CN115485587A - 混合地震数据采集设备及相应方法 - Google Patents

Abstract

提出一种地震数据采集设备(400)，其用于放置在海底，该地震数据采集设备(400)包括：聚合物壳体(412)，该聚合物壳体(412)限定了容纳数据采集系统(440，444，445)的至少一部分的腔室；以及金属装置(414)，聚合物壳体(412)被捕获在该金属装置(414)中，金属装置(414)包括两个金属梁(4141，4142)，这两个金属梁(4141，4142)在聚合物壳体(412)的相反两侧面上延伸。还提出一种用于组装这种设备的方法以及一种用于海床地震数据采集的相应方法。

Description

混合地震数据采集设备及相应方法

技术领域

本文公开的主题的实施例总体涉及用于海床地震采集的方法和设备，并且更具体地涉及海底节点(ocean bottom node)。

背景技术

地震数据采集和处理可以用于生成地面下方(地下)的地球物理结构的剖面图(profile)(图像)。虽然该剖面图不能提供油气储层的精确位置，但是它向本领域受过训练的人员建议这种储层的存在或不存在。因此，例如对于需要确定油气储层在哪里的那些人来说，提供地下的高分辨率图像是重要的。

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样的高分辨率图像。如图1所示，地震采集系统100包括多个海底节点102，该多个海底节点102通过各种手段分布在海底101上。每个海底节点102例如包括用于检测压力波的水听器104、用于处理检测到的波的处理器106、用于存储地震数据的存储器108、以及用于向这些部件提供电力的电源110。船舶120拖曳一个或多个地震源122，该一个或多个地震源122相对于海面121位于水中特定深度处。地震源122被构造成生成地震波124。地震波124传播到地下126中，并且在地下的各种界面128处被反射和/或折射。反射波130然后被水听器104检测到，并被记录在海底节点102的存储器108中。

传统的海底节点是基于它们操作的水深和所需的自主性(autonomy)来设计的。一般而言，对于部署方法使用例如美国专利No.6,024,344中描述的绳上节点技术(Node-On-ARope technique)的浅海水深，需要较低的自主性。然而，对于节点通常由远程操作车辆部署和定位的深水应用，则需要长的自主节点，因此需要更多的电池容量。为了解决这两个不同的要求，大多数现有节点被设计成具有两种不同的构造，一种用于浅水，一种用于深水，这涉及不同的电池容量、尺寸和体积。

浅海海底节点除了包括水听器之外还包括用于检测地震波的地震检波器(geophone)。在小于300米深度的水中使用的节点被认为是浅海海底节点。地震检波器传感器是质点运动传感器(particle motion sensor)，并且该质点运动传感器检测水质点的速度(如果被实施为地震检波器)或加速度(如果被实施为MEMS)，并且可以是全向的或单向的。根据节点构造，浅海海底节点可以集成有一个或多个质点运动传感器和一个水听器。由于万向节安装的地震检波器的固有限制，优选地集成有3C质点运动传感器。

对于深水地震采集(最常见的是从700米到3,000米)，需要高电池自主性，因为节点需要在很长一段时间内被放置在海底。用于这种节点的壳体还需要是重的且坚固的，通常由钛材料制成以避免由于高流体静压(hydrostatic pressure)而引起的腐蚀和壳体变形。通过使用用于抵抗高压的增强元件，也会使节点设计的尺寸过大。因此，这样的节点非常昂贵。

对于浅海水深，钛材料的使用以及尺寸过大的形状不是必要的。因此，由于用于浅海水深的OBN被部署在较浅深度处并且用于较短时间的操作，所以可以将较便宜的材料用于壳体，例如，聚合物材料。然而，观察到即使用于小于100米的部署深度，对于浅海OBN，聚合物壳体也会变形并且水会渗入壳体内，从而损害了所容纳的电子装置。另外，在一些情况下，聚合物壳体的重量太轻，并且浅海OBN可能无法实现与海床的良好接触。

因此，需要设计一种用于浅水操作的改进的OBN，其在重量、成本、紧凑性和可靠性之间具有更好的折衷。

发明内容

根据实施例，提供了一种地震数据采集设备，其也被称为海底节点并且用于放置在海底，该地震数据采集设备包括：

-聚合物壳体，该聚合物壳体限定了容纳数据采集系统的至少一部分的腔室；以及

-金属装置，聚合物壳体被捕获在该金属装置中，金属装置包括两个金属梁，两个金属梁在聚合物壳体的相反两侧面上延伸。

海底节点因此将基于聚合物的内部壳体与金属的外部装置组合，以保持将用于地震数据采集的电子装置。由于节点的这种构造，不必用昂贵材料钛制造包括地震采集系统的壳体。金属装置围绕聚合物壳体的布置使得节点能够抵抗随水深增加的流体静压和腐蚀性环境。

另外，该金属外部装置增加了海底节点(OBN)的自重(dead weight)，以提供节点在海底的良好耦合。

金属外部装置的梁提高了聚合物内部壳体的机械抗力，并因此使得聚合物内部壳体能够可靠地抵抗流体静压。金属外部装置围绕聚合物内部壳体的组装防止聚合物内部壳体的弯曲和塌陷。

