DK155385B - Hydroakustisk kilde til frembringelse af akustiske signaler i vand - Google Patents

Description

1 DK 155385 B

Opfindelsen angår en hydroakustisk kilde til frembringelse af akustiske signaler under vand, specielt til frembringelse af sekvenser af akustiske impulser, som kan forekomme hurtigt efter hinanden.

Kilden ifølge opfindelsen er særlig anvendelig som en marine-seismisk signalkilde til geofysiske undersøgelsesformål, hvor der ønskes transmission af et stort antal impulser med stor cyklushastighed og med en nøjagtig tidsrelation i henhold til et signalformat eller en signalkode. Opfindelsen er også især anvendelig som signalkilde i en gruppe af signalkilder, som skal være tidsstyret nøjagtigt indbyrdes. Kendte systemer er angivet i USA patentansøgning nr. 730.757 (1976) og ansøgning nr. 828.698 (1977).

2 . DK 155385 B

Fra beskrivelsen, til USA patent 3.277.437 kendes en akustisk undervandskilde, hvor der er anbragt et stempel i den åbne ende af en cylinder, i hvilken der skabes et partielt vakuum. Når stemplet frigives, vil trykforskellen over stemplet accellerere dette indad til en stilling, hvor det stopper pludseligt (d.v.s. stemplets hastighed bliver pludselig 0). Denne stilling kaldes en inderste stilling. Lufttrykket i den indesluttede del af cylinderen stiger, når stemplet accelererer indad og virker som en fjeder, som afbøder en pludselig standsning af stemplet, og som kan bevirke, at dette reverserer. I det omgivende vand frembringes der en akustisk trykimpuls, når stemplet farer indad til den hosliggende stilling, hvor det reverseres. Reverseringen af stemplet kan beskrives som et elastisk fænomen. Den frembragte trykimpuls er et akustisk signal, der kan bruges som et seismisk signal for ekkoorientering (sonar) og geofysiske undersøgelser eller lignende. For at kunne frembringe en yderligere impuls skal kilden genarmeres, hvilket kræver en vis tid. Der kendes flere variationer af det fra beskrivelsen til USA patent nr. 3.227*437 kendte apparat, f.eks. det, der kendes fra beskrivelserne til USA patenterne nr. 3.564.492 og 3.610.366 og 3.679.021 og 3.721.211.

De apparater, som kendes fra den nævnte teknik, er brugbare til frembringelse af en enkelt impuls med en lille cyklisk hastighed. Ved den kendte teknik skal stemplet genarmeres i den yderste stilling imod vandmassernes tryk, før der kan affyres en ny impuls. Der skal også gå en vis tid, således at transienter hidrørende fra stemplets positionering i den yderste stilling mod nogle tilhørende endestop er døet ud. De kendte akustiske kilder er derfor begrænset med hensyn til arbejdshastighed.

For at opnå en forbedring ved den seismiske teknik er det ----------------- imidlertid nødvendigt at kunne frembringe sekvenser, - som indeholder mange impulser inden for et transmissions-

Hn+owral Vitr-i a •trar’·? a·Vi a ri -P alra Iran rnnno fro II ·(-·? Ί T ce.

DK 15538EB

kunder med henblik på at fordele kraftig energi ensartet over et forud bestemt ønsket geofysisk frekvensområde på f.ekSo mellem 20 og 100 Hz eller 40 og 200 Hz. I sådanne sekvenser skal impulserne frembringes i et antal på mellem 20 og 40 pr. sekund, og hvor der skal udsendes flere hundrede impulser i løbet af et transmissionsinterval. Impulserne skal udsendes med en nøjagtig tidsrelation og amplitude og være synkroniseret med impulserne fra andre kilder, når der anvendes en samling af kilder.

Det er endvidere vigtigt, at amplituden for et hvilket som helst ukontrolleret akustisk transientsignal, som kan følge af genarmeringen af kilden, er lille. Det er fundet, at amplituden af sådanne ukontrollerede tryk-transienter i praksis skal være mindst 20 dB under amplituden for den ønskede impuls, for at korrelationsstøjen ved signalbehandlingen af en kodet sekvens ikke skal kunne influere på det resulterende seismogram eller det ønskede måleresultat.

Det akustiske tryk, P(t), af impulsen er en funktion af stemplets accelleration og er givet ved P(t) = (/>S/4tfr) (dv/dt) (l) hvor P er fluidumtætheden, S er stempelareal, r er den radiale afstand fra stemplet, og dv/dt er stempelaccelerationen. For at opnå store amplituder er det nødvendigt med store stempler (med en diameter af størrelsesordenen 1 m), hvilket kan opnås ved apparatet ifølge opfindelsen. Accelerationen imod den hosliggende stilling skal være styret for at den forud bestemte amplitude for de akustiske impulser kan opnås, hvilket også er muligt ifølge et træk ved opfindelsen. Endvidere skal tidsstyringen omkring den hosliggende stilling være meget nøjagtig, hvilket også opnås ved apparatet ifølge opfindelsen. Endelig skal varigheden af cyklus, indenfor hvilken impulserne frembringes, styres 4

DK 155385 B

således, at der ikke frembringes fejlsignaler, når der skal frembringes impulser hurtigt efter hinanden, også selvom repetitionsfrekvensen er variabel. Ved apparatet ifølge opfindelsen opnås en sådan styring, hvor der ikke forekommer fejlsignaler. Differenstrykket over stemplet og dettes masse er bestemmende for accelerationen.. Accelerationen bestemmer impulsamplituden, og ifølge opfindelsen kan accelerationen og dermed impulsamplituden styres. Formen af de individuelle impulser er bestemmende for disses spektrum. Det ønskes, at formen er ens fra impuls til impuls, og at den ikke er påvirket af foranstaltningerne til genarmering af kilden.

De ovenfor nævnte, kendte impulskilder udviser store am-plitudechock ved frembringelse af hver impuls. Da kilden skal være nedsænket i vandet og optages for vedligeholdelse, er det væsentligt, at den er pålidelig og frembringer ensartede impulser. Kilder med et hus, som udsættes for store tryk og store resulterende kræfter, giver ofte anledning til fejl, som gør apparaterne upålidelige.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en hydro-akustisk kilde, som er indrettet til efter nedsænkning i vand at frembringe en nøjagtigt tidsprogrammeret række af akustiske impulser med kontrolleret amplitude og spek-tralfordeling uden parasitsignaler eller ukontrollerede transrenter.

Dette opnås for en hydroakustisk kilde med de i krav 1's indledning angivne organer, der er kendt fra beskrivelsen til U.S.A.-patent nr. 3 392 369, hvilken kilde er udstyret med de i krav l's kendetegnende del angivne organer.

< 5

DK 155385 B

Her accelereres stemplerne, der frembringer signalet, først udad fra deres inderste stilling, hvorefter de retarderes under den udadgående bevægelse således, at de når yderstillingen med tilnærmelsesvis nul hastighed. Herved undgås frembringelsen af skadelige parasitsignaler og transienter.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, hvor: fig. 1 viser et delvist snit gennem en første udførersesform for den hydroakustiske kilde ifølge opfindelsen, fig. 2 den på fig. 1 viste kilde set fra den højre side af fig. 1, fig. 3 viser perspektivisk kilden fra fig. 1 og 2 tillige med tilhørende apparatur, fig. 4 et snit gennem en del af kilden fra fig. 1 og 2, hvilket også kan bruges i forbindelse med andre udførelsesformer, for opfindelsen, fig. 5 et snit gennem en del af en kraftventil og tilhørende akkumulatorer, hvilken ventil er benyttet i forbindelse med kilden fra fig. 1 og 2, 6

DK 155385 B

fig. 6 er et skematisk diagram over det hydrauliske kredsløb, som benyttes i den på fig. 1 og 2 viste kilde, fig. 7A og B er blokdiagrammer over styresystemet, som benyttes til kilden fra fig. 1 og 2, fig. 8 viser bølgeformdiagrammer af tryk, stempelbevægelse, ventilstilling og den akustiske trykimpuls i løbet af en arbejdsproces for det på fig. 7 viste styresystem, fig. 9 og 10 viser snit gennem en del af den hydrauliske kilde, hvor der er vist stempler med henholdsvis konkav og konveks form, fig. 11 og 12 viser snit gennem en anden udførelsesform for den hydroakustiske kilde ifølge opfindelsen, fig. 13 viser bølgeformer for tryk, stempelbevægelse og ventilstilling i løbet af en arbejdscyklus for den på fig.

