CN104280762A - 配备有用于控制输出声信号的液压构件的用于在液体媒介中产生声信号的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在液体媒介中产生声信号的装置，其包括：气动室(32)，其既定含有压缩气体体积，至少一个气动排放端口(34a，34b)，其允许所述压缩气体体积释放到所述气动室(32)外，梭(36)，其能够在打开阶段期间在两个位置之间沿着平移轴移动：关闭位置，其中所述压缩气体体积封闭于所述气动室(32)内，打开位置，其中所述压缩气体体积通过所述至少一个气动排放端口(34a，34b)释放到所述气动室(32)外而在所述液体媒介中产生所述声信号，既定在所述打开阶段期间制动所述梭的液压构件，所述液压构件包括液压室(38)且具有在所述液压室(38)外的液体体积的液压排放区域，所述液压构件包括用于控制所述声信号的构件。

Description

配备有用于控制输出声信号的液压构件的用于在液体媒介中产生声信号的装置

技术领域

本发明的领域是声波源的领域。更具体来说，本发明涉及用于通过气体释放在液体媒介中产生声波的装置，也称为气枪。

气枪经常用作海洋地震勘探中的震源以研究海床及其沉积层性质。

所提出的发明可应用于任一种类的气枪海上震源。

本发明可明显应用于在海洋环境中使用震源的石油勘探工业，但针对需要用于在液体媒介中产生声波的装置的任何其它领域也可被关注(举例来说，例如地震监视、养鱼场保护、水管清洁工业或船震测试)。

背景技术

此处在本文档中下文更特定地描述在海洋地震勘探的领域中存在的问题。发明不限于此特定应用领域，而是针对必须处理紧密相关或相似问题和难题的任何技术被关注。

在现场获取地震数据的操作常规上使用沿着电缆分布的传感器(也指定为“水听器”)的网络，以便形成由地震勘探船牵引的线性声学天线(也称为“地震拖缆”)。为了在海洋环境中收集地球物理学数据，使用水下气枪(也称为震源)或更一般来说意图在水下产生辐射声压脉冲的声学发射器，来搜集涉及位于海上的底层的地球物理学信息。在海洋地震勘测期间，在船舶后面牵引若干气枪。由气枪产生的震波传播到地面中，在此所述震波折射和反射回到顶部。使用由传感器构成的天线来记录返回波且转换并发射这些信号。在处理时，此数据将帮助表征底层的地球物理学结构。对于深水勘测，在浮选装置下方在一布置内部署若干枪，所述布置经先前计算且模拟以便建立总体预期声压脉冲。同时或不同时激活所有气枪。

气枪在水中产生声信号是基于下文参见图1阐释的压缩气体释放机构。

气枪10通常包括气动室(下文也称为“发射室”)12，其既定含有可通过排放端口释放到水中的压缩气体体积，所述排放端口例如为与周围水连通的两个气动排放端口14a和14b。气动排放端口14a和14b是孔，气体体积(也指定为“气动体积”或“发射体积”)通过所述孔从发射室12释放到周围水中而产生气泡。箭头15表示如此从发射室12释放的气体体积。气泡产生声压波，下文也称为声信号。为此，气枪10包括可移动梭16，其可沿着它的平移轴X在两个极端位置之间移动，即：

-关闭位置(图1A)，其中压缩气体体积封闭于发射室12内，

-打开位置(图1C)，其中压缩气体体积通过气动排放端口14a和14b释放到发射室12外而产生气泡，所述气泡随后在周围水中产生声信号。

图1B展示处于中间配置中的气枪10，其中可移动梭16处于半打开位置。气枪10正在打开。

通常，气枪10进一步包括处于关闭位置的位于梭16之前的液压室18，含有确保在打开阶段期间可移动梭16的制动的液体体积。液压室18与排放端口14a和14b直接连通。

梭16在关闭与打开位置之间移动的阶段通常称为气枪的“打开阶段”或“发射阶段”。在此打开阶段期间，在揭开排放端口14a和14b之前梭16获取高速率。高压缩气体体积15随后释放到周围水中而产生气泡，所述气泡产生声信号。并行地，来自液压室18的液体体积的一部分也通过排放端口14a和14b释放(由参考13的箭头表示)。通过致动螺线管阀(在图2A和2B中参考11)来触发梭打开机构。

一旦发射阶段完成，发射室12不再处于压力下，梭16便返回到其关闭位置以密封发射室12。随后借助于返回室(图2A和2B中参考19)用压缩气体填充发射室12达到所需压力，之后再次启动梭16的打开阶段。

在气枪的后部，常见的是发现嵌入的电子器件和各种传感器。

现有技术气枪的众所周知的问题是对输出声信号的控制。实际上，重要的是能够随着预期需要而变准确控制由气枪产生的声信号的形状。

专利文献US7,321,527提出一种气枪，其输出声信号是借助于气动结构特征的调整来控制，旨在减少声信号的高频范围。高频信号通常视为不希望的信号(即，噪声)，因为它们处于海洋地震勘探中通常使用的频率范围之外。另外，它们产生可能打扰海洋野生生物的水下噪声污染。为了满足此需要，在所述文献中提议配置气动室和/或气动排放端口以调整在梭的打开阶段期间释放到水中的气体速率，以便以非线性速率产生气动排放区域。随后可通过调整辐射声压的斜率来减少在水中发射的不希望的地震频率的振幅。