与仅依靠塑料部件的等同产品相比，这种混合解决方案允许增加OBN的机械抗力，以承受外部流体静压，并且另一方面避免必须以完全金属材料制造OBN。

根据实施例，围绕聚合物内部壳体延伸的金属外部装置包括贯穿通道或开口，使得可以限制用于制造增强聚合物内部壳体的金属外部装置的金属材料的量。

根据实施例，金属外部装置将两个聚合物半部彼此压靠，从而提高组装起来的聚合物内部壳体的机械抗力和防水性。

根据可选特征，金属装置进一步包括两个接合部件，这两个接合部件将金属梁接合以形成金属带，该金属带环绕聚合物壳体，优选地该金属带在聚合物壳体的中间区域中环绕聚合物壳体。

根据可选特征，金属装置进一步包括金属拱式件，该金属拱式件从一个金属梁横向地延伸至另一金属梁，优选地以在聚合物壳体的相对的横向部分上形成网格。

根据可选特征，金属装置具有两个半部，这两个半部通过固定系统以能拆卸的方式彼此附接，例如通过螺钉，金属装置的每个半部具有金属梁元件，该金属梁元件与另一半部的相应梁元件一起形成金属装置的所述金属梁。

根据可选特征，聚合物壳体具有两个半部。

根据可选特征，聚合物壳体的每个半部具有外部轴环元件，该外部轴环元件适于当聚合物壳体的两个半部组装起来时接触另一半部的相应外部轴环元件以形成聚合物壳体的所述外部轴环。

根据可选特征，穿过外部轴环元件机加工出通孔，并且在至少一个金属梁元件中机加工有螺纹孔，金属外部装置的半部通过从外部轴环元件的通孔穿过的螺钉(436)彼此连接，以将梁元件附接在一起，同时将外部轴环元件夹在中间。

根据可选特征，在外部轴环元件内机加工出的通孔没有螺纹，使得螺钉从梁元件延伸穿过外部轴环元件，而不固定至外部轴环元件，以与在另一相应梁中机加工出的相应螺纹孔配合，使得外部轴环元件通过由将所述外部轴环元件夹在中间的梁元件施加的压力而保持彼此抵靠。

根据可选特征，地震数据采集设备包括保护缓冲器，该保护缓冲器被固定至金属外部装置、优选地被固定至金属梁，保护缓冲器覆盖聚合物内部壳体的一部分。

根据可选特征，保护缓冲器具有两个半部，该两个半部被金属外部装置的金属梁分开。

根据可选特征，保护缓冲器具有使水能够进入保护缓冲器的孔。

根据可选特征，聚合物壳体由聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺制成。

根据可选特征，聚合物壳体通过结合在聚合物中的玻璃纤维被增强。

根据可选特征，金属装置由铜合金制成，特别是青铜。

根据可选特征，该地震数据采集设备包括水听器，该水听器被附接至聚合物内部壳体，以与嵌入在聚合物内部壳体中的电子装置电连通。

根据可选特征，被容纳在聚合物内部壳体中的数据采集的所述至少一部分包括管理卡，该管理卡被配置成通过端口与岸上的电源和/或数据服务器通信，当节点被部署在水中时，该端口用帽封闭，以防止水到达任何电触点。

根据特定实施例，金属装置的尺寸被设计成使得拱式件在聚合物壳体的相应凹槽内延伸。

根据另一实施例，提供了一种用于组装地震数据采集设备的方法，该地震数据采集设备也被称为海底节点并且用于放置在海底，方法包括：

-提供数据采集系统和容纳数据采集系统的至少一部分的聚合物壳体；以及

-提供金属装置，该金属装置包括适于在聚合物壳体的相反两侧面上延伸的两个金属梁；以及

-将聚合物壳体束缚在金属装置中。

根据另一实施例，提供了一种用于海床地震数据采集的方法，该方法优选地用于100米和700米之间的水深，该方法包括以下步骤：提供如上所述的地震数据采集设备；以及将地震数据采集设备放置在海底。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1是使用如背景技术中已知的海底节点的地震数据采集系统的示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的具有内部聚合物壳体和外部金属装置的混合海底节点的分解图；

图3示出了具有附加缓冲器部件的图2的混合海底节点；

图4示出了根据另一视图的图3的混合海底节点；

图5示出了处于组装状态的图4的混合海底节点；以及

图6示出了根据本发明另一实施例的具有内部聚合物壳体和外部金属装置的混合海底节点，示出了外部金属壳体的半部已经彼此附接使得内部聚合物壳体的半部通过金属外部装置也彼此接合之后的情况；

图7示出了根据本发明另一实施例的混合海底节点的分解图，对于图6的节点具有内部聚合物壳体和外部金属装置，并且进一步具有保护缓冲器；

图8示出了处于组装状态的图7的混合海底节点，其中保护缓冲器的半部被附接至外部金属装置的半部；

图9示出了混合海底节点的另一实施例，其中声波发射器(pinger)可附接至混合海底节点的保护缓冲器；

图10是根据本发明的实施例的方法的流程图，该方法用于组装具有内部聚合物壳体和外部金属装置的混合海底节点，诸如图2至图9中的任一图的节点。

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标识相同或相似的元件。下面的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。为了简单起见，以下实施例是关于记录地震数据的浅海海底节点来讨论的。然而，接下来要讨论的实施例不限于记录地震数据的浅海海底节点，而且可以应用于收集不同数据的其他节点。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被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”不一定是指同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。

