CN108431637B - 多轴单质量体加速度计 - Google Patents

多轴单质量体加速度计 Download PDF

Info

Publication number
CN108431637B
CN108431637B CN201680077142.5A CN201680077142A CN108431637B CN 108431637 B CN108431637 B CN 108431637B CN 201680077142 A CN201680077142 A CN 201680077142A CN 108431637 B CN108431637 B CN 108431637B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transducers
axis
mass
frame
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680077142.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108431637A (zh
Inventor
C.A.M.费伯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tgs Norwegian Petroleum Geophysics Co
Original Assignee
Ion Geophysical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ion Geophysical Corp filed Critical Ion Geophysical Corp
Publication of CN108431637A publication Critical patent/CN108431637A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108431637B publication Critical patent/CN108431637B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3843—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers
    • G01V1/3852—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers to the seabed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/162—Details
    • G01V1/164—Circuits therefore
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G01V1/181—Geophones
    • G01V1/184—Multi-component geophones
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G01V1/186—Hydrophones
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3808—Seismic data acquisition, e.g. survey design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V13/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices covered by groups G01V1/00 – G01V11/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/10—Aspects of acoustic signal generation or detection
    • G01V2210/14—Signal detection
    • G01V2210/142—Receiver location
    • G01V2210/1427—Sea bed

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种地震传感器包括具有三个主轴并且被布置在框架内的中央质量体。多个换能器机械地耦合在框架与中央质量体之间。成对地排布换能器，其中每一对中的换能器耦合到中央质量体的如沿着三个主轴中的每一个定义的相对侧面。可以提供电子设备来组合每一对中的换能器的信号，以生成表征框架的加速度和旋转的输出。

