CN1418040A - 在超过可调整的浸没阈值的情况下具有自动抑制作用的水听器 - Google Patents
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Abstract
一种当超过固定深度阈值时，具有自动抑制功能的水听器，包括至少一个检测单元(S)，在电线(9a、9b)上产生电信号以响应所施加的压力变化。它包括至少一个在外部压力对所述水听器的作用下而弯曲的可弯曲的壁(4、10a)，以及设置成便于在预定的外部压力作用下由所述可弯曲的壁(4、10a)来启动的开关(6)，至少一条检测单元(S)的电线，把所述电线连接到所述开关(6)，使得所述开关(6)的释放抑制了敏感元件(S)的响应。本发明用于任何规定最大浸没深度的民用应用，如海洋地震勘测等等。
Description
技术领域
本发明涉及当浸没深度超过某一确定的可调整的阈值时，具有自动抑制作用的水听器。
背景技术
通过装配诸如由压电材料制成的盘片之类的对压力变化敏感的元件，使设置于任一侧的一对电极与每个盘片相关联，来形成水听器是众所周知的。把每个盘片粘附于诸如膜片之类的桡性支承上，使其一面受到所要测量的压力变化。
所述桡性支承具有例如杯形形状，所述杯形可由硬外壳支撑，或者可靠在同一杯形上，它自己支撑一个或多个敏感元件，两个杯形在一侧彼此连接并确定外壳的边界。最好电气地互连两个敏感元件的电极，以便对由于加速度而产生的寄生效应提供补偿。
当外部的静压力增加时，两个板片弯曲直到它们彼此靠在一起。如此选择它们之间的间隔，使得当它们彼此施压时，它们的最大形变保持在弹性形变限度之内。从而，保护了检测器不受突发性的过压影响。从而可用由声波可穿透的材料制成的薄膜层覆盖如此形成的外壳。
可以把所述敏感元件在外部固定在所述外壳上，使得它们的灵敏度不随流体静压力的变化而发生很大的变化(例如对于10兆帕静压力小于10％)。一般用保护敷层(诸如浸渍过的环氧树脂层)覆盖所述敏感元件，以便保持对于外部环境的足够的电气绝缘。这种结构允许以相对较低的成本获得非常灵敏的检测器。
根据另一众所周知的结构，把所述敏感元件固定在所述杯形的里面，并因此位于所述外壳之中，这提供了较佳的保护而不受外部环境的影响。在所述两个杯形之间可设置一阻挡器，以便限制所述膜片朝向内侧的形变，并限制彼此面对的两个敏感元件的电极短路。
借助于由可形变的材料制成的空心的、扁平的且同心的元件，可以在硬管中安置所述包含一个或两个敏感元件的外壳，并且在其中持有声音能透过的密封的敷层，这些也是众所周知的。在海底地震侦听应用中或对于地震勘测，在通常很长的柔软保护敷层或者以煤油或矿物油填充的由船拖曳的浮缆内部大量地分布这些管子。
在以申请人之一或两者的名义申请的专利FR-1,556,971；FR-2,122,675；FR-2,733,831(US-5,889,731)；FR-2,748,183或FR-2,792,802中，或者在专利US-3,970,878；4,336,639；4,926,397或5,136,549中，作为例子描述了各种压电检测器。
诸如上述之类的压电水听器可设计成在某一深度范围内工作。所述压电元件的灵敏度随着膜片的弯曲度而降低。超过某一弯曲度，它们对所要测量的压力变化的响应不再可靠，并且在彼此面对的电极的短路的情况下(具有敏感元件的检测器靠在所述杯形的里面)，这种响应甚至会变成0。
发明内容