根据实施例，被构造为记录地震数据的新浅海海底节点的大部分电子装置被容纳在内部聚合物壳体中。内部聚合物壳体由两个或更多个部分制成，并且这些部分被构造成配合在一起以形成水密的内部腔室。金属外部装置被构造成封闭内部聚合物壳体，并且确保内部聚合物壳体的各个部分保持彼此紧密接触，从而保持水密性。另外，金属外部装置的质量被选择为使得整个海底节点具有负浮力，从而节点实现与海底的牢固接触。根据实施例，外部金属壳体被构造成包围内部聚合物壳体。内部聚合物壳体是防水的，而外部金属壳体优选地不是防水的。

参考附图，提出了一种地震数据采集设备400，其也称为海底节点(OBN)、旨在放置在海底且用于采集地震数据。

地震数据采集设备400包括聚合物内部壳体412，该聚合物内部壳体412容纳数据采集系统的至少一部分。地震数据采集系统包括电池440和用于地震数据采集的电子装置444。电子装置444可以包括处理器、存储器和至少一个地震传感器，例如质点运动传感器445。至少一个地震传感器可以包括MEMS传感器或地震检波器。

如下所述，地震数据采集系统还可以包括水听器470，该水听器470被连接至电子装置444，但是延伸到聚合物内部壳体412的外部以被水浸没，从而测量水压变化。

在所示实施例中，聚合物内部壳体412具有两个内部半部412A、412B，它们旨在接合在一起，以便防止水进入由半部412A、412B限定的腔室内，该腔室包括数据采集系统的所述至少一部分。

地震数据采集设备400进一步包括金属装置414，其被称为金属外部装置414，因为该金属外部装置414被定位在聚合物内部壳体412的外部，并且在本实施例中，该金属外部装置414与聚合物内部壳体412接触。根据该实施例的特定方面，金属外部装置414的金属拱式件418(下面描述)与聚合物内部壳体412相符。然而，在如图6所示实施例的另一实施例中，在冲击的情况下提供保护的金属拱式件418不接触聚合物内部壳体412，因为金属外部装置414(特别是金属带)的固定直接固定至聚合物内部壳体412的外唇缘(外部轴环)。

例如，在一个实施例中，聚合物材料可以是塑料或橡胶，例如聚酰胺PA、聚氨酯PU、聚乙烯PE或聚丙烯PP，其可以例如用玻璃纤维增强，并且金属材料可以是铝铜合金。可以使用其他聚合物材料和/或金属材料。

金属外部装置414可以包括两个半部414A、414B，这两个半部围绕聚合物内部壳体412定位并且通过诸如螺钉436的机械固定方式而彼此固定，使得半部的彼此固定束缚(imprisoning)聚合物内部壳体412。金属外部装置414因此被附接至聚合物壳体，并且机械地增强被捕获在金属外部装置414中的聚合物壳体412。

根据实施例，通过将聚合物内部壳体412夹在或限制在金属外部装置414的两个半部414A、414B之间，将金属外部装置414联接至聚合物内部壳体。然后，如图2至图5的实施例所示，可以通过金属外部装置414的两个半部414A、414B之间的直接接触利用螺钉436而将金属外部装置414的两个半部414A、414B彼此附接。优选地，如图6至图8的实施例所示，通过使金属外部装置414的半部414A、414B接触聚合物内部壳体的外部轴环(或唇缘)4124的相反两侧面，并且将螺钉穿过在外部轴环中加工出的孔4125，来实现附接。因此，螺钉436可以穿过聚合物内部壳体412的不与由聚合物内部壳体412限定的腔室连通的部分，以防止水通过螺钉引入腔室中。这样的部分可以是聚合物壳体412的被夹在金属装置414的半部414A、414B之间的外部轴环4124。

根据特定实施例并且如图6至图8所示，金属外部装置414的两个半部414A、414B围绕聚合物内部壳体412定位并且抵靠聚合物内部壳体412的外部轴环4124。然后，通过穿过外部轴环4124的螺钉，可以将金属外部装置414的两个半部414A、414B彼此固定。在图6至图8的所示实施例中，外部轴环对应于聚合物内部壳体的两个半部的两个外部轴环元件4124A、4124B的组件。通过由将聚合物内部壳体的两个半部412A、412B夹在中间的外部金属装置414的两个半部414A、414B所施加的力，使两个外部轴环元件4124A、4124B维持彼此抵靠。每个外部轴环元件4124A、4124B优选地与内部聚合物壳体的半部412A、412B一体地形成，例如通过模制一体地形成；可以存在密封件。