Description

多轴单质量体加速度计
相关申请的交叉引用
本申请要求对2015年10月30日提交的题为“OCEAN BOTTOM SYSTEM（洋底系统）”的美国临时申请号62/249,095的优先权，其通过引用整体地并入本文中且用于所有目的。本申请涉及在2016年10月31日提交的、并且题为“OCEAN BOTTOM SEISMIC SYSTEMS（洋底地震系统）”的共同未决的美国申请号15/339,332，其通过引用整体地并入本文中且用于所有目的。
背景技术
本申请一般涉及地球物理勘探，并且更具体地涉及地震数据采集和传感器技术。特别地，本申请涉及用于海洋地震勘测的传感器系统，包括但不限于洋底线缆和自主地震节点应用。
地震勘测技术普遍用于针对石化工业的勘探和开发资源。石化产品在现代经济中是普遍存在的，并且可以在下述范围的任何事物中找到：从石油和汽油到医疗设备、儿童玩具以及广泛范围的其它日常家用物品。为了满足对这些产品的持续需求，必须精确地定位和勘测石油和天然气储备，以使得可以有效地管理这些重要资源。因此，存在着对新的地震传感器系统和更先进的勘探技术的不间断的需要。
科学家和工程师通常利用基于地震波的勘探技术来随着时间定位新的石油和天然气储层以及勘测和管理现有储备。通过下述方式来实行地震勘测：在感兴趣区域上部署地震传感器或接收器阵列，以及监测对经由诸如震动器和气枪阵列之类的地震源或炸药爆炸发射的受控地震能量的响应。该响应取决于从表面下结构反射的地震能量，从而允许对对应的地质学特征进行成像，包括矿物储层和其它感兴趣的地下结构。
可以通过在勘测船后拖曳地震传感器或接收器的阵列来进行海洋地震勘测，其中接收器沿着一个或多个拖缆线缆分布。使用一组气枪或其它地震源来生成地震能量，所述地震能量向下传播穿过水柱传播到洋底（或其它底面）。该地震能量的一部分穿透洋底并且被从表面下结构反射，然后穿过水柱返回以在拖缆阵列中被检测到。地震接收器还可以沿着洋底线缆来布置，或者可以以分布在海床上的单独的、自主的地震节点的形式来提供。
典型的地震接收器包括压力传感器和质点运动检测器，其可以被提供为单独的传感器组件，或者在这两个传感器类型极为贴近地位于接收器模块或地震节点内的情况下被组合在一起。例如，一组压力传感器可以被配置在水听器阵列中，并且被适配成记录传播穿过水柱或其它地震介质的地震波场的标量压力测量。质点运动传感器包括加速度计和地震检波器，其可以被配置成提供表征响应于传播地震波而产生的介质运动的单轴或三维矢量速度测量。
通过利用这样的接收器组件的阵列观测所反射的地震能量来采集与表面下结构有关的地球物理学数据。使用观测到的地震信号来生成描述了勘测区域之中和附近的表面下地质和构成的地震图像。总体图像质量不仅取决于信号灵敏度，还取决于噪声效应，这导致了对更先进的传感器和接收器技术的持久需求。
发明内容
本申请涉及适于在地震勘测中使用的多轴单质量体质点运动传感器或加速度计。例如，多个传感器组件可以耦合到单个中央质量体，从而提供对三个独立方向上的线性运动的灵敏度以及对绕着三个正交轴线的旋转加速度的灵敏度。单独的传感器组件可以被配置成基于与质量体的动态耦合来感测对应的线性和旋转运动，所述动态耦合包括但不限于力敏线性耦合和旋转耦合。所述线性耦合和旋转耦合可以择优地对声波或剪切效应敏感，从而为组合传感器信号提供改善的矢量保真度，如本文中描述的那样。
在一些实施例中，一种地震传感器包括壳体或框架以及所布置的中央质量体。中央质量体被布置在框架内，并且可以定义三个主轴。多个换能器可以机械地耦合在框架与中央质量体之间，并且沿着三个主轴中的每一个以成对地耦合到中央质量体的相对侧面的方式排布。
取决于应用，可以使用压电晶体换能器作为感测元件，其中晶体被对齐以提供对剪切应力的信号灵敏度。可以提供电子设备来组合来自每一对中的换能器的信号，以便生成表征框架的加速度和旋转的输出。
提供本发明内容来以简化的形式介绍在下文的具体实施方式中进一步描述的概念的选集。本发明内容不意图标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，其也不意图用来限制所要求保护的主题的范围。在包括本发明的各种代表性实施例的以下书面描述中、以及如附图中图示出的那样，提供如在权利要求中限定的本发明的特征、细节、效用和优点的更广泛的展示。
附图说明
图1A是适于在多轴加速度计中使用的测试质量体的等距视图。
图1B是利用中央测试质量体的多轴单质量体地震传感器的截面视图。
图1C是图示了被配置用于多轴单质量体地震传感器的代表性模块化地震传感器站或节点的框图。
图2是利用多个模块化地震传感器站或节点的示例性地震勘测的示意性图示。
图3是用于多轴单质量体地震传感器的示例性传感器配置的示意性图示。
图4是代表性多轴单质量体地震传感器的等距视图。
图5是针对代表性地震传感器设计的作为频率的函数的剪切应力图。
图6是替换的多轴单质量体地震传感器设计的等距视图。
图7是针对替换的地震传感器设计的剪切应力图。
图8是另一替换的多轴单质量体地震传感器设计的等距视图。
图9A是用于组装多轴单质量体地震传感器的传感器组件的对齐工具或夹具的等距视图。
图9B是用于组装多轴单质量体地震传感器的对齐工具或夹具的等距视图。
图10是图示了被施加于力传感器的外部刺激的示意图。
图11A是图示了绕着测试质量体位于X-Z平面中的一组换能器的取向和平移响应的示意图。
图11B是图示了绕着测试质量体位于X-Y平面中的一组换能器的取向和平移响应的示意图。
图11C是图示了绕着测试质量体位于Y-Z平面中的一组换能器的取向和平移响应的示意图。
图11D是图示了用于代表性换能器的响应和电极极性惯例的示意图。
图12是针对多轴单质量体地震传感器中的一组换能器的代表性示意性接线图。
具体实施方式
在本公开中，对本发明的示例和实施例进行参考。然而，应当理解的是，本发明不限于这些或任何其它具体描述的实施例。所公开的特征和元件的任何组合，不管是否与不同实施例有关，都可设想用于实施和实践本发明。此外，在各种示例和实施例中，本发明提供了优于现有技术的众多优点。尽管某些实施例可以实现优于其它潜在解决方案和优于现有技术的这些和其它优点，但是任何给定的实施例是否实现特定优点并不是对如要求保护的发明的限制。本公开的以下示例、方面、特征、实施例和优点仅仅是例证性的，并且不应当被认为是权利要求的要素或限制，除非以权利要求语言明确地指定的情况下。同样地，对“本发明”的引用不应被解释为所公开的任何发明主题的概括，并且不应被解释成表示任何权利要求的要素或限制，除非在其中明确地陈述的情况下。
本发明的一些实施例可以被实现为用于与计算机化系统一起使用的程序产品或可执行方法。适合的程序可以定义本文中描述的各种实施例和方法的功能，并且可以经由各种计算机可读介质来提供。例证性的计算机可读介质包括但不限于：（i）永久存储在不可重写存储介质（例如，计算机内的只读存储器，诸如ROM设备或CD-ROM盘）上的信息；（ii）存储在可重写存储介质（例如，随机存取或RAM设备、闪存和其它固态设备，以及磁盘或硬驱动）上的可更改信息；以及（iii）通过通信介质（诸如通过无线网络）传递到计算机的信息，包括从互联网或其它网络下载的应用、程序代码以及其它信息。适合的非暂时性计算机可读介质可以包括可在计算机处理器上执行以引导如本文中公开的本发明的各种功能和方法步骤、并且也表示本发明的合适实施例的指令。
一般而言，为了实施本发明的方法和实施例而执行的例程可以是操作系统的一部分或者被提供为特定的应用、组件、程序、模块、对象或指令序列。本发明的计算机程序应用通常包括众多指令，这些指令可以被计算机转译成机器可读格式，例如以可执行程序的形式。合适的程序还可以涵盖参数、变量和数据结构，它们或者相对于程序数据本地地驻留，或者在其它存储器或存储设备上被找到。此外，根据本发明的任何具体实施例，本文中描述的各种程序和计算机可执行方法可以基于它们被针对其而实现的应用来进行标识。还应当认识到的是，下面的任何特定的术语仅仅是为了方便而使用，并且本发明不应当被理解为限于用此类术语标识和/或由此类术语隐含的具体应用。
多轴单质量体传感器
图1A是用于多轴加速度计或地震传感器装置的测试质量体或主体102的等距视图。图1B是例如如沿着图1A的X-Z平面截取的包括这样的质量体102的多轴地震传感器100的截面图。
图1A和1B描绘了具有单个（整体的）中央测试质量体或测试主体102的代表性多轴单质量体加速度计或加速度传感器100。在这些实施例中，质量体102可以被表示为空心球体，其具有绕着周边分布的多个单独的传感器元件或换能器106a-106f。例如，可以分别沿着质量体的主轴X、Y和Z布置换能器对106a、106b；106c、106d；以及106e、106f，如图1A和图1B中所示。
质量体102的其它配置也是可能的，例如实心球体或者具有关于轴线X、Y和Z的对称性的多面形状。一般地，关于一个或多个平移轴或旋转轴对称的形状适于在加速度计中达成期望的感测结果，如本文中描述的那样。替换地，质量体102可以关于一个或多个轴线X、Y、Z是非对称的。此外，质量体102可以是实心的而不是空心的，并且由下述两者之一形成：单个基本上均匀的材料，或者一个或多个不同类型的核心材料以及扩增成质量体102的外层或外表面103的附加层或组件。确定质量体102的主体应当是空心的还是实心的、以及是均质的还是由多种材料和层所制成的，这些是要做出以针对特定的环境或应用来实现线加速度和角加速度测量二者的动态要求的设计选择。
取决于实施例，质量体102和其外表面103中的一个或两个可以由导电材料形成，以便为与如本文中描述的传感器或换能器的电极的连接提供传导路径。例如，质量体102可以被形成为铝、黄铜、铜、铍铜或其它传导材料的实心或空心球体，或者质量体102可以由在外表面103上具有传导涂层（例如，以镀有金、铝或其它传导金属的配置）的陶瓷或其它绝缘材料形成。
替换地，质量体102和质量体102的外表面103中的一个或二者可以由非传导或电绝缘材料制成，例如，以减少例如由质量体102的传导区域所引起的对传感器100的信噪（S/N）比的杂散电容效应。如果这样的电容效应不适合特定的应用，则质量体102可以由非传导材料制造。例如，质量体102可以被形成为可加工陶瓷（例如，MACOR材料）的实心或空心球体，或者由注塑成型的塑料形成。
如图1A和1B中所示，质量体102可以被形成有被布置在不同附着面104上的多个传感器或换能器106a-106f。如果期望确定关于不止一个独立方向的加速度和旋转运动，则可以沿着独立（例如，横向或正交）轴线X、Y、Z布置换能器。在图1A和1B中所示的实施例中，例如将三对六个单独的换能器106a、106b；106c、106d；以及106e、106f以彼此相对、成对地耦合到相应的平面附着面104的方式排布，平面附着面104位于垂直的轴线X、Y和Z与质量体102的外表面103的相交处。
附着面104可以被适配成协助各个加速度传感器或力换能器106a-106f耦合到测试质量体102的主体。如图1A和1B中所示，例如，六个加速度传感器106a、106b；106c、106d和106e、106f附接到成对的彼此相对的表面104，以便感测质量体102在由垂直的轴线X、Y和Z定义的三个正交方向上的平移和旋转运动。在特定的实现方式中，可以使用压电晶体换能器106a-106f来测量由于质量体102的加速度和旋转而产生的局部限定的力响应，例如对由于入射的地震能量而产生的外部扭矩和力的响应。在洋底节点（OBN）或其它地震接收器的情境中，这样的力可能是由传播穿过周围的水柱或其它地震介质的地震波或声波所引起的。力换能器或加速度传感器106a-106f可以被挑选成对这样的效应高度敏感，以便适合地表征测试质量体或主体102对入射地震能量的响应。
为了提供由加速度传感器106a-106f用来测量质量体102的移动的参考结构，质量体102可以被悬置在框架或壳体108内并且被框架或壳体108约束。在图1B中所示的实施例中，框架108可以呈对称的盒子或其它一般平行壁的或直棱柱的结构的形式。
在一些实施例中，框架108可以由导电材料制成。在此类配置中，可以合期望的是，例如使用被布置在各侧面构件100之间在框架108的每个相应的角部中的机械隔离器或绝缘耦合122使框架108的每个框架组件或侧壁110与其它框架组件110或侧壁电气隔离。在其它实施例中，框架108的侧面构件110可以由电绝缘材料制成，例如如果存在着由框架108的传导区域所引起的杂散电容可能影响传感器装置100的信噪（S/N）比的顾虑的话。如果这样的电容效应不适合于特定的应用，则框架108可以由非传导材料制造。
可以将（与耦合表面104相对布置的）各个加速度传感器106a-106f的径向外侧面附连到框架或壳体108的对应侧面框架组件110。因此，例如在框架108牢固地固定到固定的平台或以其它方式约束于被暴露给地震波的结构的情况下，当质量体102在框架108内且相对于框架108移动时，质量体102将作用于传感器或换能器对106a、106b；106c、106d；106e、106f。因为质量体102经由加速度传感器106a-106f附连到框架108，所以质量体102相对于框架108的、相对于三个正交空间方向的平移移动和加速度可以由传感器106a-106f来测量。
在这样的配置中，可能有利的是，选择被配置成对在压电晶体设备的相对侧面上的剪切应力作出反应的诸如加速度传感器106a-106f之类的压电换能器。由于质量体102在框架108内的配置以及测量二者之间的相对的加速度的目标，标示（register）剪切应力或对剪切应力做出响应的这样的换能器可以提供更大的灵敏度。在一些示例性实现方式中，换能器可以是单晶压电（例如，铌镁酸铅/钛酸铅（PMN-PT）晶体）换能器或其它适合的换能器。
由单晶制造的压电元件可以相对于多晶元件展现出更佳的地震感测属性。单晶换能器还可以对温度效应相对不那么敏感，并且可以具有较高的机械能到电能转换因数。如果以适当的角度、横向于晶体排列的取向来切割单晶，则可以形成高度响应于剪切负荷和力（如与张力或压缩负荷和力相对照）的换能器。
图1C是根据本发明的各种实施例的图示了洋底地震传感器站或地震节点150的示例性组件的框图。如图1C中所示，地震接收器或节点150可以包括被布置在一个或多个模块化壳体组件155内的一个或多个地震传感器160和存储器设备162。地震传感器160可以包括任何数量和组合的多轴单质量体地震加速度传感器（如本文中描述的）以及诸如水听器、地震检波器、加速度计等的其它传感器。
在一些实施例中，传感器160可以包括被配置成测量地震波的三个空间分量的三分量（3C）传感器。在一些实施例中，传感器可以测量线性运动、旋转或二者。地震传感器160还可以包括数字传感器，例如微机电系统（MEMS）加速度计。数字传感器的使用可以具有下述优点，包括：实行自动化校准的能力、传感器间减小的制造差异、改善的频率响应、在任何取向上的均匀性能以及小且紧凑的封装，以及其它的。
在Peter Maxwell等人的题为“Accelerometer Transducer Used for SeismicProspecting（用于地震勘探的加速度计换能器）”并且以2009年3月16日为优先权日提交的美国专利号6,883,638中公开了这些及其它适合设备的示例，该专利通过引用整体地并入本文并用于所有目的。在一些实施例中，地震传感器160可以包括压电传感器。在Ken KanDeng的均题为“Method and Apparatus for Sensing Underwater Signals（用于感测水下信号的方法和装置）”并且以2012年2月7日为优先权日提交的美国专利号9,294,011和美国专利申请号13/984,266（美国公布号2013/0319118）中公开了适合的压电传感器的示例，藉此将所述专利中的每一个通过引用整体地并入本文并用于所有目的。
存储器162优选地是随机存取存储器、存储介质或其它存储器组件，其具有足以容纳期望数量的地震数据的容量。虽然存储器162被示为单个实体，但是应当理解的是，存储器162可以实际上包括多个存储器组件或模块，并且存储器162可以以多个操作级别来提供，从高速寄存器和高速缓存设备到较低速的DRAM芯片以及其它的存储器组件。
在一些实施例中，节点150可以包括定时设备或时钟电路164以及电源或能量源166中的一个或二者。在一些实施例中，定时设备164可以包括被配置成生成用于记录地震数据的定时信号的谐振器、晶体或振荡器。在一些实施例中，定时设备164可以被配置成独立地生成用于地震传感器站或节点150的时钟信号。在替换实施例中，定时设备164可以被配置成从主时钟接收外部时钟信号，并且基于所接收的外部时钟信号来生成用于节点150的本地时钟信号。
能量源166可以被配置成向传感器160、存储器162和节点150中的其它电子电路中的一个或多个提供电力。在一些实施例中，能量源166可以包括具有足以在地震勘测的期望持续时间内向地震节点150提供电力的容量的电池。取决于实施例，也可以经由线缆或电感耦合能量源或以如本文中描述的其它方式来从外部向节点150提供电力。
在一些实施例中，节点150可以包括一个或多个深度和/或压力传感器168。深度或压力传感器168可以被配置成在部署和/或取回期间确定地震传感器站的深度。在这样的实施例中，可以定义用于开启或关闭地震传感器站的阈值深度。例如，在部署期间，可以直到达到（如由深度/压力传感器168测量的）阈值深度为止才对节点150的传感器、存储器和其它电路供电。类似地，当在取回期间到达这样的阈值深度时，可以使地震传感器站的一个或多个电路断电。通过选择性地对节点150的一个或多个电路供电，这些实施例可以保存电力并且延长地震传感器站在用以记录地震数据的操作期间的寿命。
图2图示了根据本发明的各种实施例的示例性地震勘测装置和方法270。如图2中所示，可以将多个自主传感器站或节点250部署在海床271上，或者类似地部署在水体或水柱274的表面272下方。
如图2中所示，可以经由相应的绳索或钢索280将传感器站250中的两个或更多个部署在海底或海床上。在一些实施例中，绳索280可以由具有相对于其浸入其中的水的预定义的特定密度的合成材料制成。在一些实施例中，绳索280可以是无源绳索，例如，绳索280可以不包括任何导电体。在替换实施例中，绳索或线缆280可以包括嵌入式导体以用于在各个地震节点250之间传送时钟信号、数据信号、控制信号和电力中的一个或多个。因此，绳索或线缆280可以具有没有信号或电力通信的无源配置或者具有其中提供信号和/或电力连接的有源配置。
虽然在本特定示例中参考了海底或海床，但是本发明的实施例并不限于任何特定类型的水体或水柱。相反，不同的实施例可以针对在包括海洋、湖泊、河流以及其它地质区域的任何水的、基于海洋或陆地的环境中的使用而进行适配。因此，本文中对术语海、海床、海底等等的使用应当被宽泛地理解成涵盖适于由地震节点或接收器250观测传播地震能量的所有水体和其它地震介质274和任何对应的表面271。
在特定的实施例中，可以经由适合的技术（包括但不限于，经由远程或自主操作的载具（ROV或AUV））或者通过从部署船舶或地震船舶275垂下节点250来将一个或多个地震节点250部署到海底或其它表面271。在其它实施例中，自主节点250可以被装备有推进系统并且被编程成导航穿过水柱274往返于海底271上的预定位置。如可以在图2中看到的，不用绳索280的单独的地震节点250的部署在靠近障碍的区域中（例如，在与石油钻机290或其它操作相关联的海底271的工作区域295中）可以是有利的，以避免在节点250的部署和/或取回期间绳索280发生与其它水下组件和其它障碍相接触并潜在地损坏所述其它水下组件和其它障碍或被它们损坏。
在一些实施例中，绳索部署的地震传感器站可以耦合到轮毂或浮标292。例如，绳索区段281和282被示出耦合到相应的轮毂292。虽然轮毂292被示为提供在漂浮的浮标上，但是这仅仅是代表性的，并且在替换实施例中可以将轮毂292中的一个或多个放置在海底271上。轮毂292还可以被配置成漂浮或悬置在水柱274内、在海底271上方或表面272下方的预定义的深度处。
在一些实施例中，轮毂292可以包括高精度或“主”时钟以及被配置用于与节点250进行数据通信和/或电力通信的通信组件。例如，来自高精度时钟的主时钟信号可以经由绳索280中的导体传递到节点250，以促进时钟矫正或者在节点250处生成本地时钟信号。
在一些实施例中，轮毂292还可以被配置成将电力、数据和/或控制信号传递到节点250。因此，轮毂292可以装备有发电设备和/或能量存储设备，和/或用于实行质量检查以及实现预定义操作协议等等的控制逻辑。在一些实施例中，从轮毂发送的信号可以被用来例如为传感器站电池充电、实行质量/站健康测试、开启/关闭站，等等。在一些实施例中，轮毂设备292可以装备有全球定位卫星（GPS）设备或其它定位或导航系统、和/或无线电发射机/接收机设备，以便促进确定轮毂292的位置和/或促进与轮毂设备292和/或节点250的通信。
在其中绳索280中的一个或多个被配置成传递电力和/或数据信号的实施例中，可以在每个绳索280的末端处提供尾部终止设备285。也可以在轮毂设备292中提供分离的头部终止设备，并且可以使用海水来耦合头部和尾部终止设备。
在一些实施例中，可以省略终止设备285和轮毂设备292中的一个或二者。例如，代表性的绳索区段283被示出没有到相关联的轮毂设备292的连接，并且没有尾部终止设备285。
再次参照图2，震源艇或船舶275可以被配置成拖曳地震源276，同时在地震节点250的区域中进行地震勘测。在一些实施例中，地震源276可以是气枪阵列（或多个单独的气枪），其被配置成向水柱274中释放一股压缩空气，从而向海床271发射声能。如图2中所示，这股压缩空气生成地震波277，其向下行进穿过水柱274到达海床271，并且其可以穿透海床271以从下表面或海床下结构反射。来自表面下结构的反射可以被节点250记录为地震数据，并且可以其后被处理以显现相关的表面下的层和其它结构的图像。可以由地质学家分析这些图像以标识可能包括碳氢化合物和其它资源的区域，并且标识其它的地球物理学的感兴趣特征。
在一些实施例中，可以在利用节点250采集地震数据的同时来同时地操作多个震源艇或地震船舶275。在其中使用多个船舶275的实施例中，震源艇可以被配置成根据同时的资源状态来操作它们相应的一个或多个地震源276。例如，两个或更多个震源艇275的震源276可以被配置成基本上同时地或者以预定义的延迟发射地震能量，以使得在来自两个或更多个震源276的地震能量的发射的持续时间中存在至少一些重叠。
在一些实施例中，可以将高精度时钟包括在每个接收器或地震节点250中、或者包括在所选接收器或地震节点250中。在替换实施例中，可以经由被配置成与在地震节点250中实现的从定时设备相协调的外部主时钟来提供高精度时钟信号。该主时钟可以位于轮毂设备292上，或者在沿着一个或多个单独的绳索或线缆280以预定义间隔放置的设备288中。