此已知解决方案的缺点是声信号的调制范围相对有限。其进一步需要对气枪的气动结构特征的准确调整，尤其因为参与声信号产生的气动力不容易控制。

另外，此已知技术提供静态解决方案，且无法例如从放置于地震勘探船上的控制单元远程调谐输出声信号，这不是最优的。

发明内容

本发明在至少一个实施例中尤其旨在克服现有技术的这些不同缺点。

更具体来说，本发明的至少一个实施例的目的是提供一种气枪，以增加的效率控制所述气枪的输出声信号。

本发明的至少一个实施例的目的是提供一种气枪，其具有比现有技术气枪大的声信号调制能力。

本发明的至少一个实施例的目的还是提供一种气枪，其提供以动态方式驱动输出声信号的能力。

本发明的至少一个实施例的目的是提供一种气枪，其提供增加的近场谱带。

本发明的至少一个实施例的目的是提供一种气枪，其有效地减少水下噪声污染。

本发明的特定实施例提出一种用于在液体媒介中产生声信号的装置，其包括：

-气动室，其既定含有压缩气体体积，

-至少一个气动排放端口，其允许所述压缩气体体积释放到所述气动室外，

-梭，其能够在打开阶段期间在两个位置之间沿着平移轴移动：

*关闭位置，其中所述压缩气体体积封闭于所述气动室内，

*打开位置，其中所述压缩气体体积通过所述至少一个气动排放端口释放到所述气动室外而在所述液体媒介中产生所述声信号，

-既定在所述打开阶段期间制动所述梭的液压构件，所述液压构件包括液压室且具有在所述液压室外的液体体积的液压排放区域，所述液压构件包括用于控制所述声信号的构件。

因此，本发明依赖于全新且发明性的方法，其由经配置以作用于声信号的液压构件的特定设计组成。包含于液压构件内的控制构件可为被动控制构件(得自结构特征)或主动(或动态)控制构件。

根据尤其有利的特征，所述用于控制所述声信号的构件自身包括用于适配所述液压排放区域的构件。

本发明因此提供一种装置，通过适配已经存在的液压构件的液压排放区域以确保在梭的打开阶段期间用于梭的制动来控制其输出声信号。发明人发现通过利用作用于梭上的液压力来修改在梭的打开阶段期间梭的移动动力学，可能比仅利用气动力的现有技术装置有效得多地控制输出声信号。实际上，液压流体比气动流体更不可压缩，可更准确地调谐输出声信号。

对输出信号的液压控制因此允许比现有技术气枪大的声信号调制能力。

根据特定实施方案，所述用于控制所述声信号的构件包括不与所述至少一个气动排放端口混淆的至少一个液压排放端口。

根据(特定实施方案)的第一示范性实施例，所述用于控制所述声信号的构件包括与所述液压室连通的至少一个液压排放端口，所述液压室不与所述至少一个气动排放端口连通。

根据(特定实施方案)的第二示范性实施例，所述用于控制所述声信号的构件包括与至少一个第二液压室连通的至少一个液压排放端口，所述第二液压室不与所述液压室或所述至少一个气动排放端口连通。

有利地，所述用于控制所述声信号的构件包括用于在所述打开阶段期间用于驱动所述液压体积释放到所述至少一个液压排放端口外的构件。

此特征实现了对排出到所述至少一个液压室外的液压体积的动态(或主动)控制且因此选择液压排放区域的非线性行为的形式以便按需要调谐输出声信号。可设想可例如从放置于地震勘探船上的控制单元远程调谐液压体积释放控制构件。本发明因此提供以动态且远程方式驱动输出声信号的能力。

所述用于驱动液压体积的构件有利地包括调谐阀。

根据第三示范性实施例，所述用于控制所述声信号的构件包括与所述液压室连通的至少一个第二液压室，所述液压室自身与所述至少一个气动排放端口连通。

根据第四示范性实施例，所述用于控制所述声信号的构件包括梭头，所述梭头包括至少一个通孔，所述液压室与所述至少一个通孔连通，所述通孔自身与所述至少一个气动排放端口连通。

根据第五示范性实施例，所述用于控制所述声信号的构件包括梭头，所述梭头沿着所述平移轴具有非恒定横截面形状。

上文描述的这五个示范性实施例可单独或组合使用。

根据特定特征，所述至少一个液压排放端口和所述梭经布置以用于随着在所述打开阶段期间沿着所述梭的平移轴的梭位置(x)而变形成恒定液压排放区域。

举例来说，装置包括具有恒定横截面形状的液压排放端口。

根据另一特定特征，所述至少一个液压排放端口和所述梭经布置以用于随着在所述打开阶段期间沿着所述梭的平移轴的梭位置(x)而变形成非恒定和非线性液压排放区域。

举例来说，所述装置包括沿着平移轴具有圆锥形横截面形状的液压排放端口，使得通过梭相对于液压排放端口的位移产生的孔口(或液压传送表面)随着梭位置而变为非线性的。发明人已进一步强调非恒定液压排放区域可允许对输出信号的更准确调谐。