如图2至图5和图6至图8的实施例所示，金属外部装置414包括两个金属梁4141、4142，这两个金属梁4141、4142在聚合物内部壳体412的相反两侧面上延伸。金属梁4141、4142在其上延伸的相反两侧面是聚合物内部壳体412的与顶侧和底侧对应的主表面。注意，关于图示使用了“顶”和“底”：在使用中，顶侧或底侧可以面向海底。

优选地，聚合物内部壳体412是长方体形状，并且金属梁4141、4142平行于聚合物内部壳体412的纵向轴线延伸。

金属外部装置414进一步包括金属拱式件418，每个金属拱式件从一个金属梁4141横向地延伸到另一个金属梁4142。因此，拱式件418形成覆盖在聚合物内部壳体412的相对的横向部分上的网格。拱式件418可以与聚合物内部壳体412接触，从而能够在使用有限量金属的同时机械地增强聚合物壳体412的未被梁覆盖的部分，并且能够在拱式件之间接触到聚合物内部壳体的一些部分或接触到被连接至聚合物壳体412的一个或多个元件，诸如水听器470或将聚合物内部壳体的连接端口462封闭起来的帽464。因此，操作者不必从聚合物内部壳体412上移除金属外部装置414来接触水听器470或帽464。

在所示的实施例中，金属外部装置414的每个拱式件418具有U形形状。U形的分支部被固定至、优选地通过模制或焊接被固定至金属梁4141、4142。在所示的实施例中，金属外部壳体414的每个拱式件从一个梁延伸到另一个梁，围绕聚合物内部壳体的横向侧面延展。

根据实施例并且如图6至图8所示，金属梁4141、4142通过金属部件4143彼此接合，以形成环形金属元件，被称为金属带4200。金属带4200包围聚合物内部壳体412的一部分。在所示的实施例中，金属带4200包围聚合物内部壳体412的中心纵向部分。换句话说，梁借助在聚合物壳体的横向侧面上可见的接合元件而延长，从而形成金属带。特别地，金属带在聚合物内部壳体412的两个半部412A、412B的接合平面的区域处增强了聚合物内部壳体。

金属带4200环绕聚合物内部壳体。金属带4200可以由两个金属带元件4200A、4200B形成。两个金属带元件4200A、4200B可以从聚合物内部壳体412的外部轴环4124的任一侧定位。在图6至图8的实施例中，金属带元件4200A、4200B利用穿过聚合物内部壳体412的外部轴环4124的螺钉436而彼此附接。

换句话说，金属带4200并且更具体地梁4141、4142形成了骨架，而杆形件形成了围绕内部聚合物壳体412的肋。金属带4200和拱式件因此形成了在拱式件之间限定有孔口的束缚聚合物内部壳体412的外壳。形成所述孔口的拱式件之间的空间能够限制用于制造金属外部装置的材料的量，并且提供了对聚合物内部壳体412的一些部分的容易接触。

在一个实施例中，聚合物内部壳体412完全由聚合物材料制成，而外部装置414完全由金属材料制成。

根据实施例，聚合物内部壳体412的内部半部412A和412B中的每一个具有形成在外表面上的一个或多个凹槽416，例如如图2中所示。金属外部装置的外部半部414A和414B中的每一个具有相应的一个或多个舌形件或拱式件418。图2和图3所示的实施例示出了每个内部半部412A和412B具有四个凹槽416，并且每个金属外部半部414A和414B具有四个拱式件418。然而，本领域技术人员将理解，对于给定的半部可以使用任何数量的凹槽和拱式件。根据另一实施例，聚合物内部壳体412可以不具有凹槽，而是具有特定纹理，例如包括用于机械增强聚合物内部壳体412的结构的肋。金属外部装置414的尺寸可以被设计成使得当外部半部被置于相应的内部半部上时，每个拱式件418紧密地配合在相应的凹槽416内，如图2所示。

在图2至图8所示的实施例中，金属外部装置414的每个半部414A、414B具有第一梁元件4141A、4142A、第二梁元件4141B、4142B，并且拱式件418从第一梁元件延伸至第二梁元件。第一梁元件4141A、4142A的组件形成第一梁4141，且第二梁元件4141B、4142B的组件形成第二梁4142。因此，拱式件418连接两个梁4141A、4142A以形成外部半部414A，并且相对的拱式件418连接两个梁4141B、4142B以形成外部半部414B。外部半部414A、414B中的一个外部半部的第一或第二梁元件中的一个梁元件也可以具有钩部或环部422，如图3所示，当在水下部署节点时，该钩部或环部422用作机械连接部。

金属装置414的每个半部414A、414B的金属梁元件4141A、4142A、4141B、4142B包括在聚合物壳体412的相反的顶侧和底侧上延伸的两个金属梁元件。

在该实施例中并且如图6至图8所示，对于金属装置的每个半部414A、414B，金属梁元件4141A、4142A、4141B、4142B通过金属部件元件4143A、4143B彼此接合，以形成金属带元件4200A、4200B。当彼此附接时，金属带元件4200A、4200B形成所述金属带4200。金属部件元件4143A、4143B形成金属部件4143。