11 og 12 viste kilde, fig. 14, 15, 16 og 17 er tværsnit gennem en yderligere udførelsesform for den hydroakustiske kilde ifølge opfindelsen, vist i forskellige stillinger i løbet af en ar-bejdscyklus, fig. 18 viser bølgeformer magen til fig. 8 af en arbejds-cyklus for den på figurerne 14, 15, 16 og 17 viste kilde, medens fig. 19 viser bølgeformer magen til fig. 18 af cyklus for en kilde ifølge endnu en udførelsesform for opfindelsen.

På fig. 1 og 2 er vist en undervandskilde til frembringelse af repetitive, akustiske impulser i vand, hvori kilden er nedsænket. Kilden har et hus 10, hvori der er anbragt et

DK 155385 B

7 par flangeformede stempler 12 og 14, som er anbragt symmetrisk således, at en flade 16 på stemplet 12 og en flade 18 på stemplet 14 er beliggende over for hinanden.

Til huset 10 er der ved hjælp af konsoller 20 og 22, som kan være fastsvejsede, anbragt et hus 24 for tryk-fluidumstyreorganer i form af en ventilmekanisme. Denne mekanisme indeholder en hovedventil, som er anbragt på huset 24's krop og.omfatter en pilotventil, som er anbragt på en del 25 af huset 24.

Kilden styres af et hydraulisk trykfluidum, fortrinsvis hydraulisk olie, som overføres til kilden fra en ikke vist hydraulisk kraftforsyning. Det hydrauliske fluidum overføres fra kraftforsyningen ved forsynings- og returtryk ved hjælp af hydrauliske rørledninger henholdsvis 26 og 28. Den hydrauliske ledning 26 er forbundet til ventilhuset 24 ved hjælp af et indgangsfilter 30. Ledningen 26 fører hydraulisk fluidum ved et forsyningstryk, som f.eks. kan være mellem 10-30 x lO^Pa. Rørledningen 28 er forbundet til den hydrauliske kraftforsyningsreturside, som kan være et reservoir. Det hydrauliske trykfluidum strømmer således fra kraftforsyningen ind i forsyningsledningen 26 og ud af returledningen 28. Det hydrauliske trykfluidums energi konverteres af kilden til akustisk energi. Kildens hydrauliske kredsløb, som senere vil blive nærmere beskrevet i forbindelse med fig. 5, indeholder akkumulatororganer 32 og 36, som er forbundet med trykkredsløbets frem- og returvej. Forsyningsledningen 26, returledningen 28 og indgangsfilteret 30 er af.hensyn til overskueligheden ikke vist på fig. 1. Kilden kan være monteret på et chassis (ikke vist) tillige med den hydrauliske kraftforsyning og nedsænkes i vandet til arbejdsdybden, som kan være af størrelsesordenen 1000 m eller mere. Hele aggregatet kan slæbes ved hjælp af et fartøj, som er beregnet til undersøiske, seismiske målinger, og aggregatet kan benyttes enten alene eller sammen med en gruppe bestående af to eller flere sådanne aggregater. På grund af den på

DK 155385 B

s fig. 1 og 2 viste kildes symmetri reduceres accelerationer på huset, ventilerne, bærechassiset og de hydrauliske rørledninger, hvorved aggregatet bliver mere pålideligt.

Huset 10 indeholder en cylindrisk formet foring 40. På modsatte sider af foringen 40 findes et par spanteorganer 42 og 44. Spanteorganerne har cylindriske, centrale nav 46 og 48 og fire stivere 50, 52, 54 og 56, som strækker sig radialt ud fra navet 46 (hvoraf de to stivere 58 og ‘60 kan ses på fig. 1). Stiverne passer ind i ringe 62 og 64, som er indspændt mellem stiverne og foringen 40’s kanter, indbyrdes fastholdte ved hjælp af fire stagbolte, hvoraf to stagbolte 66 og 68 kan ses på fig. 1, medens de andre to stagbolte 70 og 72 kan ses på fig. 2. Stagboltene er forsynet med gevind i begge ender til sam-virkning med møtrikker 74.

De flangelignende stempler 12 og 14 har randkanter 76 og 78, som indeholder pakninger 80 og 82. Pakningerne samvirker med foringen 40 således at der defineres et kammer 84 mellem de modstående flader 16 og 18 af stemplerne og foringen 40’s indvendige periferi. Midtvejs mellem foringen 40’s ender findes en åbning 86, som er forbundet til en rørledning 88. Denne rørledning er forbundet til et vakuum eller en sugetrykspumpe, således at trykket i en gas, fortrinsvis luft, i kammeret 84 kan justeres.

Denne justering kan foretages ved.overfladen, således at der hersker et partialt vakuum i kammeret 84. Når kilden sænkes ned i vandet, opstår en trykforskel over begge stemplerne 12 og 14 svarende til trykdifferencen mellem trykket i kammeret og trykket fra vandmasserne. Kraften mod stemplerne hidrørende fra vandtrykket afhænger af stemplernes areal og differenstrykket. Kraften, som udårves mod stemplerne, kan drive disse sammen til en stilling tæt på hinanden i afhængighed af residualgastrykket i kammeret 84. I denne stilling behøver stemplerne ikke at røre hin- 9

DK 155385 B

anden men kan være en smule adskilte fra hinanden, således som det er vist på fig. 1.

Stemplerne 12 og 14 er lejret i navene 46 og 48. Spante-organerne 42 og 44 bærer stemplerne 12 og 14 langs en fælles midterakse ved hjælp af akselstykker 90 og 92, som strækker sig ud fra stemplerne mod spanteorganerne 42 og 44. Navene 46 og 48 har udboringer 96 og 98 i bøsninger 100 og 102 for akslerne 90 og 92. Akslen 92 har en central udboring 104 for at gøre akslen lettere. Udboringen 104 er åben i akslen 92’s ydre ende, som strækker sig gennem en rørformet forlængelse 106. Denne forlængelse 106 er fastgjort til den ydre ende af navet 49 ved hjælp af bolte 108. Forlængelsen 106 tjener som en føring af akslen 92. En lignende forlængelse 110, som er fastgjort til navet 46 ved hjælp af bolte 112, tjener som føring for den anden aksel 90.

Akslen 90 har en central udboring 114, som er lukket i nærheden af akslens ydre ende ved hjælp af en endesektion 116. Den del af udboringen 114 som ligger tæt ved endesektionen 116 har en lidt større diameter end den del af udboringen, som vender ind mod stemplet. I udboringen 114 findes en stang 118, som er anbragt glidende. Enden af stangen 118 og endesektionen 116 af udboringen 114 definerer et kammer 120 for hydraulisk trykfluidum. For at der ikke skal slippe fluidum fra kammeret 120, findes der pakninger 122 og 124, som tillader, at akslen 90 kan glide ind i og ud af udboringen 96 i bøsningen 100. Pakninger, såsom 0-ringe 126, er anbragt omkring bøsningen og tjener også til tætning mod det hydrauliske trykfluidum.

En anden pakning 130 tæt ved udboringen 114’s åbne ende forhindrer, at der kan slippe hydraulisk fluidum ud og tillader samtidigt, at stangen 118 kan bevæges indad og udad med hensyn til akslen 90.

111

DK 155385 B

Foringen 100 har langs periferien en rille 132 med en aksial udstrækning, som mindst er lig med akslen 901 s vandring. Rillen 132 danner en ringkanal, som er forbundet til kammeret 120 ved hjælp af huller 134. Ringkanalen 132 er også forbundet til et hydraulisk føderør 136 ved hjælp af et antal radiale huller 138, hvoraf der kan ses to på fig. 1. Disse huller forbinder ringkanalen 132 med en rille 140 i navet 46’s indvendige periferi, således at der opnås tætning (se også fig. 4).