在一些实施例中，设备288可以包括高精度时钟和接口或其它通信组件。在替换实施例中，设备288还可以包括诸如电源之类的其它组件。在又其它的实施例中，一个或多个这样的设备288可以被配置为“超级站”或类似的地震节点，例如，具有地震节点250的所有组件以及用来向其它附近地震节点250提供主时钟信号的高精度时钟的地震传感器设备。
图3是用于多轴单质量体地震传感器装置300的示例性传感器配置的示意性图示。如图3中所示，此类示例可以采用与图1A和1B的单质量体加速度计传感器100相对应的传感器设计。
可以将多组压电换能器或加速度传感器元件306a、306b；306c、306d；以及306e、306f（例如，使用导电胶）安装到充当针对换能器306a-306f的共同基础（common ground）的球形中央测试质量体或主体302（例如，由黄铜或其它金属制成，或者具有传导涂层）上。
在一个这样的配置中，质量体302可以具有换能器的晶体组件的最大长度的至少约七倍的直径（即，7×3.5 mm或者≥25 mm）。在一些特定的实施例中，可以使用剪切模式压电换能器306a-306f，例如具有约3.5 mm×2 mm×1 mm的尺寸的长矩形或类似形状的晶体换能器306a-306f。更一般地，换能器306a-306f的形状和尺寸可以取决于应用而单独地或成组地变化。
测试质量体302可以具有平行平面耦合表面304，其被布置在正交轴线X、Y、Z的相对端处，并且除了使用粘合剂或其它机械附连之外，所述平行平面耦合表面304进一步被形成有大小被定制成接收换能器306a-306f以帮助确保换能器将保持就位的浅凹槽或凹处。第一组压电晶体换能器306a、306b可以被安装在沿着水平X轴的质量体302的相对侧面上，以共同地产生沿着水平Y轴的线性加速度计以及具有对绕Z轴的旋转的灵敏度的旋转加速度计。形成换能器306a、306b的晶体元件的长轴或纵向维度可以被定向成平行于Y轴，如图所示。
可以类似地沿着竖直Y轴来安装第二组或第二对的两个换能器306c、306d，其中形成换能器306c、306d的晶体元件的长尺寸或轴以垂直于第一对换能器306a、306b的长轴的方式旋转，例如如图所示定向成平行于Z轴。因此，第二组换能器306c、306d具有沿着Z轴的平移灵敏度以及绕X轴的旋转灵敏度。可以将第三组换能器306e、306f（换能器306e的配对306f位于质量体302的后面）安装在Z轴的相对端上，其中形成换能器306e、306f的晶体元件的长轴以垂直于第一对换能器306a、306b以及第二对换能器306c、306d的长轴的取向的方式旋转，例如如图所示被定向成平行于X轴。因此，第三组换能器306e、306f具有沿着X轴的平移灵敏度以及绕Y轴的旋转灵敏度。
因此，每组或每对换能器306a、306b；306c、306d；306e、306f的取向可以正交于其它组的取向，例如，其中，各对相应晶体被安装成其较长尺寸分别被定向成平行于X、Y、Z轴，如图3的示意性视图中所示。要指出的是，图3中邻近换能器306a-306f中的每一个（或重叠于其上）的“+”和“-”符号指示换能器306的剪切应力灵敏度对齐，而不一定指示连接到换能器306a-306f的电极的位置或极性。更一般地，剪切应力灵敏度对齐和对应的电极极性可以变化，如本文中描述的那样。
传感器装置300的外部壳体或框架（参见例如图1B）可以由适合硬度的非传导材料（例如，陶瓷）制成，并且被配置成通过将换能器306a-306f中的每一个连接到框架的对应侧面来维持中央质量体302的相对取向和位置。框架自身可以以零件构筑并且绕着质量体302刚性连接在一起。替换地，可以在框架或壳体内提供开口，其大小被定制成容纳具有以第一所选取向的附连换能器306a-306f（例如，具有被定向成对角地朝向各角部的换能器）的质量体302的插入，并且然后该开口被旋转到第二所选取向以用于将质量体302连接在相对于框架的固定位置中（例如，其中换能器邻近垂直的框架构件）。
在这些示例中的任何中，换能器306a-306f中的每一个的所选（例如，负）电极可以被定向成朝向相邻质量体302的外表面303并与之电接触，其中另一（例如，正）电极被布置在相对表面上，通过引线或其它电接触可达以与框架或壳体接触。例如，可以经由（例如，焊接的或熔接的）导线将换能器306a-306f的正电极连接到信号输出端口。壳体的每个框架构件还可以与其它框架构件电隔离，以免来自由分离的单独换能器306a-306f生成的信号的干涉。
传感器配置
图4是具有单个中央质量体402的代表性多轴地震传感器400的等距视图。在该示例性实现方式中，结构特征被适配成如上所述的动态范围考虑，并且被适配成为六个独立的换能器电路中的每一个提供增加的导电率和特定的隔离。该实施例中的测试质量体或主体402是传导球体，其具有适合于形成与每个传感器元件或换能器406的具有足够强度以及适合的传导率（例如，具有电损耗tan(δ) ≤ 0.004）的物理结合的外表面403。例如，中央质量体402可以由涂覆有金或其它导体的表面或外层403的阳极化铝核心材料制成。还可以基于铝或其它核心材料的特定重力来扩缩质量体402。可以在质量体402的表面403上形成平面耦合表面404，并且所述平面耦合表面404可以耦合到沿着以质量体402的中心为原点的三个正交轴线对齐的压电晶体换能器406，如上文描述的那样。
表面404提供用于附连换能器406中的每一个的结合和对齐表面。在一些实施例中，可以在表面404中的每一个中形成浅矩形或椭圆形凹槽，其被适配成正确地对齐换能器406并且协助将换能器406结合到质量体402。换能器406通常被形成为大致平坦且细长的矩形结构，并且可以被对齐成使得每个轴线的相对端上的成对的换能器406与彼此且相对于晶体中的剪切灵敏度的方向平行对齐。另两对换能器406中的每一对可以类似地对齐，以使得每一对中的换能器406都在剪切灵敏度上大体平行，但是正交于其它两个轴线中的每一个的换能器对对齐。
在一些示例性实现方式中，换能器406可以包括或由单晶压电体形成，例如PMN-PT晶体或其它适合的材料，如本文中描述的那样。可以用导电胶将换能器406粘附到表面404，以使得换能器406的共同（负）接触各自与质量体402电接触。
单质量体加速度计400的质量体402可以被壳体或框架408围住，壳体或框架408具有相对地成对组装的六个侧面构件或框架组件410。可以沿着中央质量体402的主轴中的一个布置每一对侧面410，每一对具有相对于其它各对的正交或横向取向。框架408的每个侧面410可以进一步由相对于彼此平行排布并且一起形成每个侧面410的周长的基本上一半的两个侧向柱或梁构件412组成。侧向构件412在宽度和深度上可以是基本上均匀的（例如，在横切长度或纵向方向截取的截面中一般是正方形的），并且提供三个维度中的基本上刚性的结构。
可以通过一对横梁414来连接侧向柱或梁构件412的末端，从而形成每个侧面410的其余周长。可以用平腹板段（web section）424来形成横梁414，所述平腹板段424从侧向构件412中的每一个中延伸出来，并且通过中央支持或耦合构件416在跨度的中央接合在一起。平腹板424可以处于框架408的每个侧面410的平面内，并且支持构件416可以基本上被形成为立方体或直角矩形棱柱，例如其中长度、高度和宽度与侧向构件412的平腹板段424的横向宽度类似。
中央传感器梁420可以在横梁414的支持构件416之间延伸，被定向成大致平行于侧向构件412并且在其之间，以便完成每个侧面框架构件410。每个传感器梁420可以被形成有例如通过传感器支柱或支架418在跨度的中央接合在一起的两个平坦横向的腹板段426。每个传感器梁420的平腹板段426可以被定向成垂直于对应侧面410的平面并且垂直于横梁414上的平腹板段424。传感器支持418可以基本上被形成为立方体或直角矩形棱柱，例如其中长度、高度和宽度与传感器梁420的平腹板段426的横向宽度尺寸类似。
如图4中所示，框架408的各个侧面410可以是大致平的或平面的，并且可以被构建成具有高结构容差和可重复性。在例证性实施例中，框架408的侧面410可以由可加工陶瓷形成，来最大化侧面框架410中的正交容差和硬度。在其它实施例中，侧面框架410可以由铝或其它传导金属材料或复合材料制成。因此，框架408的侧面构件410可以是传导的或绝缘的。
可以将六个单独的侧面框架构件410附接在一起来产生刚性的、立方体状壳体或框架408，其被绕着测试质量体或中央主体402布置。可能合期望的是，使用隔离构件422将框架408的侧面410连接在一起以减少每个单独的框架组件410中的相邻侧向构件412与横梁构件414之间的机械耦合，例如其中隔离构件422被布置在侧面框架410的角部相交处。在质量体402例如响应于如本文中所描述的地震能量而相对于框架408移动时，隔离器422（一共八个）可以操作以最小化随着质量体402（例如，响应于如本文中描述的地震能量）相对于框架408移动而从框架408的一个侧面410传递到另一个侧面的机械和振动能。
在其中框架组件410由传导材料（例如，铝或其它金属）制成的实施例中，隔离器422可以进一步是电绝缘体。在一个示例性实施例中，侧向组件412的每个末端还可以被形成有用以接受基本上球形的隔离器422的凹状凹槽（如图所示）；然而，可以使用其它形状和形式的隔离器422。在一些实现方式中，隔离器可以由玻璃、陶瓷或G10玻璃纤维/环氧树脂形成。可以使用环氧树脂或其它形式的粘合剂来将侧向构件412和隔离器422固定到彼此。
可以例如用粘合剂来将每个换能器406的外表面附接到对应的侧面框架组件410上的传感器支持418的内表面。因为跨每个侧面410的中央部分连接刚性传感器梁420，所以共振频率可以相对较高。
最小化传感器系统400中的各对平行换能器406上的跨轴线影响的能力可能受换能器406的相关晶体轴线的正交对齐的准确度以及晶体的极化的准确度的影响。为了更好的经济性、灵敏度和可靠性，框架408的每个侧面410可以并入跨侧面组件410连接的传感器梁420，其包括被设计成沿着感测轴线相对较硬而沿着非感测轴线相对较软或不那么硬的一个或多个腹板段426。这种构造实际上与具有与传感器梁420的平腹板段426相对应的平腹板段424的横梁构件414的构造相类似。这种配置可以增加或最大化附连换能器406在感测轴线中（例如，对于轴向平行的换能器对而言）的灵敏度。此外，在本实施例中，框架408的每个侧面410中的横梁414被配置成减少沿着正交轴线的作用在框架408的相应侧面框架组件410上的力的效应。
本设计的优点是：在例如沿着对应的传感器梁420的纵向维度的主要或主感测方向上在换能器406上（由框架408的每个侧面410中的加粗虚线箭头所指示的）生成相对较高的机械剪切应力。相反，在横轴方向上可能存在相对较低的剪切应力；例如，相对于主感测方向减少大约-40 dB。
传感器组装件400的实施例可以通过将传感器梁420配置成在感测方向上——即，纵向地沿着横向腹板段426的平面，如由图4中的箭头所示——相对更硬而在垂直于横向腹板段426的平面的横轴方向上相对不那么硬（更柔软或“更软”）来实现这些结果。类似地，框架408的每个侧面410中的横梁414可以同样地被配置用于在感测方向上（横向地沿着平腹板段424的平面）具有相对更高的硬度，而在垂直于平腹板段424的平面的横轴方向上具有相对较小的硬度以及更大的柔软度。
由于框架408的每个侧面部分410上的传感器梁420和横梁构件414可以在感测方向上比在横轴方向上相对更硬，所以可以增强或最大化沿着主感测轴的对应的换能器406的晶体元件上的剪切应力。同时，可以减少从主传感器轴到其它独立轴线的“串扰”。传感器400的构造因此通过增大各个换能器406的晶体取向属性的效果来增加灵敏度，以便当被在其优选感测方向上加压时产生相对更多的电压，并且减小轴外效应以便达成期望的矢量保真度水平。
更具体地，传感器400被配置成无论传感器取向如何都沿着每个独立测量轴线来生成运动或冲击的一致表示。传感器400还被配置成大幅减少如被另两个独立（正交）轴线观测到的对沿着一个特定的传感器轴线的冲击的响应。这通过提供在传感器400处观测到的实际（物理）矢量波场的更准确的表示同时减少非物理传感器响应效应来改善矢量保真度。
取决于应用，根据图4中的设计的传感器可以被配置有针对约±335 mg's的OBN最大信号（直接到达）加速度值和（约2 Hz到约200 Hz处的）约20 ng2/Hz的OBN最小信号而选择的灵敏度和动态范围。适合的换能器配置包括但不限于：PMN-PT剪切模式晶体和压电加速度计传感器元件，例如，具有近似约4,500 pC/N的d15压电介电常数。
在特定示例中，适合的形成直线的（rectilinear）压电晶体尺寸可以是近似约3.5mm × 2 mm × 1 mm。适合的机械参数可以包括但不限于：使用50磅力（约220 N）的平均拉力值的大约16 MPa（2,500 psi）的基于双剪切区域的平均剪切应力。可以以铝球体的形式来提供适合的质量体主体，如上文所描述的，例如具有近似约2.35 cm（0.925 in）的直径和近似约18.3g的质量。可以以3.124 cm（1.23 in）厚（方形的）铝支架或支柱组件的形式提供适合的框架或侧面面板组件，其中铝横梁和传感器梁构件具有0.508 mm（20 mil）厚的腹板段。这些值仅仅是代表性的，并且随实施例不同而变化。
在特定示例中，玻璃球体和其它适合的材料可以用于隔离器422。从耐久性的角度来说，此类构造可以能够抵抗这样的撞击：从30.5 cm（12 in）掉落在硬表面上从而导致经过具有1/2毫秒的脉冲宽度的½周期正弦波冲击后的近似784 g's的向上的加速度。这与可能通常受到来自基本上更低的施加震动的损坏的影响的现有技术设计形成对照。
适合的测试过程包括：以离散分布的频率沿着Z轴（或沿着任何其它所选轴线）以300 mg's的加速度竖直地移动传感器装置400。对于此类测试，可以在隔离器422上施加或定义对应的加速度边界条件，或者将其以其它方式定位在传感器装置400的角部处，如图4中所示。在图5中标绘了由该运动所引发的换能器晶体422上的所得到的应力。
图5是针对图4的代表性地震传感器设计400的作为频率的函数的剪切应力图500。描绘的是晶体上针对三个主要X、Y和Z传感器轴线的相关剪切应力（分别为线502、504和506）。
例如，对于被指定为Y轴加速度计的晶体对，标绘了Txy（线504），因为这是产生不可忽视的电压并且可以被定向成对应于Y轴加速度的剪切应力。还针对每个频率标绘了X轴换能器（线502）和Z轴换能器（线506）上的剪切应力。每个频率下的基准点是与中央质量体相接触的对应晶面中的任一个上的最大应力。每个轴线存在两个晶体，并且每个晶体一个接触面（即，其中换能器被附连到质量体的外表面）。
剪切应力图500指示了两个特征。第一个是晶体响应相对于频率基本上是平坦的。出现这点是因为传感器共振显著地在该频带之外。第二个是Y轴响应可以相对更强；例如，仅比Z轴响应低约23 dB。还要指出的是，对于Z轴方向上的加速度而言（Z轴摇动），Y轴是针对其与换能器晶体相接触的单个传感器梁是最软的或最不硬的连接的轴，这潜在地导致了Y轴晶体上的更大应力。相反的是，Y轴框架上的这对横梁可以响应于沿Z轴的运动而相对更硬。当梁厚度减小到约0.254 mm（0.01 in）时，该设计的响应可以改善，但是例如基于制造考虑，也可能偏爱更厚的设计。
与作为频率的函数基本上不变的换能器晶体剪切应力相一致，并且在晶体换能器充当质量体与框架之间的弹簧的情况下，质量体和隔离器之间的相对位移（考虑了针对所施加的加速度的控制或边界条件）随着频率也是基本上不变的。在特定示例中，对应的相对位移幅度是约7.33 nm。可以根据A / (2πf)2来找到相对于隔离器（或其它参考）的总体相对位移，其中f是频率并且A是加速度（例如，300mg's）。
图6是替换的多轴单质量体地震加速度计传感器装置600的等距视图。传感器600可以被配置得稍微与图4的实施例不同，并且提供附加的结构上和制造上的优点。在其它方面，图6的加速度计600可以与图4的加速度计相类似。
如图6中描绘的，传感器600被构造有被围在壳体或框架608内的中央测试质量体或主体602。中央质量体602可以是球体（实心的或空心的），或者根据其它实施例进行配置。可以在质量体602的外表面603上形成六个平面的或凹进的表面604，例如，与以质量体602的中央为原点的三个正交轴线的相对末端对齐。
表面604提供用于附连每个传感器元件或换能器606的结合和对齐结构。在一些实施例中，可以在每个表面604中形成浅的矩形凹槽或凹处，以便适合地对齐换能器606并且协助将换能器606结合到质量体602的外表面603。
通过连接被配置成形成绕着质量体602的大致立方体的外壳的六个平板部分或侧面板构件612来形成框架608。例如，板612中的每一个可以形成具有类似的或基本上相同的大小、厚度和构造的侧面框架组件或部分610。各个板612可以由铝或陶瓷加工而成或者由具有适合的耐久性和刚性的其它材料形成。
可以在每个板612中形成中央孔径614，其例如基本上在框架608的每个侧面610中位于中央。还可以在板612内形成多个钻孔616，其例如在框架部分610的角落，与中央孔径614间隔开，如图6中所示。可以在角部处通过隔离器622连接各个框架部分610，以便提供电隔离并且减少相邻框架部分610之间的力耦合，如图4的实施例中那样。
在图6中描绘的传感器装置600的示例性实施例中，中央孔径614在形状上可以是八边形的并且以成组的平行且相对的内壁624、626和628为边界，例如其中壁624基本上垂直于壁626，并且壁628被对角地布置在壁624与壁626之间，其中的每一个都可以具有近似相同或不同的长度。替换地，孔径614可以具有圆形的、三角形的、椭圆形的、正方形的、六边形的或其它几何形状，并且内壁配置可以相应地变化。
与在图4的实施例中所示的传感器梁配置形成对照，一个、两个或更多个连杆元件620可以用来将每个换能器606连接到侧面框架部分610。每个换能器606可以被保持在由连杆620支持在中央孔径614内的支架或支持结构618内。
连杆元件620被固定到中央孔径614的相对内壁624并在其之间延伸。连杆620可以被布置成大致平行并且相互间隔开，从而延伸穿过传感器支持618的侧向末端。在示例性实施方式中，连杆620由铍铜制成，例如具有直径约0.508 mm（0.02 in）的圆形横截面。铍铜和其它适合的材料为连杆元件620提供高屈服强度和传导率，并且圆形横截面在（由虚线双箭头指示的）垂直于沿着纵向方向定向的主平移剪切轴的两个横轴方向上产生基本上相似的剪切应力响应。替换地，材料和横截面几何形状可以取决于应用而变化。
在例证性实施例中，支架或支持618可以由黄铜或其它适合的金属材料制成，并且被设计成夹紧到压电晶体换能器606的纵向侧面上的连杆620。框架608可以用位于靠近每个框架部分610的内面的连杆620来确定大小，以便减少“剥离”力矩。例如，晶体换能器606上横向于主平移剪切轴（虚线双箭头）的剪切力可以产生可以起作用以将换能器606从质量体602剥离或以其它方式移出的应力分量，并且产生足以打破将换能器606保持到质量体602的外表面603的胶合结合或其它机械耦合的力。一般地，连杆620越靠近质量体602，对应的力矩越小，从而减少了这种潜在效应。
在与上文关于图5讨论的类似操作中，可以在离散分布的频率下、以约300 mg's的加速度竖直地（例如，沿着Z轴）移动图6的传感器装置600。对于这样的测试，可以将对应的竖直加速度边界条件施加到隔离器622上，针对其定义了加速度的值和相位。在图7中标绘了由该运动所引发的换能器晶体620上的应力。
图7是针对图6的替换地震传感器600的作为频率的函数的剪切应力图700。描绘的是晶体上针对三个主要X、Y和Z传感器轴线（分别为线702、704和706）的相关的剪切应力。
对于被指定为Y轴加速度计的晶体对，标绘了Txy（线704），因为这是产生不可忽视的电压并且可以被定向成对应于Y轴加速度的剪切应力。还针对每个频率标绘了X轴换能器（线702）和Z轴换能器（线706）上的对应剪切应力。每个频率下的基准点是与中央质量体相接触的晶面中的任一个上的最大应力。再次地，每个轴线存在两个晶体，并且每个晶体一个接触面，其中换能器被附连到质量体的外表面。
由于传感器共振显著地在带外，所以晶体响应相对于频率仍保持基本上平坦。然而，与图5的实施例形成对照，（针对X轴和Y轴换能器对的）横轴响应更为类似，并且二者都比（针对Z轴换能器对的）驱动轴的响应低40 dB以上。通过这种设计进一步满足了矢量保真度要求，其中一致地且准确地测量了对沿着特定轴线的推动力的响应，并且轴外响应基本上小于轴上响应。
与作为频率的函数基本上不变的换能器晶体剪切应力相一致，并且在晶体换能器充当质量体与框架之间的弹簧或类似可偏移耦合的情况下，质量体和顶框架之间的相对位移（考虑了控制）随着频率也是基本上不变的。在这些特定示例中，相对位移幅度是约0.91nm。可以根据A / (2πf)2来找到传感器的总体相对位移，其中f是频率并且A是加速度（例如，300mg's）。
图8是另一替换多轴单质量体地震传感器装置800的等距视图。如图8中描绘的，传感器装置或加速度计800可以在一些方面上与图4的传感器400和图6的传感器600相类似。传感器装置800的壳体或框架808也可以由单件的可加工陶瓷、金属或其它适合的材料来制造，从而提供附加的正交性和硬度。
中央测试质量体或主体802被围在壳体或框架808内。中央质量体802可以是球体（实心的或空心的），或者被形成为对称的多面体或其它形状（例如，具有在质量体802的外表面803上形成的六个平面耦合表面804，与以质量体802的中央为原点的三个正交轴线的相对末端对齐）。耦合表面804提供用于附连传感器元件或换能器806的结合和对齐表面，如上文描述的那样。在一些实施例中，可以在每个表面804中形成浅凹槽或凹处，以便容纳和对齐各个压电晶体换能器806，并且协助将换能器806结合到质量体802的外表面803。
如图8中所示，框架808可以包括绕着质量体802形成立方体的六个平坦的面或侧面810。这样的框架808可以被形成为由陶瓷（例如，MACOR材料）或由具有适合的刚度和其它机械属性的适合的金属或其它材料所加工的单体式或类似结构的外壳组件。
可以在框架808的每个侧面810中形成中央孔径814，其被为立方体框架808提供周边构架的多个侧向柱或梁构件812环绕。在对称的实施例中，可以类似地或者在大小、厚度以及构造上基本上相同地构造侧向构件812。
如图8中描绘的，中央孔径814的形状可以大致是方形或八边形的，并且以两对平行的且大致相对的内壁824和826为边界。壁824和826可以具有类似的长度，其中成对的交替的壁824和826被定向成大致垂直于彼此。其余的内壁828可以相对于其它内壁824、826以及相对于沿着框架808的侧面810的侧向周边组件812对角地定向并且一般比它们更短。对角壁828可以进一步向内朝向质量体802倾斜，并且可以无缝地过渡到沿着框架808的每个侧面810延伸的侧向构件812中。中央孔径814还可以足够大以容纳质量体802，以实现框架808内的插入和固定。
