CN113661414A - 具有可移除声学声波发射器的海底节点 - Google Patents

Abstract

一种收集地震数据的海底节点(200)，该海底节点包括：包括电子器件壳体(402)以及声波发射器壳体(408)的复合壳体(202)、位于电子器件壳体(402)内部的电子器件以及构造成向电子器件供应电力的电池组(420)。声波发射器壳体(408)向环境水永久敞开，而电子器件壳体(402)相对于环境水密封，并且声波发射器壳体(408)构造成选择性地并且直接附接至电子器件壳体(402)。

Description

具有可移除声学声波发射器的海底节点

技术领域

本文公开的主题的实施例总体涉及海底地震采集的方法和系统，并且更具体涉及这样的海底节点：该海底节点构造成收集地震数据并且具有放置在海底节点的复合壳体内部的可移除声学声波发射器。

背景技术

地震数据采集和处理可以用于产生地下(地下层)的地球物理结构的剖面(图像)。虽然该剖面无法提供油气储层的精确位置，但是能向本领域受训人员表明这种储层是否存在。因此，向例如需要确定油气储层的所在位置的人员提供地下层的高分辨率图像是十分重要的。

对于海洋采集，可以利用现在讨论的地震采集系统来获得这种高分辨率图像。如图1所示，地震采集系统100包括通过各种方式分布在海底101上的多个海底节点102。每个海底节点102包括例如对压力波进行检测的水听器104、对检测到的波进行处理的处理器106、对地震数据进行存储的存储器108以及向这些部件提供电力的电源110。船只120在相对于海洋表面121的水中的特定深度处拖曳一个或多个地震源122。地震源122构造成产生地震波124。地震波124传播至地下层126中并且在地下层的各种界面128处被反射和/或折射。然后，反射波130由水听器104检测，并且被记录在海底节点102的存储器108中。

出于各种原因，节点的可靠自主定位可能是必要的，并且通常的解决方案是在每个节点(参见图1中的节点102')中存在声学声波发射器112，该声学声波发射器构造成发送用于例如通过三角测量来定位节点的声学信号。声波发射器112连同其它电子器件当前或者完全并入节点的壳体内部(例如参见图1中的节点102')，或者声波发射器112利用线缆114附接至节点102”(同样如图1所示)。注意的是线缆114可以在两个节点之间延伸，并且声波发射器112可以附接至该线缆。

这两种方法(即，完全部署在节点壳体内部的声波发射器，以及利用线缆附接至节点的声波发射器)中的每一种都有其自身的缺点。第一种方法不灵活并且昂贵，这是因为每个节点都具有永久锁定在壳体内部的声波发射器。然而，存在只需要某些节点具有声波发射器而不是每个节点都需要具有声波发射器的情况。对于这种情况，不存在容易的方法将声波发射器从不需要声波发射器的节点102'移除。因此，即使当地震勘测应该具有一些没有声波发射器的节点时，所有节点都具有内部的相应声波发射器。另外，由声波发射器产生的声学信号受到节点的壳体的负面影响，该壳体由厚实并且耐用的材料制成，以便抵抗存在于海底的巨大压力。

第二种方法面临不同问题，由于声波发射器与节点之间的连接为柔软的(即，缆线或线缆)，因此当节点着陆于海底时，声波发射器可以自由采取各种姿态(注意的是，声波发射器通常附接至连接两个节点的线缆)。对于该方法，声波发射器可能以发射头部着陆至海底处的沙中，或者不期望的着陆于节点下方。另外，在地震勘测之前，需要将声波发射器手动附接至母船上的期望节点，这一操作耗时并且容易出错。

此外，现有节点基于现有节点操作的水深和所需的续航时间(autonomy)来设计。一般而言，如果在使用例如美国专利No.6,024,344中所述的绳上节点技术(Node-On-ARope)的部署方法的情况下，则浅水深度的续航时间要求较低。该部署方法需要对节点进行声学定位，因此需要使用专用的声波发射器。然而，通常由ROV来部署和定位节点的深水应用需要长续航时间节点，使得这些节点需要更多的电池容量，但不需要声学定位。为了解决这两个不同要求，大多数现有节点设计成具有两种不同构造，一种用于浅水并且一种用于深水，这一构造涉及不同的电池容量、尺寸和体积。

影响当前节点的另一问题是新的微机电系统(MEMS)传感器缺少机械强度和传感器支撑。大多数现有节点将各种部件集成至不同隔间中：电子器件板和传感器在一个隔间中，而电池在另一个隔间中，因此使得壳体的制造复杂。这些节点中使用的传感器通常为受到低频范围限制的困扰的地震检波器。

因此，需要集成对低频信号(即，小于10Hz)更敏感的MEMS传感器。然而，当壳体在与海底情况一样暴露于高压时，MEMS传感器需要良好联结和不会变形的支撑件。

此外，由于可以通过各种方式(例如，利用绳索或ROV)来部署节点，所以将适当的部署设备附接至节点的要求对于这两种方法来说是不同的。因此，还需要一种节点，该节点能够易于适于具有由所选部署方法所要求的正确连接机构。