Når det hydrauliske trykfluidum overføres til kammeret 120, presses stangen 118 indad, medens akslen 90 presses udad, hvorved stemplerne 12 og 14 bevæges fra hinanden. Stemplerne 12 og 14 har skuldre 148 og 149, der tjener som endestop ved samvirkning med navene 46 og 48’s inder-side. Når stemplerne er adskilt til deres ydre stillinger, skiftes trykket i kammeret 120 ved hjælp af ventilmekanismen i ventilhuset 24 fra forsyningstrykket til returtrykket. For at styre accelerationen og impulsamplituden kan hovedventilen bringes til en stilling, hvor der ikke åbnes fuldstændigt mellem kammeret 120 og returrørledningen. Stemplerne påvirkes herefter således, at de drives i retning mod hinanden.

Når vandtrykket presser stemplerne imod hinanden, bevæges stangen 118 udad og presser hydraulisk fluidum ud af kammeret 120. Fluidumstrømningen kan dæmpes, hvis hovedventilen ikke er helt åben, hvorved nettokraften på stemplerne reduceres. Accelerationen af stemplerne imod stillingen, -hvor de--ligger tæt ved hinanden, kan således styres ved hjælp af åbningen af i hovedventilen. Da accelerationen er proportional med amplituden for den akustiske impuls, kan amplituden således styres. Ved at styre accelerationen styres endvidere stemplernes vandringstid.

DK 155385 B

11 Når stemplerne er kommet tæt på hinanden, vil de atter bevæge sig bort fra hinanden med en hastighed, som er modsat hastigheden, hvormed de nærmede sig til hinanden. Reversering af stemplernes bevægelsesretning foregår tidsmæssigt proportionalt med en halv bølgelængde for resonansfrekvensen for det masse-fjedersystem, som udgøres af stemplernes masse og stivhed og fjedervirkningen hidrørende fra den komprimerede luft i kammeret 84 mellem stemplernes modstående flader 16 og 18. Stivheden hidrører primært fra den komprimerede luft i kammeret og er ulineær, men som en førsteapproximation er resonansfrekvensen f = im/z-n (2) hvor M er den til stemplerne 12 og 14 og aksler 90 og 92 hørende masse, og hvor K er den effektive stivhed af luftfjederen. Accelerationen er størst, når stemplerne er tættest på hinanden og hvor deres hastighed VQ bliver ca. tV , hvilket bestemmer amplituden for den akustiske impuls, som frembringes.

Ved hjælp af et styresystem, som senere vil blive beskrevet i forbindelse med fig. 7, detekteres den stilling, hvor stemplerne er tættest på hinanden, dvs. hvornår accelerationen er maksimal. I løbet af en del af, men ikke hele den tid, hvor stemplerne bevæges udad til den yderste stilling, strømmer der hydraulisk fluidum ind i kammeret 120 til adskillelse af stemplerne. Dette sker ved at påvirke hovedventilen til en stilling, fevor den er helt åben for fluidumforsyning. I den resterende del af den tid, i løbet af hvilken stemplerne bringes til deres yderste stilling, er hovedventilen aktiveret til en stilling, hvor den er åben for returstrømning. Nettokræfterne på stemplerne vil således decellerere deres udadgående bevægelse, således at stemplernes hastighed er 0 i en stilling, som svarer til den yderste grænsestilling. På denne måde accelereres eller -decellereres stemplernes vandring ved 12

DK 155385 B

at omskifte hovedventilen mellem forsynings- og returtrykkene. Derved reduceres de hydrauliske effekttab i ventilportene, hvilket medfører en større virkningsgrad.

Ventilmekanismen styres således, at der frembringes repetitive impulser, hver gang stemplerne 12 og 14 bevæges mod hinanden tilden indbyrdes hosliggende stilling, hvor deres bevægelsesretning vendes i afhængighed af fjederkarakteristikken for den komprimerede luft i kammeret 84 og/eller stemplerne 12 og l4fs egen fjederkarakteristik.

Ved det beskrevne arrangement, hvor stemplerne er glidende lejret og fastholdt i huset 10*s nav 46 og 48, føres langs deres ydre periferi af foringen 40, opnås en konstruktion, som kan modstå vandkraftpåvirkningerne og kraften hidrørende fra det hydrauliske fluidum samtidig med at der opnås en stor funktionspålidelighed. De hydrauliske fluidumtryk-organer omfattende ventilmekanismen og styreenheden, som medfører frembringelse af akustiske impulser med stor repetitionshastighed, vil blive nærmere beskrevet i forbindelse med fig. 5-8.

Fig. 3 viser, hvorledes den hydroakustiske kilde kan være samlet med henblik på at blive slæbt af et seismisk undersøgelsesfartøj. En af rør fremstillet rammekonstruktion 23 danner en åben kasse,i hvilken huset 10 er monteret. Fastgørelsen kan ske ved hjælp af flige 27, som forbinder rammekonstruktionen 25 med huset 10*s spanteorganer 42 og 44. Ved hjælp af en arm 31 er der til rammekonstruktionen fastgjort en hydrofon 33. Hydrofonen og stemplerne --- 12 og 14 er monteret langs samme akse, således at hydro- fonen er beliggende direkte i udbredelsesbanen for de af kilden frembragte akustiske trykimpulser. Hydrofonen 33 frembringer et elektrisk signal, som svarer til den akustiske impuls, hvilket signal bruges til styring af kilden, således som det senere vil blive nærmere beskrevet.

13

DK 1 55385 B

En forbindelse 35 for elektriske signaler, rørledningerne 26 og 28 for hydraulisk trykfluidum samt luftforbindelsen 88 er forbundet til kilden som ovenfor forklaret. Forbindelserne kan være stive rør, som uden for rammekonstruktionen 25 går over i fleksible slanger. Forbindelsen 35 vil således gå over i et ikke vist fleksibelt kabel. Kablet og slangerne er aflastet således, at de ikke overbelastes. Rammekonst'ruktionen er fastgjort til fartøjet ved hjælp af trækkabler, således at der er tilstrækkeligt slæk på slangerne og elektriske kabler.

På fig. 4 er vist en anden udførelsesform for kilden, som er simplificeret ved udeladelse af den frit bevægelige stang 118. De dele på fig. 4, som svarer til de på fig. 1 og 2 viste dele,har samme henvisningstal som tidligere.

Den på fig. 4 viste stang 118a er sammenhængende med akslen 92a, der er forbundet til stemplet 14, og som strækker sig ind i udboringen 96 i akslen 90, som bærer stemplet 12. Stangen 118a .tjener ligesom stangen 118 som et stempel til adskillelse af stemplerne 12 og 14, når det hydrauliske fluidum strømmer ind i kammeret 120 bag stangen 118a under forsyningstrykket. Stangen 118a har en udboring til nedsættelse af vægten af akslen 92a og stemplet 14. Stemplerne 12 og 14 er på fig. 4 vist i deres yderste stilling, hvor skuldrene 148 og 149, som er beliggende ved overgangen mellem stempler og de tilhørende aksler henholdsvis 90 og 92, ligger an mod de indvendige ender af navene 46 og 48.

Selv om den foretrukne udførelsesform for opfindelsen indebærer, at begge stempler aktiveres ved hjælp af en enkelt ventilmekanisme i forbindelse med et enkelt kammer og en dobbeltvirkende aksel og stang, kan der også benyttes flere særskilte, samtidigt virkende ventilmekanismer med særskilte kamre og en enkelt virkende stang.