金属装置的半部的每个金属带元件被构造成与聚合物壳体的一个半部的外部轴环元件接触。由于金属带具有两个半部且每个半部包围聚合物内部壳体的一个半部，同时当金属带的所述两个半部彼此附接时金属带的两个半部将聚合物内部壳体的一个半部推靠在另一个半部上，所以该金属带改善了组装在一起时聚合物壳体的两个半部的防水性。

在一个应用中，金属外部装置的每个半部被成形为围绕聚合物内部壳体的相应半部放置的带状物，并且当两个金属外部半部机械地彼此连接时，聚合物内部半部也变成彼此连接，而不必直接在内部半部之间使用任何螺钉。在该实施例中，两个内部聚合物半部由于外部金属半部直接彼此连接而直接彼此连接。如图2至图5的实施例所示，第一和第二金属外部半部因此可以将第一和第二内部聚合物半部保持在一起，而不需要从第一内部聚合物半部延伸到第二内部聚合物半部的螺钉。注意，在图6至图8的实施例中，设置在外部轴环4124中的孔4125的尺寸可以被设计成简单地让螺钉穿过外部轴环，而不在外部轴环上施加直接的推力。施加在外部轴环的相反两侧面上的推力由通过螺钉彼此连接的梁元件(或相应的带元件)的组件来提供。

根据实施例并且如图2至5和图6至图8所示，除了第一和第二外部金属半部之外，没有任何东西迫使第一和第二内部聚合物半部保持彼此连接。换句话说，第一和第二内部聚合物半部仅由于通过螺钉彼此附接的第一和第二外部金属半部而彼此连接。

如上所述，金属外部半部414A、414B中的每一个的第一和第二梁元件4141A、4141B和4142A、4142B具有孔426，该孔426用于允许相应的螺钉436将两个金属外部半部414A和414B中的一个机械地连接至另一个。通过将两个金属外部半部414A和414B机械地直接彼此连接，迫使聚合物内部半部412A、412B彼此机械地抵靠，从而在第一内部半部412A内形成第一密封内部腔室413A，并且在第二内部半部412B内形成第二密封内部腔室413B。如图2和图3的实施例所示，孔426可以穿过金属梁420A和420B形成或者形成在金属梁420A和420B中，而不穿过聚合物内部壳体。这为OBN 400提供了增加的机械强度。因为聚合物壳体412的两个半部被压向彼此，使得密封件被压缩，所以提高了密封性。换句话说，螺钉436可以从一个梁元件穿过外部金属装置的至少一部分到达另一相应梁元件，而不穿过内部聚合物壳体。

在一个应用中，如图6所示，设有优选地与至少一个拱式件418相关联的至少一个螺钉437。所述至少一个螺钉437可以用于附接例如外部缓冲器，如图7所示。

根据图6至图8所示的另一实施例并且如上所述，通过为内部聚合物壳体412的每个半部提供外部轴环元件4124A、4124B，进一步提高了内部聚合物壳体的机械强度。轴环元件4124A、4124B用于彼此接触以形成夹在梁元件4141A、4141B与4142A、4142B之间的外部轴环4124。每个外部轴环元件4124A、4124B围绕内部聚合物壳体412的相应半部的主体延伸，并且设置有孔4125，该孔4125允许螺钉436从金属外部装置的一个半部的一个梁元件穿过外部轴环元件到达金属外部装置的另一半部的相应梁元件。

在图6至图8的实施例中，半部414A的金属梁元件4141A、4142A因此与一个外部轴环元件4124A接触，该一个外部轴环元件4124A在施加有所述半部的金属梁元件的聚合物内部壳体半部的一侧面上延伸。另一相对的金属梁元件4141B、4142B与另一外部轴环元件4124B接触，该另一外部轴环元件4124B在施加有所述另一金属梁元件4141B、4142B的聚合物内部壳体半部的相反侧面上延伸。

根据实施例并且如图2和图3具体所示，电池440被放置在第一密封聚合物内部腔室413A中，并且电子装置444(其可以包括处理器、存储器和质点运动传感器445，即MEMS传感器或地震检波器)被放置在第二密封聚合物内部腔室413B中。两个聚合物腔室413A和413B可以由强度板450分开，该强度板由坚固的材料制成，例如钛或任何其他可以设想出的也为“硬”的塑料或聚合物材料。通过放置在第一和第二内部半部412A和412B之间，强度板450为内部聚合物壳体提供增加的结构支撑。换句话说，当外部压力(流体静压)大时，例如，当节点位于距水面75米至100米之间的深度处时，由于强度板450的存在，外部压力将不能使两个内部半部412A和412B的连接唇缘弯曲。此外，强度板450用于实现与连接到MEMS或地震检波器传感器的电子装置444的良好耦合。由于强度板由坚固的材料制成并且不变形，所以传感器可以直接联接到该板。在一个应用中，强度板450的尺寸被设计成完全关闭第二内部腔室413B，使得在第一内部腔室413A和第二内部腔室413B之间没有开放通道。

