DE2040313A1 - Einrichtung zur Verhinderung des Seegangeinflusses bei seismischer Vermessung des Meeresbodens - Google Patents
Einrichtung zur Verhinderung des Seegangeinflusses bei seismischer Vermessung des MeeresbodensInfo
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- DE2040313A1 DE2040313A1 DE19702040313 DE2040313A DE2040313A1 DE 2040313 A1 DE2040313 A1 DE 2040313A1 DE 19702040313 DE19702040313 DE 19702040313 DE 2040313 A DE2040313 A DE 2040313A DE 2040313 A1 DE2040313 A1 DE 2040313A1
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Description
-PHVS.
HÖGER - STELLREGHT -GRIESSBACH - HAECKER
A 38 340 in
a - 143
11-. August 1970
ANGLO AMERICAN CORPORATION OF SOUTH AFRICA LIMITED
44 Main Street
Johannesburg/Transvaal
Republic of South Africa
Johannesburg/Transvaal
Republic of South Africa
Einrichtung zur Verhinderung des Seegangeinflusses bei seismischer Vermessung des
Meeresbodens
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung bzw.
zur Verhinderung des Einflusses von Seegang und Wasserbewegung auf die seismische Vermessung des Meeresbodens, bei welcher an
einem Schiffskörper Anordnungen zur Aussendung und zum Empfang von von dem Meeresboden zurückgeworfenen Signalen vorgesehen sind,
und wobei die sich aus Aussendung und Empfang des Signals ergebenden Informationen als Aufzeichnung des Meeresbodens ausgewertet
werden. .
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11. August 1970
Die Erfindung bezieht eich somit allgemein auf das Gebiet seismischer
Aufzeichnungen und speziell auf die seismische Aufzeichnung bzw. Vermessung des Meeresbodens. Solche Aufzeichnungsvorrichtungen
bzw. die sich aus diesen Vorrichtungen ergebende Genauigkeit der Aufzeichnungen ist weitgehend abhängig von den auf
See vorherrschenden Bedingungen. Werden also beispielsweise Aufzeichnungen bzw. Vermessungen dann gemacht, wenn ein schwerer
Seegang herrscht, dann wird sich der Einfluß des Seeganges den getätigten Aufzeichnungen überlagern, so daß eine Interpretation
der Aufzeichnungen schwierig wird. In vielen Fällen geht kostbare
Zeit verloren, weil die Amplitude des Seeganges die Aufzeichnung für eine Auswertung vollkommen nutzlos macht.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, auf elektronischem Wege den Einfluß des Seeganges bzw. der herrschenden Wellen auf
die Aufzeichnungsanordnungen und auf die Aufzeichnungen selbst zu
verringern bzw. ganz zu verhindern.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung au3 von einer Einrichtung
der eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß ein Beschleunigungsmesser zur Bestimmung der vertikalen, auf den
Seegang zurückzuführenden Verschiebung des Schiffes und eine Anordnung zur doppelten Integration des von dem Beschleunigungsmesser
stammenden Signales vorgesehen sind, und daß zur Kompensation der von dem Seegang verursachten Schiffsbewegung Schaltanordnungen
(Summierverstärker, Niveaudetektor) vorgesehen sind, die den Zeitpunkt der Aussendung eines Signales verändern.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind dann noch
ein Rekorder und ein in bestimmten Zeitabständen von dem Rekorder
betätigter Punktionsgenerator zur Erzeugung einer ansteigenden Rampenfunktion vorgesehen, außerdem eine Addieranordnung, welche
die Ausgangswerte des Rampenfunktionsgenerators zu den Ausgangswerten der Integratoren hinzufügt und ein Niveaudetektor, welcher
den Ausgangswert der Summieranordnung abtastet. und das auf den
Meeresboden ausgesandte Signal dann zeitlich nach vorn schiebt, wenn sich das Schiff oberhalb einer durchschnittlichen Höhe des
Seeganges befindet, das auf den Meeresboden ausgesandte Signal dann jedoch zeitlich verzögert, wenn sich das Schiff unterhalb
einer bestimmten mittleren vertikalen Position im Hinblick auf den herrschenden Seegang befindet.
Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Einrichtung anhand der Zeichnungen noch näher erläutet. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung des Grundprinzips, auf welchem
die vorliegende Erfindung basiert
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagrarandes Schaltkreises,
welches zur Durchführung der Erfindung verwendet wird, und
Fig. 3 Diagrammdarstellungen der Spannungsverläufe an
un verschiedenen Stellen des Schaltkreises der Fig.