如在图6的实施例中，一对圆柱连杆820可以用来将每个换能器806连接到传感器装置800的框架808，如图8中所示。在特定配置中，可以将每个换能器806保持在被连杆820进一步保持在中央孔径814内的支架或支持818内，连杆820被固定到一对相对的内壁824并在其之间延伸。在示例性配置中，可以将连杆820的末端插入到钻到侧面810的侧向柱或梁组件812中的孔816中，并且例如用粘合剂固定于其中。可以将成对的连杆820布置成相互平行且相互间隔开，从而延伸穿过对应支架818的侧向末端。在示例性实现方式中，连杆820可以由具有直径是大约0.508 mm（0.02 in）的圆形横截面的铍铜制成。替换地，尺寸和材料组成发生变化。
在例证性实施例中，支持818可以由黄铜或其它适合的金属材料制成，并且被设计成夹紧到压电晶体换能器806的侧面上的连杆820。可以相应地确定框架808的大小，并且连杆820可以位于靠近框架808的每个侧面810的内表面，以便减少“剥离”力矩，如上文所描述的那样。此外，可以在侧向组件812中例如从支柱构件的内边缘、横向于接收连杆820的钻孔816并与其流体连通地钻出或以其它方式形成沟道830，以便注入粘合剂（例如，传导环氧树脂或其它结合剂）来将连杆820固持就位。
图9A是用于制造具有中央测试质量体或主体902的单质量体地震传感器900的对齐工具或夹具940的等距视图。图9A描绘了被适配用于相对于中央质量体902对齐传感器元件或换能器906与支持支架918的工具或夹具940。
可以将质量体902插入到主端口944中，该主端口944限定在对齐工具940的基部942中，被定制大小且被配置成以其中质量体902被加工或以其它方式制成的特定形状或形式来接收质量体902，并且将质量体902保持在特定取向中。可以邻近主端口944在基部942中形成多个狭槽946、948等，并且该多个狭槽946、948等邻近对应的附着面904与质量体902的横轴对齐。狭槽946、948可以被定制大小并且被配置成以合适的取向接收换能器906和对应的支架或支持918的组合，以沿着期望的剪切轴线对齐换能器906的晶体。
因此可以以期望的对齐将换能器晶体906附接到质量体902，并且在所施加的粘合剂固化的同时将其固持就位达延长的时段。因此可以在并发操作中将多个压电换能器或其它传感器元件906结合到质量体902。
图9B是用于多轴单质量体加速度计或地震传感器装置900的组装夹具950的等距视图。可以由图9B中描绘的组装夹具或工具950来协助制造过程中的第二步骤。
可以将具有先前结合于其上的换能器906和支持918的质量体902临时固持就位于工具950的基部952上。可以将多个竖直支柱954可移除地放置在组装工具950的基部952中的孔中，来将质量体902固持就位。可以使基部952的中央部分958适合地呈梯状，以便将质量体902抬升到表面上方并且当壳体或框架908被放置在质量体902之上时将质量体902定位在壳体或框架908内，从而停留在基部952上。
可以通过一组附加的竖直支柱956来将框架908进一步固持就位，支柱956可以可移除地放置在基部952中的附加的孔内，以便将框架908相对于质量体902固持就位。在将质量体902和框架908在组装工具950上相对于彼此固持就位的同时，可以将连杆从第一侧插入穿过框架908的支柱中的孔、穿过支持918中的孔径、并且然后穿过限定框架908的面的相对支柱上的钻孔，如例如在图6和图8中所示。粘合剂可以然后被注入穿过粘合剂沟道并且被固化来将连杆固定到框架908和支持918。组装工具950因而提供用于连杆的结合的同时的、全轴线固化操作，由此最小化和标准化在组装过程期间本来可能置于连杆和换能器上的任何应力。
传感器响应
图10是图示了被施加到力传感器装置1000的外部刺激的示意图。如图10中所示，线性外部刺激1001经由传感器壳体或框架向支架或支持1018施加力。支架或支持1018被机械耦合到各个传感器元件1006，例如，压电晶体换能器。
测试质量体1002的惯性阻力抵抗外力或刺激1001，并且跨被定位成响应于外力1001的每一对换能器1006显现剪切应力。当在质量体1002的每个侧面上针对换能器1006求和晶体响应（压电电压输出）时，由于外部刺激是沿着所选感测轴线施加的，所选晶体取向和极性惯例导致了与加速度幅度成比例的信号。由于传感器装置1000的机械设计在晶体底座内提供相对于框架的适合的柔量（compliance），所以轴外传感器具有最小响应，如本文中描述的那样。
如图10中所示，每个换能器1006被夹在测试质量体或主体1002（出于方便被示为椭圆的）与相邻支架或支持构件1018之间。示出针对两个换能器1006中的每一个的机械正（或正响应）标志1034，并且可以在每个晶体的同一末端上对齐这些标志。也可以以如下方式将换能器1006安装到质量体1002：其中负电极或共同电极靠着质量体1002的外表面和/或与其电接触地放置，并且其中正电极被定向成靠着支持支架1018和/或与其电接触。
在一些示例中，质量体1002可以包括传导金属，或者包括定义了等势的镀金属表面，其电连接到传感器1000中的每个换能器1006的共同（负）电极，并且其可以电连到公共接地，如图10中所示。代表性电气图1050图示了等效电路，示出了换能器1006和接地的电极性。然而，极性和机械正惯例仅仅是代表性的，并且可以为任何或全部换能器1006互换，而不失普遍性。
对于线性加速度传感器1000而言，当声平面波或其它适合的外部刺激1001沿着指定的正感测轴线行进时，传感器1000响应于换能器1006上得到的剪切应力生成正信号。该剪切应力由固定到每个换能器1006的一个面的质量体1002相对于传输到固定到换能器1006的相对表面的支持支架1018上的外部刺激1001的惯性阻力所引发。质量体1002的主体和支持支架1018在换能器1006的相对面上推拉，从而生成剪切应力。
当声波以与传感器的正感测轴线相对的方向行进时，产生负输出。波传播方向因此定义了针对每个线性传感器轴线的信号极性。响应于线性机械刺激，晶体受到生成了同极性信号的剪切力的影响。图10中的等效电路1050指示了在该特定配置中，电响应VR与两个换能器晶体1006的电压输出XTAL1和XTAL2的总和相等。
旋转响应
三个传感器轴线X、Y、Z可以正交地排布，例如其中轴线的正极性取向各自满足右手定则（参见图3）。对于旋转加速度传感器而言，作用在成对的耦合压电晶体换能器上的运动将具有正极性，如穿过运动的平面并且沿着与该平面垂直的正轴线查看时在绕着公共轴线的顺时针方向上定义的。以另一种方式描述，从与旋转平面垂直的轴线的正端向下看，作用在成对的耦合传感器上的运动将具有正极性并且绕着轴线以逆时针方向行进。替换地，可以将该符号惯例颠倒而不失普遍性。
图11A是图示了传感器1100的取向和平移响应的示意图，传感器1100具有绕着测试质量体1102位于X-Z（或Z-X）平面中的被附连到支持支架1118的一组换能器1106。图11B和图11C是图示了针对分别位于X-Y平面和Y-Z平面中的换能器1106的取向和平移响应的示意图。图11D是图示了针对代表性换能器1106的响应和电极极性惯例的示意图。
图11A描绘了绕着质量体1102位于X-Z或Z-X平面中的第一对换能器1106的取向以及对外力的正平移响应的方向。使用图11D的正响应和电极标志惯例，由应力和电极奇偶标志（点）来指示电极连接和对应的电压输出的极性。
图11B和11C使用相同的标志惯例。图11B描绘了绕着质量体1102位于X-Y平面中的第二对换能器1106的取向，并且图11C描绘了绕着质量体1102位于Y-Z平面中的第三对换能器1106的取向。
图12是针对多轴单质量体地震传感器装置1200中的一组压电换能器或传感器元件1206的代表性接线图。图12是标示针对换能器1206的前置放大器板1210和信道X1-X6的布线的简化示意图，如在多轴单质量体加速度传感器1200的各种实施例中所提供的那样。在一些实施例中，可以将集成的前置放大器/数字化器放置在缓冲前置放大器后面。在附加实施例中，可以在形成最终的线性和旋转运动输出信号之前，例如经由数字求和和求差来使用用于增益调整和偏移移除的后数字化处理器。
在一些配置中，多轴单质量体加速度传感器1200可以具有六个运动传感器响应：三个正交线性加速度响应以及三个旋转加速度响应。针对每个轴线（分别被指定为Xl、Xr；Yl，Yr；和Zl、Zr）的线性和旋转加速度响应是从由对应的单晶换能器对1206所获得的和信号和差信号形成的，如图12中所示。可以沿着延伸通过（单个）测试主体的质心的三个正交感测轴线X、Y、Z中的不同的一个定位三对换能器1206中的每一对，如上文描述的那样。
彼此相对的成对的各个换能器1206的响应在缓冲和数字化之后可以被求和或求差，以生成线性或旋转加速度响应。符号惯例确定线性和旋转输出是否是通过对相对的晶体对求和或求差而导出的。出于特定的设计目的，可以通过对相对的晶体响应求和来生成线性响应信号，例如通过确定每个晶体的机械取向，如上文在图11A-11C中所示。因此，相对的晶体响应的差可以用来生成旋转加速度响应。然而，符号惯例是任意的，并且可以被颠倒而不失普遍性。
信号生成
本部分定义了用于计算和生成针对示例性多轴单质量体加速度传感器的简单的代表性线性和旋转输出的所选公式和算法。这些相对直接的示例不一定包括全部三维取向调整项（例如如可以从正式的校准过程所导出的），但是此类修正也被设想在本公开的范围内。
在下文的一阶数学表达式中，由v1–v6来表示经缓冲的换能器信号。由o1–o6来表示偏移调整。增益调整的具体值随实施例不同而变化。特别地，这些具体值仅仅指示对多轴单质量体地震传感器的特定配置中的针对线性和旋转信号的可变性范围。更一般地，这些值基于换能器响应、电子配置和其它因素而变化。
表1：线性响应
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
表2：旋转响应
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
表3：参数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
示例
一种地震数据采集系统可以利用具有一个或多个地震传感器的传感器站，其中地震传感器包括任何数量和组合的水听器、地震检波器、加速度计等。这样的系统可以包括多轴单质量体加速度计，例如，被实现为被配置用于测量沿着三个独立方向的线性运动中的三个自由度和绕着三个独立轴线的旋转中的三个自由度的六分量地震传感器。在这些实施例中的一些中，传感器被提供有耦合到单个测试质量体并且沿着独立或正交轴线排布的三对加速度计或类似的压电传感器。
这样的多轴单质量体加速度计的共振可以比其它传感器（例如，典型的质点加速度传感器）高一个或多个量级，这使得能够合理地实现高切（high-cut）机械冲击系统，而同时维持所选感兴趣地震频带内的平坦响应。加速度计可以通过将晶体和梁配置成唯一取向和/或通过用支持部附连到晶体来并入有向感测，所述支持部沿着感测主轴是“硬的”而沿着横轴是“软的”。通过这样的配置能够满足的一个目标是要减小或最小化框架中的失真，而同时增强或最大化晶体中沿着主感测方向的剪切应力。
在本文中描述的示例和实施例中的任何中，一种地震传感器可以包括框架和被布置在框架内的中央质量体，中央质量体具有三个主轴。多个换能器可以机械耦合在框架与中央质量体之间。可以以三对来排布换能器，其中每一对中的换能器耦合到如沿着三个不同主轴定义的中央质量体的相对侧面。
换能器中的每一个可以具有定义剪切灵敏度的晶体取向，其中每一对中的换能器的剪切灵敏度被定向成大致平行于彼此并且基本上垂直于相应的主轴。例如，三对换能器中的剪切灵敏度可以被定向在互相垂直的方向上。互相垂直的方向可以对应于主轴，但是每一对的剪切灵敏度垂直于该对沿其布置的主轴，并且因此平行于三个主轴中的不同的一对换能器沿其布置的另一主轴。
框架或壳体可以包括成对排布在如沿着三个主轴定义的中央质量体的相对侧面上的多个侧面框架构件，其中换能器被耦合到相应对中的每一对中的侧面框架构件。可以将多个隔离构件布置在侧面框架构件之间在侧面框架构件的角部处，其中隔离构件被配置用于抑制相应侧面框架构件之间的剪切负荷传递。
可以沿着每个侧面框架构件的中央部分布置梁，其中梁被配置用于在中央质量体对面耦合到相应的换能器。这样的梁可以具有非均匀横截面，其定义沿着相应换能器的主感测方向（例如，如由晶体取向定义的，其中剪切灵敏度垂直于相应的主轴）的相对较高的硬度以及垂直于主感测方向（例如，沿着相应主轴）的相对较低的硬度。
替换地，一个或多个连杆可以耦合到每个侧面框架构件，并且跨形成在侧面框架构件的中央区域中的孔径布置。一个或多个连杆可以被配置成例如用沿着主感测方向延伸的连杆将相应的换能器耦合到框架的对应侧面。连杆还可以被配置成减少与主感测方向垂直的剪切负荷传递。
在这些示例和实施例中的任何中，中央质量体可以是传导的或具有传导外表面。换能器中的每一个可以电气耦合到传导外表面，以便定义共同端电势。例如，换能器中的每一个可以被定向有朝向中央质量体的传导表面布置的负电极侧，并且所有的负电极可以连接到用以定义共同基础的传导体球。
传感器电子设备可以被配置成组合每一对中的换能器的信号，以便生成表征框架在垂直于对应主轴的方向上的加速度的输出。类似地，传感器电子设备可以被配置成组合每一对中的换能器的信号以生成表征框架绕着相应主轴的旋转的输出。取决于针对所选换能器晶体取向的电极和响应惯例，利用适合的前置放大器电子设备、增益因数以及其它参数，可以通过求和来组合信号以生成（线性）加速度输出，并且通过相减来组合信号以生成旋转加速度输出。
根据上述实施例和示例中的任何的传感器装置可以包括：模块化壳体组装件，其具有被配置用于布置在水柱中的一个或多个组件。可以在模块化壳体中提供地震传感器，其中地震传感器包括：被布置在框架内的中央质量体，以及机械耦合在框架与中央质量体之间的多个换能器。换能器可以以成对地耦合到中央质量体的相对侧面的方式排布，其中所述相对侧面是沿着中央质量体的三个主轴定义的。
传感器电子设备可以被配置成通过组合每一对中的换能器的信号来生成输出，其中输出表征传播穿过水柱的地震波场。例如，信号的第一（例如，加法）组合可以是对与该对换能器沿其耦合到质量体的主轴相垂直的感测方向上的加速度的响应。相反，信号的第二（减法）组合可以是对绕着该对换能器沿其耦合到质量体的主轴的旋转的响应。
替换地，可以例如基于换能器晶体取向、电极耦合惯例以及其它电子信号处理组件来颠倒符号惯例。例如，每一对换能器可以具有定义沿着感测方向的剪切灵敏度的晶体取向，其中一对内的各个换能器的剪切灵敏度被定向成大致平行的方向，并且不同对的换能器的剪切灵敏度被定向成互相垂直的方向。
框架可以包括被排布在中央质量体的相对侧面上的多个侧面框架构件。多个隔离构件可以被排布在侧面框架构件之间，并且被配置用于减少框架的侧面之间的剪切负荷传递。框架还可以包括沿着主轴绕着中央质量体布置的多个侧面，其中每个侧面在中央质量体对面地耦合到换能器中的相应一个。侧面（或侧面框架构件）可以被配置成提供沿着相应换能器的感测方向的相对较高的硬度以及（例如，沿着质量体的对应主轴的）垂直于相应的感测方向的相对较低的硬度。
中央质量体可以由传导材料形成，或者可以在中央质量体上提供传导外表面。换能器中的每一个可以电气耦合到传导外表面，以便定义共同端电势。
时钟电路可以被配置成提供与传感器电子设备的输出相对应的定时信号，并且存储器可以被配置成存储输出和对应的定时信号。在传感器站和地震节点实施例中，可以将时钟和存储器与地震传感器和传感器电子设备一起布置在模块化壳体内。传感器装置可以进一步包括电源，其被配置用于向电子设备、时钟电路、存储器和传感器电子设备提供电力。深度传感器可以被配置成基于传感器装置在水柱中的深度来控制电源。模块化壳体可以是基本上整体的，或者由结合在一起的分离的模块化组件形成，其中地震传感器、传感器电子设备、时钟电路、存储器、电源、深度传感器和其它内部组件被布置在壳体的相同或不同的模块化组件中。
形成或组装这样的地震传感器或传感器装置的适合的方法包括：提供对齐夹具并将质量体部署在对齐夹具的基部上，其中质量体定义三个正交轴线。可以邻近质量体在夹具上布置多个换能器，沿着正交轴线中的至少两个将换能器成对排布在质量体的相对侧面上。可以利用夹具将换能器对齐，其中每一对换能器定义与相应轴线垂直定向的主感测方向。还可以将换能器结合到质量体，其中夹具保持换能器中的每一个沿着相应的主感测方向对齐。
替换地，可以在没有对齐夹具的情况下例如使用其它对齐工具来单独地实行步骤中的每一个。取决于传感器和夹具设计，将质量体布置在对齐夹具的基部上可以包括：将质量体插入到定义在基部中的端口中，其中端口被配置成将质量体相对于正交轴线对齐。邻近质量体布置多个换能器可以包括：将换能器插入到邻近夹具的基部中的端口定义的狭槽中，其中狭槽被配置成对齐换能器以定义与对应的正交轴线垂直的相应的主感测方向。
还可以在夹具上布置框架，其中将框架的侧面相对于三个正交轴线对齐。可以将所述多个换能器结合到框架，其中换能器被结合在质量体与相应的侧面之间。所选组装方法还可以包括：将销钉插入到基部中，其中销钉被配置成在同时进行的固化操作期间使质量体和框架中的一个或二者固持就位，以用于基本上同时地将多个换能器结合到质量体和框架中的一个或二者。
还涵盖了附加的组合。例如，传感器站可以包括标量压力传感器和被配置成测量地震波的三个空间分量的三分量（3C）传感器中的一个或多个，例如，一个或多个微机电系统（MEMS）加速度计或压电传感器。还可以在传感器站中包括一个或多个附加组件，例如被配置成生成时钟信号的定时设备或电路、被配置成存储来自传感器的地震数据的存储器、被配置成向传感器提供电力的能量源以及其它电子组件。
系统可以包括一个或多个深度或压力传感器，其被配置成在部署和/或取回期间确定地震传感器站的深度。在部署期间，可以直到达到（例如，如由深度或压力传感器测量的）阈值深度为止才对地震传感器站的一个或多个传感器、存储器和其它电路或电子组件供电。当达到阈值深度时，也可以使地震传感器站的电路或电子组件中的一个或多个断电。
通过在部署和/或取回期间选择性地对地震传感器站的一个或多个此类电路或电子组件供电，传感器站可以保存电力并且延长操作寿命。特别地，无论是基于深度、定时还是另一操作参数，与不具有选择性地为一个或多个电路或电子组件供电和断电的能力的这样的系统相比，都可以在用以记录地震数据的操作期间延长所述地震传感器和/或站的操作寿命。
在一些示例中，地震传感器站被形成有单个集成壳体，并且传感器站的所有电路或电子组件都被容纳在壳体内。地震传感器站还可以被配置成经由绳索来进行部署，例如，其中壳体具有被限定成穿过其的、并且被配置用于接收绳索的通道，或者使用被配置成促进与绳索的连接的夹紧或其它耦合机构。
地震勘测装置可以包括两个或更多个此类传感器站或节点，如本文中描述的那样。可以通过沿着绳索或钢索布置所述站、或者经由远程或自主操作的载具、或者使用自主推进系统来实现用于部署地震勘测装置中的传感器站的方法。涵盖用于在船舶后拖曳这样的地震勘测装置的附加方法。
用于地震数据采集的方法包括：操作这样的地震数据采集系统，如本文中描述的那样。非暂时性计算机可读数据存储介质还可以被提供有嵌入在其上的程序代码，其中所述程序代码可在计算机处理器上执行以执行用于通过操作如本文中描述的地震数据采集系统来进行地震数据采集的这样的方法。
剪切抑制和增强
可以根据上述示例中的任何来配置自主传感器系统，其中该系统具有第一传感器、第二传感器和/或第三传感器中的一个或多个，包括下述各项中的一个或多个：水听器、三分量地震检波器和能够记录几乎没有来自剪切波的失真的地震信号的无剪切传感器。例如，这样的自主传感器系统可以包括：被围在区域或壳体中的传感器中的一个或多个，所述区域或壳体具有与周围的水的声阻抗类似的声阻抗，以使得行进穿过水的声信号被以最小反射传递到其中的传感器。
壳体的外部可以包括或被形成为覆盖有柔性的、声学上可穿透的外皮的穿孔刚性壳体。壳体的内部可以填充有流体，其中外皮和流体二者都具有基本上与周围的水或海水的声阻抗相等的声阻抗。传感器中的至少一个可以悬置在流体中，以使得被悬置的传感器部分地或者基本上与自主传感器系统的壳体的运动相隔离，从而防护传感器免受经由壳体传递的剪切噪声的影响。
可以根据上述示例中的任何来提供自主传感器系统，其中传感器中的一个或多个的输出被组合以生成组合地震信号。这样的组合信号可以基本上丢弃重影和多重效应，并且组合信号可以被分离地记录或者与传感器中的一个或多个其它传感器的输出进行进一步组合。可以独自地或者与诸如水听器之类的一个或多个附加传感器的输出相结合地利用单个竖直分量传感器的输出来去除或减少或减轻传感器中的另一个传感器的竖直或水平分量中的剪切噪声的影响。
可以隔离所记录的剪切能量以基于该剪切能量来确定表面下结构的属性。可以优选地通过组合传感器的输出来隔离剪切能量，并且进一步优选地通过传感器中的一个传感器记录剪切波和压力波二者而传感器中的另一个传感器记录仅压力波来隔离剪切能量，仍进一步优选地利用减去一个或多个此类输出来隔离剪切能量。
这样的传感器装置还可以提供线性测量和旋转测量二者。旋转测量可以提供基本上纯粹的剪切数据，而且具有旋转数据和平移数据二者允许计算波场导数。此类计算可以提供剪切污染从洋底节点（OBN）数据中的去除，以及初至波或压力波（P波）与继发的剪切波（S波或PS波）数据的经改善的内插，从而使得深水节点C波（PS波或经转换的波）勘测可行。
自主无剪切或减小剪切的传感器系统可以被配置用于上述示例中的任何，传感器包括外部壳体或外壳体以及悬置在外部壳体内的剪切吸收流体或介质中的内部壳体，内部壳体和剪切吸收介质的特定重力优选地被选择成基本上类似，以促进内壳体在外壳体内的流体或凝胶中的悬置。外部壳体可以被设计成使得在壳体处消散或耗散剪切能量，而压力波以基本上最小的衰减传输穿过壳体。外部壳体还可以包括覆盖有柔性的、声学上可穿透的外皮的穿孔刚性壳体组件，压力波可以行进穿过外部壳体和剪切吸收介质二者，所述介质可以包括海水或凝胶，和/或所述波可以由在内壳体内形成的地震检波器来记录。
传感器系统可以被配置用于上述示例中的任何，其具有如本文中描述的以单质量体加速度计的形式实现的传感器中的任何一个或多个。类似地，传感器中的任何一个或多个可以被配置为六分量传感器，如本文中描述的那样。此外，传感器中的任何一个或多个可以被配置为单质量体传感器，以用于例如在一个、两个或三个不同的正交方向上独立地测量压缩能量以及剪切能量。
除非具体指示，否则对本发明中利用的地震检波器的所有引用包括常规的地震检波器以及用于检测地震波活动的其它已知设备或有向传感器（包括但不限于加速度计），并且对加速度计的引用同样包括其它有向传感器，包括但不限于地震检波器。虽然前文涉及了本发明的实施例，但是可以设计本发明的其它和另外的实施例而不偏离其基本范围，并且其范围由下面的权利要求来确定。
虽然关于特定示例性实施例描述了本发明，但是要理解的是，可以做出改变并且可以替换等同物以将本公开适配于不同问题和应用，同时仍维持在如要求保护的本发明的精神和范围内。本发明不限于所描述的示例，而是涵盖落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (30)

