DE1277716B - Funkenschallsender - Google Patents

Description

• Funkenschallsender Die Erfindung geht aus von einem Funkenschallsender zur Abgabe von Körperschallimpulsen mit einer unter Flüssigkeitsbedeckung arbeitenden Elektrodenanordnung, wobei die Funkenentladungsstrecke und die Flüssigkeitsfüllung in einem druckfesten Gehäuse angeordnet sind.
• Es sind bereits in einer Flüssigkeit arbeitende Funkenschallsender bekannt, bei denen ein Funken zwischen Elektroden innerhalb der Flüssigkeit überspringt, der auf Grund der sehr starken kurzzeitigen Erhitzung der in Elektrodennähe verdampften Flüssigkeit einen in die Flüssigkeit eintretenden Körperschallimpuls aussendet. Es ist weiterhin bekannt, als Elektroden die Flüssigkeit selbst zu benutzen und in einem eingeengten Teil der Flüssigkeit infolge entsprechend hoher Stromdichte eine Verdampfung und einen Funken zu erzeugen.
• Die Erzeugung eines Schallimpulses innerhalb einer Flüssigkeit ergibt sowohl einen hohen Wirkungsgrad wie auch eine gute Ankopplungsmöglichkeit an die Umgebung, da die Schallhärte (Produkt aus Schallgeschwindigkeit und Dichte) bei den gebräuchlichen Flüssigkeiten im Bereich der bei festen Körpern üblichen Schallhärten liegt. Allen derartigen Funkenstrecken ist gemeinsam, daß die ausgesandte Schallleistung mit steigendem statischem Druck der Flüssigkeit schnell absinkt, so daß derartige Funkenstrecken z. B. in flüssigkeitsgefüllten Bohrlöchern nicht mehr verwendbar sind. Es ist an sich möglich, die Flüssigkeitsfunkenstrecke in einem geschlossenen Gehäuse druckentlastet unterzubringen und dabei gleichzeitig dem Einfluß zufälliger Umgebungsbedingungen zu entziehen. Insbesondere zur wartungsfreien Aussendung einer größeren Zahl von Schallimpulsen; wie sie z. B. bei einer akustischen Bohrlochvermessung erforderlich ist, sind allseitig eingeschlossene Flüssigkeitsfunkenstrecken ungeeignet, da sich gasförmige Zersetzungsprodukte bilden, welche eine Drucksteigerung in dem umschlossenen Raum erzeugen und gleichzeitig dämpfend auf die Schallausbreitung wirken, so daß die Schall ausbeute nach kurzer Betriebszeit merklich absinkt und die Funkenstrecke schließlich unbrauchbar wird.
• Die Funkenstrecke nach der Erfindung vermeidet die angegebenen Nachteile, indem die Funkenentladung innerhalb der Flüssigkeitsfüllung eines geschlossenen druckfesten Gefäßes erzeugt wird und der Flüssigkeitsfüllung bei Verwendung von Wasser ein Katalysator aus Metallen der Platingruppe, vorzugsweise Platinmohr, in Form von kolloidalen Lösungen, feinpulvrigen Suspensionen oder auf Trägern zugesetzt wird.
• Die Kontaktanalyse kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung in ihrer Wirkung durch eine gleichzeitig erfolgende Oberträgerkatalyse mittels organischer Verbindungen oder Verbindungen mehrwertiger Metalle mit Redoxcharakter verbessert werden. Bei Funkenschallsendern, die mit einer Elektrode und der Flüssigkeitsfüllung als Gegenelektrode arbeiten, kann ferner eine kalt gesättigte Lösung von Kaliumkarbonat in einer schwachen Kaliumhydroxydlösung dienen. Vorzugsweise werden zur Erhöhung der Leitfähigkeit von Wasser, insbesondere für mit dem Wasser als Gegenelektrode arbeitende Funkenstrecken, wasserlösliche Karbonate zugesetzt, da der bei der elektrolytischen Zersetzung von Karbonaten frei werdende Säurerest chemisch relativ inaktiv ist und leicht gebunden werden kann. Es ist auch möglich, an Stelle von Wasser organische Flüssigkeiten zu benutzen, die für sich allein oder in Mischung mit anderen organischen oder anorganischen Verbindungen oder Stoffen entweder keine störenden Zersetzungsprodukte liefern oder bei denen primär gebildete Zersetzungsprodukte sofort in für die Schallaussendung unschädliche Stoffe umgewandelt werden.
• Das den Entladungsraum umschließende Gefäß kann aus Metall, Kunststoffen oder anderen elektrisch nichtleitenden Stoffen aufgebaut sein. Die durch Unterschiede in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Flüssigkeitsfüllung und dem Gehäusematerial entstehenden Druckänderungen in der eingeschlossenen Flüssigkeit können durch eine kleine Luftkammer ausgeglichen werden, welche gegebenenfalls durch eine Membran gegen die Flüssigkeit abgeschlossen ist. Zur Verhinderung des Schalldruckausgleichs ist die Luftkammer lediglich über eine enge Bohrung mit- dem Hauptraum der Funkenstrecke verbunden.
• Bei Verwendung von elektrisch nichtleitenden Stoffen ist das Gefäß frei von elektrischen Spannungen. Dies kann auch bei metallischen Gehäusen erreicht werden, indem die Flüssigkeitsfunkenstrecke in einer Gummi- oder Plastikblase im Inneren des Gefäßes angeordnet wird und von einer weiteren elektrisch neutralen, nur der Fortleitung der Schallwellen dienenden Flüssigkeit umgeben wird. Da die Funkenentladung eine nahezu punktförmige Schallquelle darstellt, kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung die Funkenstrecke im Brennpunkt eines Hohl- oder Parabolspiegels oder einer anderen Reflektoranordnung angeordnet sein, wobei der Reflektor auch durch entsprechende Formgebung des umschließenden Gehäuses gebildet werden kann. Für eine allseitig horizontale Abstrahlung können der Boden und Deckel eines vertikal angeordneten zylindrischen Gefäßes, wie z. B. einer in eine Bohrlochsonde eingebauten Schallsendekammer, als sich zum Gefäßinneren erhebende Kegel ausgebildet werden.
• Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann zur Beeinfiussung des Frequenzspektrums und der Schallausbeute des ausgesandten Schallimpulses außer der Wahl der Flüssigkeit und der elektrischen Betriebsbedingungen auch mindestens eine Elektrode in einem Isolator verschiebbar angeordnet werden, so daß die wirksame Länge der insbesondere stiftförmigen Elektrode verändert wird.
• Zur Erzeugung eines besonders langen Funkens bei gleichbleibender Spannung können ferner feine leitfähige Teilchen, wie z. B. Graphit, in der Flüssigkeit verteilt und durch einen Emulgatorzusatz in stabiler Suspension gehalten werden.
• Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
• In der Zeichnung ist ein teilweiser Längsschnitt durch einen Funkenschallsender dargestellt, der zur Verwendung bei akustischen Laufzeitmessungen in Bohrlöchern geeignet ist. In einem Gehäuse 1 aus Kunststoff befindet sich eine Funkenkammer, welche z. B. mit einer bei Zimmertemperatur gesättigten Kaliumkarbonatlösung in fünfprozentiger Kaliumhydroxydlauge gefüllt ist. Die Elektrodenanordnung ist so ausgebildet, daß sich der Funken zwischen der stiftförmigen als Kathode geschalteten Elektrode 4 und der Flüssigkeit 2 ausbildet. Die Flüssigkeit 2 ist über eine bauchig gewickelte Spirale 3 elektrisch mit dem äußeren Rohr 11 der Elektrodenanordnung verbunden, welche über das Zuleitungskabel 6 an den Spannungserzeuger angeschlossen ist. In der Flüssigkeit der Funkenkammer ist Platinmohr als Katalysator vorhanden, der das entstandene Knallgas sofort wieder in Wasser zurückverwandelt.
• Die Elektrode 4 ist in einem Isolierrohr 5 längsverschieblich, so daß die Oberfläche des aktiven Teils der Elektrode einstellbar ist. Die Elektrodenanord- riung ist in einem Grundkörper 7 gehaltert, der im eingeschraubten Zustand mittels einer Dichtung 8 die Funkenkammer dicht abschließt. Der Schallsender befindet sich in einem Bohrloch 10, welches mit einer Spülung 9 gefüllt ist, so daß die in der Funkenkammer erzeugten Schallwellen im guten Flüssigkeitskontakt in das Gebirge geleitet werden.