可以将其他的电子部件放置在第一和第二内部腔室413A和413B内。例如，电子装置444可以包括功率和数据检索(管理)卡，该功率和数据检索卡可以被放置在第二聚合物内部腔室413B内，用于管理来自电池440的功率以及当OBN在岸上并准备部署时与基地的数据交换。在这点上，该卡可以被配置为通过端口462与岸上的电源(未示出)和/或数据服务器(未示出)通信。电源用于给电池440充电，并且数据服务器用于从节点400接收所有记录的地震数据。如图3所示，当节点部署在水中时，端口462被帽464封闭，以防止水到达任何电触点。在实施例中，如图4中进一步示出的，电池440可以具有其自己的功率管理卡，该功率管理卡与电池一起被部署在第一密封内部腔室413A中。

如图2、图4、图6、图7和图8所示，水听器470可以被附接至第二内部聚合物半部412B，以与电子装置444电连通。压力释放阀480也可以被附接至第二聚合物内部半部412B。在电池泄漏(这可能增加节点内部的压力)的情况下，压力释放阀480可以用作安全元件。在节点被收回到母船舶上之后，压力释放阀480也可以用于平衡第二内部腔室413B和周围环境之间的压力。

聚合物内部壳体412和金属外部装置414可以部分地由保护缓冲器490来保护，如图4的实施例或图7和图8的实施例中所示。保护缓冲器490可以具有第一半部缓冲器490A，该第一半部缓冲器490A被构造成覆盖第一聚合物内部半部412A的一部分和第一金属外部半部414A的一部分(优选为拱式件418)。

保护缓冲器490的两个半部490A、490B通过金属外部装置414的金属梁4141、4142彼此分开。保护缓冲器490的每个半部覆盖聚合物内部壳体的从金属梁的任一侧延伸的侧向部分。保护缓冲器490覆盖金属外部壳体414的拱式件。

在节点的组装状态下，边缘限定半部缓冲器490A、490B的主开口，半部缓冲器用于覆盖聚合物壳体412的半部412A、412B的一部分，边缘与金属带元件4200A、4200B接触。因此，第一半部缓冲器490A被构造成通过边缘498(优选地为周缘)抵靠第一金属外部半部414A的金属带元件(或金属梁元件)的对应的边缘4149被定位。第二半部缓冲器490B被构造成覆盖第二聚合物内部半部412B的一部分和第二金属外部半部414B的一部分。根据特定方面，第二半部缓冲器490B也被构造成通过边缘(优选地为周缘)抵靠第二金属外部半部414B的金属带元件(或金属梁元件)的对应的边缘被定位。

保护缓冲器490可以由弹性材料制成，例如，由热塑性聚氨酯(TPU)材料制成。在固定至外部金属装置的内部聚合物壳体的一部分之上采用这种材料的一个原因是用于保护MEMS传感器445和所有电子装置免受不希望冲击的损害。而且，电子装置444的时钟非常敏感并且需要保护免受冲击的损害。在将节点部署在水中时，由于节点自由下落到海底，因此可能会发生冲击。弹性材料被构造成吸收部分冲击。

图4和图7至图8进一步示出了穿过缓冲器490形成的多个孔492，以允许周围的水自由地移动到水听器470，使得水听器与水直接接触。注意，水听器只有在直接与水质点接触时才能测量水压。

在一个应用中，为了将节点400堆叠在另一节点的顶部以及将其他节点堆叠在节点400的顶部(当存储在母船舶或另一设施上时)的目的，在缓冲器490中形成有一个或多个堆叠特征。例如，如图4所示，在第一半部缓冲器490A上以及在相应的外部半部上添加圆柱件494，可能是螺钉，并且在第二半部缓冲器490B上添加相应的孔495。这样，来自下一节点(未示出)的螺钉配合到孔495中，并且来自下一节点的孔接收螺钉494，从而防止下一节点从节点400上滑脱。另外，圆柱件494将缓冲器490固定至外部壳体414。在一个应用中，缓冲器490可以被制造成具有多个凹部496和多个峰部497，使得来自另一节点的峰部配合在凹部496内，并且峰部497配合到另一节点的凹部中。这些特征进一步防止了当节点在母船舶上或岸上堆叠时一个节点从另一个节点上滑动。

如图4示出，并且可应用于其他实施例，两个内部聚合物半部412A和412B以及两个外部金属半部414A和414B准备彼此连接以确保半部之间的防水密封性(即，没有水进入第一和第二内部腔室413A和413B内部)，至少一个密封件610可以设置在内部半部之间。除了添加第一密封件610之外，还可以添加第二密封件612，以用于使内部腔室防水。根据实施例，节点没有声波发射器，这使得整个节点更紧凑。

然而，还如图9所示，可以预见用于附加(可拆卸)的声波发射器的选择。因此，缓冲器490可以包括用于联接声波发射器元件的一些附接装置。声波发射器900可通过连接系统附接到保护缓冲器490上。连接系统优选地包括锁定杆710，该锁定杆710可以穿过贯通缓冲器490的齿状物499设置的孔和贯通声波发射器900的齿状物907设置的孔。声波发射器490的齿状物499与缓冲器490的齿状物499互连。这种解决方案提供了保持OBN的紧凑性的优点，但可以使用其他的附接装置。