发明内容

根据一个实施例，存在收集地震数据的海底节点。海底节点包括：复合壳体，其包括电子器件壳体和声波发射器壳体；电子器件，其位于电子器件壳体内部；以及电池组，其构造成向电子器件供应电力。声波发射器壳体对环境水永久敞开，而在电子器件壳体相对于环境水密封，并且声波发射器壳体构造成选择性地并且直接附接至电子器件壳体。

根据特定方面，复合壳体还包括：

加强板，其由使得在海底在高压下部署加强板时加强板不会弯曲的材料制成；以及

微机电传感器，其附接至加强板，

其中，微机电传感器构造成检测低频颗粒运动。

根据特定方面，节点还包括：

电池壳体，其构造成容纳电池组，

其中，加强板介于电子器件壳体与电池壳体之间。

根据特定方面，加强板定位成垂直于复合壳体的底部。

根据特定方面，加强板的至少一侧直接暴露于节点的外部环境。

根据特定方面，电池壳体、加强板、电子器件壳体和声波发射器壳体按照该顺序利用螺钉彼此附接。

根据特定方面，节点还包括：

水听器，其电附接至电子器件壳体的电子器件并且位于声波发射器壳体中。

根据特定方面，节点还包括：

声学声波发射器，其位于声波发射器壳体中。

根据特定方面，节点还包括：

闩锁机构，其附接至复合壳体并且构造成将声学声波发射器固定在声波发射器壳体内部。

根据特定方面，节点还包括：

连接机构，其可移除地附接至电子器件壳体的外部，

其中，该连接机构构造成附接至外部设备。

根据特定方面，连接机构利用螺钉直接可移除地附接至电子器件壳体。

根据特定方面，节点还包括：

保护罩，其设置在复合壳体上。

根据特定方面，保护罩构造成使得复合壳体的至少底部直接联结至海底。

根据特定方面，声波发射器壳体构造成选择性地容纳声学声波发射器或额外电池组。

根据特定方面，节点还包括：

声学声波发射器，其置于声波发射器壳体内部，使得声学声波发射器的发射头部突出至声波发射器壳体外部并且由闩锁机构围绕。

根据另一实施例，存在一种收集地震数据的海底节点，该海底节点包括：

电子器件壳体，其构造成保持电子器件；

电池壳体，其构造成容纳电池组；

可移除声波发射器壳体，其构造成容纳声学声波发射器；以及

加强板，其构造成支撑微机电传感器，

其中，加强板的至少一侧直接暴露于节点的外部环境，并且

其中，声波发射器壳体构造成选择性地并且直接附接至电子器件壳体。

根据特定方面，电池壳体、加强板、电子器件壳体和声波发射器壳体按照该顺序利用螺钉彼此附接。

根据特定方面，节点还包括：

闩锁机构，其构造成将声学声波发射器保持在声波发射壳体内部。声波发射器壳体对环境水永久敞开，并且声波发射器壳体与电子器件壳体流体隔绝。

根据特定方面，节点还包括：

水听器，其电附接至电子器件壳体的电子器件，并且物理地位于声波发射器壳体的内部。

根据特定方面，节点还包括：连接机构，其利用螺钉可移除地附接至电子器件壳体。

根据又一实施例，存在一种利用如上提出的海底节点记录地震数据的方法，该方法包括：

选择将声学声波发射器和声波发射器壳体附接至节点的复合壳体，还是将额外电池组和额外电池壳体附接至节点的复合壳体，或者声学声波发射器和额外电池组两者均不附接至节点的复合壳体；

将声学声波发射器和声波发射器壳体或额外电池组和额外电池组壳体附接至复合壳体；

将复合壳体部署至海底；以及

记录地震数据。

根据特定方面，利用位于声波发射器壳体中的压力传感器和位于复合壳体内部的微机电传感器来记录地震数据。

根据又一实施例，存在一种利用海底节点来记录地震数据的方法，该方法包括：

选择将声学声波发射器和声波发射器壳体附接至节点的复合壳体，还是将额外电池组和额外电池壳体附接至节点的复合壳体，或者声学声波发射器和额外电池组两者均不附接至节点的复合壳体；

