FR2668809A1 - Servovalve a retroaction sur la pression. - Google Patents

Abstract

Un appareil pour réduire la distorsion harmonique et donner une réponse plus linéaire dans un vibrateur hydraulique, appareil qui génère un signal sismique dans la surface du sol et comporte une servovalve (18) de type commande du débit comprenant un conduit de bypass (46,47) et des conduits (35, 35A,39,39A) de rétroaction hydraulique entre les orifices de sortie (29A,29B) et les entrées (16,17) de la servovalve pour créer une rétroaction de pression différentielle négative exercée sur l'étage principal de la servovalve. La force développée dans l'actionneur d'un vibrateur hydraulique (32) est en relation directe avec la pression appliquée au piston hydraulique. Les changements de charge dûs aux conditions de la surface du sol se réfléchissent sous forme de changements dans la pression exercée de part et d'autre du piston hydraulique. La pression peut mieux se commander dans un actionneur si elle ne varie qu'en fonction du signal d'entrée et la réponse naturelle du vibrateur devient plus linéaire et la distorsion harmonique peut être réduite en utilisant une servovalve du type à commande de pression.

Description

SERVOVALVE A RETROACTION SUR LA PRESSION
Cette invention concerne une servovalve à rétroaction sur la pression pour un vibrateur sismique.

Le document US-A-3023782 illustre un dispositif mécanique pour améliorer la qualité globale du signal de sortie provenant de la valve de commande utilisée dans ce but.

Le document US-A-3228423 décrit une valve de commande hydraulique dans laquelle un mouvement mécanique est transmis d'une région sèche à une région remplie de fluide sous pression, la valve présentant une réponse linéaire. Le débit de sortie est proportionnel au signal d'entrée et dispose de moyens pour corriger les forces de frottement sur tout ou partie de la plage de fonctionnement de la valve pour améliorer la linéarité de réponse de la valve. L'amélioration s'obtient en utilisant un rotor pour un moteur-couple qui fonctionne à sec et qui, par 1 'intermédiaire d'un pivot rendu étanche et sans frottement, actionne un clapet associé à une ou plusieurs buses de fluide qui, à leur tour, sont en association fonctionnelle avec le tiroir de la valve.

Le document US-A-4184144 décrit un système pour commander la force impartie au sol par un vibrateur sismique en mesurant la force de crête impartie au sol puis en commandant l'amplitude du signal en réponse au signal mesuré pour obtenir la grandeur désirée de la force.

Le document US-A-4637002 décrit un procédé électronique pour réaliser l'auto-accord de la source sismique en utilisant un réseau de rétroaction. Le dispositif de commande inclut une technique d'états variables avec des états inaccessibles estimés par un modèle électronique.

Le document US-A-4679591 décrit un procédé électronique pour améliorer la valeur du signal provenant d'un système de servovalve.

Le document US-A-4751687 s'occupe d'un procédé pour entraîneur un vibrateur sismique avec un signal de commande pour produire un signal de sortie présentant une distorsion harmonique réduite au minimum. Le procédé comporte une étape de production d'une pluralité de signaux de distorsion harmonique relatifs à une fréquence fondamentale du signal de commande. Puis on fait varier la phase et l'amplitude du signal de distorsion harmonique pour produire, avec le balayage en fréquence du vibrateur, une variation du signal de distorsion. Parmi les variations, on sélectionne celle qui améliore la transmission globale du signal du vibrateur. Ce brevet concerne un procédé pour améliorer le signal de sortie en modifiant le signal d'entrée.

Le document US-A-3126031 concerne un procédé de réalisation d'une rétroaction de l'écoulement relatif à une servovalve pour linéariser le débit d'écoulement.

Le document US-A-3260273 décrit un procédé pour réaliser une rétroaction sur pression différentielle relative à un étage, entraîné mécaniquement, d'une servovalve hydraulique. Ce document ne concerne pas le problème consistant à réaliser une rétroaction sur la pression pour un étage, entraîné hydrauliquement, d'une servovalve ou pour amortir les rétroactions et les valeurs de sortie de la servovalve.

Le document US-A-4741364 concerne une valve à rétroaction sur la pression, à extrémité unique, qui obture la communication par l'intermédiaire d'un unique passage de rétroaction lors d'un mouvement déterminé de l'électro-valve pilote, de sorte que la valve pilote peut s'ouvrir complètement sans avoir à surmonter l'effet de la rétroaction sur la pression. Ce document ne concerne pas la rétroaction négative différentielle, la rétroaction continue ni l'amortissement hydraulique de la valeur de sortie de la valve.