当螺钉436完全接合在相应的金属梁420A和420B(或金属带4200A、4200B)中时，第一和第二金属外部半部414A和414B迫使第一和第二聚合物内部半部412A和412B彼此直接接合，并且来自第一金属外部半部的金属梁元件与第二金属外部半部的金属梁直接接触(如图5所示)或者通过被金属梁夹在中间的外部轴环4124间接接触(如图6至图8的实施例所示)。

根据实施例，金属外部半部414A和414B不仅允许节点的使用者通过选择/控制节点的重量来平衡/稳定节点，而且它们还环绕聚合物内部半部412A和412B以改善它们的联接性。

另外，通过使螺钉436直接或间接地连接(通过简单地穿过外部轴环的孔而不是拧到所述外部轴环中)外部金属半部414A和414B的金属梁元件，而不是如在传统节点中那样使螺钉通过拧到聚合物材料中来连接，实现了两个半部412A、412B之间的更好且更可靠的连接。

在一个应用中，外部金属半部414A和414B的尺寸被设计成围绕内部聚合物半部412A和412B紧密地配合，使得在金属外部半部的内表面和内部半部的外部金属表面之间不形成间隙或空腔。如图2中特别所示，金属装置具有限定在金属装置的部件之间的一个或多个空间。特别地，拱式件418彼此间隔开，从而在它们之间限定出空间或开口。例如，这种空间使得能够接触连接到聚合物壳体的一些元件，诸如水听器470、压力释放阀480和/或帽464。此外，通过将外部半部制造成具有一定数量的拱式件418并且每个拱式件具有期望的厚度和宽度，外部金属装置的重量可以被控制以确保用于节点的足够的负浮力，使得节点在使用之前自由下落到海底。而且，外部金属装置的金属性质确保与海底的良好耦合(声耦合)，这在测量质点速度或加速度时是期望的。此外，即使外部金属半部经过一段时间之后腐蚀，内部聚合物半部也不会腐蚀，这使得节点的整体结构完整性在用于盐水时保持完好。随着外部金属半部显示出腐蚀迹象，外部金属半部可以用新的外部金属半部替换，同时保持内部聚合物半部及其电子装置。因此，在维护方面，具有内部聚合物壳体和外部金属装置的混合节点比完全金属节点便宜，并且比完全聚合物节点更可靠。

根据实施例，如上文在图6的实施例中所提醒的，在金属拱式件与聚合物内部壳体之间不存在接触。金属装置和聚合物内部壳体之间的接触在金属带与聚合物内部壳体的外部轴环的水平处进行，并且为聚合物内部壳体提供相应的增强，优选地连同聚合物内部壳体的外表面的纹理(例如包括肋)一起为聚合物内部壳体提供相应的增强。

现在参考图10来讨论用于组装海底节点400的方法。该方法包括：将电池440放置在由聚合物材料制成的内部聚合物壳体412的第一内部聚合物半部412A内的步骤1000，将电子装置444放置在内部壳体412的第二内部聚合物半部412B内的步骤1002，将由金属材料制成的外部金属装置414的第一外部金属半部414A放置在第一内部聚合物半部412A上的步骤1004。优选地，形成在第一内部聚合物半部412A的外表面中的凹槽416接收形成在第一外部金属半部414A中的对应的拱式件418。该方法进一步包括：将外部金属增强装置414的第二外部金属半部414B放置在第二内部聚合物半部412B上的步骤1006。优选地，形成在第二内部聚合物半部412B的外表面中的凹槽416接收形成在第二外部半部414A中的对应的拱式件418。在步骤1008，将第一外部金属半部414A定位成接触第二外部金属半部414B，使得第一内部聚合物半部412A接触第二内部聚合物半部412B。然后，该方法可以包括优选地用螺钉436将第一外部金属半部414A直接附接至第二外部金属半部414B或者间接地、例如通过使螺钉穿过在内部聚合物壳体的外部轴环中机加工出而没有螺纹的孔间接地附接至第二外部金属半部414B的步骤1010。

外部金属装置414不是防水的，即，其具有允许水到达内部壳体的孔，但是内部聚合物壳体是防水的。第一和第二内部聚合物半部412A、412B仅仅由于第一和第二外部金属半部通过螺钉彼此附接而彼此连接。

所公开的实施例提供了一种混合金属聚合物海底节点，其被构造成当部署在过渡区中时收集地震数据，过渡区即海底深度小于100米的区域。尽管在本申请中使用术语“海”，但是本领域技术人员将理解，OBN可以部署在湖泊、池塘、微咸水、河流等中，即任何水体中。应该理解，该描述不是旨在限制本发明。相反，实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等同物。此外，在实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节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，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描述了本实施例的特征和元件，但是每个特征或元件可以在没有实施例的其他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他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实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装置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限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。这些其他实例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种地震数据采集设备(400)，其也被称为海底节点并且用于放置在海底，所述地震数据采集设备(400)包括：

-聚合物壳体(412)，所述聚合物壳体(412)限定了容纳数据采集系统(440，444，445)的至少一部分的腔室；以及

-金属装置(414)，所述聚合物壳体(412)被捕获在所述金属装置(414)中，所述金属装置(414)包括两个金属梁(4141，4142)，所述金属梁(4141，4142)在所述聚合物壳体(412)的相反两侧面上延伸。

