrico único. A título de exemplo, o acelerômetro 24 pode ser configurado para detectar a aceleração ao longo dos eixos geométricos y e z locais. Um acelerômetro adequado 24 pode ter saída analógica ou digital. Em algumas modalidades, a saída do acelerômetro 24 pode ser subsequentemente digitalizada. Em modalidades particulares, o acelerômetro 24 pode ser um acelerômetro de resposta de CC que emite um sinal acoplado de CC.

[0023] De acordo com as presentes modalidades, a calibração do acelerômetro 24 pode ser realizada com base na torção mecânica do cabo sismográfico 18. Em outras palavras, o cabo sismográfico 18 pode ser intencionalmente torcido ao longo de um comprimento selecionado para a calibração. Os sinais podem ser medidos pelo acelerômetro 24 enquanto o cabo sismográfico 18 é torcido. Os parâmetros de calibração podem, então, ser extraídos com base nos sinais medidos. Os parâmetros de calibração podem incluir ganho, polarização e desalinhamento. O ganho também pode ser referido como o "fator de escala". A polarização também pode ser chamada de "deslocamento". Os parâmetros de calibração podem, então, ser usados para compensar a fabricação ou outros erros no acelerômetro 24 para alcançar uma emissão mais precisa do acelerômetro.

[0024] Para um acelerômetro exemplificativo 24 detectar a aceleração ao longo dos eixos geométricos y2 e z2, a saída de acelerômetro 24 em seu sistema de coordenadas pode ser:

em que Z é o componente z da emissão do acelerômetro no momento, Y é o componente y da emissão do acelerômetro, bz é o deslocamento de canal para o componente z, by é o deslocamento de canal para o componente y,azé o fator de escala de canal para o componente z, ay é o fator de escala de canal para o componente y, εθ é o erro de alinhamento de vetor dos dois canais fora do eixo geométrico de cabo sismográfico, θ é o ângulo de rolagem entre o eixo geométrico local z e o eixo geométrico global Z, e Φ é o ângulo de guinada entre o eixo geométrico local x e o eixo geométrico global X.

[0025] O ângulo de rolagem θ pode ser determinado pela reordenação das equações acima e formam sua razão como se segue:

[0026] Diversas técnicas diferentes podem ser usadas para extração dos parâmetros de calibração. Em algumas modalidades, os parâmetros de calibração podem ser estimados utilizando uma projeção bidimensional dos sinais medidos em que uma elipse pode ser ajustada. A elipse pode ser inclinada e desviada. Para um acelerômetro de três eixos geométricos, uma projeção tridimensional pode ser feita para que um elipsoide possa ser ajustado. Os parâmetros de calibração podem incluir ganho, polarização e desalinhamento. Para estimar os parâmetros de calibração, um conjunto de dados pode ser adquirido para ajustar a elipse (ou elipsoide) e, assim, estimar os parâmetros de calibração. O conjunto de dados pode ser adquirido ao longo do tempo em que o ângulo de rolagem θ é variado. Para alcançar a calibração aprimorada e o ajuste aprimorado da elipse, os dados podem ser adquiridos em ângulos de rolagem diferentes θ. O conjunto de dados pode incluir os componentes x, y, e/ou z da saída de sensor. Em algumas modalidades, os componentes y e z da saída de acelerômetro 24 podem ser projetados no plano y-z. Em outras modalidades, os componentes x, y, e z da saída de acelerômetro 24 podem ser projetados sobre um sistema de coordenadas tridimensional. Uma elipse (ou elipsoide) pode, então, ser ajustada sobre os dados projetados usando algoritmos apropriados. Exemplos de técnicas adequadas para ajustar a elipse (ou elipsoide) podem incluir, sem limitação, um ajuste de mínimos quadrados sem vínculos, um ajuste total de mínimos quadrados e um ajuste de otimização não linear. As informações adicionais sobre as técnicas para calibração de acelerômetro podem ser encontradas no seguinte documento: Frederick Camps et al., Numerical Calibration for 3-Axis Accelerometers and Magnetometers, Electro/Information Technology, páginas 217 a 221 (Junho de 2009).