Η

DK 1 553B5B

Ved den på fig. 5 og 6 viste udførelsesform har kraftventilen 150 en spole 152., som er aksialt bevægelig i en udboring 154. Spoleudboringen 154 er tilvejebragt i en blok 156, som er indeholdt i ventilhuset 24. Enderne af udboringen 154 er lukket ved hjælp af gevindproppen 158 og 160 (se også fig. 1 og 2). I udboringen 154 findes der styrekamre 162 og 164 ved de modstående ender af spolen 152. Ved hjælp af kanaler 166 og 168 er styrekamrene 162 og 164 forbundet med en pilotventil 151, som enten lukker for kamrene eller forbinder disse til forsynings- eller returtrykket. Når der hersker forsyningstryk i kammeret 162 og returtryk i kammeret 164, vil spoleventilen være bevæget mod venstre (nedad på fig. 6), hvorved der åbnes for en port 173. Porten 173 er åben i en grad, som afhænger af den tid, i hvilken kammeret 162 står i forbindelse med forsyningstrykket og kammeret 164 står i forbindelse med returtrykket, dvs. ventilens åbningsgrad er afhængig af, hvor længe den ved 181 skematisk viste forbindelse i pilotventilen 151 er opretholdt. Returvejen i hovedventilen 150 er derfor vist som en variabel modstand 177.

Føderøret 136 er forbundet til et centralt kammer 170 i spoleventilens udboring 154. Forsynings- og returrørledningerne er forbundet til henholdsvis kamrene 172 og 174 på modstående sider af det centrale kammer 170. Forsynings-og returakkumulatorer 36 og 32 er forbundet til forsyningskammeret 172 og returkammeret 174 i ventilen. Akkumulatorerne 32 og 36 kan være gasfyldte, bevægelige stempelakkumulatorer. Rørledningerne 26 og 28 til akkumulatorerne kan være forsynet med kontraventiler henholdsvis 167 og 169.

Pilotventilen 151 er et elektrohydraulisk organ, som kan påvirkes i modsatte retninger ved hjælp af et elektromagnetisk drivorgan.. Drivorganerne er vist som et par viklin-

DK 155385B

15 ger 176 og 178. Andre elektromagnetiske drivorganer såsom motorer, som benyttes i servoventiler, kan også bruges. Viklingerne modtager styresignaler, som er frembragt i det på fig. 7 viste styresystem. Pilotventilen har tre tilstande eller stillinger, som skematisk er vist ved forbindelser 179, 180 og 181. I stillingen 181, til hvilken ventilen 151 er fjederfprspændt, når viklingerne 176 og 178 ikke er aktive, er styrekamrene 162 og 164 lukkede, og hovedventilen 150 kan indstilles selektivt og forblive i den valgte stilling.

Styresystemet er vist på fig. 7> og dets arbejdstilstande fremgår af fig. 8. Pig. 8(e) viser den af kilden frembragte akustiske impuls på bølgeform. Stillingerne for pilotventilen 151 og hovedventilen 150 til frembringelse af den akustiske impuls er vist på fig. 8(a) og 8(b).

Som ovenfor nævnt styres pilotventilen 151 til antagelse af en ud af tre stillinger: Sg, hvor ventilen er helt åben for forsyning (179 på fig. 6), S^, hvor ventilen er helt åben for retur (180 på fig. 6) eller S^, som er midterstillingen (ingen fluidum strømning, se 181 på fig. 6). De elektriske styresignaler til ventilen 151 indebærer tre tilstande, hvor der enten føres fuld strøm til den enevikling 176, eller fuld strøm til den anden vikling 178, eller hvor der ikke føres strøm gennem nogen af viklingerne.

Hovedventilen 150 er sædvanligvis indstillet enten til fuld forsyning, Sg, eller til fuld retur Sp^, bortset fra den tid, hvor stemplerne 12 og 14 bevæges indad mod deres hosliggende stilling, hvilket vil blive benævnt som faldetiden, hvor hovedventilen 150 bringes til en stilling, som indebærer lidt mindre end fuld retur. Dette tidsinterval er angivet ved T2- T3*

Ved begyndelsen af en cyklus frembringes til tiden Tq en sendekommando. Efter en kort tidsforsinkelse af hensyn til 16

DK 155385 B

kilden, modtager pilotventilen 151 en besked om at vende tilbage, hvilket genereres ved hjælp af styresystemet til tidspunktet T^. Varigheden mellem T-^ og Tg styrer, hvor- meget fluidum der overføres til styrekamrene 162 og 164 i hovedventilen 150 og dermed spolen 152*s stilling. Til tidspunktet Tg antager pilotventilen 151 sin midterstilling 181, hvor den lukkes, og hovedventilen forbliver i delvis åben returstilling indtil tidspunktet T^. I løbet af intervallet Tg-T^ accelereres stemplerne indad mod deres hosliggende stilling. Trykket i hulrummet 120 (se fig. 8(d)) falder, men når ikke returtrykket PR, da porten 175 sr i fuld åben stilling. Trykket i 120 undergår nogle fluktuationer som følge af returakkumulatoren 32 (fig. 6). På tidspunktet T^ er pilotventilen 151 skiftet til forsyningsstillingen Sg (position 179)> og hovedventilen 150 følger med sin maksimale stighastighed. Tidsstyringen medfører, at hovedventilens spole 152 passerer sin midterstilling, hvor begge porte 173 og 175 (fig. 4) er lukkede, til det øjeblik, hvor det overførte tryk er maksimalt, hvilket svarer til en tilstand uden fluidumstrømning. Hovedventilen fortsætter i tilstanden S g, og efter et tidsinterval T-^-T^, i løbet af hvilket forsyningstrykket afgiver energi til stemplerne 12 og 14, skiftes pilotventilen 151 igen, til T^, til retur stillingen SR (position 180), og hovedventilen 150 følger efter. I løbet af det næste interval T^-Tg, omskiftes trykket i kamret 120 til P^, og fluidumstrømningen aftager i retur ledningen fra kamret 120, medens stemplerne decelereres imod deres yderste stilling (se fig. 8(c)). Efter dette interval skiftes pilotventilen 151 til Tg, atter til Sg (position 179) og hovedventilen åbner til forsyningsstillingen Sg, således at trykket i kamret 120 omskiftes til forsyningstrykket Pg og holder stemplerne i deres yderste stilling, klar til den næste besked om udsendelse af en akustiske impuls. Cyklus er slut, når hovedventilen 150 når forsynings-stillingen Sg til tiden Ty, og kammeret 120 er ved forsyningstrykket Pg.

DK 155385 B

17

Det fig. 7 viste styresystem har en engangssektion 200, som er indrettet til at modtage tidsstyrekommandoer Tq og et amplitydestyreniveau A . En styresignalfrembringende sektion 220 frembringer de mellemliggende tidsstyresignaler. En detektorsektion 230 indeholder en undervandstransor 202, såsom den på fig. 3 viste hydrofon 33, som kan være anbragt så tæt ved kilden til frembringelse af trykimpulsforløbet, der er vist på fig. ‘8(e). Detektorsektionen 230 frembringer styresignaler, som repræsenterer den aktuelle transmissionstid for den akustiske impuls T^ og dennes amplitude A . Sektionen 240 frembringer signaler, som styrer viklingerne’ 176 og 178 i pilotventilen 151. Transoren 202 har fordele med hensyn til pålidelighed og enkelthed. Der kan anvendes andre detektororganer til detektering af, hvornår stemplerne når deres inderste, d.v.s. hosliggende stilling. Sådanne fø-leorganer kan være afhængige af stemplernes vandring, hastighed eller acceleration.

Når sendekommandosignalet Tq ankommer, modtages det i en monostabil· multivibrator 211. Denne multivibrators tidsforsinkelse repræsenterer den forventede forsinkelse T^e mellem sendekommandoen og det udsendte signal for alle kilder i en samling af kilder eller for en individuel kilde, minus en lille tidsvariation, som repræsenterer forventede variationer ved kildernes aktivitet. Ved slutningen af tidsintervallet T^e sættes en multivibrator 212 af den negative gående forflanke fra den monostabile multivibrators udgangsimpuls, hvilket detekteres ved hjælp af et differentierende og inverterende kredsløb 185. Multivibratoren 212 slettes herefter til tiden T , hvor T^ svarer til den akustiske impulses spidsværdi, der forekommer, når stemplernes acceleration er maksimal. Dette sker i stemplernes hosliggende stilling og benyttes som tidspunktet for den hosliggende stilling dg det faktiske øjeblik for udsendelse af en akustisk impuls.