将声学声波发射器和声波发射器壳体或额外电池组和额外电池组壳体附接至复合壳体；

当存在声波发射器壳体时，利用闩锁机构锁定声波发射器壳体以防止声学声波发射器从声波发射器壳体中脱落；

将复合壳体部署至海底；以及

利用位于声波发射器壳体中的压力传感器和位于复合壳体内部的微机电传感器来记录地震数据。

根据特定方面，复合壳体包括附接有微机电传感器的加强板，声波发射器壳体对环境水永久敞开，并且声波发射器壳体与复合壳体的其它元件流体隔绝。

附图说明

为了对本发明进行更完整理解，现在参考结合附图进行的以下描述，其中：

图1示出了使用海底节点来收集地震数据的海洋采集地震系统；

图2示出了具有可移除声学声波发射器的海底节点；

图3示出了具有可移除连接机构的海底节点；

图4示出了具有可移除声学声波发射器的海底节点的分解图；

图5A至图5F示出了海底节点的各种细节，该海底节点包括置于加强板上的可移除声学声波发射器和微机电传感器；

图6示出了包括置于加强板上的可移除声学声波发射器和微机电传感器的另一海底节点；

图7是部署具有或不具有声学声波发射器的海底节点的方法的流程图；

图8是组装海底节点的方法的流程图；并且

图9是利用海底节点来收集地震数据的方法。

具体实施方式

以下实施例的描述参考附图。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定是指相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。

根据实施例，存在海底节点(OBN)，该海底节点构造成在专用壳体中可移除地容纳声学声波发射器，使得声学声波发射器的头部可以延伸至OBN的壳体外部以实现良好的声发射。当不需要声学声波发射器时，可以易于将声学声波发射器从其专用壳体移除。具有专用电池壳体的额外电池组(注意的是，节点默认具有主电池组)可以与声学声波发射器及其专用壳体交换，以向OBN提供更长续航时间。对于该选择，额外电池组的电池壳体相对于环境密封，使得水不会进入内部。另外，在节点的壳体和电池壳体的壳体上存在水密电连接部，使得来自额外电池组的电力可以传输至节点内部的电子器件。可替代地，声波发射器的壳体固定地附接至节点的壳体，并且声学声波发射器和额外电池组构造成选择性地置于同一壳体中。因此，根据每次地震勘测的要求，声学声波发射器可以选择性地附接至OBN。

连接机构可移除地附接至OBN的复合壳体，并且该连接机构用于附接至ROV或绳索以用于部署目的。连接机构可以根据需要在短时间内用另一连接机构进行替换。节点的复合壳体包括连接在专用壳体部之间的加强板。加强板设计为防止变形。加强板由在海底处经受的压力下不会变形的材料制成。加强板还置于复合壳体中以支撑两个邻接壳体部，并且从这些邻接壳体部的一侧一直延伸至邻接壳体部的相反侧。MEMS传感器直接附接至加强板，并且因此MEMS传感器可以记录低频地震信号。现在将参照附图对该新型节点进行更详细讨论。

图2示出了一种构造成可移除地容纳声学声波发射器210的新型OBN 200。如图所示，除了从复合壳体部分地突出至外部的声学声波发射器210的头部212之外，声学声波发射器210几乎完全位于OBN 200的复合壳体202内部。头部212是物理地发射声脉冲(ping)信号的声波发射器的一部分。该构造确保声学声波发射器的头部可以自由发出声脉冲。声学声波发射器210可以利用闩锁机构214固定至复合壳体202。然而，一旦移除或打开闩锁机构214，声学声波发射器210就可以从复合壳体移除，以在必要时用另一声学声波发射器进行替换。在一个实施例中，声学声波发射器压配合至声波发射器壳体中并且不需要闩锁机构。可替代地，可以利用额外电池组210'及其壳体211'(在图2中示出为在复合壳体202旁边)整体替换声学声波发射器及其壳体。如后文将讨论的，因为节点已经包括主电池组，所以额外电池组210'是节点的辅助电池组。因此，OBN 200的操作者可以将声学声波发射器210及其壳体或额外电池组210'和及其壳体211'选择性地附接至节点。在一个实施例中，节点的操作者实际上可以选择在为声学声波发射器或额外电池组保留的位置不放置任何东西。节点完全能够在没有声学声波发射器或额外电池组的情况下工作。注意的是，为了将声学声波发射器210或额外电池组210'选择性地附接至复合壳体202，操作者仅需要移除这两个元件中的一个元件以及该一个元件的壳体，然后附接另一个元件及其壳体。在一个实施例中，利用闩锁机构将声学声波发射器保持在声学声波发射器的壳体内部，该闩锁机构实现为通过销218锁定至复合壳体的套环216。因此，将声学声波发射器及其壳体或额外电池组及其壳体选择性地附接至复合壳体的其它元件的操作是快速的并且不需要打开节点的复合壳体。注意的是，传统节点的耗时部分是打开承载电子器件的壳体并且将声学声波发射器从该壳体移除。对于本文所讨论的节点，为了更换声学声波发射器，没有打开电子器件所在的壳体。