根据另一特定特征，所述至少一个第一液压排放端口与用于在所述打开阶段期间驱动所述液压体积释放到所述至少一个液压室外的构件协作。

根据另一特定特征，所述至少一个第二液压室经由至少一个通孔与所述液压室连通，所述通孔布置于分离所述至少一个第二液压室的分隔壁内。

根据另一特定特征，所述至少一个第二液压室经由通孔与所述液压室连通，所述通孔是通过所述梭相对于所述至少一个液压室的至少一个分隔壁的位移而产生。

根据另一特定特征，所述至少一个第二液压室经由布置于梭头内的至少一个通孔与所述液压室连通。

根据另一特定特征，所述梭头属于包括以下各项的群组：

-冠形梭头；

-圆锥形梭头；

-卵形梭头；

-钟形梭头。

应注意，此列表不是详尽的。

本发明的另一特定实施例提出一种用于控制通过装置在液体媒介中产生的声信号的方法，所述装置包括：

-气动室，其既定含有压缩气体体积，

-至少一个气动排放端口，其允许所述压缩气体体积释放到所述气动室外，

-梭，其能够在打开阶段期间在两个位置之间沿着平移轴移动：

*关闭位置，其中所述压缩气体体积封闭于所述气动室内，

*打开位置，其中所述压缩气体体积通过所述至少一个气动排放端口释放到所述气动室外而在所述液体媒介中产生所述声信号，

-既定在所述打开阶段期间制动所述梭的液压构件，所述液压构件包括液压室且具有在所述液压室外的液体体积的液压排放区域，

所述方法使得其包括以所述液压构件控制所述声信号的步骤。

根据特定特征，所述以所述液压构件控制所述声信号的步骤包括在所述打开阶段期间驱动所述液压体积释放到不与所述至少一个气动排放端口混淆的至少一个液压排放端口外的步骤。

附图说明

本发明的实施例的其它特征和优点从以下借助指示性且非详尽实例给出的描述中以及从附图中将显现，附图中：

-图1已参考现有技术描述，其呈现现有技术气枪的实例(图1A、1B和1C说明分别处于关闭配置、中间配置和打开配置的气枪)；

-图2已参考现有技术描述，其更详细展示图1的气枪的结构(图2A和2B说明分别处于关闭配置和打开配置的气枪)；

-图3是根据本发明的第一实施例的气枪的示意性说明(图3A、3B和3C说明分别处于关闭位置、半打开位置和打开位置的气枪)；

-图4更详细展示在关闭位置中的图3的气枪的结构；

-图5以图形方式展示随着梭位置而变以图3的气枪获得的气动和液压排放区域的演进；

-图6以图形方式展示与现有技术气枪相比在图3的气枪内涉及的液压力的时间演进；

-图7以图形方式展示与现有技术气枪相比用于图3的气枪的辐射声压的时间演进；

-图8和9分别针对0到250Hz和0到1000Hz的范围以图形方式展示与在相同条件中使用的现有技术气枪相比图3的近场振幅谱；

-图10以图形方式展示当被动或主动控制液压排放区域时用于图3的气枪的辐射声压的时间演进；

-图11以图形方式展示当被动或主动控制液压排放区域时在图3的气枪上产生的液压排放区域的时间演进；

-图12是根据本发明的第一实施例的第一变体的气枪的示意性说明(图12A、12B和12C说明分别处于关闭位置、半打开位置和打开位置的气枪)；

-图13和14以图形方式展示随着梭位置而变分别以图12的气枪和图1的现有技术气枪获得的气动和液压排放区域的演进；

-图15是根据本发明的第一实施例的第二变体的气枪的示意性说明(图15A、15B和15C说明分别处于关闭位置、半打开位置和打开位置的气枪)；

-图16是根据本发明的第二实施例的气枪的示意性说明(图16A和16B说明分别处于关闭位置和打开位置的气枪)；

-图17是根据本发明的第三实施例的气枪的示意性说明(图17A和17B说明分别处于关闭位置和打开位置的气枪)；

-图18是根据本发明的第三实施例的第一变体的气枪的示意性说明(图18A和18B说明分别处于关闭位置和打开位置的气枪)；

-图19是根据本发明的第三实施例的第二变体的气枪的示意性说明(图19A和19B说明分别处于关闭位置和打开位置的气枪)；

-图20是根据本发明的第四实施例的气枪的示意性说明(图20A、20B和20C说明分别处于关闭位置、半打开位置和打开位置的气枪)；

-图21是根据本发明的第五实施例的气枪的示意性说明；

-图22A和22B说明与现有技术气枪(图22A)相比用于控制图21的气枪(图22B)的声信号的液压排放区域的适配原理；

-图23以图形方式展示随着梭位置而变且与现有技术气枪相比配备有图21的梭的气枪上获得的气动和液压排放区域的演进。

具体实施方式

在本文档的全部图中，相同元件和步骤由相同数字参考符号指定。

本发明的一般原理是对输出声信号的液压控制。更特定来说，本发明包括适配液压构件的液压排放区域以控制输出声信号，所述液压构件基本上存在以确保在气枪的打开(或发射)阶段期间梭的制动。

在对液压制动器在气枪的功能上的行为实施的实验的上下文中，发明人惊奇地发现作用于梭上的液压力对发射阶段期间梭的动力学且因此对输出声信号具有高影响。假设液压流体比气动流体极为更不可压缩，因此较高效，发明人已开发一种气枪，其利用作用于梭上的液压力以便修改梭的移动动力学且因此实现对从气枪排放的气体体积的较好控制。