根据本发明的自动抑制的水听器适用于明确定义的和可调整的深度范围，并且当超过预定深度阈值时，可自动抑制所述水听器。它包括至少一个检测单元，能在电线上产生电信号以响应所施加的压力变化。
它包括至少一个外露于所述水听器上的能在压力的作用下而弯曲的可弯曲的膜片，以及相对设置以便膜片能在预定的外部压力启动开关，至少一条将检测单元与开关相连接的电线，使得所述开关的释放抑制掉敏感元件的响应。
根据第1实施例，所述水听器包括管状体，所述管状体包括第1腔室和第2腔室，所述第1腔室可被在外部压力作用于所述水听器的条件下弯曲的可弯曲的膜片关闭，而所述第2腔室对外部环境开放，并通过一通道与所述第1腔室连通。将附带推动元件的开关设置在关闭所述第1腔室的可弯曲的膜片的一边，以便在预定的外部压力作用下能够启动所述开关，把所述检测单元设置于所述第2腔室中，至少有一条电线连接着所述第1腔室中的开关，使得由所述可弯曲的膜片作用的开关的释放抑制了所述敏感元件的响应。
所述水听器包括例如由声音能透过的材料制成的块，在所述块中嵌入所述第2腔室的检测元件。
根据第1变型，通过用至少一个通道穿孔的内部隔板使所述第2腔室与所述第1腔室分开，所述通道允许至少一条电线的通路将所述开关连接到所述检测单元，并且例如把所述第1腔室侧上的体的内壁设计成限制所述膜片向所述第1腔室内部的形变。
根据第1变型，通过由介电材料制成的固定于所述体的内壁上的嵌入的硬平板将所述第2腔室与所述第1腔室分开，该平板承载所述开关并适合于使所述开关与将所述开关连接到所述检测单元的至少一条电线电气连接。
例如所述硬平板是装配有导电轨道的绝缘平板，所述导电轨道允许将所述开关的端子连接到所述检测元件的电线。
例如所述水听器包括由塑料或金属材料制成的环，把所述环设置于所述第1腔室中的所述膜片与所述硬平板之间，所述环适合于限制所述膜片向所述第1腔室内部的形变。
根据实施例例子，所述第2腔室中的检测元件包括外壳、电导体以及保护敷层，所述外壳包括彼此相依的两个杯形以及至少一个与电极相关联的敏感元件，所述两个杯形的至少一个装配有可弯曲的中央部分或膜片，把所述敏感元件固定在所述杯形的至少一个的中央部分上，把所述电导体连接到每个敏感元件的电极，所述保护敷层用于保护所述检测单元，把所述开关连接到至少一个电导体。
根据例子，在所述第2腔室中的检测元件包括外壳、电导体以及保护敷层，所述外壳包括彼此相依的两个杯形以及至少一个与电极相关联的敏感元件，所述两个杯形的至少一个装配有可弯曲的中央部分或膜片，把所述敏感元件固定在所述杯形的至少一个的中央部分上，把所述电导体连接到每个敏感元件的电极，所述保护敷层用于保护所述检测单元，把连接到至少一个电导体的开关设置于所述外壳之内，以便由在流体静压力的作用下而弯曲的所述外壳的至少一个膜片释放。
根据另一例子，所述检测元件包括设置于所述两个杯形之间的中间支承以及密封绝缘套筒，把所述开关固定在该中间支承上，而其推动元件面对所述杯形之一的中央部分，所述套筒用于连接到所述开关的电导体并伸向所述外壳的外面。
根据另一实施例例子，所述开关是装配有可弯曲的叶片的类型，所述叶片适合于只要至少一个膜片的弯曲保持在固定阈值之下，就保持彼此互相电气接触。
根据另一实施例，所述水听器的管状体包括固定部分和活动部分，所述固定部分包括所述检测单元和所述开关，所述活动部分封闭着所述膜片的第1部分，并且紧密地旋拧在所述固定部分之上，使得在所述膜片和所述推动元件之间剩下的有效空间允许在明确定义的压力处总是释放所述开关。