声学声波发射器210是如下构造的传统设备：在给定时间间隔发射声脉冲，使得当节点部署在海底时，节点的操作者可以定位该节点。由声学声波发射器发射的声脉冲可以用唯一ID编码，使得每个声学声波发射器可以根据其发射的声脉冲来识别。声学声波发射器可以在一种应用中构造为独立于位于复合壳体内部的电子器件而操作。这意味着对于该构造，在电子器件壳体和声波发射器壳体之间不存在电连通。如果在该情况下，则操作者需要在投放节点之前对声学声波发射器进行编程。然而，如果在声学声波发射器和来自复合壳体的电子器件之间存在电连接，则电子器件的处理器或控制器能够构造成与声学声波发射器通信并且指示声波发射器何时发送声脉冲、何时空闲、何时进入睡眠状态、何时变为激活等。在一种应用中，能够将声学声波发射器构造为可以利用两种方式与水面处的母船或ROV进行通信的声学调制解调器。通过这种方式，当地震勘测开始时，船只或ROV可以向声波发射器发送由节点的控制器解释为停止声波发射器或将声波发射器置于睡眠状态的信号的适当命令，以不干扰地震数据的采集。当地震勘测结束时，船只或ROV向声学声波发射器发送由节点的控制器解释为唤醒声学声波发射器的信号的另一个命令，使得ROV能够确定节点的位置然后取回该节点。

图2还示出了例如利用螺钉222可移除地附接至OBN的壳体的连接机构220。尽管连接机构220在图中示出为具有环224，但是连接机构可以具有钩或者对于所选部署方法所必须的其它形状元件。换言之，根据所选部署OBN的方法，由操作者来选择适当的连接机构，然后将该连接机构附接至节点的复合壳体。

关于OBN 200的复合壳体202，图2和图3示出了保护罩204或护套置于复合壳体上以防止与船只、ROV或海底石头的意外碰撞。然而，保护罩被设计成复合壳体202的底部或顶部202A或两者与海底处的水或土壤直接接触。注意的是，图2仅示出了复合壳体202的顶部202A直接暴露于环境。然而，存在未由保护罩204所覆盖的对应底部(该图中未示出)，使得底部与海底直接接触。复合壳体202和海底之间的这种直接联结确保了海底颗粒的小频率运动被位于节点内部的MEMS传感器检测到。

虽然复合壳体202由例如钛的坚固材料制成以抵抗存在于海底的大静水压，但是保护罩204可以由塑料或陶瓷材料制成，以保护复合壳体202不受来自承载节点的船只、或者部署节点的ROV、或位于海底的石头的意外撞击。在一个实施例中，保护罩204具有构造成与海底材料接合并且使节点相对于海底稳定的多个腿部206。如图2所示，复合壳体202可以成形为扁平外壳或盒体，该扁平外壳或盒体具有大于其它侧面的底部基部，使得节点可能以基部着陆。如果需要，复合壳体202可以为不同形状。

图2还示出了可移除盖226，该可移除盖226构造成密封位于壳体内部的电连接部，使得水不能到达电连接部或储存电子器件的复合壳体的内部。然而，当节点被带至水面时，可以将盖226移除(例如，可从壳体旋下)以露出电连接部，使得电连接部可以与来自船只的电力连接以用于对电池进行再充电和/或与服务器连接以用于下载收集的地震数据。注意的是，电连接部与复合壳体内部的电子器件电连接，并且构成节点的存储器和电源的栅极。

复合壳体202不制成单个壳部或隔间(bay)，而是包括如图4所示的配合在一起的多个单独壳体。这些单独壳体包括但不局限于电子器件壳体402、加强板404、电池壳体406和声波发射器壳体408。注意的是，如果需要，可以添加其它特定壳体。例如，如果地震勘测要求节点收集数据的持续时间段长于节点的内部电池应提供电力的时间，则能够在电池壳体406和加强板404之间添加另一电池壳体，或用另一更大的电池壳体来替换现有电池壳体406，或用额外电池组210'和额外电池壳体211'来替换声波发射器壳体408和声学声波发射器212。然而，复合壳体的这种模块化构造允许在为任何地震采集活动准备节点时具有更大的灵活性。

如图4所示，加强板404和电池壳体406可以例如利用螺钉410附接至电子器件壳体402的第一侧402A，而声波发射器壳体408也可以利用螺钉412附接至电子器件壳体402的第二相反侧402B。加强板404可以沿电子器件壳体402的整个第一侧402A延伸并且由例如钛基材料的高强度材料制成，使得壳体的该元件不仅在部署至海底时保持不弯曲，而且还赋予整个复合壳体202强度。在本实施例中，连接机构220直接附接至电子器件壳体402。然而，可以将连接机构附接至复合壳体202的其它部分。

电池壳体406在图4中被示出为从电子器件壳体402移除，从而可以看见电池组420。如稍后讨论的，电池组420是节点的电子器件的主电源，因此电池组420与节点的一个或多个传感器和其它电子部件电连接。声波发射器壳体408在图中也被示出为从电子器件壳体402移除，从而可以看见声学声波发射器210的整个主体210A。注意的是，出于上述已讨论过的原因，声学声波发射器210的主体210A的大部分位于声波发射器壳体408内部，其中仅有声波发射器的头部212示出为通过相应孔408A突出至声波发射器壳体的外部。图4还示出了当电池壳体406和电子器件壳体402彼此附接时，将电池壳体406和电子器件壳体402的内容物(即，电池组和电子器件)相对于海水完全密封，而与此相反，即使当声波发射器壳体408完全附接至电子器件壳体402时，声波发射器壳体408也向海水完全敞开。为此，电子器件壳体402的内部不与声波发射器壳体408的内部流体连通。