1.一种多轴单质量体加速度传感器，包括：
框架；
布置在所述框架内的中央质量体；以及
排布成多个组的多个换能器，其中每一组机械地耦合在所述框架与所述中央质量体之间；其中
所述多个换能器的每个组以被配置成测量相对于多轴单质量体加速度传感器的相应第一轴的旋转运动的方式排布在所述框架与所述中央质量体之间。
2.根据权利要求1所述的多轴单质量体加速度传感器，其中
所述多个换能器中的每一个是压电晶体换能器，其具有定义剪切灵敏度的晶体取向，并且
每一组中的压电晶体换能器的剪切灵敏度被定向成平行于彼此并且垂直于第一轴。
3.根据权利要求2所述的多轴单质量体加速度传感器，其中所述多个换能器的每个组的剪切灵敏度方向被定向成互相垂直的方向。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的多轴单质量体加速度传感器，其中，
所述框架进一步包括沿着所述框架的每个侧面的中央部分的梁；
每个梁耦合到与所述中央质量体相对的至少一个相应压电晶体换能器；并且
每个梁具有非均匀横截面，其定义了沿着相应压电晶体换能器的剪切灵敏度方向的第一硬度以及垂直于相应压电晶体换能器的剪切灵敏度方向的第二硬度，其中第一硬度高于第二硬度。
5.根据权利要求4所述的多轴单质量体加速度传感器，其中，
所述框架进一步包括一个或多个连杆，其耦合到所述框架并且与沿着主感测方向跟所述中央质量体相对的至少一个相应压电晶体换能器耦合并且被配置成减少垂直于所述剪切灵敏度方向的负荷传递。
6.根据权利要求1所述的多轴单质量体加速度传感器，其中，
所述中央质量体具有传导外表面，并且
所述多个换能器中的每一个电气耦合到所述传导外表面以定义其共同端电势。
7.根据权利要求1所述的多轴单质量体加速度传感器，进一步包括传感器电子设备，其被配置成组合每一组中的所述多个换能器的信号以生成输出，所述输出表征所述框架在垂直于相应的第一轴的方向上的加速度。
8.根据权利要求1所述的多轴单质量体加速度传感器，进一步包括传感器电子设备，其被配置成组合每一组中的所述多个换能器的信号以生成输出，所述输出表征所述框架绕相应的第一轴的旋转。
9.一种多轴单质量体加速度传感器装置，包括：
被布置在框架内的中央质量体以及被机械地耦合在所述框架与所述中央质量体之间的多个换能器，其中所述多个换能器以成对地耦合到所述中央质量体的相对侧面的方式排布并且所述相对侧面是沿着所述中央质量体的相应的轴定义的；以及
传感器电子设备，其被配置成组合来自成对的所述多个换能器的信号，其中所述信号的第一组合是对在垂直于第一轴的感测方向上的加速度的响应，每一对换能器沿该第一轴耦合到所述中央质量体，并且所述信号的第二组合是对绕着该第一轴的旋转的响应。
10.根据权利要求9所述的多轴单质量体加速度传感器装置，其中，
所述多个换能器中的每一个是压电晶体换能器，其具有定义了沿着所述感测方向的剪切灵敏度的晶体取向，并且
不同对的所述多个换能器的剪切灵敏度被定向成互相垂直的方向。
11.根据权利要求10所述的多轴单质量体加速度传感器装置，其中耦合到所述多个换能器的所述框架的构件被配置成提供沿着所述多个换能器的相应对的感测方向的第一硬度以及垂直于相应感测方向的第二硬度，其中第一硬度高于第二硬度。
12.根据权利要求9所述的多轴单质量体加速度传感器装置，其中，
所述中央质量体具有传导外表面；并且
所述多个换能器中的每一个电气耦合到所述传导外表面以定义所述传感器装置的共同端电势。
13.根据权利要求9所述的多轴单质量体加速度传感器装置，进一步包括：
时钟电路，其被配置成提供与所述传感器电子设备的输出相对应的定时信号；以及
存储器，其被配置成存储所述输出和对应的定时信号；以及
电源，其被配置用于向所述传感器电子设备、所述时钟电路和所述存储器供电。
14.一种组装根据权利要求1所述的多轴单质量体加速度传感器的方法，所述方法包括：
提供所述中央质量体；
邻近所述中央质量体布置所述多个换能器，其中所述多个换能器沿着相应的轴成对排布在所述中央质量体的相对侧面上以形成组；
对齐所述多个换能器，其中每对换能器定义以垂直于所述相应的轴的主感测方向；
围绕所述中央质量体布置所述框架，其中所述框架的侧面相对于所述相应的轴对齐；以及
将所述多个换能器结合到所述中央质量体和所述框架，其中
所述多个换能器中的每一个沿相应的主感测方向保持对齐。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个换能器的第一组被配置成测量绕第一轴的旋转。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个换能器的第二组被配置成测量绕第二轴的旋转。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多个换能器的第三组被配置成测量绕第三轴的旋转。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，第一轴、第二轴和第三轴彼此垂直。
19.根据权利要求14、15、16、17和18中的任一项所述的方法，其中，所述多个换能器中的每一个被配置成测量线性运动。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，
所述多个换能器的至少第一换能器被配置成测量平行于或沿着第一轴的第一方向上的线性运动；
所述多个换能器的至少第二换能器被配置成测量平行于或沿着第二轴的第二方向上的线性运动；以及
所述多个换能器的至少第三换能器被配置成测量平行于或沿着第三轴的第三方向上的线性运动。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，第一方向、第二方向和第三方向彼此垂直。
22.一种多轴单质量体加速度计，包括
壳体，其限定外壳；
单个质量体主体，其悬置在由所述壳体限定的外壳内；
多个加速度传感器，其在多个位置处物理地附接到所述单个质量体主体，并且进一步物理地附接到所述壳体，从而使所述单个质量体主体悬置在所述外壳内，其中，
所述多个加速度传感器配置成测量多轴单质量体加速度计围绕该多轴单质量体加速度计的多个轴中每个轴的旋转运动并且测量沿着所述多个轴中的每个轴的平移运动。
23.根据权利要求22所述的多轴单质量体加速度计，其中，
所述单个质量体主体是球形的；或者
所述单个质量体主体是空心的；或者
所述单个质量体主体是导电的；或者
上述的任何组合。
24.根据权利要求22所述的多轴单质量体加速度计，其中，所述加速度传感器是成对排布的换能器，其耦合到所述单个质量体的相对侧面，所述相对侧面沿着其三个主轴被限定。
25.根据权利要求22所述的多轴单质量体加速度计，其中，所述壳体是单体式结构。
26.根据权利要求22所述的多轴单质量体加速度计，其中，所述壳体由绕所述单个质量体主体连接在一起的多个框架形成。
27.根据权利要求26所述的多轴单质量体加速度计，进一步包括一个或多个连杆，其耦合到每个框架并且被布置成跨形成于其中的孔径，其中所述一个或多个连杆被配置成沿着主感测方向将相应的力传感器耦合到对应的壳体并且被配置成减少垂直于所述主感测方向的负荷传递。
28.根据权利要求26所述的多轴单质量体加速度计，其中，形成所述壳体的所述框架彼此电隔离、彼此机械隔离或两者皆有。
29.根据权利要求24所述的多轴单质量体加速度计，其中，
所述多个加速度传感器各自由剪切晶体换能器制成；
所述多个加速度传感器中的每对加速度传感器的每个剪切晶体换能器具有定义了剪切灵敏度的晶体取向，并且
所述多个加速度传感器中的每对加速度传感器的剪切晶体换能器的剪切灵敏度被定向成大致相互平行并且基本上垂直于相应的主轴。
30.根据权利要求26所述的多轴单质量体加速度计，进一步包括：传感器电子设备，其被配置成组合来自所述多个加速度传感器的信号以生成输出，所述输出表征所述框架在垂直于所述多个轴的方向上的加速度。
CN201680077142.5A 2015-10-30 2016-10-31 多轴单质量体加速度计 Active CN108431637B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562249095P 2015-10-30 2015-10-30
US62/249095 2015-10-30
PCT/US2016/059725 WO2017075593A1 (en) 2015-10-30 2016-10-31 Multi-axis, single mass accelerometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108431637A CN108431637A (zh) 2018-08-21
CN108431637B true CN108431637B (zh) 2021-04-13