根据本发明，用于控制气枪的声信号的构件包括用于适配液压排放区域的构件，下文关于图1到24进一步详细描述其原理。

图3是根据本发明的第一实施例的气枪30的示意性说明。图3A、3B和3C分别在关闭位置、半打开位置和打开位置中描绘在气枪的打开阶段期间气枪30的功能。

图4更详细展示在关闭位置中的气枪30的结构。

根据此第一实施例，气枪30包括：

-发射(或气动)室32，其含有压缩空气体积，

-两个气动排放端口34a和34b，其允许压缩空气体积释放到发射室32外，

-梭36，其沿着平移轴X可移动地定位，

-既定制动梭36的液压构件，包括液压室38且具有在液压室38外的液体体积380的液压排放区域，液压室38与气动排放端口34a和34b隔离，

-两个液压排放端口39a和39b，其允许液体体积380释放到液压室38外。

在此示范性实施例中，用于适配液压排放区域的构件由与液压室38连通的两个液压排放端口39a和39b构成，所述液压室不与气动排放端口34a和34b连通。液压排放端口39a和39b此处独立于气动排放端口34a和34b，且完全专用于液体体积排放。液压排放端口39a和39b沿着轴X具有恒定横截面。

梭36在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图3A)，其中压缩空气体积封闭于发射室32内，

-打开位置(图3C)，其中：

*压缩空气体积通过气动排放端口34a和34b释放到发射室32外(由箭头35表示)而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*液体体积380通过液压排放端口39a和39b释放到液压室38外(由箭头37表示)。

在图3B，梭36处于半打开位置：梭显露了气动排放端口34a和34b，且压缩空气体积开始释放到发射室32外。并行地，液压室38中含有的液体体积380开始释放到液压室38外。

与不与气动排放端口34a和34b连通的液压室38连通的两个液压排放端口39a和39b的存在导致在梭36的打开阶段中随着梭沿着其平移轴X的位置(x)而变产生非线性(恒定)液压排放区域(A_hydro)。

图5中说明液压排放区域的分布的实例。此图5展示随着气枪30的梭36的位置而变气动排放区域(参考310的曲线(A_pneu))和液压排放区域(参考320的曲线(A_hydro))的演进。气枪30具有气动排放区域，其在揭开气动排放端口34a和34b时线性地改变，而获得的液压排放区域具有恒定因此非线性的分布。

图6以图形方式展示与在相同条件中使用的现有技术气枪(参考330的曲线)相比在气枪30内涉及的液压力的时间演进(参考340的曲线)。可注意到作用于气枪30的梭36上的液压力的总和比作用于现有技术气枪的梭上的液压力的总和更显著。实际上，发明人知道在梭动力学中比现有技术气枪早得多地涉及液压力允许声信号的更容易的调制，因此关注利用在打开阶段中涉及的液压力。

图7以图形方式展示与在相同条件中使用的现有技术气枪(参考350的曲线)相比气枪30的近场辐射声压水平的时间演进(参考360的曲线)。此曲线图展示液压控制的气枪30的输出信号经显著修改。观察到对于气枪30获得的上升斜率没有现有技术气枪那样陡。减小的斜率意味着输出声信号的高频的减少。这展示梭动力学的液压控制使得能够比现有技术气枪(仅基于气动控制)有效得多地减少高频范围。

图8和9分别针对0到250Hz和0到1000Hz的范围以图形方式展示与在相同条件中使用的现有技术气枪(参考370的曲线)相比气枪30的近场振幅谱(参考380的曲线)。这两个曲线图确认根据本发明的输出信号的液压控制可允许高频范围的有意义的减少。

另外，为了提供在周围水中排出的液压体积的主动控制，可设想在液压排放端口39a和39b附近添加用于在打开阶段期间主动控制释放到液压室38外的液压体积的构件。举例来说，这些控制构件由远程控制的调谐阀(未图示)组成，所述阀允许在打开阶段中主动控制在周围水中排出的液体体积。通过经由例如控制单元从地震勘探船主动控制排出的液压体积，可能随着所要分布而变调整液压排放区域(A_hydro)，且因此远程且实时地修改输出声信号的形状。图11中说明主动控制的液压排放区域(A_hydro)的示范性分布，以及其对图10中的近场辐射声压水平的影响。

图10以图形方式展示当被动(参考650的曲线)或主动(参考660的曲线)控制液压排放区域时气枪30内施加的近场辐射声压水平的时间演进。图11以图形方式展示当被动(参考670的曲线)或主动(参考680的曲线)控制气枪时以气枪30获得的液压排放区域的时间演进。及时驱动液压排放区域使得能够修改液压力和梭36的动力学，以便按需要适配声信号的形状。特定来说，可为有利的是驱动液压排放区域以便具有最低可能上升斜率，以便有效减少水下噪声污染。因此可能通过主动控制液压排放区域而按需要准确控制近场第一峰形状和上升斜率。

图12是根据本发明的第一实施例的第一变体的气枪50的示意性说明。图12A、12B和12C分别在关闭位置、半打开位置和打开位置中描绘气枪50的功能。

根据此第一变体，气枪50包括：

-发射(或气动)室52，其含有压缩空气体积，

-两个气动排放端口54a和54b，其允许压缩空气体积释放到发射室52外，

-梭56，其沿着平移轴X可移动地定位，

-既定制动梭56的液压构件，包括液压室58且具有在液压室58外的液体体积580的液压排放区域，液压室58与气动排放端口54a和54b隔离，

-液压排放端口59，其布置于气枪侧壁的中间且专用于将液体体积580液压排放到液压室58外。

气枪50不同于气枪30之处在于，梭56具有经设计以用于容纳液体体积的至少一部分的形状。梭56进一步包括平移臂53，其沿着平移轴X穿过液压室58到达液压排放端口59。平移臂53具有T形配置，臂末端51在关闭位置中形成用于液压排放端口59的密封盖。