因此以这样的方式较佳地安装所述水听器，使得首先通过旋拧把所述体的活动部分安装到所述固定部分上，施加到所述膜片的预定额定压力致使所述膜片向所述体的内部弯曲，然后继续通过旋拧将所述两个部分安装于彼此之上，直到由所述弯曲的膜片启动所述开关为止。
视情况而定，所述开关一般是打开的或一般是关闭的。
如上定义的水听器是轻的和紧凑的。其外部表面实际上没有可能扰乱周围液体流的粗糙斑纹的。所述膜片提供较佳的密封并与所述开关电气绝缘。此外，所述实施例和安装模式允许获得水听器触发条件的较佳的可重复性，在所述实施例和安装模式中所述体由彼此适合的两个部分制成。
附图说明
通过参考附图，阅读下文中非限制的例子的描述，根据本发明的水听器的其它特点和优点将变得清楚，附图中：
图1图解地示出了当超过固定深度值时，其开关允许受控抑制的水听器的第1实施例，
图2图解地示出了所述水听器的检测元件的实施例，
图3图解地示出了检测元件的保护敷层，
图4图解地示出了在其管状外壳中的图3的检测元件，
图5图解地示出了具有内部开关的检测元件的第2实施例，
图6图解地示出了具有装配有可弯曲的叶片的内部开关的检测元件的第3
实施例，
图7、8图解地示出了包括在水听器的体内嵌入的元件以及两个不同开关的图1的水听器的2个实施例变型，
图9图解地示出了允许获得水听器触发阈值的精确调整的改进的实施例，以及
图10图解地示出了允许获得水听器触发阈值的微调的水听器安装工具。
具体实施方式
所述水听器包括(图1、4)两端开口的管状体1。隔板2将所述体1的内部分成两个不相等的腔室1a、1b，它们通过一相对较窄的通道3彼此连通。由例如铜/铍合金制成的膜片4封闭在小腔室1a侧上的所述体1的一端。体1的端部向内倾斜。由该斜面定界的小盆腔5允许膜片4能够向体1的内部弯曲。把装配有推动元件7的开关6固定在(例如通过粘附)小腔室1a的中央，膜片4可通过弯曲而推动和开动所述推动元件。视情况而定，开关6可以一般是打开的或一般是关闭的。
在较大的腔室1b中设置了压敏接收单元S。把它嵌于由声音能透过的塑料材料制成的块8中，使之与外部环境隔绝。由接收单元S响应于外部环境的压力变化而产生的信号在电导体9a、9b上是可用的。把开关6插入至少一个导体上，使得其断路器抑制接收单元S的信号。例如，如果开关6一般是关闭的(图1)，把它插入到电线9a之一上，使得其断路器将电路切断。
这样选择膜片4的弯曲性和推动元件7的位置，使得对于预定的流体静压力(例如3兆帕)，开动开关6并断开所述水听器。已观察到流体静力触发压力保持格外稳定，并格外对老化不敏感。
接收单元S可以是任何类型的，例如具有由管或空心球体组成的敏感元件，所述敏感元件由与电极有关的压电陶瓷制成，传送于此的压力变化产生机械应力，所述敏感元件将这些机械应力转换成电信号。
在下文中作为例子而描述的实施例中，使用膜片的弯曲，以在一个或多个压电陶瓷盘片中产生应力。
每个接收单元S包括(图2)外壳10，所述外壳由对称设置的两个相同的杯形10a、10b组成，所述两个杯形彼此靠在其周围上，并且装配有例如不动边缘或边沿11。可以用机器加工或拉制所述杯形。把诸如例如与两个电极12a、12b相关联的压电陶瓷盘片之类的敏感元件12粘附于每个杯形10a、10b的可弯曲的中央部分的面上。例如，每个敏感元件的电极12b是插入于敏感盘片5和杯形10a、10b的不动面之间的导电薄膜，或者如果所述面是导电的话，就可能是该面自身。较佳的是，根据常规连接模式，把两个敏感元件12的电极12a、12b分别互连。当外壳10是导电的时(如在所描述的实施例中的情况)，正是提供电极12b的互连的该外壳和杯形10a、10b接触。通过相关的导体13a将相反的电极12a互连。把导线13b电气连接到外壳10。有敏感元件响应施加于所述外壳之外的压力而产生的电压，在电线13a、13b之间是可用的。把外壳10插入于由绝缘塑料材料制成的保护敷层14之中。