[0027] A Figura 3 mostra uma modalidade exemplificativa de elipses ajustada às projeções bidimensionais de dados simulados para um acelerômetro com ruído aleatório adicionado (amplitude normalmente distribuída e ruído de fase). Nas modalidades ilustradas, o ruído aumenta sequencialmente da esquerda para direta e do topo para o fundo com o mínimo de ruído no canto esquerdo superior e com o máximo de ruído no canto direito inferior. As coordenadas para as projeções bidimensionais eram os componentes y e z dos dados simulados projetados sobre o plano y-z. O dado simulado estava em diferentes ângulos de rolagem hipotéticos θ do acelerômetro 24. Os dados simulados continham 1.001 pontos de dados distribuídos uniformemente de 0° a 360°. Para ajustar a elipse, foi realizado um ajuste de mínimos quadrados sem vínculos. Conforme ilustrado, as elipses ajustadas são inclinadas e desviadas. A polarização, a escala e os parâmetros de desalinhamento podem, então, ser determinados e usados na calibração do acelerômetro 24.

[0028] Em modalidades particulares, os erros de desalinhamento também podem ser determinados e usados nos métodos de calibração exemplificativos. Os erros de desalinhamento podem ser exibidos como rotação da elipse (ou elipsoide). A utilização dos erros de desalinhamento na calibração pode ser vantajosa especialmente onde a não ortogonalidade dos eixos geométricos de acelerômetro 24 pode ser uma fonte de erro significativo. Mais ainda, a ortogonalidade perfeita do acelerômetro 24 dos eixos geométricos pode não ser exigida desde que os erros de desalinhamento possam ser avaliados na calibração. A título de exemplo, os eixos geométricos de acelerômetro 24 podem ter um desalinhamento de ±10' ou menos em algumas modalidades.

[0029] A Figura 4 mostra uma porção exemplificativa de um cabo sismográfico 18 que tem sensores 12 e dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22. Um ou mais dos sensores 12 podem incorporar um acelerômetro 24 (consultar, por exemplo, a Figura 2) que pode ser calibrado com base na torção mecânica do cabo sismográfico 18. Conforme ilustrado, os dispositivos de rotação de cabo sismográfico adjacentes 22 podem ser afastados em uma distância D1. Na modalidade ilustrada, os dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 são afastados no cabo sismográfico 18 a uma distância D1 de cerca de 100 metros a cerca de 500 metros e, alternativamente, de cerca de 200 metros a cerca de 400 metros. Em uma modalidade particular, os dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 podem ser afastados a uma distância D1 de cerca de 300 metros. Conforme adicionalmente ilustrado, os sensores 12 também podem ser distribuídos ao longo de uma porção do cabo sismográfico 18.

[0030] Para torcer mecanicamente o cabo sismográfico 18, pode ser fornecido torque rotacional através de um ou mais dos dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 para girar o cabo sismográfico 18 ao redor de seu eixo geométrico longitudinal. A torção pode ser considerada uma torção de eixo geométrico único uma vez que o cabo sismográfico 18 pode, geralmente, ser girado ao redor de seu eixo geométrico longitudinal para provocar uma torção. O torque rotacional pode provocar a rotação dos dispositivos de rotação de cabo sismográfico e, igualmente, a rotação de porções adjacentes do cabo sismográfico 18. A rotação dos dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 é mostrada na Figura 4 pelas setas 26. A torção mecânica no cabo sismográfico 18 pode ocorrer, por exemplo, onde apenas as porções do cabo sismográfico 18 são giradas, onde as porções do cabo sismográfico 18 são giradas em diferentes taxas, e/ou onde as porções do cabo sismográfico 18 são giradas em direções contrárias. Por exemplo, uma porção (tal como a porção mostrada na Figura 4) pode ser torcida se apenas um dos dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 for girado, se os dispositivos de rotação de cabo sismográfico 22 forem girados em diferentes taxas, ou se os dispositivos girados de cabo sismográfico 22 forem girados em direções contrárias. Depois que a calibração estiver completa, o cabo sismográfico 18 (ou um segmento do mesmo) pode ser distorcido. Em algumas modalidades, o cabo sismográfico 18 pode ser torcido como uma torção que se move para baixo de todo o comprimento do cabo sismográfico 18 seção por seção. Nas modalidades alternativas, o cabo sismográfico 18 pode ser torcido apenas em dispositivos de rotação de cabo sismográfico especificados 22, por exemplo, a cada segundo, a cada terceiro, a cada quarto, ou assim por diante, até que todo o cabo sismográfico 18 possa ser torcido e distorcido. Os dados podem ser coletados a partir de um ou mais sensores 12 na porção torcida do cabo sismográfico 18. Em algumas modalidades, os dados podem ser coletados em diferentes taxas de torção (por exemplo, enquanto o cabo sismográfico 18 está sendo torcido) ou após o cabo sismográfico 18 ter sido torcido. A torção no cabo sismográfico 18 pode ser caracterizada por graus de rotação por metro. A título de exemplo, o cabo sismográfico 18 ou a seção do mesmo (por exemplo, comprimento de cerca de 50 metros a cerca de 200 metros) pode ser mecanicamente torcido de cerca de 1° a cerca de 15° por metro e, alternativamente, de cerca de 3° a cerca de 8° por metro. Consequentemente, os dados adquiridos para cada sensor 12 (e, assim, para cada acelerômetro correspondente 24) sobre o cabo sismográfico torcido 18 podem ter uma ampla faixa de diferentes ângulos de rolagem θ e, desse modo, sinais de entrada que cobrem uma ampla faixa de aceleração (+/- 1 gn).