I løbet af intervallet mellem afslutningen af T^e og T^ vil en analog sluse 213 føre en strøm fra en strømkilde 186 til en integrator 214, som frembringer et analogt tidsfejlsignal 18

DK 155385 B

Tg, som repræsenterer tidsintervallet mellem den ønskede tid for stemplets hosliggende stilling og det faktiske tidspunkt for stemplernes hosliggende stilling. Integratoren 214 aflades derefter til tidspunktet Tg ved hjælp af en multivibrator 216 og en omskifter i form af en anden analog sluse 217> umiddelbart før der opnås en måling af fejlsignalet Tg.

Den analoge ampiitudestyrekommando Aq overføres til en differensforstærker 215 med det målte amplitudeniveau A . Differensudgangssignalet (AQ - Ap) fra forstærkeren 215 er et amplitudefejlsignal A^,.

De målte udgangssignaler Tp og Ap afledes i detektorsektionen 230. Signalet fra transoren 202 differentieres i et differentiationskredsløb 231. Et afledet signal, som forekommer ved spidsværdien for den udsendte trykimpuls, måles ved sammenligning af det differentierede signal med et nul reference niveau (stel) i en komparator 232. Samtidig eksemplerer et eksemplerings-og-holde kredsløb 234 tryksignalet til samme tidspunkt, hvorved der frembringes en analog repræsentation A af spidsværdien af den af kilden frembragte akustis- ir ke trykimpuls.

Den styresignalfrembringende sektion 220 indeholder et tog af kredsløb med variabel tidsforsinkelse (VTD) så som styrede, monostabile multivibratorer 221, 222 og 223 samt andre 227 og 228. Disse monostabile multivibartorer trigges hver af den faldende bagkant af impulserne fra de foregående monostabile multivibratorer ved hjælp af differentierende og inverterende kredsløb 187-190. Andre differentierende og inverterende kredsløb 191 i toget frembringer sidste tidssignal til Tg. Sekvensen begynder med sendekommandoen Tq, som trigger VTD 221. Tidsforsinkelsen for VTD 221 (T-^ - Tq ) er justeret ved hjælp af tidsfejlsignalet Tg, således at kilden senere i cyklus udsender en akustisk impuls nøjagtig til det ønskede tidspunkt. Til slutningen af intervallet (T^ - Tq) frembringes pilotventilkommandoen SR (position 180 fig. 5) til tids- 19

DK 15538SB

punktet T^ og kilden påbegynder sin transmissionscyklus.

Intervallet - T2 genereres ved hjælp af VTD 222, som styres af amplitudefejlsignalet AE, således at kilden frembringer et spidstrykniveau, der er bestemt ved A . Ved at ændre

O

intervallet T-^ - T^ varieres åbningen i hovedventilen 150’ s retur port 173» som styrer trykket i og fluidumstrømningen fra kammeret 120 (se fig. 8(d)) og styrer de resulterende fluidumtrykkræfter over stemplerne 12 og 14 i løbet af falde-tiden. Gøres intervallet - T2 længere opnås en mere intens trykimpuls.

På tidspunktet T2 returneres pilotventilen 151 til midterstillingen Sjyj, som holder hovedventilen 150’s spole 152 i den stilling, der er indstillet af pilotventil skiftetiden, T-^ til T2, gennem faldtiden (se fig. 8(a) og 8(b)). Efter et interval, T2 til T^, som er en smule mindre end den aktuelle faldtid frembringes et styresignal til tiden T^. Dette signal bringer pilotventilen 151 i forsyningsstillingen Sg (position 179). Hovedventilen 151 følger efter med sin stighastighed. Forsinkelsestiden for VTD 223 er styret således, at tidssignalet frembringes til tiden T^ såles inden T^, at hovedventilen passerer gennem sin midterstilling, Sjj, nøjagtig til tiden T (fig. 8(b) og 8(c)). En multivibrator 224 sættes, når pilotventilen 151 styres til forsyningsstillingen Sg, og slettes til det detekterede transmissionstidspunkt T^, når niveauet fra inverteren 233 bliver positivt. En analog sluse 225 frembringer et strømskift og oplader en integrator 226 fra en strømkilde 192, som fremkalder et analogt fejlsignal Tpe, som er proportionalt med tidsintervallet mellem pilotven- tilkommandoen til T-, og sendeimpulsen til T . Dette fejlsig-

O P

nal benyttes til at justere tidsforsinkelsen for VTD 223 således at ventilkommando T^.forudgår trykimpulsen med det ' korrekte tidsinterval. Integratoren 226 slettes til tiden T2, hvorved den forberedes til en ny fejlmåling hjælp af en multivibrator 227 og en som omskifter·' tjenende analog, sluse 228.

20

DK 155385 B

Efter tidspunktet vender stemplerne bevægelsesretning ud mod den yderste stilling, som er defineret ved, at skuldrene 148 og 149 ligger an mod inderkanterne af navene 46 og 48 (fig. 1). Varigheden' af denne udadgående delcyklus er styret og minimeret ved hjælp af hydraulisk fluidum ved forsyningstrykket, således at der opnås resulterende hydrauliske kræfter, som accelerer stemplerne udad fra den hosliggende stilling og deaocelererer stemplerne hen imod slutningen af den udadgående bevægelse, således at stemplerne når yderstillingen tilnærmelsesvis med en hastighed på nul. Ved denne udførelsesform er de resulterende hydrauliske kræfter for den udadgående stempelbevægelse kortere end varigheden for den udadgående bevægelse. Tidsforskellen justeres således, at stemplerne når den yderste stilling og rammer endestoppene med en hastighed, som er i det væsentlige nul. Derved undgås fejl i den akustiske impuls, hvilken fejl kunne skyldes vibrationer af stemplerne og svingninger i holderen. Det tidsrum, hvor de resulterende hydrauliske kræfter påvirker stemplerne i udadgående retning, fastlægges ved hjælp af monostab ilé multivibratorer 227 og_228. Disse monostabile multivibratorer er forud indstillet, således at der opnås den ønskede energioverførsel og energi-gendannelse i intervallerne henholdsvis T3 - T5 og T - Tg.

Signalerne til tidspunkterne T^ og Tg benyttes til at dirigere pilotventilen til returstillingen og derefter til forsyningsstillingen Sg. Hovedventilen 150 følger efter som vist på fig. 8(b). Ved slutningen af cyklus, d.v.s. efter Ty, er begge ventiler 150 og 151 i forsyningsstillingen Sg, og forsyningstrykket i kammeret 120 holder stemplerne i yderstillingen imod endestoppene (se fig. 8(d)).

I ventilstyresystemet 240 er viklingerne 176 og 178 i pilotventilen 151 vist. Når viklingen 178 aktiveres, opnås bevægelse til forsyningsstillingen Sg. Når den anden vikling 176 aktiveres, opnås en bevægelse til returstillingen S^ Hvis 21

DK 155385 B

ingen af viklingerne er aktiveret, vil pilotventilen være i sin midterstilling S^, som er den lukkede stilling (181, fig. 6). Styresignalerne frembringes ved hjælp af logiske kredsløb, som omfatter multivibratorer 241 til 244 og eller-sluser 245 og 246, som er afhængige af tidsstyresignaleme til tidspunkterne T-^, T2, T^, og Tg. Disse signalniveauer overføres til forstærkere 247 og 248 for viklingerne 176 og 178.

Som det kan ses på fig 8(a) er pilotventilen åben i stillingen Sg i intervallerne - TR og Tg - T^. Multivibratorerne 241 og 242 sættes i løbet af intervallerne henholdsvis T^ -Tcj °S T6"T1’ fra multivibratorerne 241 og 242 kombineres i eller-sluserne 245 og 246, hvorved pilotventilen styres gennem forstærkeren 247 indenfor de nævnte intervaller. På tilsvarende måde sættes multivibratorer 243 og 244 i løbet af intervallerne T-^ - T2 og T^ - Tg til frembringelse af styresignaler, således air ventilen kommer i stillingen SR.