接收单元1在其护层14中是位于所述较大腔室1b的正中面中(图4)，并且将其嵌于厚度受控的块中。
根据图5的实施例，所述水听器包括如图2所示的接收单元1，它直接与设置于外壳2内部的开关15相关联。把所述开关固定于设置在杯形10a、10b之间的中间支承17上。它一般是关闭的，并且把它的终端端子插入于连接到所述外壳的电导体13b上。该导体13b借助于绝缘的密封套筒18(例如玻璃珠)穿过外壳10的壁。在互连的导线13a和普通导线13b之间，由所述水听器发出的电压V是可用的。同样在此情况下，根据开关15的尺寸选择杯形10a、10b的高度及其弯曲度，使得对于界限明确定义的流体静压力，启动推动元件16，并且断开所述水听器。
根据图6的实施例，开关6是装配有可弯曲的叶片的类型，其中把第1叶片19电气连接到杯形10a之一，而通过玻璃珠16使第2叶片20与外壳10电气绝缘，把叶片19和20设计成只要在受到外部压力的作用的情况下至少一个膜片的弯曲保持在固定界限内，就使得叶片保持彼此互相接触，而例如当所述水听器的终端之一进入空气中，就引起了不再接触。
在图7、8所示的水听器的实施例中，对应于图1和4的那些元件的元件具有相同的参考号。所述水听器也包括管状体1，其一端由例如铜/铍合金制成的膜片4所封闭。由诸如尼龙之类的塑料材料制成的且向内倾斜的环21施压于膜片4上。由该倾斜定界的小盆腔5允许膜片4向体1的内部弯曲。将腔室1a、1b分开的隔板是由非导电材料制成的嵌入的硬平板22。把装配有推动元件7的开关6固定在小腔室1a侧上的它的一个面上。借助于穿过平板22的导电轨道，把开关6的端子电气连接到与变换器S相关联的电导体9a、9b。
从而简化了水听器的安装。首先，使环21在体1的打开端处固定于体1，直到它与膜片接触为止，并且例如通过粘附而把它固定在所述体的内壁上。然后，接合硬平板22，直到所述推动元件与膜片接触为止，并且类似地通过粘附而使之固定，以便紧密地分开两个腔室。然后把电气连接到至少一条导线的变换器S置于所述体中，并通过用声音能透过的材料8填充大的空腔1b而使其与外部环境隔绝，所述导线穿过硬平板22连接到开关6的端子。
类似地，开关6可以一般是打开的或一般是关闭的。
根据图9的实施例，该实施例是先前图7的实施例的变型，水听器的体23包括部件23a和一补充部件23b，所述部件23a打算包括接收单元S和相关的元件6、7、22，所述部件23b形成可通过拧在所述部件23a上而装配的覆盖层。部件23a的内壁包括肩部24以及外部螺纹25，硬平板22靠在所述肩部之上。覆盖层23b还包括内肩和外部螺纹，形成阻挡器21的倾斜环靠在所述内肩上，所述外部螺纹适合于所述体的部件23a的外部螺纹25。把膜片4焊接(例如激光焊接)在覆盖层23b的端面上。最好提供穿过所述体的壁的孔26，以能够将水听器的安装期间可能已收集的空气放出。
在安装操作期间，使与接收单元S相关联的硬平板22固定于所述体的部件23a上，直到它靠在肩部24上为止，并且通过牵曳而在适当的位置保持该硬平板。然后，把覆盖层23b拧在所述部件23a上，以便将腔室1a与外部环境隔绝。这样调整了通过旋拧而钉入的覆盖层，使得对于预定的压力而抑制所述水听器。