[0031] Torcendo-se mecanicamente pelo menos uma porção do cabo sismográfico 18 (e, assim, coletando dados dos sensores 12 sobre a porção torcida) em vez de simplesmente girar o cabo sismográfico 18, a relação entre os sensores 12 pode ser determinada. A título de exemplo, a rotação relativa dos sensores 12 pode ser determinada. Se girar o cabo sismográfico de uma vez, qualquer torção no cabo sismográfico 18 que excede o teorema de amostragem (por exemplo, a torção de mais que 360° por 2 sensores 12) não pode ser detectado. Torcendo-se mecanicamente o cabo sismográfico 18, qualquer torção em excesso do teorema de amostragem (por exemplo, até uma torção por sensor 12) pode ser detectada à medida que a relação entre os sensores adjacentes 12 possa parecer se mover na direção contrária da torção aplicada.

[0032] De acordo com algumas modalidades, uma torção controlada do cabo sismográfico 18 pode ser realizada levando em consideração tanto a taxa de rolagem quanto a taxa de amostragem de acelerômetro 24 de modo que um conjunto de pontos de dados possa ser adquirido. Uma modalidade pode usar três rotações completas em uma taxa de rolagem de 20°/segundo. Nessa modalidade, o acelerômetro pode ter uma taxa de amostragem, por exemplo, de cerca de 500 amostras por segundo. A rolagem pode ser realizada para uma seção do cabo sismográfico 18 e, então, propagada para baixo de sucessivas seções do cabo sismográfico 18. A rolagem pode ser propagada para baixo do cabo sismográfico 18 para produzir torção por meio de torção em um dispositivo de rotação de cabo sismográfico 22 enquanto usa dispositivos de rotação de cabo sismográfico adjacentes 22 para manter o cabo sismográfico 18 na posição. Nas modalidades alternativas, a taxa de rolagem pode variar de cerca de 10°/segundo a cerca de 90°/segundo.

[0033] A Figura 5 ilustra as trajetórias y-z para um par de acelerômetros 24 em uma seção de cabo sismográfico plotada juntamente com suas elipses ajustadas correspondentes 32, 34. Os dados foram adquiridos de três rotações completas do cabo sismográfico 18 em uma taxa de rolagem de 20°/segundo e uma taxa de amostragem de acelerômetro 24 de 500 amostras por segundo. As coordenadas para as projeções bidimensionais eram os componentes y- e z-dos dados projetados sobre o plano y-z. As projeções bidimensionais para os dados brutos de dois acelerômetros 24 são representadas pelos números de referência 28 e 30, respectivamente. Um ajuste de mínimos quadrados sem vínculos foi realizado para ajustar uma elipse para os dados simulados. As elipses ajustadas para cada um dos acelerômetros 24 são representadas pelos números de referência 32 e 34, respectivamente. Os parâmetros de calibração (ou parâmetros de descrição de elipse) podem, então, ser extraídos das elipses ajustadas 32, 34.

[0034] A Figura 6 ilustra as trajetórias y-z para um acelerômetro 24 em uma seção de cabo sismográfico antes e depois da calibração. Os dados simulados foram adquiridos ao longo de três rotações completas do cabo sismográfico 18 em uma taxa de rolagem de 20°/segundo e uma taxa de amostragem de acelerômetro 24 de 500 amostras por segundo. As coordenadas para as projeções bidimensionais eram os componentes y- e z- dos dados medidos projetados sobre o plano y-z. As projeções bidimensionais para os dados brutos do acelerômetro 24 antes da calibração são representadas pelo número de referência 36 e após a calibração são representadas pelo número de referência 38. Um ajuste de mínimos quadrados sem vínculos foi realizado para ajustar as elipses aos dados simulados. As elipses ajustadas para o acelerômetro 24 antes e depois da calibração são representadas pela elipse projetada 40 e pela elipse calibrada 42, respectivamente. Os parâmetros de calibração foram extraídos da elipse ajustada 40 dos dados brutos antes da calibração e usados na calibração do acelerômetro 24 que move os dados a partir da elipse projetada 40 para a elipse calibrada 42 centralizada na elipse projetada 40.