På fig. 9 og 10 er vist forskellige typer stempler, som begge er af en fleksibel konstruktion (d.v.s. stemplerne er fleksible skiver). De på fig. 9 viste stempler 12a og 14a er konkave og undergår en udbøjning, når de støder mod hinanden langs periferien. De på fig. 10 viste stempler 12b og 14b er konvekse og undergår udbøjning, når de støder mod hinanden i området omkring deres centrum. Stivheden af masse-fjedersystemet og kilden er ikke afhængig af en komprimeret luft i kammeret 84. Systemets stivhed er styret og lineariseret ud fra de fleksible stemplers lineære stivhed, således at formen på den a-kustiske impuls er styret af stemplernes egen stivhedskarakte-r ristik.

På fig. 11, 12 og 13 er vist en anden udførelsesform for den hydroakustiske impulskilde ifølge opfindelsen. Kilden 300 svarer på flere områder til kilden 10, som er beskrevet i forbindelse med fig. 1, 2 og 4. Ens dele i de to kilder 10 og 22

DK 155385 B

300 har ens henvisningstal. Den på fig. 11 og 12 viste kilde 300 er simplificeret af hensyn til overskueligheden og forklaringen.

Kilden har flere hydrauliske organer, som overfører hydraulisk fluidum ved tre forskellige tryk, nemlig et højt låseeller holdetryk, som er angivet ved , et mellemtryk, som er angivet ved Pg og et lavtryk, som er angivet ved PR. Disse tryk kan frembringes af den samme eller forskellige hydrauliske kraftkilder. PR er returtryk, medens Pg og PR er overtryk. Mellemtrykket Pg og returtrykket PR overføres til stemplerne 12 og 14 ved hjælp af et hydraulisk kredsløb, som indeholder en hovedventil 150, et hydraulisk føderør 136, en ringkanal 132 og et porthul 134.

Kammeret 120 modtager trykfluidum ved trykkene Pg eller PR, som omskiftes ved hjælp af ventilen 150. Låsetrykket P^ indføres i kammeret 120 ved hjælp af et laveffekt hydraulisk kredsløb med en passage 302, som er afgrænset ved hjælp af et snævert hul 304. Hullet står i forbindelse med den rundt-gående rille i den aksiale udboring 96 i navet 46, hvorved ringkanalen 306 opnås. Ringkanalen 306 ligger i afstand fra og uden for ringkanalen 132, gennem hvilken det hydrauliske fluidum ved trykkene Pg og. P kan strømme ind i kammeret 120. Den hydrauliske væske ved låsetrykket PR kan således kun strømme ind i kammeret 120 via porten 134, når stemplerne 12 og 14 er i deres yderste stilling, som er vist på fig.

12. Nar stemplerne er i deres yderste stilling, er hovédventi-len 150 i sin midterstilling, hvor portene 173 og 175 til retur- og forsyningsrørledningerne er lukket. Den eneste strømning, som forekommer i kredsløbet for låsetrykket hidrører fra, at lækagen gennem hovedventilen 150 i dennes lukkede stilling skal overvindes, se fig. 12. Strømningen begrænses yderligere af åbningen 304. Der behøves derfor kun hydraulisk lavtrykskraft fra låsekredsløbet. Det hydrauliske fluidum ved låsetrykket P^ kan tilføres uden ophold til passagen 302.

23

DK 155385 B

Kilden 300Ts virkemåde vil fremgå nærmere af forklaringen i forbindelse med fig. 13. Det antages, at stemplerne 12 og 14 til at begynde med er i deres yderste stilling, som er vist på fig. 12. Låsetrykket er da tilstede i kammeret i 120, og de hydrauliske kræfter hidrørende fra låsetrykket, og som påvirker stangen 118, er tilstrækkelig til at holde stemplerne 12 og 14 i deres yderste stilling imod den af det omgivende vand udøvede kraft. Til tidspunktet omkring T& medfører en ordre til frembringeis af en a-kustisk impuls, at pilotventilen 151 (se fig. 6) overfører .....arbej dstrykkene til styrekamrene 162 og 164 i hovedentilen 150, hvorved ventilen skiftes mod venstre, bort fra den på fig. 12 viste midterstilling. Ventilstillingen i løbet af arbejds cyklus er vist på fig. 13c. Returporten 173 kan være styret som forklaret i forbindelse med fig. 6 og 7 med henblik på at styre amplituden af den resulterende akkustiske impuls ved at variere trykket i kammeret 120. Variationen i returtrykket er vist på fig. 13a med linjen 308.

DK 155385 B

24 I løbet af intervallet T til T_ føres stemplerne 12 a p og 14 ind imod hinanden til den hosliggende stilling som er vist på fig. . 11. Den akustiske impuls frembringes med dens maksimale amplitude ved T . Stemplerne får også hastigheden 0 til T . Tiden T detekteres som forklaret i

Ir Jr forbindelse med fig. 7, og hovedventilens spole skiftes mod højre. Forsyningsporten 175 åbnes, og returporten 173 lukkes, hvorved trykket i kammeret 120 skiftes fra PR til Pg, når stemplerne er i nærheden af deres inderste stilling, hvorved stempelreverseringen fremmes. Trykket Pg opretholdes indtil tiden Tc, hvor stemplerne 12 og 14 når deres yderste stilling. Til tidspunktet T vender hovedventilens spole 152 tilbage til midter-

O

stillingen, og trykket overgår til låsetrykket PL, som holder stemplerne 12 og 14 i deres ydre stilling.

Trykket Pg er tilstrækkeligt.til energiforsyning under reversering af stemplerne mod yderstillingen, således at stemplerne ankommer til yderstillingen med en hastighed på tilnærmelsesvis 0 til tiden Τβ. Trykket Pg er lavere end låsetrykket P^ og ville alene være utilstrækkelig til at holde stemplerne 12 og 14 i yderstillingen.

Når låsetrykket P^ til tiden TQ falder bort, vil stemplerne falde tilbage ifølge den på fig. 13b viste stiplede linie 500.

Trykket Pg er imidlertid tilstrækkelig til at bringe stemplerne i yderstillingen, hvor hastigheden er tilnærmelsesvis 0. Når skuldrene 148 og 149 således ankommer til inderkanten af navene 46 og 48, hvorved stemplernes yderstilling er begrænset, vil dette ske med en hastighed på i hovedsagen 0, således at der ikke frembringes transienter i den akustiske impuls, således som det ville være tilfældet, hvis der i løbet af hele returcyklus blev benyttet et tryk, som var tilstrækkeligt til at holde stemplerne i deres yderstilling. Det undgås således, at stemplerne støder kraftigt mod endestoppet og fremkalder 25

DK 15 5 3 8 5 B

forstyrrelser i den akustiske impuls. Det høje låsetryk kan f.eks. være dobbelt så stort som mellemtrykket Pg.

I tilfælde, hvor stempeldiameteren kan være ca. 1 meter, c kan trykket Ργ være 18 X 10 Pa og det mellemliggende tryk Pg kan være 9 x 10 Pa. Disse tryk er naturligvis kun vejledende og vil være afhængig af den faktiske form og dimensioner af stemplerne, akslen 90 og stangen 118.

Ved den på fig. 11-13 viste kilde 300 foregår omskiftningen af trykkene i kammeret 120 altid, når stemplerne 12 og 14 har hastigheden 0. Kavitation i ventil regionerne er derved undgået. Ved opstart af kilden kan der tilføres et begyndelsestryk ved hjælp af en ikke vist startventil, som er forbundet til føderøret 136. Alternativt kan der tvinges højtryksgas ind i kammeret 84 mellem stemplerne 12 og 14 til adskillelse af disse. Denne gas udblæses således, at der eksisterer et lavt tryk eller partielt vakuum i kammeret 34, før der udsendes en sekvens af akustiske impulser.