梭56、平移臂53和液压排放端口59以如下方式布置：

-当梭56处于关闭位置(图12A)时，压缩空气体积封闭于发射室52内且梭56在液压室58外，使得臂53以其末端51中的一者密封液压排放端口59；

-当梭56处于打开位置中时(图12C)：

*压缩空气体积通过气动排放端口54a和54b释放到发射室52外(由箭头55表示)而产生气泡，所述气泡在水中产生声信号，

*梭56包含于液压室58内，使得密封液压排放端口59的壁末端51位移到液压室58外，进而通过液压排放端口59将液体体积释放到液压室58外(由箭头57表示)。

在图12B，梭56处于半打开位置：梭56显露了气动排放端口54，且压缩空气体积开始释放到发射室52外。并行地，梭56使臂53位移，从而显露液压排放端口59且使得液压室58中含有的液体体积能够释放到液压室58外。

在此示范性变体中，用于适配液压排放区域的构件由与液压室58连通的液压排放端口59构成，所述液压室不与气动排放端口54a和54b连通。液压排放端口59此处独立于气动排放端口54a和54b，且完全专用于液体体积排放。

另外，液压排放端口59具有喷嘴形状，其沿着轴X具有非恒定横截面积。具有变化的横截面积的此特定形状导致通过梭56(及其末端51)相对于液压排放端口壁的位移产生随着梭位置而变的非线性和非恒定液压排放区域，如图13中说明。表示液压排放区域(A_hydro)的曲线成三个部分，每一部分对应于液压排放端口59的形状不连续性。与图14中表示的现有技术气枪相反，液压排放区域(A_hydro)是非线性的，随着梭位置而变。气动排放区域(A_pneu)保持相同。

大体上应注意，可随着液压排放端口形状而变来适配液压排放区域。

图15是根据本发明的第一实施例的第二变体的气枪60的示意性说明。图15A、15B和15C分别在关闭位置、半打开位置和打开位置中描绘气枪60的功能。

气枪60具有与一个气枪30不同的设计。更特定来说，气枪60包括：

-发射室62，其含有压缩空气体积，

-梭66，其沿着平移轴X可移动地定位，

-返回室61，其专用于一旦发射阶段完成便使梭66返回于关闭位置以便再开始新的发射阶段，

-两个气动排放端口64a和64b，其允许压缩空气体积释放到发射室62外，

-既定制动梭66的液压构件，包括液压室68且具有在液压室68外的液体体积680的液压排放区域，液压室68与气动排放端口64a和64b隔离，

-两个液压排放端口69a和69b，其与液压室68连通且允许液体体积680释放到液压室68外。

在此示范性变体中，用于适配液压排放区域的构件由与液压室68连通的两个液压排放端口69a和69b构成，所述液压室不与气动排放端口64a和64b连通。液压排放端口69a和69b此处独立于气动排放端口64a和64b，且完全专用于液体体积排放。举例来说，这些液压排放端口69a和69b是具有恒定横截面的肘形通孔。

梭66在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图15A)，其中压缩空气体积封闭于发射室62内，

-打开位置(图15C)，其中：

*压缩空气体积通过气动排放端口64a和64b释放到发射室62外(由箭头65表示)而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*液体体积通过液压排放端口69a和69b释放到液压室68外(由参考67的箭头表示)。

在图15B，梭66处于半打开位置：梭66显露了气动排放端口64a和64b，且压缩空气体积开始释放到发射室62外。并行地，液体体积680开始释放到液压室68外。

与不与气动排放端口64a和64b连通的液压室68连通的两个液压排放端口69a和69b的存在导致随着梭沿着其平移轴X的位置(x)而变产生恒定液压排放区域(A_hydro)。

如图3的实施例中，可设想在液压排放端口69a和69b中的每一者附近添加远程控制调谐阀(未图示)以主动调整在周围水中排出的液体体积。这导致对输出声信号的主动液压控制。

图16是根据本发明的第二实施例的气枪70的示意性说明。图16A和16B分别在关闭位置和打开位置中描绘在气枪的打开阶段期间气枪70的功能。

根据此特定实施例，气枪70包括：

-发射(或气动)室72，其含有压缩空气体积，

-两个气动排放端口74a和74b，其允许压缩空气体积释放到发射室72外，

-梭76，其沿着平移轴X可移动地定位，

-既定制动梭76的液压构件，这些液压构件包括：

*含有第一液体体积715的第一液压室710，其与气动排放端口74a和74b直接连通；

*含有第二液体体积725的第二液压室720，其与气动排放端口74a和74b隔离；

-布置于气枪70的侧壁上的两个液压排放端口79a和79b，其允许液体释放到第二液压室720外。

此处，液压构件具有经由气动排放端口74a和74b以经典方式到液压室710外的液体体积715的第一液压排放区域以及经由液压排放端口79a、79b到液压室720外的液体体积725的第二液压排放区域。

在此示范性实施例中，用于适配液压排放区域的构件由与第二液压室720连通的两个液压排放端口79a和79b构成，所述第二液压室不与第一液压室710或气动排放端口74a和74b连通。液压排放端口79a和79b此处独立于气动排放端口74a和74b，且完全专用于液体体积排放。这些是具有恒定横截面的通孔。