因此使用管状部分27(图10)，该部分的内部部分适合于覆盖层23a的外部部分并且在内部装配有封口28。把一通道连接到该部分27，所述通道允许在可调整的压力下与供应液体的源连通，把所述可调整的压力调整到所希望的水听器抑制压力。管状部分27允许紧密地覆盖所述体的覆盖层23b，并施加预定的压力，该压力致使所述膜片向所述外壳的内部弯曲。借助于工具，然后把覆盖层23b旋拧在所述体的部件23a上，直到把弯曲的膜片压在推动元件7上以及释放开关6为止。
每个水听器的这种调整是尤其简单的、快速的和方便的，因为它适合于所使用的机械元件，所述机械元件协助产生所述释放。考虑到这些元件的制造公差，允许考虑到膜片4的有效弯曲度、开关6的有效尺寸、推动元件7的有效行程，并且允许在恒定的额定压力处获得释放。
对于海洋地震勘测的应用，例如可把诸如上述之类的水听器彼此间隔地沿一浮缆分布，所述浮缆适合于浸没于拖船之后而被拖曳。
Claims (17)
1.一种当超过固定深度阈值时，具有自动抑制功能的水听器，包括至少一个检测单元(S)，在电线(9a、9b)上产生电信号以响应所施加的压力变化，其特征在于它包括至少一个在外部压力对所述水听器的作用下而弯曲的可弯曲的壁(4、10a)，以及设置成便于在预定的外部压力作用下由所述可弯曲的壁(4、10a)来启动的开关(6)，至少一条检测单元(S)的电线，把所述电线连接到所述开关(6)，使得所述开关(6)的释放抑制了敏感元件(S)的响应。
2.如权利要求1所述的水听器，其特征在于包括管状体(1)，所述管状体包括第1腔室(1a)和第2腔室(1b)，所述第1腔室由在外不压力对所述水听器的作用下而弯曲的可弯曲的膜片(4)关闭，该膜片(4)形成所述可弯曲的壁，而所述第2腔室(1b)对外部环境开放，并与所述第1腔室(1a)隔绝，在所述第1腔室(1a)中把装配有推动元件(7)的开关(6)设置于相对所述可弯曲的膜片(4)，以便对于预定的外部压力由所述膜片启动开关，把所述检测单元(S)设置于所述第2腔室(1b)中，把至少一条电线(9a、9b)连接到所述第1腔室(1a)中的开关(6)，使得通过所述可弯曲的壁(4)而作用的开关(6)的释放抑制了所述敏感元件(S)的响应。
3.如权利要求2所述的水听器，其特征在于包括由声音能透过的材料制成的块(8)，在所述块中嵌入所述第2腔室(1b)的检测单元(1)。
4.如权利要求2或3所述的水听器，其特征在于通过用由至少一个通道(3)穿孔的内部隔板(2)使所述第2腔室(1b)与所述第1腔室分开，所述通道(3)允许至少一条电线(9a、9b)的通路将所述开关(6)连接到所述检测单元(S)。
5.如权利要求4所述的水听器，其特征在于把所述第1腔室侧上的体(1)的内壁设计成限制所述膜片向所述第1腔室(1a)内部的形变。
6.如权利要求2或3所述的水听器，其特征在于通过由介电材料制成的固定于所述体(1)的内壁上的嵌入的硬平板(22)将所述第2腔室(1b)与所述第1腔室分开，该平板承载所述开关(6)并适合于使后者与将所述开关(6)连接到所述检测单元(S)的至少一条电线(9a、9b)电气连接。
7.如权利要求6所述的水听器，其特征在于所述平板(22)是装配有导电轨道的绝缘平板，所述导电轨道允许将所述开关(6)的端子连接到所述检测元件(S)的电线(9a、9b)。