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II.8.1970
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Das Grundprinzip, von welchem die Erfindung ausgeht, ist schon bekannt. Um jedoch die Erklärung der Erfindung und das Verständnis
für die Erfindung zu erleichtern, soll mit Bezug auf Fig. 1 dieses Grundprinzip nochmals kurz erläutert werden. In der Zeichnung
ist ein Schiff 11 dargestellt, welches am Schiffskörper bzw. am Unterschiff befestigte seismische Aufzeichnungsapparate trägt
und welches sich durch einen schweren Seegang 12 mit einer durchschnittlichen Wellehhöhe 13 bewegt. Um die Beschreibung nicht unnötig
zu komplizieren, soll angenommen werden, daß der Meeresboden absolut horizontal verläuft und eben ist.
Wenn sich das Schiff 11 in der Position A befindet, d.h. also auf der Mittellinie des Seeganges, wird zur Zeit T ein Impuls in
Richtung des Mssresbodens 10 geschickt. Dieser Impuls wird von dem
Meeresboden zurückreflektiert und von der seismischen Empfangsapparatur in dem Schiff empfangnn. Es soll angenommen werden, daß
die Laufzeit des Impulses, um von dem Schiff auf den Meeresboden zu gelangen, t Sekunden beträgt. Die gesamte Laufzeit des Impulses
bei der Position A des Schiffes beträgt dann 2t, so daß der Impuls
dann das Schiff zur Zeit (T ♦ 2t) wieder erreicht, wobei angenommen
werden soll, daß sich der Abstand zwischen dem Schiff dem Meeresboden während dieses Zeitraumes nicht wesentlich verändert.
In der Position B befindet sich das Schiff 11 auf einem Wellenberg, d.h. in der höchsten Stellung des Seeganges. Es soll
angenommen werden, daß in diesem Falle die Laufzeit von der Position B bis zum Seeboden t + Δ t beträgt. Die gesamte Laufzeit
des Impulses in der Position B beträgt dann (2t + 2 At).
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In der Position C des Schiffes befindet sich dieses in einem
Wellental, so daß angenommen werden soll, daß die Laufzeit des Impulses in der Position C bis zu dem Meeresboden t -At beträgt.
Die gesamte Laufzeit des Impulses in der Position C beträgt dann (2t - 2 At).
Daraus folgt somit, daß unter der Voraussetzung, daß keine Kompensation
für die aufgrund des Seeganges hervorgerufene verringerte bzw. vergrößerte Laufzeit des Impulses erfolgt, die zeitliche
Verringerung bzw. Vergrößerung um Δt auf den Aufzeichnungen
erscheint und eine Interpretation derselben schwierig macht.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß der Impuls in Übereinstimmung
mit der jeweiligen vertikalen Position des Schiffes relativ zu dem Mittelwert des Seeganges entweder zeitlich nach vorn
verschoben, d.h. beschleunigt oder verzögert wird. In der Position B erfolgt also eine Impulsabgabe bzw. eine Impulsübertragung zum
Zeitpunkt (T - 2At). Mit anderen Worten ist der Impuls in der
Position B um einen Zeitraum nach vorn geschoben, welcher dem doppelten Abstand des Schiffes über dem Mittelwert des Wellenganges
bzw. Seeganges entspricht. Das bedeutet, daß der Impuls in diesem
Falle zum folgenden Zeitpunkt von dem Schiff wieder empfangen wird (T0 - 2At + 2t + 2 At), d.h. also zum Zeitpunkt TQ ♦ 2t.
In der Position C erfolgt die Impulsfreigabe bzw. die Aussendung
des Impulses zum Zeitpunkt (T + 2At). In dieser Stellung wird
also der Impuls im Zeitraum (T + 2At) erzeugt. Mit anderen Worten
erfolgt in der Position C eine Verzögerung um eine Zeiiperiode,
die dem doppelten Abstand des Schiffes unterhalb der Mittellinie
des Seeganges entspricht. Das bedeutet, daß in dieser Position
der Impuls zu folgendem Zeitpunkt vom Schiff wieder empfangen wird
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(T0 ♦ 2At ♦ 2t - 2Ät), das bedeutet zum Zeitpunkt T +2t.