Family

ID=57281304

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680077142.5A Active CN108431637B (zh) 2015-10-30 2016-10-31 多轴单质量体加速度计
CN201680077098.8A Pending CN108474864A (zh) 2015-10-30 2016-10-31 洋底地震系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680077098.8A Pending CN108474864A (zh) 2015-10-30 2016-10-31 洋底地震系统

Country Status (9)

Country Link
US (4) US10545254B2 (zh)
EP (2) EP3368923B1 (zh)
CN (2) CN108431637B (zh)
AU (2) AU2016344004A1 (zh)
BR (2) BR112018008393B1 (zh)
CA (2) CA3003592A1 (zh)
MX (2) MX2018005422A (zh)
RU (2) RU2733974C2 (zh)
WO (2) WO2017075593A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2016344004A1 (en) * 2015-10-30 2018-06-14 Ion Geophysical Corporation Multi-axis, single mass accelerometer
BR112018009958A2 (pt) * 2015-11-17 2018-11-13 Fairfield Industries Incorporated automação de deck traseiro
CN111373289B (zh) * 2017-06-09 2023-05-09 麦格塞兹Ff有限责任公司 地震数据采集单元
US11092278B2 (en) * 2017-08-14 2021-08-17 Ion Geophysical Corporation Cable attachment system
EP3797319B1 (en) 2018-05-23 2023-08-30 Blue Ocean Seismic Services Limited An autonomous data acquisition system
WO2020056216A1 (en) * 2018-09-13 2020-03-19 Ion Geophysical Corporation Multi-axis, single mass accelerometer
CN109100777A (zh) * 2018-10-18 2018-12-28 国家海洋局第二海洋研究所 变频式海洋高压空气枪震源
DK3650892T3 (da) * 2018-11-07 2023-03-06 Damen 40 B V Et system til måling af undervandslyd
US11506808B2 (en) * 2019-04-10 2022-11-22 Sercel Ocean bottom node with removable acoustic pinger
BR112021023569A2 (pt) * 2019-05-28 2022-01-04 Bp Exploration Operating Co Ltd Sensor sísmico
RU2724964C1 (ru) * 2019-12-10 2020-06-29 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Цифровой регистрирующий модуль для подводных исследований
CN112362217A (zh) * 2020-10-09 2021-02-12 珠海格力电器股份有限公司 测力传感器以及具有其的运动控制设备
EP3992639A1 (de) * 2020-11-02 2022-05-04 Kistler Holding AG Beschleunigungsaufnehmer
JP7297844B2 (ja) * 2020-11-02 2023-06-26 キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト 加速度変換器
EP3992638B1 (de) * 2020-11-02 2024-03-20 Kistler Holding AG Beschleunigungsaufnehmer
US11454732B1 (en) 2021-03-30 2022-09-27 Explor Geophysical Ltd. 3-axis seismic sensor stake, system and method
CN114659697B (zh) * 2022-03-28 2023-06-23 浙江机电职业技术学院 一种基于电容传感器的柔性六维力传感器