Den på fig. 14-17 viste hydroakustiske kilde 400 har den fordel, at behovet for særskilte hydrauliske kredsløb for indføring af hydraulisk fluidum ved låsetrykket P^ til kammeret 120 undgås. Kilden 400 har en hovedventil 402 til valg mellem tre tryk. På andre områder svarer kilden 400 til kilden 10, som er beskrevet i forbindelse med fig. 1, 2 og 4, og ens dele er angivet, med ens henvisningstal.

Ventilen 402 har en spole 404 som har fire stempeldele og tre ringkanaler. Stempeldelene og rillen på den venstre side af spolen 402 er indrettet til at overføre låsetrykket P^ til føderøret 136 via en kanal 406. Den tredje stempeldel fra venstre definerer portene 173 og 175j som omskifter trykket mellem Pg og PR. Ventilen

DK 155385 B

26 402 aktiveres og skiftes mod venstre eller højre ved hjælp af styretryk, som omskiftes via pilotventilen 151 (fig. 5) til styrekamrene 162 oh 164.

Virkemåden for kilden 400 vil hlive beskrevet i forbindelse med fig. Ϊ8. Ved opstart af kilden (d.v.s. før arbejdstrykkene er overført til kilden) er stemplerne 12 og 14 i deres inderste stilling som vist på fig. 14. Pilotventilen 151 aktiveres herefter således, at ventilen 402’s spole 404 bevæges mod højre (se fig. 15 og 18a), og låsetrykket PL vil herske i kammeret 120. Stemplerne 14 og 12 bevæges da udad imod havvandets tryk til den på fig. 15 viste stilling. Kilden er nu klar til udsendelse af en sekvens af impulser.

Til tidspunktet TQ medfører en ordre til udsendelse af den første impuls, at spolen 404 bevæges til venstre. Passagen 406 lukkes, og returtrykledningen forbindes tiL føderøret 136 via en port 175 (se fig. 16). Stemplerne 12 og 14 vil derefter fare ind mod hinanden og opnå den hosliggende stilling til tiden T , hvor den akustiske £r impuls har maksimal amplitude. Amplituden detekteres og benyttes til styring af ventilmekanismen. Under det interval, hvor stempelhastigheden er tæt ved 0, skiftes spolen 404 mod højre, hvorved porten 173 åbnes og porten 175 lukkes. Passagen 406 forbliver lukket, og trykket omskiftes fra P^ til Pg. Medens stemplerne 12 og 14 springer tilbage, vil mellemtrykket i kammeret 120 som vist på fig. 17 hjælpe til med at drive stemplerne ud til deres yderstilling (se fig. 18b). Stemplerne ankommer til deres yderstilling til tiden T_, hvor deres hastighed er 0 (se fig. 18c). Det undgås derved, at skuldrene 148 og 149 rammer endestoppene 46 og 48 med et slag, hvorved der undgås transienter i den akustiske impuls. Til tiden T skiftes spolen 404 yderligere mod højre (se fig. 15).

C

Passagen 406 er derved åben, således at der overføres

27 DK 155385 B

hydraulisk fluidum ved trykket PL til føderøret 136, hvorved stemplerne 12 og 14 holdes i deres yderste stilling. Forsynings- og returrørledningeme med trykkene henholdsvis Pg og P^ er lukkede (portene 173 og 175 er i lukket stilling). Cyklus gentages, når en besked om udsendelse af den næste akustiske impuls modtages.

I modsætning til den cyklus, som fremgår af fig. 8, medfører den på fig. 13 til 18 viste udførelsesform, at omskiftningen af hovedventilen mellem forsynings- og returtrykkene foretages, når stemplerne 12 og 14*s hastighed er lille. En lille stempelhastighed svarer til en lille strømningshastighed gennem forsynings- og returportene 175 og 175, hvilket medfører små effekttab i portenes lysning. Ved den cyklus, som fremgår af fig. 8, kan omskiftningen mellem forsynings- og returtrykket til tiden forekomme, når stempelhastigheden stadig er betragtelig. Den på fig. 11 til 14 viste udførelsesform kan være fordelagtig, hvor der ønskes større virkningsgrad, end der kan opnås med den på fig. 1 viste udførelsesform (den forbedrede virkningsgrad forudsætter større mekanisk og hydraulisk kompleksitet).

Fig. 19 viser en cyklus, hvor omskiftningen af trykkene i hulrummet 120 ikke sker til tidspunktet T , hvor stemplerne er i deres hosliggende stilling, men sker til andre tidspunkter i cyklus, hvor hastigheden er 0, og hvor accelerationen i nærheden af omskiftningen ikke er så stor, som den er til tiden T . Konstruktionen kan være udformet som vist på fig. 1-4. Styreordren til pilotventilen kan være frembragt efter sendekommandoen ved hjælp af et system af samme art som beskrevet i forbindelse med fig. 7. Til tidspunktet T bevirker en O.

returneringsordre, at hovedventilen skifter pludseligt mod stillingen SR. Returporten 175 behøver ikke at blive helt åben (100%) for at styre strømningen gennem hovedventilen 150 for styring af den akustiske impulses am-

DK 155385 B

28 pi i'tude .

Stemplerne 12 og 14 accelererer indad fra yderstillingen og springer tilbage som et fjedersystem (d.v.s. stemplets masse og den komprimerede luft i kammeret 84 mellem stemplerne). Til tiden T er den akustiske impulses amplitude maksimal, og stemplerne er i deres inderste, hosliggende stilling, hvor deres hastighed er 0 (se fig. 19b) men har stor acceleration. Da trykket i hulrummet 120 nu vender, vil de resulterende hydrauliske kræfter være inadrettét. Da den udadrettede kraft på stemplerne hidrørende fra den komprimerede gas i kammeret 84 bliver mindre end de resulterende inadret-tede kræfter på stemplerne, vil disse deaccelerere. Når stemplerne har reverseret, er deres hastighed atter 0.

Dette sker et sted i den yderste del af bevægelsesbanen som vist på fig. 19b. Til tidspunktet T skiftes pilotventilen 151 ved hjælp af en styreordre meget hurtigt til positionen Sg og derefter Sjj. Dette medfører, at hovedventilen 150’s forsyningsport 173 åbnes en lille smule (som vist på fig. 19a).

Trykket i kammeret 12’stiger langsomt som vist på fig.

19c, således at der opnås en resulterende udadrettet kraft mod stemplerne 12 og 14 på omkring 0. Kraften fra det omgivende vand og kraften hidrørende fra luften i kammeret 84 balancerer netop med den hydrauliske kraft på stangen 118 (se fig. 1). Fluidumstrømningen i kammeret 120 er da modstandsstyret af den høje resistans i forsyningsporten. Stemplerne 12 og 14 bevæges bort fra hinanden uden acceleration, indtil de når yderstillingen til tiden T ved endestoppene 148 og 149· Trykket i kammeret 120 er da Pg (se fig. 19c.- Formen for den akustiske impuls er vist på fig. 19d). Der findes ingen betydende akustiske transienter, da stempelhastigheden er tilnærmelsesvis 0, når stemplerne når deres yderstilling.

DK 155385 B

29

Ved kilden ifølge opfindelsen er opnået en forbedret kilde til frembringelse af. seismiske signaler, idet kilden er i stand til at frembringe sekvenser af impulser, som gentages hurtigt efter hinanden. Det vil kunne forstås, at en fagmand vil kunne foretage ændringer og modifikationer af de beskrevne udførelsesformer indenfor de ved kravene definerede rammer for opfindelsen.