如图5A中更好示出的，声波发射器壳体408具有允许环境水自由进入声波发射器壳体内部的多个槽或孔510。图5A还示出了放置在声波发射器壳体内部的水听器520或等效压力传感器。在一种应用中，水听器520物理地附接至电子器件壳体402的侧壁402B，并且具有延伸穿过侧壁402B的电连接部，使得由水听器520记录的压力数据传输至电子器件壳体402中的电子器件。然而，电子器件壳体402不与声波发射器壳体流体连通，使得没有水可以进入电子器件壳体内部。

在图5A中通过孔510可以看见声学声波发射器210。另外，在该图中还可以看见延伸超过声波发射器壳体的声学声波发射器的头部212。图5B示出了当声波发射器壳体408移除时完全露出的电子器件壳体402的第二侧402B。现在可以看见整个声学声波发射器210。还可以看见同样置于声波发射器壳体408内部的整个水听器传感器520。将水听器传感器520置于声波发射器壳体内部的原因有两个：水听器传感器需要直接暴露于环境水以检测水压的变化，并且还需要在水听器传感器暴露于环境的同时保护水听器传感器免受可能的损坏。穿孔的声波发射器壳体408实现了这两个目标。

图5C示出了从所在位置移除的声学声波发射器210，该声学声波发射器露出了在(i)电子器件壳体402和(ii)声波发射器壳体408或额外电池壳体211'之间的可选电连接部530。因为声学声波发射器构造成独立于节点的电子器件进行操作，所以电连接部530对于声学声波发射器210不是必需的。然而，如果用额外电池壳体211'替换声学声波发射器210和声波发射器壳体408，则额外电池210'使用电连接部530以使电力在电子器件壳体和额外电池壳体之间传输。对于该情况，电连接构造成水密的，即，没有水可以从额外电池壳体进入电子器件壳体内部。在一种应用中，电连接部530与电子器件壳体内部的一个或多个电子部件(例如，电池组)连接，并且还与声学声波发射器210连接。在一个实施例中，因为声学声波发射器210本身具有电源，所以声学声波发射器210不需要外部电源，因此电连接部530为可选的。然而，如果存在电连接部530，则当以图2中所示的额外电池组210'替换声学声波发射器210时，额外电池组构造成与电连接部电连接以将电力传输至电子器件壳体内部的电子器件。通过这种方式，可以延长节点的续航时间。

图5D示出了已经移除电池壳体406和电池组420从而完全可以看见加强板404的OBN 200的视图。槽404A形成在加强板404中，以允许电连接部从电池组延伸至电子器件壳体402内部的电子器件。加强板404定位成与复合壳体202的基部202B基本垂直。图5D示出了复合壳体202的顶部202A和底部202B。在一个实施例中，加强板被设计为使得加强板的顶侧和底侧直接暴露于环境，从而实现板与环境之间的良好联结。该联结对于附接至加强板的MEMS能够检测低频颗粒运动是重要的。

如果如图5E所示移除加强板404，则在电子器件壳体402内部可以看见电子器件540。电子器件540可以包括处理器542和存储器544。在一个实施例中，电子器件540包括稍后讨论的多个部件。图5F示出了附接至电路板562的MEMS传感器560，电路板562又直接附接至加强板404。通过该构造，因为加强板不会因沿Z方向的水压而变形，所以由水压施加的大压力不会影响MEMS传感器的读数。由于该因素，加强板404置于节点200中，使得当节点以如图2所示的预期位置着陆时，加强板布置为与节点的基部202B垂直，使得板上存在直接并且竖直施加的最小水压/力。

虽然图5F示出了MEMS传感器560，但是本领域技术人员将理解的是，可以存在更多的MEMS传感器。在一个实施例中，例如地震检波器、颗粒运动传感器或构造成确定颗粒运动的其它器件的其它传感器可以位于电路板562上或与电路板562连接。MEMS传感器可以是沿单轴记录颗粒运动的单轴传感器，或者是沿两个或三个垂直方向记录颗粒运动的多轴传感器。可以添加例如罗盘、倾斜传感器、磁力计、盐度传感器、温度传感器等的额外传感器。虽然上述实施例涉及水听器520，但是可以使用任何压力传感器或压差传感器来代替水听器或作为水听器的补充使用。在一个实施例中，同时提供标量压力传感器和三轴颗粒运动传感器，因此在复合壳体内部具有4-C部件。对于这种构造，注意的是，颗粒运动传感器置于一个壳体元件内部，而压力传感器置于不同的壳体元件中，并且这两个壳体元件彼此分离并且彼此不流体连通。然而，这两个壳体元件可以彼此电连通。虽然上述实施例公开了压力传感器(水听器)放置成与环境水直接接触，而颗粒运动传感器(MEMS)置于密封壳体内部以防止与水之间的直接接触，但是本领域技术人员将理解的是，如果MEMS传感器封装在防止水腐蚀传感器的保护材料中，则可以将颗粒运动传感器置于声波发射器壳体中，即，与水直接接触。