梭76在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图16A)，其中压缩空气体积封闭于发射室72内，

-打开位置(图16B)，其中：

*压缩空气体积通过气动排放端口74a和74b释放到发射室72外(由箭头75表示)而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*第二液压室720的第二液体体积725通过液压排放端口79a和79b释放到外部(由箭头77表示)。

*第一液压室710的第一液体体积715以经典方式通过气动排放端口74a和74b释放到外部(由箭头73表示)。

如图3的实施例中，可设想在液压排放端口79a和79b中的每一者附近添加远程控制调谐阀(未图示)以主动调整在周围水中排出的液体体积。这导致对输出声信号的主动液压控制。

图17是根据本发明的第三实施例的气枪80的示意性说明。图17A和17B分别在关闭位置和打开位置中描绘气枪80的功能。

根据此实施例，气枪80包括：

-发射室82，其含有压缩空气体积，

-返回室81，

-梭86，其沿着平移轴X可移动地定位且具有非恒定前部部分，

-两个气动排放端口84a和84b，其允许压缩空气体积释放到发射室82外，

-既定制动梭86的液压构件，其包括：

*含有第一液体体积815的第一液压室810，其与气动排放端口84a和84b直接连通。

*含有第一液体体积825的第二液压室820，其在关闭位置中与气动排放端口84a和84b隔离，但在打开阶段期间与第一液压室810连通。

梭86在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图17A)，其中：

*压缩空气体积封闭于发射室82内，且

*第一液压室810内的第一液体体积815通过排放端口84与周围水直接连通，

*第二液体体积825封闭于第二液压室820内，

-打开位置(图17B)，其中：

*压缩空气体积通过气动排放端口84a和84b释放到发射室82外(箭头85)而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*第二液压室820的液体体积825通过由梭86相对于第二液压室820的分隔壁83的位移产生的孔口89排放到第一室810中，

*液体体积815通过气动排放端口84a和84b释放到第一液压室810外(参考87的箭头)进入周围水中。

在此示范性实施例中，用于适配液压排放区域的构件由与第一液压室810连通的第二液压室820构成，所述第一液压室自身与气动排放端口84a和84b连通。与先前呈现的实施例相反，不存在专用于液体体积排放的液压排放端口，液体体积通过气动排放端口84a和84b排放到气枪80外。在打开阶段期间梭86的位移产生具有非恒定前部部分的孔口89，其允许随着梭沿着其平移轴的位置(x)而变获得非线性液压排放区域。

图18是根据本发明的第三实施例的第一变体的气枪90的示意性说明。图18A和18B分别在关闭位置和打开位置中描绘气枪90的功能。

气枪90具有与一个气枪80不同的设计。在所述变体中，气枪90包括：

-发射室92，其含有压缩空气体积，

-梭96，其沿着平移轴X可移动地定位，

-两个气动排放端口94a和94b，其允许压缩空气体积释放到发射室92外，

-既定制动梭96的液压构件，其包括：

*含有第一液体体积915的第一液压室910，其与气动排放端口94a和94b直接连通，

*含有第二液体体积925的第二液压室920，其经由形成于分离第一液压室910和第二液压室920的分隔壁91内的通孔99与第一液压室910连通。

梭96在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图18A)，其中：

*压缩空气体积封闭于发射室92内，且

*第一液体体积915封闭于第一液压室910内，

*第二液体体积925封闭于第二液压室920内，

-打开位置(图18B)，其中：

*压缩空气体积通过排放端口94a和94b释放到发射室92外而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*第二室920的第二液体体积925以恒定方式通过开口99排放到第一液压室910中，

*第一液压室910的第一液体体积915通过气动排放端口94a和94b释放到外部(由参考97的箭头表示)进入周围水中。

在此示范性变体中，用于适配液压排放区域的构件由与第一液压室910连通的第二液压室920构成，所述第一液压室自身与气动排放端口94a和94b连通。不存在专用于液体体积排放的液压排放端口，液体体积通过气动排放端口94a和94b排放到气枪90外。在打开阶段期间梭96的位移使第二液体体积从第二液压室位移到第一液压室。在打开阶段中，如此获得的液压排放区域随着梭沿着其平移轴的位置(x)而变而恒定。

图19是根据本发明的第二实施例的第二变体的气枪100的示意性说明。图19A、19B和19C分别在关闭位置、半打开位置和打开位置中描绘气枪100的功能。

根据此变体，气枪100包括：

-发射室102，其含有压缩空气体积，

-梭106，其沿着平移轴X可移动地定位，包括T形梭头103，

-两个气动排放端口104a和104b，其允许压缩空气体积释放到发射室102外，

-既定制动梭106的液压构件，其包括：

*含有第一液体体积1015的第一液压室1010，其与气动排放端口104a和104b直接连通，

*含有第一液体体积1025的第二液压室1020，其经由形成于T形梭头103内的通孔109与第一液压室1010连通。

梭106在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图19A)，其中：

*压缩空气体积封闭于发射室102内，且

*第一液体体积1015封闭于第一液压室1010内，

*第二液体体积1025封闭于第二液压室1020内，

-打开位置(图19C)，其中：

*压缩空气体积通过排放端口104a和104b释放到发射室102外而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*第二室1020的第二液体体积1025以恒定方式通过孔109排放到第一室1010中，