Claims (11)

1. Patent ansprüche: 1. Funkenschallsender mit einer unter Flüssigkeitsbedeckung arbeitenden Elektrodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Funkenentladungsstrecke innerhalb eines druckfesten Gehäuses der Flüssigkeitsfüllung bei Verwendung von Wasser ein Katalysator aus Metallen der Platingruppe, vorzugsweise Platinmohr, in Form von kolloidalen Lösungen, feinpulvrigen Suspensionen oder auf Trägern zugesetzt wird.
2. 2. Funkenschallsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zwischen einer Elektrode und der Flüssigkeitsfüllung gebildeten Funkenstrecke als Flüssigkeitsfüllung eine kalt gesättigte Lösung von Kaliumkarbonat in einer schwachen Kaliumhydroxydlösung dient.
3. 3. Funkenschallsender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß organische Verbindungen oder Verbindungen mehrwertiger Metalle mit Redoxcharakter der Flüssigkeitsfüllung zugesetzt sind.
4. 4. Funkenschallsender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsfüllung über eine enge Bohrung mit einer Luftkammer in Verbindung steht.
5. 5. Funkenschallsender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und die Flüssigkeitsfüllung in einer elastischen Blase angeordnet sind, die sich ihrerseits in einer elektrisch neutralen Flüssigkeitsfüllung des druckfesten Gehäuses befindet.
6. 6. Funkenschallsender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als Reflektor zur Aussendung der Schallwellen in bevorzugten Richtungen ausgebildet und sich die Funkenstrecke in einem Brennpunkt des Reflektors befindet.
7. 7. Funkenschallsender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer horizontalen Richtwirkung einer in einem zylindrischen Sondenkörper angeordneten Funkenstrecke der Boden und Deckel des Druckgefäßes aus sich zum Gefäßinneren erhebende Kegelreflektoren gebildet ist.
8. 8. Funkenschallsender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode zur Beeinflussung des Frequenzspektrums und der Schallausbeute in ihrer Oberfläche veränderbar ist.
9. 9. Funkenschallsender nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode stiftförmig ist und in einem Isolator verschiebbar angeordnet ist, der diese mehr oder weniger bedeckt.
10. 10. Funkenschallsender nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines besonders langen Funkens bei gleichbleibender Spannung in der Flüssigkeit feine elektrisch leitende Teilchen verteilt sind und durch einen Emulgatorzusatz in stabiler Suspension gehalten werden.
11. 11. Funkenschallsender nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Graphit bestehen.

    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014338.