除上述关于图5E的处理器和存储器之外，电子器件540还可以包括具有对采集的地震数据进行存储的存储器单元的组合的数据采集电路。电子器件540还可以包括时钟电路以产生用于标记采集的地震数据的时钟信号。可以包括通常在海底节点中使用的其它电子器件。

图6示出了相对于OBN 200稍微变型的OBN 600。在本实施例中，声学声波发射器210置于套筒610中，并且该套筒附接至声波发射器壳体408。在本实施例中，声波发射器壳体408的形状更像笼，具有多个开口以允许海水自由移动通过声波发射器壳体。套筒610的尺寸可以设计为摩擦配合或压配合在声波发射器壳体408内部，从而不需要存在闩锁机构214来将声学声波发射器210固定至声波发射器壳体408。注意的是，在一个实施例中，声学声波发射器210可以构造有外螺纹以旋入声学壳体中，或可以利用闩锁机构214固定至声波发射器壳体。还可以使用这些元件的组合。图5D中示出的闩锁机构214包括套环570和销572，该销对附接至声波发射器壳体的套环570进行保持。如果销572被移除，则可以移除或打开套环570，并且可以移除声学声波发射器210。可以使用将声学声波发射器210附接至声波发射器壳体的其它装置。

回到图6，该图还示出了由盖226密封的电连接部227。通过一个或多个导线可以将电连接部227连接至处理器542、存储器544和/或例如水听器520或MEMS 560的其它电子器件中的一个或多个。在本实施例中，连接机构220可以实现为简单把手。图6还示出了可以用于替换声学声波发射器210及其相应壳体的额外电池组660和相应的额外电池壳体661。如前所述，如果决定不需要声学声波发射器，则将该单元与声波发射器壳体一起移除，并且将额外电池组660及其壳体661附接至电子器件壳体402。如前所述，额外电池壳体661具有电连接器662，该电连接器662构造成与电连接部530(参见图5C)配合以将电力传输至电子器件壳体402的内部。然而，在一个实施例中，作为移除声学声波发射器及其壳体以添加额外电池组及其壳体的替代，能够将额外电池组构造为配合至声波发射器壳体中，并且因此在声波发射器壳体保持附接至电子器件壳体的同时，仅将声学声波发射器与额外电池组交换。对于本实施例，额外电池组210'或660将具有直接位于电池组上的电连接器662，使得额外电池组可以从电子器件壳体与电子器件电连接。另外，对于本实施例，额外电池组可以压配合至声波发射器壳体中或利用闩锁机构214锁定就位。

现在针对图7讨论OBN 200或OBN 600的部署方法。在步骤700中，确定节点是用于浅水或深水或是其他类型的特定操作。根据步骤700做出的确定，在步骤702中，将声学声波发射器210及其壳体或额外电池组660及其壳体选择性地附接至电子器件壳体。可替代地，操作者可以使声波发射器壳体留空，即，既不放置声学声波发射器，也不将额外电池组附接至电子器件壳体。在一种应用中，通过压配合将声学声波发射器简单置于声波发射器壳体内部，其中在声学声波发射器和壳体内部之间没有直接连接。然而，在另一个实施例中，能够将声学声波发射器例如利用夹具或利用螺纹等物理地附接至声波发射器壳体。

在将声学声波发射器或额外电池组附接至电子器件壳体之后，可以关闭闩锁机构(如果存在)以防止在部署节点的同时声学声波发射器从节点脱落。注意的是，在部署节点的同时，节点在朝向海底行进的同时可能会翻滚，并且因此如果闩锁机构没有关闭，则声学声波发射器有可能从声波发射器壳体排出。在一种应用中，如前所述，能够决定不在声波发射器壳体中放置声波发射器，并且能够在声波发射器壳体为空的情况下部署节点。声学声波发射器或额外电池组可以如此快速附接至电子器件壳体的事实使得该步骤对于节点200成为可能，而对于现有节点则不是这种情况。

该特征使得准备任务(其中，通常需要更大电池并且以不同于通过节点声波发射器的其它方式来完成精确定位)能够使用与要求声波发射器的真实勘测相同的节点材料来完成。该特征还允许在准备任务之间易于改变构造，并且在投放之前(即，在储存于部署船只上时)为构造节点提供较大灵活性。换言之，就在将节点投放至水中之前，节点可能储存在母船上并且安置在储存间中。就在将节点装载至ROV或绳索上以部署至水中的几分钟或几小时前，节点的操作者可以决定将声学声波发射器附接至电子器件壳体，或将额外电池组附接至电子器件壳体，并且可以在几分钟甚至几秒钟内实现该目标。这对于现有节点是不可能的，这是因为下述缘故：要么声波发射器深入置于密封壳体内部，这需要大量时间来打开；要么如果利用绳索将声波发射器附接至节点，则声波发射器不能如本文所述新型节点的情况那样固定在壳体内部。