*第一室1010的第一液体体积1015通过气动排放端口104a和104b释放到外部(由参考107的箭头表示)进入周围水中。

用于适配液压排放区域的构件由与第一液压室1010连通的第二液压室1020构成，所述第一液压室自身与气动排放端口104a和104b连通。液体体积通过气动排放端口104a和104b排放到气枪100外。在打开阶段期间梭106的位移使第二液体体积经由梭头103中包含的孔109从第二液压室位移到第一液压室。在打开阶段中，如此获得的液压排放区域随着梭沿着其平移轴的位置(x)而变而恒定。

图20是根据本发明的第四实施例的气枪200的示意性说明。图20A、20B和20C分别在关闭位置、半打开位置和打开位置中描绘气枪200的功能。

根据此特定实施例，气枪200包括：

-发射室202，其含有压缩空气体积，

-梭206，其沿着平移轴X可移动地定位，包括钟形梭头203，

-两个气动排放端口204a和204b，其允许压缩空气体积释放到发射室202外，

-既定制动梭206的液压构件，包括液压室208且具有在液压室208外的液体体积280的液压排放区域。

气枪200不同于气枪30之处在于，梭206具有经设计以用于容纳液体体积280的至少一部分的钟形锁头203。钟形梭头203包括通孔209a和209b，所述通孔一方面与液压室208连通且另一方面与气动排放端口204a和204b连通。

梭206在打开阶段期间在两个极端位置(跟随黑色箭头)之间移动：

-关闭位置(图20A)，其中压缩空气体积封闭于发射室202内，

-打开位置(图20C)，其中：

*压缩空气体积通过气动排放端口204a和204b释放到发射室202外(由箭头205表示)而产生气泡，所述气泡在周围水中产生声信号，

*液体体积280通过孔209a和209b、随后分别通过气动排放端口204a和204b释放到液压室208外(由箭头207表示)。

在图20B，梭206处于半打开位置：梭206显露了气动排放端口204a和204b，且压缩空气体积开始释放到发射室202外(箭头205)。并行地，液压室208中含有的液体体积280开始经由梭头203中包含的通孔释放到液压室208外(箭头207)。

在此示范性实施例中，用于适配液压排放区域的构件由具有通孔209a和209b的梭头203构成，所述液压室208与通孔连通，所述通孔自身与气动排放端口204a和204b连通。这些构件导致随着梭沿着其平移轴X的位置(x)而变而产生恒定液压排放区域(A_hydro)。

特定来说，此处上文关于图3、12、15到20描述的不同实施例描绘包括一个液压室(图3、12、15、20)或两个液压室(16到19)的气枪。限制液压室的数目仅用于教育描述的目的，并且不加重附图和相关联描述。当然，较大数目的液压室是可能的，例如以便甚至更精炼对输出声信号的控制。同理适用于液压排放端口的数目。

因此如图16到19中说明，本发明的特征之一是基于通过添加与梭交互的一或多个液压室而改变液压力。

作为一般规则，在打开阶段期间在例如现有技术气枪10的气枪内施加的力可如下界定：

$\mathrm{\Σ}\stackrel{\→}{F}=m_{\mathrm{shuttle}}*{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{shuttle}}=\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{pneumatic}}+\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{hydraulic}}+\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{friction}}$

其中：

m_shuttle是可移动梭质量，

是可移动梭加速度，

表示由气动室产生且施加于梭上的气动力的总和，

表示由液压室产生的施加于梭上的液压力的总和，

表示在梭上或流体(气体和液体)与梭之间施加的机械摩擦力的总和。

施加于梭上的气动力和液压力取决于气动和液压体积以及这些体积接触的梭部分。换句话说，施加于梭上的气动力和液压力取决于枪几何形状。

液压力随着以下各项而变：

-梭的前部面积，其为恒定的，

-液压室的压力，取决于在打开阶段期间随着梭沿着其平移轴X的位置(x)而变的其体积和液压排放区域A_hyd(x)。

对于现有技术气枪，与总区域(A_total＝A_pneu+A_hyd)相比，液压排放区域A_hyd是气动排放区域(A_pneu)的补充，因为气动排放端口也起到液压排放端口的作用(气动和液压排放端口基本地组合)。气动排放区域(A_pneu)与排放端口几何形状(每一排放端口的长度和宽度)和梭位置相关。对于基本矩形端口，气动排放区域A_pneu和液压排放区域A_hyd可如下界定：

A_pneu＝x*宽度

A_hyd＝(长度-x)*宽度

液压力是唯一体积(V_hyd1)的结果，所述体积的压力(p_hyd1)施加于梭的恒定前部部分上(S_hyd1)。

$\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{hydraulic}}=F_{\mathrm{hyd}1}=p_{\mathrm{hyd}1}*S_{\mathrm{hyd}1}$

因此，根据本发明，通过添加与梭交互的一或多个液压室而改变液压力的总和。借此，液压力的总和变为：

$\mathrm{\Σ}{\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{hydraulic}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{hyd}\_i}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(p_{\mathrm{hyd}\_i}*S_{\mathrm{hyd}\_i})$

其中：

n是气枪内包含的液压室的总数目。

图21是可集成到与本发明的第五实施例一致的气枪中的梭210的示意性说明。

在此示范性实施例中，根据本发明的用于适配液压排放区域的构件由梭头220形成，所述梭头沿着气枪的平移轴X具有非恒定横截面形状。气枪的其它结构特征保持相同于现有技术气枪10的那些特征。此处的原理是适配梭头形状以在打开阶段期间随着梭沿着其平移轴的位置(x)而变具有在液压室外的液压体积的非线性液压排放区域，且进而以液压方式调谐输出声信号。