2.根据权利要求1所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述金属装置(414)进一步包括两个接合部件(4143)，所述两个接合部件(4143)将所述金属梁(4141，4142)接合以形成金属带(4200)，所述金属带(4200)环绕所述聚合物壳体(412)，优选地所述金属带(4200)在所述聚合物壳体(412)的中间区域中环绕所述聚合物壳体(412)。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述金属装置(414)进一步包括金属拱式件(418)，所述金属拱式件(418)从一个金属梁(4141)横向地延伸至另一个金属梁(4142)，优选地以在所述聚合物壳体(412)的相对的横向部分上形成网格。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述金属装置(414)具有两个半部(414A，414B)，所述金属装置(414)的两个半部(414A，414B)通过固定系统(436，426)以能拆卸的方式彼此附接，例如通过螺钉以能拆卸的方式彼此附接，

所述金属装置(414)的每个半部(414A)具有金属梁元件(4141A，4142A)，所述金属梁元件(4141A，4142A)与另一半部(414B)的相应梁元件(4141B，4142B)一起形成所述金属装置(414)的所述金属梁(4141，4142)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述聚合物壳体(412)具有两个半部(412A，412B)。

6.根据权利要求5所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述聚合物壳体(412)的每个半部(412A，412B)具有外部轴环元件(4124A，4124B)，所述外部轴环元件(4124A，4124B)适于当所述聚合物壳体(412)的两个半部(412A，412B)组装起来时接触另一半部(412A，412B)的相应外部轴环元件(4124A，4124B)以形成所述聚合物壳体(412)的外部轴环(4124)。

7.根据权利要求6所述的地震数据采集设备(400)，其中，穿过所述外部轴环元件(4124A，4124B)机加工出通孔(4125)，并且在至少一个金属梁元件(4141，4142)中机加工有螺纹孔(426)，

所述金属外部装置的半部(414A，414B)通过从所述外部轴环元件(4124A，4124B)的所述通孔(4125)穿过的螺钉(436)彼此连接，以将所述梁元件(4141A，4142A，4141B，4142B)附接在一起，同时将所述外部轴环元件(4124A，4124B)夹在中间。

8.根据权利要求7所述的地震数据采集设备(400)，其中，在所述外部轴环元件(4124A，4124AB)内机加工出的所述通孔(4125)没有螺纹，使得所述螺钉(436)从梁元件(4141A，4142A)延伸穿过所述外部轴环元件(4124A，4124AB)，而不固定至所述外部轴环元件(4124A，4124AB)，以与在另一相应梁(4141B，4142B)中机加工出的相应螺纹孔配合，使得所述外部轴环元件(4124A，4124B)通过由将所述外部轴环元件(4124A，4124B)夹在中间的所述梁元件(4141A，4141B，4142A，4142B)施加的压力而保持彼此抵靠。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述地震数据采集设备(400)包括保护缓冲器(490)，所述保护缓冲器(490)被固定至所述金属外部装置(414)，优选地被固定至所述金属梁，所述保护缓冲器(490)覆盖所述聚合物内部壳体(412)的一部分。

10.根据权利要求9所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述保护缓冲器(490)具有两个半部(490A，490B)，所述保护缓冲器(490)的两个半部被所述金属外部装置(414)的所述金属梁(4141，4142)分开。

11.根据权利要求9或10所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述保护缓冲器(490)具有使水能够进入所述保护缓冲器的孔(492)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述聚合物壳体(412)由聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯或聚酰胺制成。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述聚合物壳体(412)通过结合在聚合物中的玻璃纤维被增强。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述金属装置(414)由铜合金制成，特别是青铜。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，所述地震数据采集设备(400)包括水听器(470)，所述水听器(470)被附接至所述聚合物内部壳体(412)，以与嵌入在所述聚合物内部壳体(412)中的电子装置(444)电连通。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的地震数据采集设备(400)，其中，被容纳在所述聚合物内部壳体(412)中的所述数据采集的所述至少一部分包括管理卡(460)，所述管理卡(460)被配置成通过端口(462)与岸上的电源和/或数据服务器通信，当所述海底节点被部署在水中时，所述端口(462)用帽(464)封闭，以防止水到达任何电触点。

17.一种用于组装地震数据采集设备(400)的方法，所述地震数据采集设备(400)也被称为海底节点并且用于放置在海底，所述方法包括：

-提供数据采集系统(440，444，445)和容纳所述数据采集系统(440，444，445)的至少一部分的聚合物壳体(412)；以及

-提供金属装置(414)，所述金属装置(414)包括适于在所述聚合物壳体(412)的相反两侧面上延伸的两个金属梁(4141，4142)；以及

-将所述聚合物壳体(412)束缚在所述金属装置(414)中。

18.一种用于海床地震数据采集的方法，所述方法优选地用于100米和700米之间的水深，所述方法包括以下步骤：

-提供根据权利要求1至16中任一项所述的地震数据采集设备(400)；以及

-将所述地震数据采集设备(400)放置在海底。

Images