在步骤704中，确定用于部署节点的方法，并且基于该确定，在步骤706中选择适当连接机构220。这也是当前节点的优点，而该优点在现有节点中未发现。连接机构220可以易于从复合壳体202移除的事实使得节点的操作者在母船上时能直接决定将什么连接机构附接至节点。然后，基于该决定，可以利用一个或多个螺钉将连接机构附接至壳体，这一操作不仅省力而且快速。

在步骤708中，将连接机构附接至节点的壳体。注意的是，就在部署节点之前，该步骤可以在船上进行。然后，在步骤710中，使用所选部署方法将节点部署在水中的预期位置处。由于连接机构可以灵活附接至节点的壳体，所以节点的操作者可以就在投放节点之前决定改变初始部署方法，并且使用适配新选择的部署方法的另一连接机构来快速替换初始附接至节点的连接机构。由于如上文关于附图所述的节点的模块化性质，所以在母船上时重新构造节点存在灵活性。

现在参照图8对节点200或600的组装方法进行讨论。在步骤800中，将节点的电子器件置于电子器件壳体402中。在步骤802中，将MEMS传感器560及其相应的电路板562直接附接至加强板404。如前所述，可以将一个以上的MEMS传感器附接至加强板。事实上，可以将其它传感器附接至加强板。注意的是，因为在组装期间加强板置于电池壳体和电子器件壳体之间，并且因为这两个壳体元件构造成具有大于节点的其他侧的组合基部，所以很可能基部将直接置于海底上，而加强板将与海底垂直放置。

然后，在步骤804中，将电池组420置于电池壳体406中，并且在步骤806中，将加强板404和电池壳体406按照该顺序利用螺钉附接至电子器件壳体402。在步骤808中，将水听器520附接至电子器件壳体402的外部，并且在步骤810中，在与电池壳体所在面相反的面上，利用螺钉声将声波发射器壳体408附接至电子器件壳体402。在步骤812中，将声学声波发射器210置于声波发射器壳体408中。在可选步骤814中，将声学声波发射器210和声波发射器壳体408从电子器件壳体移除，并且将额外电池组660及其壳体661附接至电子器件壳体。在步骤816中，选择连接机构220并且例如利用螺钉将连接机构附接至电子器件壳体402。

注意的是，节点200或600有利地具有根据需要来添加声学声波发射器的选择，而无需打开壳体或不需要任何耗时工作。另外，声学声波发射器及其壳体的位置可以由额外电池组及其壳体占据，以延长节点的记录能力。另外，根据部署方法，节点可以提供有不同的连接机构，并且可以利用一个或多个螺钉将连接机构快速添加至壳体。在一个实施例中，能够利用卡扣机构而无需螺钉将连接机构附接至节点的壳体。

通过将声学声波发射器和声波发射器壳体选择性地附接至电子器件壳体、或附接额外电池组及其壳体、或实际上任何其它期望设备，使节点200或600高度模块化。另外，因为电子器件壳体402、加强板404、电池壳体406和声波发射器壳体408中的每一个都可以按照图4所示顺序或根据期望按照不同顺序选择性地放置在一起，所以复合壳体202高度模块化。本领域技术人员将理解的是，节点的操作者可以决定完全省略这些壳体元件中的一个，例如省略加强板，在这种情况下MEMS传感器和相关板可以置于电子器件壳体中；或者决定省略声波发射器壳体，在这种情况下声波发射器可以置于电子器件壳体内部；或者决定省略电池壳体406，在这种情况下额外电池组210'放置在声波发射器壳体中，并且盖板附接至加强板以将电子器件壳体相对于环境水密封。就此而言，注意的是，加强板具有至少一个开口，该开口允许来自电池组420的一个或多个导线与电子器件壳体402中的电子器件540连接。由于复合壳体202的高度模块化，可以省略或替换复合壳体202的其它元件。例如，在一个实施例中，能够将加强板置于电子器件壳体和声波发射器壳体之间，并且加强板在这种情况下没有开口，使得没有水从声波发射器壳体通过加强板进入电子器件壳体。然后将MEMS和相关板置于加强板上以面向电子器件壳体。然而，因为声波发射器壳体对海水敞开而电子器件壳体需要相对于海水密封，所以无论选择的构造如何，在电子器件壳体402和声波发射器壳体408之间不存在流体连通。