Claims (14)

1. Hydroakustisk kilde, som er indrettet til efter nedsænkning i vand at frembringe en nøjagtigt tidsprogrammeret række af akustiske impulser med kontrolleret amplitude og spektralfordeling uden parasitsignaler eller ukontrollerede transienter, og omfattende i det mindste ét stempel (12), som har en ydre overflade (16) vendende imod det omgivende vand og er bevægeligt i modsatte retninger mellem en inderste og en yderste stilling, et hus (10) med en bøsning (40), der strækker sig omkring stemplets (12) omkreds for glidende optagelse af dette og afgrænsning af et område (84), som delvis er afgrænset af stemplets (12) indvendige overflade og af bøsningen (40), hvilket stempel har en drivaksel (90), der strækker sig langs stemplets centrale akse og ind i et kammer (120), i hvilket der kan indføres et hydraulisk trykfluidum til bevægelse af stemplet (12) mellem stemplets inderste og yderste stilling imod det omgivende vands tryk, kendetegnet ved (a) at det afgrænsede område (84) til at begynde med er udsat for et tryk, som er lavere end trykket i det omgivende vand, hvori kilden er nedsænket, og at stemplet (12) udgør en del af et masse-fjedersystem med en resonansperiode, som er mindst lige så kort som det korteste interval mellem impulserne i impulsrækken, (b) en kanal (136), der står i forbindelse med kammeret (120), (c) organer,* som er indrettet til at frembringe hydraulisk trykfluidum med et første, et andet og et tredje tryk, hvor det første tryk er højere end det andet tryk, og det andet tryk er højere end det tredje tryk, (d) en i kanalen (136) anbragt, elektrisk styret hydraulisk ventil (150), der står i forbindelse med organerne til frembringelse af hydraulisk trykfluidum til selektiv forbindelse af kammeret (120) med det første, det andet og det tredje tryk og til sty ring af det hydrauliske fluidums strømning mellem fluidumtryk- organerne og kammeret (120), DK 155385 B (e) organer (200, 220, 230), som er indrettet til at styre ventilen (150) til (i) at overføre det første tryk til kammeret til udøvelse af kraft på akselen (90) til at bevæge stemplet (12) til dets yderste stilling, til (ii) ved en første styreordre at omskifte trykket i kammeret pludseligt i retning mod det tredje tryk og til at styre strømningen gennem ventilen, medens stemplet bevæges indad fra dets yderste stilling, således at der fremkommer et tilbageslag af stemplet på et forud bestemt tidspunkt svarende til en impuls i impulsrækken, til (iii) at omskifte trykket i kammeret til det andet tryk under det interval, hvor stemplet (12) er i nærheden af sin inderste stilling og stempelhastigheden er tilnærmelsesvis nul, til at fremme stemplets tilbageslag, idet det andet tryk har en sådan størrelse, at stemplets hastighed under tilbageslagsbevægelsen er aftaget til nul, når stemplet når sin yderste stilling, samt til (iv) at omskifte trykket i kammeret til det første tryk til fastholdelse af stemplet i dets yderste stilling indtil en næste styreordre.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der findes to stempler (12, 14), som er bevægelige bort fra hinanden til den nævnte yderste stilling og ind imod hinanden til den inderste stilling, og at bøsningen (40) er anbragt omkring stemplerne til glidende optagelse af disse, hvor området (84) er afgrænset i modsatte retninger af modstående flader på forskellige af stemplerne, og at de nævnte stempler er indeholdt i de nævnte organer, som definerer et masse-fjedersystem, samt at der findes to (90, 92. af de nævnte drivaksler hørende til hvert sit af stemplerne, hvorhos kammeret i det mindste omfatter et kammer til optagelse af de nævnte aksler og af det hydrauliske trykfluidum, som kan påtrykkes de to aksler samtidigt, således at begge stempler samtidigt bevæges mellem den yderste og den inderste stilling.

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stempel-

32 DK 155385 B aktiveringsorganerne (200, 220, 230) omfatter organer ( 202), som er indrettet til at detektere, hvornår stemplerne når den inderste stilling med henblik på at tidsstyre omskiftningen af trykket i kammeret.

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at detekteringsorganerne (202) omfatter organer, som er afhængige af stemplernes acceleration.

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at de accelerationsdetekterende organer omfatter en undervand strans or, som er indrettet til at frembringe et udgangssignal i afhængighed af de nævnte akustiske impulser.

6. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den elektrisk styrede, hydrauliske ventil omfatter en effektventil (130) og en elektrisk styret pilotventil (151), hvor effektventilen er anbragt i den nævnte kanal og har et styrekammer,og at der findes organer til forbindelse af pilotventilen med styrekamrene (162) til selektiv afskæring og forbindelse af det hydrauliske fluidum ved forsynings- og returtryk til styrekamrene for aktivering af effektventilen (150).

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at ventilstyreorganerne omfatter organer (215), som er afhængige af amplituden for de akustiske impulser med henblik på at styre den elektrisk styrede hydrauliske pilotventil for styring af strømningen ud af kammeret til styring af stemplets indadgående acceleration og dermed til styring af de nævnte impulsers amplitude og tidsrelation.

8. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det nævnte kammer (120) er defineret af en aksial udboring (114) i akslen for det ene af de to stempler, hvilken udboring er lukket ved dens yderste ende, hvor akslen (92) for det andet af stemplerne udgør en stempelstang (118) til glidende optagelse i udboringen, hvilken stempelstang strækker sig indad til samvirkning DK 155385 B med det andet af stemplerne og med den yderste ende af udboringen, hvor den yderste ende og indvendige periferi af udboringen definerer det nævnte kammer.

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved,at stempelstangen (118) er sammenhængende med det sindet af de nævnte to stempler.

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at huset har en cirkulær rille (132), som strækker sig aksialt langs kammeret, og at akslen (90) for det ene af stemplerne har en radial passage (134), som kontinuert sætter kammeret i forbindelse med rillen , når den nævnte akse glider aksialt i huset hvorhos kanalen (136) er forbundet til rillen (132).

11. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at huset (10) har en udboring (96), som strækker sig udad langs stemplets midterakse, og at stemplets drivaksel (90) er anbragt glidende i den nævnte udboring, og at kammeret (120) er anbragt i udboringen, som har en første og en anden rille (132, 140) i den indvendige overflade, hvor den anden rille er anbragt i afstand fra den første rille i retning mod den yderste stillings og at der på akslen findes portorganer (134), som er indrettet til successivt at sætte kammeret i forbindelse med den første rille (13'2) og den anden rille (140) i takt med, at stemplet (I2j bevæges imod den yderste stilling, hvor forbindelsen med den anden rille optræder, når stemplet når sin yderste stilling, samt at der findes organer (130), som er indrettet til kontinuert at forbinde det første tryk til den anden rille, hvorhos kanalen står i forbindelse med den første rille.

12. Apparat ifølge krav 11, kendetegnet ved, at der findes to stempler (12, 14), hvor det ene stempel er forbundet til den nævnte aksel (90), som har en anden udboring (114), og at det andet af de nævnte stempler har en anden drivaksel (118), som er anbragt glidende i den anden udboring, og at kammeret (120) er beliggende i den anden udboring mellem enderne af den første og den anden drivaksel og at den første drivaksel har DK 155385 B en portåbning (134), som strækker sig radialt mellem kammeret og den første udboring, hvilken portåbning udgør de nævnte portorganer.

13. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den nævnte ventil er en 3-vejsventil (150), som er indrettet til selektivt at overføre det hydrauliske fluidum ved det tredie, det andet og det første tryk til kanalen (136) i tre successive ventilstillinger, og at ventilstyreorganerne (220) er indrettet til successivt at aktivere magnetventilen til de tre stillinger, når udstrålingsstemplet bevæger sig indad fra den yderste stilling, når udstrålingsstemplet ankommer til den inderste stilling, og når udstrålingsstemplet returnerer til den yderste stilling.

14. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der findes organer (202), som er indrettet til at detektere, hvornår stemplernes hastighed bliver nul tinder deres indadgående bevægelse mod hinanden, for styring af styreventilen (151), således at denne får effektventilen (150) til at skifte kamméret (120) fra returtrykket til forsyningstrykket i en forudbestemt tidsperiode, som begynder, efter at stemplernes hastighed er blevet nul, og som slutter, inden stemplerne når den yderste stilling, hvorefter kammeret skiftes tilbage til returtrykket, og at styreventilen er indrettet til at få effektventilen (150) til at omskifte kammeret til forsyningstrykket, når stemplerne når den yderste stilling.