[0035] A Figura 7 ilustra uma modalidade de um sistema de computador 44 que pode ser utilizado de acordo com as modalidades da presente invenção. Em algumas modalidades, o sistema de computador 44 pode ser um componente do sistema de registro (por exemplo, sistema de registro 8 da Figura 1). O sistema de computador 44 pode ser usado para implantar as modalidades das técnicas de calibração de acelerômetros descritas no presente documento. A título de exemplo, o sistema de computador 44 pode receber como entradas, sem limitação, os dados de sensoriamento dos acelerômetros 24, dados de rolagem, e similares e informação de calibração de saída para os acelerômetros 24. Em algumas modalidades, o sistema de computador 44 pode receber e exibir os sinais de sensoriamento, por exemplo, dos acelerômetros 24. O software especial ou único para receber as entradas, processamento de dados, e enviar sinais de saída pode ser armazenado no sistema de computador 44 e/ou em meios externos legíveis por computador. Os elementos de habilidade comum na técnica verificarão que o sistema de computador 44 pode compreender elementos de hardware que inclui circuitos, elementos de software que inclui código de computador armazenado em um meio legível por máquina ou uma combinação tanto de elemento de hardware quanto de software. De modo adicional, os blocos mostrados na Figura 7 são não mais que um exemplo de blocos que podem ser implantados. Um processador 46, tal como uma unidade central de processamento ou CPU, pode controlar toda a operação do sistema de computador 44. O processador 46 pode ser conectado a um controlador de memória 48, que pode ler dados para e escrever a partir de um sistema de memória 50. O controlador de memória 48 pode ter memória que inclui uma região de memória não volátil e uma região de memória volátil. A memória de sistema 50 pode ser composta de uma pluralidade de módulos de memória, conforme será verificado por uma pessoa de habilidade comum na técnica. Além disso, a memória de sistema 50 pode incluir porções não voláteis e voláteis. Um sistema básico de entrada e saída de sistema (BIOS) pode ser armazenado em uma porção não volátil da memória de sistema 50. O sistema BIOS é adaptado para controlar um processo de partida ou de inicialização e para controlar a operação de baixo nível do sistema de computador 44.

[0036] O processador 46 pode ser conectado a pelo menos um barramento de sistema 52 para permitir a comunicação entre o processador 46 e outros dispositivos de sistema. O barramento de sistema 52 pode operar sob um protocolo padrão, tal como uma variação do barramento de Interconexão de Componentes Periféricos (PCI) ou similares. Na modalidade exemplificativa mostrada na Figura 7, o barramento de sistema 52 pode conectar o processador 46 a um drive de disco rígido 54, a um controlador de gráficos 56 e a pelo menos um dispositivo de entrada 58. O drive de disco rígido 54 pode fornecer armazenamento não volátil para dados que podem ser usados pelo computador 44. O controlador de gráficos 56 pode ser, por sua vez, conectado a um dispositivo de exibição 60, que pode fornecer uma imagem para um usuário com base em atividades realizadas pelo sistema de computador 44. Os dispositivos de memória do sistema de computador 44, que incluem a memória de sistema 50 e o disco rígido 54 podem ser meios legível por máquina tangíveis, que armazenam instruções legíveis por computador que fazem com que o processador 46 realize um método de acordo com uma modalidade das presentes técnicas.

[0037] Se houver um conflito nos usos de uma palavra ou termo neste relatório descritivo e/ou mais patentes ou outros documentos que podem estar incorporados no presente documento a título de referência, as definições que são consistentes com este relatório descritivo podem ser adotadas para os propósitos de compreensão desta invenção.

[0038] Embora modalidades específicas tenham sido descritas acima, estas modalidades não se destinam a limitar o escopo da presente descrição, mesmo quando apenas uma única modalidade é descrita em relação a um recurso particular. Os exemplos de recursos fornecidos na descrição se destinam a serem ilustrativos em vez de restritivos, a menos que estabelecido em contrário. A descrição acima se destina a cobrir tais alternativas, modificações, e equivalentes conforme será evidente para uma pessoa versada na técnica que tem o benefício desta descrição.