现在针对图9来讨论利用节点200或600记录地震数据的方法。该方法包括：步骤900，其选择是否将声学声波发射器及其壳体或额外电池组及其壳体附接至节点的复合壳体；步骤902，其将声学声波发射器或额外电池组附接至复合壳体；步骤904，其利用闩锁机构来锁定声波发射器壳体以防止声学声波发射器或额外电池组从声波发射器壳体脱落；步骤906，其将复合壳体部署至海底；以及步骤908，其利用位于声波发射器壳体内部的水听器和微机电传感器来记录地震数据。在一种应用中，复合壳体包括附接有微机电传感器的加强板，声波发射器壳体对环境水永久敞开，并且声波发射器壳体与复合壳体的其它元件流体隔绝。

所公开的实施例提供了一种具有复合壳体的海底节点，其中一个壳体元件允许接触海水，而另一个壳体元件不允许接触海水。声学声波发射器置于对海水敞开的壳体元件中并且附接至另一壳体元件。应该理解的是，本描述不旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求所限定的本发明的要旨和范围内的替代物、变型和等同物。此外，在示例性实施例的详细描述中，对许多具体细节进行阐述以便提供对要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。

尽管在实施例中以特定组合对本实施例的特征和元件进行描述，但是每个特征或元件可以在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或者在具有或不具有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合使用。

本书面描述使用所公开的主题的示例来使本领域技术人员能够实践本主题，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。主题的可专利范围由权利要求所限定，并且可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。这些其它示例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种收集地震数据的海底节点(200)，所述海底节点(200)包括：

复合壳体(202)，其包括电子器件壳体(402)和声波发射器壳体(408)，声学声波发射器(210)适于位于所述声波发射器壳体中；

电子器件，其位于所述电子器件壳体(402)内部；以及

电池组(420)，其构造成向所述电子器件供应电力，

其中，所述声波发射器壳体(408)向环境水永久敞开，而所述电子器件壳体(402)相对于所述环境水密封，并且

所述声波发射器壳体(408)构造成选择性地并且直接附接至所述电子器件壳体(402)。

2.根据权利要求1所述的节点(200)，其中，所述复合壳体(202)还包括：

加强板(404)，其由使得在海底在高压下部署所述加强板(404)时所述加强板不会弯曲的材料制成；以及

微机电传感器(560)，其附接至所述加强板(404)，

其中，所述微机电传感器(560)构造成检测低频颗粒运动。

3.根据权利要求2所述的节点(200)，还包括：

电池壳体(406)，其构造成容纳所述电池组(420)，

其中，所述加强板(404)介于所述电子器件壳体(402)与所述电池壳体(406)之间。

4.根据权利要求2或3所述的节点(200)，其中，所述加强板(404)定位成垂直于所述复合壳体(202)的底部。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的节点(200)，其中，所述加强板(404)的至少一侧直接暴露于所述节点(200)的外部环境。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的节点(200)，其中，所述电池壳体(406)、所述加强板(404)、所述电子器件壳体(402)和所述声波发射器壳体(408)按照该顺序利用螺钉彼此附接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的节点(200)，还包括：

水听器(520)，其电附接至所述电子器件壳体(402)的所述电子器件并且位于所述声波发射器壳体(408)中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的节点(200)，还包括：

声学声波发射器(210)，其位于所述声波发射器壳体(408)中。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的节点(200)，还包括：

连接机构(220)，其可移除地附接至所述电子器件壳体(402)的外部，

其中，所述连接机构(220)构造成附接至外部设备。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的节点(200)，还包括设置在所述复合壳体(202)上的保护罩，

其中，所述保护罩构造成使得所述复合壳体(202)的至少底部直接联结至所述海底。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的节点(200)，其中，所述声波发射器壳体(408)构造成选择性地容纳声学声波发射器(210)或额外电池组。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的节点(200)，还包括：

声学声波发射器(210)，其置于所述声波发射器壳体(408)内部，使得所述声学声波发射器(210)的发射头部突出至所述声波发射器壳体(408)外部并且由闩锁机构(214)围绕。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的节点(200)，还包括：

闩锁机构(214)，其构造成将所述声学声波发射器(210)保持在所述声波发射器壳体(408)内部。

14.一种利用根据权利要求1至13中的任一项所述的海底节点(200)记录地震数据的方法，所述方法包括：

选择将声学声波发射器(210)和声波发射器壳体(408)附接至所述节点(200)的复合壳体(202)，还是将额外电池组(210')和额外电池壳体(211')附接至所述节点(200)的所述复合壳体(202)，或者所述声学声波发射器(210)和所述额外电池组(210')两者均不附接至所述节点(200)的所述复合壳体(202)；

将所述声学声波发射器(210)和所述声波发射器壳体(408)或所述额外电池组(210')和所述额外电池组壳体(211')附接至所述复合壳体(202)；

将所述复合壳体(202)部署至所述海底；以及

记录地震数据。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，利用位于所述声波发射器壳体中的压力传感器和位于所述复合壳体内部的微机电传感器来记录地震数据。

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