Diesen Erläuterungen kann entnommen werden, daß unter Verwendung des weiter vorn erläuterten Grundprinzips die auf einen Seegang
zurückzuführende Welligkeit, die in den Aufzeichnungen zum Ausdruck kommen, wirksam beseitigt werden kann. In der vorliegenden
Erfindung wird dieses Grundprinzip unter Verwendung einer vollelektronischen Arbeitsweise angewendet; der verwendete Schaltkreis
ist in dem in Pig. 2 dargestellten Blockdiagramm enthalten.
Ein empfindliches Beschleunigungsffiefcgerät 20 ist kardanisch, d.h.
in einem Kardanrahmen mit dem Schiffskörper verbunden bzw. in diesem aufgehängt. Der Beschleunigungsmesser mißt die vertikale
Beschleunigung des Schiffes, welche auf den Seegang zurückzuführen ist. Der Ausgang des Beschleunigungsmessers besteht in
einem analogen Spannungssignal und und wird einem Paar von Integratoren 21 und 22 zugeführt, was zu einem Ausgangswert führt,
welcher der vertikalen Verschiebung des Schiffes in dem Seegang proportional ist. Das liegt selbstverständlich daran, daß die
doppelte Integration einer Beschleunigung den Weg ergibt.
Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Meßgerät wird verwendet, um die sich aus dieser doppelten Integration ergebenden Funktion
zu überwachen; es ist zu diesem Zweck in Entfernungsangaben geeicht,
beispielsweise in Fuß, relativ zu der durchschnittlichen vertikalen Position des Schiffes. Als besonders gut geeigneter
Beschleunigungsmesser für diese Zwecke stellte sich das Modell 609 heraus, welches von der Firma Bourns verkauft wird.
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A 38 3^0 ra
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11,8.1970
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Weiterhin wird eine übliche Zähl--bzwv Registriereinheit
23 verwendet, die dazu bestimmt ist, periodisch die Abgabe eines Impulses von der Photodiode 24 an einen Funktionsgenerator
25 zu veranlassen, welcher einen rampenförmigen Spannungsanstieg erzeugt.
Ein Niveaudetektor 26 stellt den Mittelwert jeder erzeugten Rampenfunktion
fest, und zwar in Abwesenheit eines Ausgangssignales
des Beschleunigungsmessers 20 und erzeugt eine Impulsreihe, welche
um einige Millisekunden gegenüber der ursprünglichen, von der Photodiode erzeugten Impulsreihe verzögert ist. Genauer kann dies
den in Fig. 3 dargestellten Impulsen entnommen werden, wobei zu bemerken ist, daß die Darstellung der Pig-. 3 nur dann
zutrifft, wenn sich die vertikale Position des Schiffes nicht ändert, bzw. wenn der Ausgangswert der doppelten Integratoren
Null ist.
Die von dem Funktionsgenerator 25 erzeugte rarapenförmige bzw.
von einem bestimmten Niveau kontinuierlich ansteigende Funktion
ist in Fig. 3a dargestellt; dieser Figur kann auch entnommen werden,
daß der Mittelwert dieser bis zu einem gewissen Grad dreieckförmigen Funktion bei Null Volt liegt. Der Niveaudetektor 26
ist so vorgespannt, daß er sich dann einschaltet, wenn das an ihm anliegende Eingangssignal (in diesem Falle die monoton ansteigende
Rampenspannung) den Wert von Null Volt übersteigt. Mit anderen Worten schaltet sich der Niveaudetektor zum Zeitpunkt
T2 ein und zum Zeitpunkt T1 ab.
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A 38 32JO m
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11.84970
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Die Wellenform des am Ausgang des Niveaudetektors vorliegenden Spannungsverlaufes ist in der Fig. 3b dargestellt. Die negativ
abfallende Kante der Ausgangsspannung des Niveaudetektors (also immer bei T2 des Wellenzuges) wird dann verwendet, um kurze
Impulse T2 - T, von fester Dauer wie in Fig.3c dargestellt,
zu erzeugen.
Bewegt sich nun das Schiff in einem Seegang, dann wird selbstverständlich
der Beschleunigungsmesser einen Ausgangswert aufweisen, dessen doppeltes Integral mittels eines Summierverstärkers
27 der ansteigenden Rampenfunktion hinzugefügt wird, bevor die Summenspannung dem Niveaudetektor 26 zugeführt wircl.