[0039] O escopo da presente descrição inclui qualquer recurso ou combinação de recursos revelados no presente documento (tanto explícita quanto implicitamente), ou qualquer generalização do mesmo, quer o mesmo mitigue ou não quaisquer ou todos os problemas apresentados no presente documento. Várias vantagens da presente descrição foram descritas no presente documento, mas as modalidades podem fornecer algumas, todas ou nenhuma de tais vantagens, ou podem fornecer outras vantagens.

Claims

1. Método para calibração de acelerômetro in situ compreendendo: rebocar um cabo sismográfico (18) atrás de uma embarcação de pesquisa em um corpo de água (6), em que o cabo sismográfico (18) compreende um acelerômetro (24); caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: fazer com que pelo menos uma porção do cabo sismográfico (18) torça ao longo de um comprimento selecionado de modo que a porção possui uma torção de 1° a 15° por metro; receber dados do acelerômetro (24) em uma pluralidade selecionada de momentos durante a torção; e com base, pelo menos em parte, nos dados, determinar pelo menos um parâmetro de calibração do acelerômetro (24).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acelerômetro (24) compreende um acelerômetro (24) de múltiplos eixos geométricos.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção do cabo sismográfico (18) que é torcida tem um comprimento de 100 metros ou mais.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção do cabo sismográfico (18) tem uma torção de 3° a 8° por metro.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar a rotação relativa de um primeiro sensor no cabo sismográfico (18) em relação a outro sensor no cabo sismográfico (18), em que o primeiro sensor é o acelerômetro.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: obter dados geofísicos a partir do primeiro sensor; e produzir um produto de dados geofísicos a partir dos dados geofísicos.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente importar o produto de dados geofísicos em terra.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente projetar pelo menos uma porção dos dados do acelerômetro (24) em um sistema de coordenadas bi ou tridimensionais; e ajustar um formato geométrico à projeção dos dados.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de calibração compreende pelo menos um parâmetro selecionado do grupo que consiste em ganho, polarização e desalinhamento.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente calibrar o acelerômetro (24) para compensar o desalinhamento de acelerômetro (24).

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente calibrar o acelerômetro (24) com uso pelo menos do parâmetro de calibração.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acelerômetro (24) compreende um acelerômetro (24) de múltiplos eixos geométricos que carece de ortogonalidade de pelo menos um de seus eixos.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa de fazer com que pelo menos uma porção do cabo sismográfico (18) torça ao longo de um comprimento selecionado de modo que a porção possui uma torção de 1° a 15° por metro, isto é feito girando um dispositivo de rotação de cabo sismográfico (22) no cabo sismográfico (18) sem rotação de um dispositivo de rotação de cabo sismográfico (22) adjacente para fazer com que uma porção do cabo sismográfico (18) entre o dispositivo de rotação de cabo sismográfico (22) e o dispositivo de rotação de cabo sismográfico (22) adjacente torça ao longo de um comprimento selecionado de modo que uma porção possui uma torção de 1° a 15° por metro.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente destorcer a porção do cabo sismográfico (18) e fazer com que outra porção do cabo sismográfico (18) torça.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a porção do cabo sismográfico (18) que é torcida tem um comprimento de 100 metros ou mais e tem uma torção de 3° a 8° por metro.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar a rotação relativa de um primeiro sensor no cabo sismográfico (18) em relação a outro sensor no cabo sismográfico (18), em que o primeiro sensor é o acelerômetro (24) de múltiplos eixos geométricos.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: obter dados geofísicos a partir do primeiro sensor; e produzir um produto de dados geofísicos a partir dos dados geofísicos.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente importar o produto de dados geofísicos em terra.

19. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente projetar pelo menos uma porção dos dados do acelerômetro (24) em um sistema de coordenadas bi ou tridimensionais; e ajustar um formato geométrico à projeção dos dados.

20. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de calibração compreende pelo menos um parâmetro selecionado do grupo que consiste em ganho, polarização e desalinhamento.

21. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente calibrar o acelerômetro (24) para compensar o desalinhamento de acelerômetro (24).

22. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente calibrar o acelerômetro (24) com o uso pelo menos do parâmetro de calibração.