Le document US-A-3461909 décrit une soupape de décharge de la pression et le document US-A-4265331 se rapporte à une disposition de valve qui réalise la rétroaction d'un flux hydraulique qui dépend uniquement de la position d'une pièce mécanique. I1 s'agit ici dflune rétroaction sur la position en comparaison de la rétroaction sur la pression. Cette rétroaction implique des orifices coulissants de forme qui sont bloqués lorsqu'un élément mécanique se trouve en position neutre et qui s'ouvrent proportionnellement au déplacement de l'élément à partir de sa position neutre.Ce document ne décrit pas de rétroaction sur pression négative différentielle, ni de rétroaction continue, ni d'amortissement hydraulique de la valeur de sortie de la servovalve. I1 ne réduit pas la distorsion harmonique d'un vibrateur sismique ou autre actionneur. I1 remplace des moyens électriques tels qu'un transformateur à déplacement linéaire variable (LVDT) pour centrer un tiroir ou autre élément mécanique.

Selon l'invention, on propose un appareil pour améliorer la linéarité et réduire la distorsion harmonique indésirable d'un vibrateur sismique comprenant une plaque de base pour mise en contact avec le sol, un actionneur du vibrateur, à manoeuvre hydraulique, présentant un piston et une tige de piston reliés à ladite plaque de base, et une masse de réaction couplée, en coulissement, avec ladite tige de piston, une servovalve, incluant une servovalve pilote, couplée activement audit actionneur et des moyens pour commander ladite servovalve, ladite servovalve étant caractérisée par le fait qu'elle comporte
un carter présentant un perçage central avec un premier et un second moyens pour obturer ledit perçage central à ses extrémités opposées;;
un moyen constituant un tiroir, incluant une tige de piston, placé dans ledit perçage central pour prendre un mouvement axial le long dudit perçage central, ledit moyen constituant un tiroir présentant une première paire de pistons montés aux extrémités de ladite tige de piston et au moins un moyen constituant un piston supplémentaire présentant un premier et un second côtés et fixé à ladite tige de piston entre ladite première paire de pistons;;
un premier et un second moyens constituant des orifices couplés audit perçage central pour faire passer du fluide hydraulique sous haute pression commandée, depuis ladite servovalve pilote, dans ledit perçage central entre ledit premier et ledit second moyens et ladite première paire de pistons en réponse à un signal de commande électrique amenant ledit moyen constituant un tiroir à se déplacer axialement dans ledit perçage central en réponse à une différence de pression dudit fluide hydraulique audit premier et audit second moyens constituant des orifices;
un moyen constituant un orifice d'entrée de la pression hydraulique relié audit perçage central entre ladite première paire de pistons;;
un troisième et un quatrième moyens constituant des orifices reliés audit perçage central de façon à envoyer le fluide hydraulique sous pression alternativement au premier et au second côtés dudit moyen constituant le piston actionneur du vibrateur lorsque ledit moyen constituant un tiroir se déplace alternativement et axialement le long dudit perçage;;
des moyens de rétroaction sur la pression hydraulique situés de façon à faire passer un débit prédéterminé continu de fluide hydraulique entre ledit troisième et ledit quatrième moyens constituant des orifices et ledit premier et ledit second moyens constituant des orifices, respectivement, et
un moyen, constituant un bypass hydraulique, formé de façon à faire passer un débit continu de fluide entre ledit troisième moyen constituant un orifice et ledit quatrième moyen constituant un orifice, ce qui réduit sensiblement ladite distorsion harmonique et améliore la linéarité de fonctionnement dudit actionneur du vibrateur.

Cette invention améliore la linéarité du vibrateur de façon telle que son signal de sortie suit de plus près le signal de commande électrique d'entrée; et la résonance naturelle sol/plaque de base est amortie; et la distorsion diminue. Ces améliorations résultent de changements dans l'étage principal d'une servovalve hydraulique qui fait circuler le fluide dans l'actionneur d'un vibrateur conventionnel et hors de cet actionneur. Les améliorations transforment la servovalve qui, de valve de commande du débit, devient une valve de commande de la pression, en réalisant, à partir de ses orifices de sortie, une rétroaction sur la pression négative différentielle. Cette rétroaction sur la pression consiste en un débit différentiel de fluide hydraulique passant par deux conduits sur la base de la pression différentielle appliquée au piston de l'actionneur du vibrateur.