Family Cites Families (187)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3307054A (en) 1959-09-15 1967-02-28 Endevco Corp Accelerometer
US3706217A (en) 1970-06-10 1972-12-19 North American Rockwell Accelerometer
SU397868A1 (zh) * 1972-02-28 1974-02-14
FR2451807A1 (fr) 1979-03-22 1980-10-17 Renault Manipulateur six axes
US4398417A (en) 1981-08-13 1983-08-16 Rockwell International Corporation Three-axis accelerometer having flexure bearing with overload protection
US4500979A (en) 1981-09-16 1985-02-19 Western Geophysical Co Of America Optical seismic transducer
SU1092446A1 (ru) * 1982-03-22 1984-05-15 Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро Физико-Механического Института Им.Г.В.Карпенко Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр
US5046057A (en) 1982-12-10 1991-09-03 Shell Oil Company Marine streamer cable
US4510802A (en) 1983-09-02 1985-04-16 Sundstrand Data Control, Inc. Angular rate sensor utilizing two vibrating accelerometers secured to a parallelogram linkage
GB2146776B (en) 1983-09-16 1986-07-30 Ferranti Plc Accelerometer systems
SU1187125A1 (ru) * 1984-02-08 1985-10-23 Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр
US4711125A (en) 1985-11-06 1987-12-08 Morrison Melvin M Inertial measurement unit
US4736640A (en) 1986-08-14 1988-04-12 Hooks Mark M Compact six-degree-of-freedom motion detecting apparatus and associated methods
US4893930A (en) 1988-01-25 1990-01-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multiple axis, fiber optic interferometric seismic sensor
US5007292A (en) 1988-08-31 1991-04-16 Amoco Corporation Multicomponent transducer
US4870290A (en) 1988-09-26 1989-09-26 Honeywell Inc. Object motion sensing and measuring apparatus using position sensing detectors
US4941243A (en) 1989-07-28 1990-07-17 Allied-Signal Inc. Method for assembling an annular shear accelerometer
US5224380A (en) 1990-05-21 1993-07-06 The University Of Maryland Superconducting six-axis accelerometer
US5512794A (en) 1991-12-05 1996-04-30 Kistler Instrumente Ag Shear accelerometer
DE69204653T2 (de) 1992-02-11 1996-04-18 Fokker Space & Systems Bv Zusammenbau von Beschleunigungsmessaufnehmern zur Verwendung in einem Messystem für dreidimensionale Bewegungen eines festen Körpers.
US6344791B1 (en) 1998-07-24 2002-02-05 Brad A. Armstrong Variable sensor with tactile feedback
US6208271B1 (en) 1998-09-04 2001-03-27 Brad A. Armstrong Remote controller with analog button(s)
US6906700B1 (en) 1992-03-05 2005-06-14 Anascape 3D controller with vibration
US6102802A (en) 1997-10-01 2000-08-15 Armstrong; Brad A. Game controller with analog pressure sensor(s)
US5589828A (en) 1992-03-05 1996-12-31 Armstrong; Brad A. 6 Degrees of freedom controller with capability of tactile feedback
US6343991B1 (en) 1997-10-01 2002-02-05 Brad A. Armstrong Game control with analog pressure sensor
US6222525B1 (en) 1992-03-05 2001-04-24 Brad A. Armstrong Image controllers with sheet connected sensors
US6135886A (en) 1997-10-01 2000-10-24 Armstrong; Brad A. Variable-conductance sensor with elastomeric dome-cap
US6285356B1 (en) 1999-02-19 2001-09-04 Brad A. Armstrong Displacement joystick with compression-sensitive sensors
US5999084A (en) 1998-06-29 1999-12-07 Armstrong; Brad A. Variable-conductance sensor
US6347997B1 (en) 1997-10-01 2002-02-19 Brad A. Armstrong Analog controls housed with electronic displays
NO176225C (no) 1992-03-09 1995-02-22 Geco As Kansellering av stöy i fluidfylt seismisk kabel
DK169653B1 (da) 1992-10-09 1995-01-09 Brueel & Kjaer As Piezoelektrisk accelerometer af forskydningstypen
US5383363A (en) 1993-02-10 1995-01-24 Ford Motor Company Inertial measurement unit providing linear and angular outputs using only fixed linear accelerometer sensors
GB9417202D0 (en) 1994-08-25 1994-10-19 Elford Paul C D Three-dimensional position indicator
JPH0945935A (ja) 1995-07-26 1997-02-14 Akebono Brake Ind Co Ltd 加速度センサー及びその製造方法
US5677487A (en) 1995-10-13 1997-10-14 A/S Bruel & Kjaer Method and apparatus for measuring acceleration or mechanical forces
US5673330A (en) 1995-11-08 1997-09-30 Chang; Ching-Lu Microphone transducer with noise reducing member
JP3686147B2 (ja) 1995-12-20 2005-08-24 曙ブレーキ工業株式会社 加速度センサ
US5948981A (en) 1996-05-21 1999-09-07 Alliedsignal Inc. Vibrating beam accelerometer
FI100558B (fi) 1996-06-20 1997-12-31 Geores Engineering E Jalkanen Sensorilaite asennon ja kiihtyvyyden 3-dimensionaaliseksi mittaamiseks i
US5767840A (en) 1996-06-28 1998-06-16 International Business Machines Corporation Six-degrees-of-freedom movement sensor having strain gauge mechanical supports
US8674932B2 (en) 1996-07-05 2014-03-18 Anascape, Ltd. Image controller
US6351205B1 (en) 1996-07-05 2002-02-26 Brad A. Armstrong Variable-conductance sensor
US5866827A (en) 1996-10-31 1999-02-02 University Technologies International Inc. Auto-orienting motion sensing device
DE19649715C2 (de) 1996-11-30 2001-07-12 Telefunken Microelectron Anordnung zur Messung von Beschleunigungen
US5831164A (en) 1997-01-21 1998-11-03 Conrad Technologies, Inc. Linear and rotational accelerometer
KR100413807B1 (ko) 1997-02-17 2004-03-26 삼성전자주식회사 병렬형6축힘-모멘트측정장치
JP3089399B2 (ja) 1997-02-28 2000-09-18 科学技術庁防災科学技術研究所長 ３成分地震計
JPH10256144A (ja) 1997-03-11 1998-09-25 Canon Inc 除振装置
US5969268A (en) 1997-07-15 1999-10-19 Mts Systems Corporation Multi-axis load cell
US6415707B1 (en) 1997-10-01 2002-07-09 Brad A. Armstrong Analog controls housed with electronic displays for coffee makers
US6532000B2 (en) 1997-10-01 2003-03-11 Brad A. Armstrong Analog controls housed with electronic displays for global positioning systems
US6404584B2 (en) 1997-10-01 2002-06-11 Brad A. Armstrong Analog controls housed with electronic displays for voice recorders
US6456778B2 (en) 1997-10-01 2002-09-24 Brad A. Armstrong Analog controls housed with electronic displays for video recorders and cameras
US6160763A (en) * 1998-12-28 2000-12-12 Sealandaire Technologies, Inc. Towed array hydrophone
EP1847850B1 (en) 1999-03-17 2013-04-24 ION Geophysical Corporation Hydrophone assembly
US6679118B1 (en) 1999-04-27 2004-01-20 Tokimec Inc. Accelerometer and spherical sensor type measuring instrument
US6539308B2 (en) 1999-06-25 2003-03-25 Input/Output Inc. Dual sensor signal processing method for on-bottom cable seismic
JP4101406B2 (ja) 1999-07-15 2008-06-18 三菱重工業株式会社 ６自由度振動台
US7243543B2 (en) 1999-10-01 2007-07-17 Optoplan As Highly sensitive accelerometer
US6512980B1 (en) 1999-10-19 2003-01-28 Westerngeco Llc Noise reference sensor for use in a dual sensor towed streamer
JP2001174264A (ja) 1999-12-21 2001-06-29 Murata Mfg Co Ltd 共振素子およびその振動調整方法
US7191652B2 (en) 2000-02-24 2007-03-20 Innalabs Technologies, Inc. Magnetofluidic accelerometer with partial filling of cavity with magnetic fluid
US6397677B1 (en) 2000-06-06 2002-06-04 Kistler Instrument Corporation Piezoelectric rotational accelerometer
GB0016533D0 (en) 2000-07-06 2000-08-23 Renishaw Plc Method of and apparatus for correction of coordinate measurement errors due to vibrations in coordinate measuring machines (cmms)
EP1172657B1 (en) 2000-07-10 2006-08-23 Infineon Technologies SensoNor AS Accelerometer
WO2002057799A2 (en) 2001-01-17 2002-07-25 Honeywell International Inc. Accelerometer whose seismic mass is shaped as whiffletree
JP2004528538A (ja) 2001-02-06 2004-09-16 ウェザーフォード／ラム インコーポレーテッド 高感度交差軸加速度計
US6576103B2 (en) 2001-08-10 2003-06-10 Pmd Scientific, Inc. Electrochemical transducer and a method for fabricating the same
GB0121067D0 (en) 2001-08-31 2001-10-24 Ibm Drop detection device
JP2003232803A (ja) 2002-02-12 2003-08-22 Hitachi Metals Ltd 半導体型加速度センサ
DE10225714A1 (de) 2002-06-11 2004-01-08 Eads Deutschland Gmbh Mehrachsiger monolithischer Beschleunigungssensor
US6826960B2 (en) 2002-08-07 2004-12-07 Quartz Sensors, Inc. Triaxial acceleration sensor
US7239577B2 (en) 2002-08-30 2007-07-03 Pgs Americas, Inc. Apparatus and methods for multicomponent marine geophysical data gathering
RU28923U1 (ru) * 2003-01-21 2003-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана" "НИПИокеангеофизика" Многокомпонентное приемное устройство для сейсмической разведки на шельфе и в переходных зонах суша-море
JP4853937B2 (ja) 2003-04-28 2012-01-11 独立行政法人産業技術総合研究所 慣性センサの動的感度マトリックス計測装置およびその計測方法
US6845665B2 (en) 2003-04-28 2005-01-25 Analog Devices, Inc. Micro-machined multi-sensor providing 2-axes of acceleration sensing and 1-axis of angular rate sensing
US6848304B2 (en) 2003-04-28 2005-02-01 Analog Devices, Inc. Six degree-of-freedom micro-machined multi-sensor
US7310287B2 (en) 2003-05-30 2007-12-18 Fairfield Industries Incorporated Method and apparatus for seismic data acquisition
US7561493B2 (en) 2003-05-30 2009-07-14 Fairfield Industries, Inc. Method and apparatus for land based seismic data acquisition
JP4192084B2 (ja) 2003-06-17 2008-12-03 ニッタ株式会社 多軸センサ
US6845670B1 (en) * 2003-07-08 2005-01-25 Freescale Semiconductor, Inc. Single proof mass, 3 axis MEMS transducer
US7066026B2 (en) 2003-07-11 2006-06-27 Wilcoxon Research, Inc. Underwater acoustic vector sensor using transverse-response free, shear mode, PMN-PT crystal
JP2005095998A (ja) 2003-09-22 2005-04-14 Riraiaru:Kk 動圧軸受用部品の製造方法
JP2005106679A (ja) 2003-09-30 2005-04-21 Nitta Ind Corp 多軸センサユニットおよびこれを利用した多軸センサ
FR2861464B1 (fr) 2003-10-28 2006-02-17 Commissariat Energie Atomique Detecteur de mouvement a six degres de liberte avec trois capteurs de position et procede de fabrication d'un capteur
FR2862761B1 (fr) 2003-11-25 2006-02-03 Thales Sa Accelerometre differentiel micro-usine multiaxes
US7367232B2 (en) 2004-01-24 2008-05-06 Vladimir Vaganov System and method for a three-axis MEMS accelerometer
AU2004316427B2 (en) 2004-01-29 2008-12-04 Westerngeco Seismic Holdings Limited Seismic cable positioning using coupled inertial system units
US7926614B2 (en) 2004-03-03 2011-04-19 Pgs Americas, Inc. Particle motion sensor mounting for marine seismic sensor streamers
US7359283B2 (en) 2004-03-03 2008-04-15 Pgs Americas, Inc. System for combining signals of pressure sensors and particle motion sensors in marine seismic streamers
WO2005095998A1 (ja) 2004-03-31 2005-10-13 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 加速度を検出するセンサの横感度を計測する方法および加速度計測方法
US7254093B2 (en) 2004-05-18 2007-08-07 Fairfield, Industries, Inc. Ocean bottom seismometer package with distributed geophones
EA009298B1 (ru) 2004-07-26 2007-12-28 Спайдер Текнолоджис Секьюрити Лтд. Вибродатчик
CN101057160B (zh) 2004-09-21 2012-09-05 费尔菲尔德工业公司 用于地震数据采集的方法和设备
RU2276388C1 (ru) * 2004-12-21 2006-05-10 Александр Александрович Парамонов Морская автономная донная сейсмическая станция
US20060133202A1 (en) 2004-12-22 2006-06-22 Tenghamn Stig R L Motion sensors in a marine seismic streamer
JP2006177823A (ja) 2004-12-22 2006-07-06 Oki Electric Ind Co Ltd 加速度センサ
US20060193203A1 (en) 2005-02-16 2006-08-31 Tenghamn Stig R L Apparatus for attenuating noise in marine seismic streamers
US7222534B2 (en) 2005-03-31 2007-05-29 Pgs Americas, Inc. Optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system using such accelerometer and inclinometer
US7656746B2 (en) 2005-04-08 2010-02-02 Westerngeco L.L.C. Rational motion compensated seabed seismic sensors and methods of use in seabed seismic data acquisition
US7178401B2 (en) 2005-04-14 2007-02-20 General Electric Company Three axis accelerometer with variable axis sensitivity
US7403448B2 (en) 2005-06-03 2008-07-22 Westerngeco L.L.C. Streamer steering device orientation determination apparatus and methods
US7258011B2 (en) 2005-11-21 2007-08-21 Invensense Inc. Multiple axis accelerometer
FR2895801B1 (fr) 2005-12-29 2008-09-19 Sercel Sa Systeme d'acquisition de donnees sismiques a six composantes
US7617727B2 (en) 2006-04-18 2009-11-17 Watson Industries, Inc. Vibrating inertial rate sensor utilizing split or skewed operational elements
US7167413B1 (en) 2006-05-01 2007-01-23 Input/Output Towed streamer deghosting
US20070297827A1 (en) 2006-05-19 2007-12-27 David Clay Blaine Developer Roll Shield to Reduce Toner Dusting
US7298672B1 (en) 2006-08-22 2007-11-20 Pgs Geophysical Marine seismic streamer having acoustic isolation between strength members and sensor mounting
US7757555B2 (en) 2006-08-30 2010-07-20 Robert Bosch Gmbh Tri-axis accelerometer having a single proof mass and fully differential output signals
CA2569159C (en) 2006-11-28 2015-01-13 Nanometrics Inc. Inertial sensor
US7881159B2 (en) 2006-12-18 2011-02-01 Pgs Geophysical As Seismic streamers which attentuate longitudinally traveling waves
US7437255B2 (en) 2007-01-22 2008-10-14 General Electric Company Method and system for calibrating triaxial acceleration sensors
EP2191303A4 (en) 2007-09-18 2017-05-10 ION Geophysical Corporation Ocean bottom cable and sensor unit
US8099994B2 (en) 2008-02-29 2012-01-24 General Electric Company Systems and methods for calibrating triaxial accelerometers
FI122397B (fi) 2008-04-16 2011-12-30 Vti Technologies Oy Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi
US7883292B2 (en) 2008-06-30 2011-02-08 Fairfield Industries Incorporated Node storage, deployment and retrieval system
NO332562B1 (no) 2008-07-04 2012-10-29 Multifield Geophysics As Marinseismisk og elektromagnetisk streamerkabel
US8087848B2 (en) 2008-08-27 2012-01-03 Fairfield Industries Incorporated Powered sheave for node deployment and retrieval
US8226328B2 (en) 2008-09-03 2012-07-24 Fairfield Industries Incorporated Seismic cable with adjustable buoyancy
US7933165B2 (en) 2008-09-03 2011-04-26 Fairfield Industries Incorporated Connector for seismic cable
JP2010071793A (ja) 2008-09-18 2010-04-02 Toshiba Corp 多軸加速度センサ及び角速度センサ
US8417935B2 (en) 2008-10-10 2013-04-09 The Boeing Company System and method for collaboration over shared storage
CZ301217B6 (cs) 2008-10-30 2009-12-09 Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy Rotacní seismický senzorový systém, seismická mericí souprava obsahující tento systém a zpusob seismického pruzkumu
US8205498B2 (en) 2008-11-18 2012-06-26 Industrial Technology Research Institute Multi-axis capacitive accelerometer
US8266959B2 (en) 2008-11-26 2012-09-18 Fluke Corporation System and method of identifying the orientation of a tri-axial accelerometer
WO2010068780A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-17 V Squared Wind, Inc. Efficient systems and methods for construction and operation of accelerating machines
US9207340B2 (en) 2008-12-26 2015-12-08 Pgs Geophysical As Marine seismic streamer cable with noise suppressing sensor support
FR2940838B1 (fr) 2009-01-05 2012-12-28 Michel Manin Procede et dispositif ameliores de prospection sismique marine
US9304216B2 (en) * 2009-02-05 2016-04-05 Westerngeco L.L.C. Seismic acquisition system and technique
US8199611B2 (en) 2009-02-05 2012-06-12 Westerngeco L.L.C. Deriving tilt-corrected seismic data in a multi-axis seismic sensor module
US8256290B2 (en) 2009-03-17 2012-09-04 Minyao Mao Tri-axis angular rate sensor
WO2010105337A1 (en) 2009-03-17 2010-09-23 Geo Equipment Manufacturing Limited Geophysical prospecting using electric and magnetic components of natural electromagnetic fields
IT1394007B1 (it) 2009-05-11 2012-05-17 St Microelectronics Rousset Struttura microelettromeccanica con reiezione migliorata di disturbi di accelerazione
US9075165B2 (en) 2009-11-03 2015-07-07 Pgs Geophysical As Hydrodynamic depressor for marine sensor streamer arrays
RU2546997C2 (ru) * 2010-01-22 2015-04-10 Ион Геофизикал Корпорейшн Сейсмическая система с режекцией волны-спутника и движения
NO331416B1 (no) 2010-05-07 2011-12-27 Magseis As Seismisk havbunnskabel-registreringsapparat, samt fremgangsmate for utlegging og opphenting av det seismiske havbunnskabel-registreringsapparat
IT1401001B1 (it) * 2010-06-15 2013-07-05 Milano Politecnico Accelerometro capacitivo triassiale microelettromeccanico
CN102121829B (zh) 2010-08-09 2013-06-12 汪滔 一种微型惯性测量系统
RU2562711C2 (ru) 2010-09-02 2015-09-10 Ион Геофизикал Корпорейшн Многокомпонентный датчик акустических волн и способы
US8453506B2 (en) 2010-11-29 2013-06-04 General Electric Company Spring mounting element for an accelerometer
FR2969770B1 (fr) 2010-12-22 2013-01-18 Cggveritas Services Sa Procede, dispositif et unite de reception pour l'acquisition sismique au fond de la mer
EP2673661B1 (en) 2011-02-07 2022-08-03 ION Geophysical Corporation Method and apparatus for sensing underwater signals
US9086502B2 (en) 2011-06-07 2015-07-21 Pgs Geophysical As System and method of a marine survey using vertically oriented sensor streamers
US8976623B2 (en) 2011-07-05 2015-03-10 POS Geophysical AS Towing methods and systems for geophysical surveys
US20130044565A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 Frederick James Barr Piezoelectric sensors for geophysical streamers
US20130083622A1 (en) 2011-09-30 2013-04-04 Cggveritas Services Sa Underwater node for seismic surveys
US9772418B2 (en) 2011-10-05 2017-09-26 Pgs Geophysical As Method and system of marine survey
IL215656A0 (en) 2011-10-10 2011-11-30 Israel Aerospace Ind Ltd Accelerometer
US20130088939A1 (en) * 2011-10-10 2013-04-11 Pascal Edme Wavefield separation using a gradient sensor
US9632195B2 (en) 2011-10-28 2017-04-25 Gx Technology Canada Ltd. Steerable fairing string
EP2607849A1 (en) 2011-12-22 2013-06-26 Tronics Microsystems S.A. Multiaxial micro-electronic inertial sensor
EP2608121A1 (en) 2011-12-22 2013-06-26 Accenture Global Services Limited Managing reputation scores
EP2832016B1 (en) 2012-03-29 2017-05-10 Rensselaer Polytechnic Institute A full-duplex ultrasonic through-wall communication and power delivery system with frequency tracking
GB2505875A (en) 2012-09-04 2014-03-19 Cambridge Entpr Ltd Dual and triple axis inertial sensors and methods of inertial sensing
US9360575B2 (en) 2013-01-11 2016-06-07 Fairfield Industries Incorporated Simultaneous shooting nodal acquisition seismic survey methods
US9207339B2 (en) 2013-01-23 2015-12-08 Magi-Q Technologies, Inc. Optical seismic sensor systems and methods
US9448311B2 (en) 2013-01-31 2016-09-20 Seabed Geosolutions B.V. Underwater node for seismic surveys and method
US9841434B2 (en) 2013-02-07 2017-12-12 Kistler Holding Ag Method for producing an acceleration sensor
DE102013202647A1 (de) 2013-02-19 2014-08-21 Airbus Operations Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Schnittkräften
US20140241122A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Cgg Services Sa Activation electronics and method for seismic equipment recovery device
DE102013208875A1 (de) 2013-05-14 2014-12-04 Resonic Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Trägheitseigenschaften eines Objekts
CN110057484B (zh) 2013-11-05 2021-05-04 精工爱普生株式会社 力检测装置、机器人以及电子部件输送装置
US9217808B2 (en) 2013-11-07 2015-12-22 Schlumberger Technology Corporation Wellbore signal monitor with tangential seismic sensors for tube-wave noise reduction
JP6258977B2 (ja) 2014-01-28 2018-01-10 京セラ株式会社 センサおよびその製造方法
KR20150101741A (ko) 2014-02-27 2015-09-04 삼성전기주식회사 Mems 센서
WO2015169357A1 (en) 2014-05-07 2015-11-12 Statoil Petroleum As Seismic sensor recording system
WO2015173371A1 (en) 2014-05-15 2015-11-19 Seabed Geosolutions B.V. Autonomous seismic node handling and storage system
US9595833B2 (en) 2014-07-24 2017-03-14 Seabed Geosolutions B.V. Inductive power for seismic sensor node
US9523780B2 (en) 2014-08-07 2016-12-20 Seabed Geosolutions B.V. Autonomous seismic nodes for the seabed
WO2016020500A1 (en) 2014-08-07 2016-02-11 Seabed Geosolutions B.V. System for automatically attaching and detaching seismic nodes directly to a deployment cable
JP6476730B2 (ja) 2014-10-21 2019-03-06 セイコーエプソン株式会社 力検出装置及びロボット
NO340929B1 (en) 2014-10-24 2017-07-17 Magseis As Method and node deployer for seismic surveys
WO2016066721A1 (en) 2014-10-29 2016-05-06 Seabed Geosolutions B.V. Touch down monitoring of an ocean bottom seismic node
JP2016205942A (ja) 2015-04-20 2016-12-08 学校法人早稲田大学 多軸力センサ
US10087745B2 (en) 2015-04-27 2018-10-02 Cameron International Corporation Bore object characterization system for well assemblies
GB2555348A (en) 2015-06-26 2018-04-25 Xiamen Niell Electronics Co Ltd Shear-type piezoelectric sensor
US9989555B2 (en) 2015-10-28 2018-06-05 Ultra Electronics Maritime Systems Inc. Miniature vector sensor
AU2016344004A1 (en) * 2015-10-30 2018-06-14 Ion Geophysical Corporation Multi-axis, single mass accelerometer
BR112018009958A2 (pt) 2015-11-17 2018-11-13 Fairfield Industries Incorporated automação de deck traseiro
GB201522480D0 (en) 2015-12-20 2016-02-03 Hardcastle Trevor M Floating structure
ITUA20162796A1 (it) 2016-04-21 2017-10-21 Pietro Fiorentini Spa Sensore di vibrazione
GB201609427D0 (en) 2016-05-27 2016-07-13 Sintef Tto As Accelerometers
WO2018175094A1 (en) 2017-03-21 2018-09-27 Canon U.S.A., Inc. Methods, apparatuses and storage mediums for ablation planning and performance
CN111373289B (zh) 2017-06-09 2023-05-09 麦格塞兹Ff有限责任公司 地震数据采集单元
WO2020056216A1 (en) * 2018-09-13 2020-03-19 Ion Geophysical Corporation Multi-axis, single mass accelerometer