8.如权利要求6或7所述的水听器，其特征在于它包括由金属或塑料材料制成的环(21)，把所述环设置于所述第1腔室(1a)中的所述膜片(4)与所述硬平板(22)之间，所述环适合于限制所述膜片向所述第1腔室(1a)内部的形变。
9.如权利要求2至7中的任一条所述的水听器，其特征在于所述第2腔室(1b)中的检测元件(1)包括外壳(10)、电导体(13a、13b)以及保护敷层(14)，所述外壳包括彼此相依的两个杯形(10a、10b)以及至少一个与电极(12a、12b)相关联的敏感元件(12)，所述两个杯形的至少一个装配有可弯曲的中央部分或形成所述可弯曲的壁的膜片，把所述敏感元件固定在所述杯形(10a、10b)的至少一个的中央部分上，把所述电导体连接到每个敏感元件(12)的电极(12a、12b)，所述保护敷层(14)用于保护所述检测单元(1)，把所述开关(6)连接到至少一个电导体(9a)。
10.如权利要求1所述的水听器，其特征在于所述检测元件(1)包括外壳(10)、电导体(13a、13b)以及保护敷层(14)，所述外壳包括彼此相依的两个杯形(10a、10b)以及至少一个与电极(12a、12b)相关联的敏感元件(12)，所述两个杯形的至少一个装配有可弯曲的中央部分或膜片，把所述敏感元件固定在所述杯形(10a、10b)的至少一个的中央部分上，把所述电导体(13a、13b)连接到每个敏感元件(12)的电极(12a、12b)，所述保护敷层(14)用于保护所述检测单元(1)，把连接到至少一个电导体(9a、9b)的开关(6)设置于所述外壳之内，以便由在流体静压力的作用下而弯曲的至少一个膜片释放。
11.如权利要求10所述的水听器，其特征在于把所述开关(6)固定在设置于所述外壳(10)的所述两个杯形(10a、10b)之间的中间支承(17)上。
12.如权利要求10所述的水听器，其特征在于把所述开关(6)固定在设置于所述外壳(10)的所述两个杯形(10a、10b)之间的中间支承(17)上，把所述开关固定在该中间支承(17)上，而其推动元件面对所述杯形之一的中央部分，以及绝缘和密封的套筒(18)允许连接到所述开关的电导体(13b)的所述外壳之外的通道。
13.如权利要求10所述的水听器，其特征在于所述开关(6)是具有第1叶片(19)和第2叶片(20)的可弯曲的叶片的类型，其中把第1叶片(19)电气连接到所述杯形之一(10a)，把所述叶片(19、20)设置并设计成只要在所述外部压力的作用下至少一个膜片的弯曲保持在固定界限内，就保持彼此互相接触。
14.如权利要求2至9中的任一条所述的水听器，其特征在于所述管状体包括固定部分(23a)和活动部分(23b)，所述固定部分(23a)包括所述检测单元(S)和所述开关(6)，所述活动部分(23b)在第1端由所述膜片(4)封闭，并且通过旋拧而紧密地连接在所述固定部分之上，使得在所述膜片(4)和所述推动元件(7)之间剩下的有效空间允许在明确定义的压力处始终释放所述开关(6)。
15.如权利要求14所述的水听器，其特征在于其安装方法包括首先通过旋拧把所述体的活动部分(23b)安装到所述固定部分(23a)上，向所述膜片施加预定额定压力致使所述其向所述体的内部弯曲，并继续通过旋拧将所述两个部分安装于彼此之上，直到释放所述开关(6)为止。
16.如上述任一条权利要求所述的水听器，其特征在于所述开关(6)一般是打开的。
17.如上述任一条权利要求所述的水听器，其特征在于所述开关(6)一般是关闭的。
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