Die auf diese Weiee erhaltene Wellenform ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Fig. 4a kann in diesem Fall der zusammengesetzte
Wellenzug, welcher aus der doppelten Integralfunktion und der Rampenfunktion besteht, entnommen werden, wobei der floppelt
integrierte Wert des Beschleunigungsmessers nochmals getrennt in gestrichelter Darstellung eingetragen ist. Fig. 1Ib zeigt das
Ausgangssignal des Niveaudetektors, während der Fig. 2Ic die Darstellung
der von einem Triggerverstärker erzeugten Ausgangsspannung entnommen werden kann.
Der Fig. 1Ib kann weiterhin entnommen werden, daß dann, wenn sich
der durchschnittliche Wert des zusammengesetzten Wellenzuges der Fig. 4a oberhalb der Bezugslinie von 0 Volt befindet (d.h.
wenn die doppelte Integralfunktion positiv ist), der Zeitabstand zwischen T1 und T2 verringert wird (siehe zweiten Impuls in
Fig. 4b). Auf ähnliche Weise wird der Zeitabstand zwischen T1 und
Tp vergrößert, wenn sich das mittlere Niveau des zusammengesetzten
Wellenzuges unterhalb von 0 Volt in Fig. 4a befindet.
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a ■- 1*»3
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Daraus folgt, daß unter Verwendung des in Fig. 2 dargestellten
Schaltkreises eine Zeitverzögerung T1 - T2 eingeführt wird,
welche .sich mit der vertikalen Position des Schiffes in der
Weise ändert, daß dann, wenn sich das Schiff auf einem Wellenberg befindet, das Zeitintervall T- - T2 verringert wird und
wenn sich das Schiff in einem Wellental befindet, dieses Zeitintervall
T1 -' Tp vergrößert wird. Hit anderen Worten ergibt
sich daraus, daß der tatsächlich auf den Meeresboden herabgeschickte Impuls zeitlich nach vorn verschoben bzw. verzögert
ist, wie das im Hinblick auf die Fig. 1 schon beschrieben worden ist.
Schließlich ist noch zu bemerken, daß, soweit es die Integratoren 21 und 22 betrifft, die üblichen frequenzabhängigen Eigenschaften
eines Wechselstromintegrators verbessert worden e±ad, um eine
genaue Integration auch bei geringen Frequenzen zu erzielen. Solche Eigenschaften werden dadurch erreicht, daß parallel zu
dem die Integration bewirkenden Kondensator noch ein T-Netzwerk geschaltet ist, welches so berechnet ist, daß es bei angenähert
der gleichen Frequenz, bei der der stabilisierende Widerstand und der Kondensator normalerweise beginnen würden, einen niederfrequenten
Ausgangswert zu begrenzen, wirksam wird.
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Claims (2)
- AOA 38 340 ra
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11.8.1970Patentansprüche :IJEinrichtung zur Verringerung bzw. zur Verhinderung des Einflusses von Seegang und Wasserbewegung auf die seismische Vermessung des Meeresbodens, bei welcher an einem Schiffskörper Anordnungen zur Aussendung und zum Empfang von von dem Meeresboden zurückgeworfenen Signalen vorgesehen sind, und wobei die sich aus Aussendung und Empfang des Signales ergebenden Informationen als Aufzeichnung des Meeresbodens ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungsmesser (20) zur Bestimmung der vertikalen, auf den Seegang zurückzuführenden Verschiebung des Schiffes (11) und eine Anordnung (21, 22) zur doppelten Integration des von dem Beschleunigungsmesser stammenden Signales vorgesehen sind, und daß zur Kompensation der von dem Seegang verursachten Schiffsbewegung Schaltanordnungen (Summierverstärker 27» Niveaudetektor 26) vorgesehen sind, die den Zeitpunkt der Aussendung eines Signales verändern. - 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rekorder (23) und ein von dem Rekorder zu festgesetzten Zeitintervallen betätigter Funktionsgenerator (25) zur Erzeugung einer ansteigenden Rampenfunktion vorgesehen sind, d?.ß eine Summieranordnung (27) zur Addition der Ausgänge des Funktionsgenerators (25) und der Integratoren (21, 22) vorgesehen ist, und daß schließlich ein den Ausgangswert der Summiereinrichtung (27) abtastender Niveaudetektor (26) vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit davon, ob sich das Schiff (11) oberhalb einer109810/1550A 38 3IO m
a - 143
II.8.1970durchschnittlichen Höhe des Seeganges befindet, den zum Meeresboden ausgesandten Impuls zeitlich nach vorn verschiebt oder der das ausgesandte Signal verzögert, wenn sich das Schiff unterhalb der Durchschnittshöhe des Seeganges befindet.109810/1550e e r sei te
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