Also Published As

Publication number Publication date
US20230236333A1 (en) 2023-07-27
US10274627B2 (en) 2019-04-30
WO2017075593A1 (en) 2017-05-04
EP3368923B1 (en) 2023-12-27
CA3003592A1 (en) 2017-05-04
RU2018119488A3 (zh) 2020-01-22
CN108474864A (zh) 2018-08-31
BR112018008393A2 (pt) 2018-10-23
US20200166666A1 (en) 2020-05-28
US20170123088A1 (en) 2017-05-04
RU2018119485A3 (zh) 2020-02-26
EP3368922A1 (en) 2018-09-05
RU2018119485A (ru) 2019-12-02
AU2016344002A1 (en) 2018-05-31
MX2018005424A (es) 2018-08-01
CN108431637A (zh) 2018-08-21
WO2017075591A1 (en) 2017-05-04
US11561314B2 (en) 2023-01-24
RU2018119488A (ru) 2019-12-02
BR112018008500A2 (pt) 2019-06-18
CA3003466A1 (en) 2017-05-04
RU2733974C2 (ru) 2020-10-08
US20170123091A1 (en) 2017-05-04
EP3368923A1 (en) 2018-09-05
MX2018005422A (es) 2018-08-01
US10545254B2 (en) 2020-01-28
AU2016344004A1 (en) 2018-06-14
AU2016344004A2 (en) 2018-10-04
BR112018008393B1 (pt) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108431637B (zh) 多轴单质量体加速度计
US8902700B2 (en) Borehole seismic acquisition system
US9110187B2 (en) Sensor assembly having a seismic sensor and a divergence sensor
US11204365B2 (en) Multi-axis, single mass accelerometer
AU2014216042B2 (en) Piezoelectric accelerometer
EP2851709A2 (en) Low frequency marine acoustic vibrator
RU2678261C2 (ru) Сейсмический датчик с датчиками перемещения снижения шума
WO2022257429A1 (zh) 海底光纤四分量地震仪器系统及其数据采集方法
US9038765B2 (en) Neutrally-buoyant borehole investigation tools and methods
EP0460789B1 (en) Position-independent vertically sensitive seismometer
US11079506B2 (en) Multicomponent streamer
US20220120927A1 (en) Neutrally buoyant particle velocity sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231221

Address after: Texas, USA

Patentee after: TGS - Norwegian Petroleum Geophysics Co.

Address before: Texas, USA

Patentee before: ION GEOPHYSICAL Corp.