如图22A(现有技术气枪)和22B(根据本发明图21的第五实施例的气枪)所示，根据本发明的此前部梭形状导致仅在液压体积侧上具有气动排放端口的不同覆盖表面，而不改变气动结构特征。现有技术气枪和根据本发明的气枪的气动排放区域保持相同。

此处，梭头220具有冠形结构，其中心与梭轴X合并。更一般来说，梭头可具有沿着平移轴X的任何非恒定横截面形状，其确保气枪外的液压体积的非线性液压排放区域。

图23中说明以本发明的构件如此获得的液压排放区域的分布的实例。曲线232展现气动排放区域(A_pneu)，曲线231展现现有技术气枪10的液压排放区域(A_hydro)，且曲线230展现根据本发明图21的第五实施例的气枪的液压排放区域(A_hydro)，随着气枪的梭的位置而变。对于本发明获得的液压排放区域具有随着梭位置而变的非线性分布，原因是梭头220的特定形状。

虽然已参考一或多个实例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明和/或所附权利要求书的范围的情况下可做出形式和细节上的改变。

还可设想用于在不脱离本发明的范围的情况下通过上文描述的实施例和/或变体的组合以液压方式控制输出信号。

Claims (18)

1.一种用于在液体媒介中产生声信号的装置，其包括：

气动室(32)，其既定含有压缩气体体积，

至少一个气动排放端口(34a，34b)，其允许所述压缩气体体积释放到所述气动室(32)外，

梭(36)，其能够在打开阶段期间在两个位置之间沿着平移轴移动：

关闭位置，其中所述压缩气体体积封闭于所述气动室(32)内，

打开位置，其中所述压缩气体体积通过所述至少一个气动排放端口(34a，34b)释放到所述气动室(32)外而在所述液体媒介中产生所述声信号，

既定在所述打开阶段期间制动所述梭的液压构件，所述液压构件包括液压室(38)且具有在所述液压室(38)外的液体体积的液压排放区域，

其特征在于所述液压构件包括用于控制所述声信号的构件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于控制所述声信号的构件自身包括用于适配所述液压排放区域的构件。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于控制所述声信号的构件包括不与所述至少一个气动排放端口混淆的至少一个液压排放端口。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述至少一个液压排放端口(39a，39b；59；69a，69b)与所述液压室连通，所述液压室不与所述至少一个气动排放端口连通。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述至少一个液压排放端口(79a，79b)与至少一个第二液压室(720)连通，所述第二液压室不与所述液压室或所述至少一个气动排放端口连通。

6.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的装置，其中所述用于控制所述声信号的构件包括用于在所述打开阶段期间用于驱动所述液压体积释放到所述至少一个液压排放端口外的构件。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述用于驱动所述液压体积的构件包括调谐阀。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于控制所述声信号的构件包括与所述液压室连通的至少一个第二液压室(820；920；1020)，所述液压室自身与所述至少一个气动排放端口连通。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于控制所述声信号的构件包括梭头(203)，所述梭头包括至少一个通孔(209a，209b)，所述液压室与所述至少一个通孔连通，所述通孔自身与所述至少一个气动排放端口连通。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于控制所述声信号的构件包括梭头(220)，所述梭头沿着所述平移轴具有非恒定横截面形状。

11.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的装置，其中所述至少一个液压排放端口(39a，39b)和所述梭(36)经布置以用于随着在所述打开阶段期间沿着所述梭的平移轴的梭位置(x)而变形成恒定液压排放区域。

12.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的装置，其中所述至少一个液压排放端口(59)和所述梭(56)经布置以用于随着在所述打开阶段期间沿着所述梭的平移轴的梭位置(x)而变形成非恒定和非线性液压排放区域。

13.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个第二液压室(920)经由至少一个通孔(99)与所述液压室连通，所述通孔布置于分离所述至少一个第二液压室的分隔壁内。

14.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个第二液压室(820)经由通孔(89)与所述液压室连通，所述通孔是通过所述梭相对于所述至少一个液压室的至少一个分隔壁的位移而产生。

15.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个第二液压室(1020)经由布置于梭头内的至少一个通孔(109)与所述液压室连通。

16.根据权利要求10所述的装置，其中所述梭头(220)属于包括以下各项的群组：

冠形梭头；

圆锥形梭头；

卵形梭头；

钟形梭头。

17.一种用于控制通过装置在液体媒介中产生的声信号的方法，所述装置包括：

气动室(32)，其既定含有压缩气体体积，

至少一个气动排放端口(34a，34b)，其允许所述压缩气体体积释放到所述气动室(32)外，

梭(36)，其能够在打开阶段期间在两个位置之间沿着平移轴移动：

关闭位置，其中所述压缩气体体积封闭于所述气动室(32)内，

打开位置，其中所述压缩气体体积通过所述至少一个气动排放端口(34a，34b)释放到所述气动室(32)外而在所述液体媒介中产生所述声信号，

既定在所述打开阶段期间制动所述梭的液压构件，所述液压构件包括液压室(38)且具有在所述液压室(38)外的液体体积的液压排放区域，

其特征在于所述方法包括以所述液压构件控制所述声信号的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述以所述液压构件控制所述声信号的步骤包括在所述打开阶段期间驱动所述液压体积释放到不与所述至少一个气动排放端口混淆的至少一个液压排放端口外的步骤。