La pression différentielle appliquée au piston représente la charge exercée sur la servovalve. L'importance de la rétroaction à appliquer est déterminée par des orifices prévus dans chaque conduit de rétroaction. L'amortissement hydraulique de la charge s'obtient en prévoyant un chemin hydraulique restreint entre les deux orifices de sortie de la servovalve. L'importance de l'amortissement est déterminée par un orifice.

Pour permettre de comprendre plus facilement l'invention on donne à titre d'exemple la description suivante en se référant aux dessins joints sur lesquels
La figure 1 est une vue en coupe d'une première réalisation de la valve servo-hydraulique conformément à l'invention, illustrant les orifices de rétroaction et d'amortissement pour réduire la distorsion et pour linéariser la réponse du vibrateur;
La figure 2 est un graphe donnant le spectre d'amplitude en décibels en fonction de la fréquence d'un signal d'entrée dans le cas d'un vibrateur hydraulique de l'art antérieur.

La figure 3 est un graphe donnant le pourcentage de distorsion en fonction de la fréquence d'un signal de l'art antérieur transmis dans le sol;
La figure 4 est un graphe du signal représentatif de la force transmise dans le sol dans l'art antérieur.

La figure 5 est un graphe du spectre d'amplitude en décibels en fonction de la fréquence pour le signal dans le cas de l'appareil de rétroaction de cette invention.

La figure 6 est un graphe du pourcentage de distorsion en fonction de la fréquence d'un tel signal.

La figure 7 est un graphe du signal représentatif de la force transmise dans le sol et
La figure 8 est une coupe partielle schématique d'une servo valve comportant trois pistons et incorporant l'appareil de rétroaction.

Les vibrateurs sismiques sont connus pour générer une distorsion harmonique indésirable. La production de cette distorsion harmonique non seulement gâche de l'énergie et rend plus difficile la mesure et la commande du signal de sortie du vibrateur, mais aussi diminue le rapport signal-bruit des signaux détectés. La distorsion harmonique peut résulter de non-linéarités dans un système servo-hydraulique de vibrateur,de non-linéarités sur la charge exercée sur le vibrateur par le sol, d'un couplage non linéaire entre le sol et le vibrateur et de flexion d'éléments mécaniques du vibrateur tels que la plaque de base.

Une source particulière de non-linéarité dans le système servo-hydraulique de vibrateur est la servovalve de type à commande du débit que tous les vibrateurs sismiques servo-hydrauliques ont utilisée jusqu ici. Une servovalve de commande du débit est conçue pour délivrer un flux de fluide hydraulique presque proportionnel au courant électrique d'entrée en supposant constante la chute de pression de part et d'autre de la servovalve.

Une amélioration peut obtenir en convertissant une servovalve conventionnelle du type à commande du débit en une servovalve de commande de la pression puisque la pression différentielle dans l'actionneur est directement proportionnelle à la force développée dans l'actionneur du vibrateur. Une servovalve à commande de la pression rend le vibrateur moins sensible aux variations de la charge qui se réfléchissent sur l'actionneur sous forme de changements de pression. Elle rend également l'action du vibrateur plus linéaire puisque c' est la force, et non le débit ou la vitesse, qui constitue le signal de sortie désiré du vibrateur.

Une autre non-linéarité qui constitue une source majeure de distorsion harmonique est la région de nullité qui se trouve au centre de la course du tiroir principal de la valve. Cette région de nullité est une petite région de la course sur laquelle la valve reste fermée lorsqu'elle commute pour passer de la situation dans laquelle elle envoie le flux hydraulique sous haute pression d'un côté du cylindre hydraulique pour commencer à l'envoyer de l'autre côté. Lorsque la servovalve traverse la région de nullité, la masse de réaction pesante est approximativement à son accélération maximale. Du fait de son inertie, la masse de réaction agit alors comme pompe pendant un temps bref et fait monter la pression à l'intérieur du cylindre, souvent jusqu'à des niveaux considérablement supérieurs à la pression d'alimentation hydraulique.Une telle pointe de pression hydraulique peut se traduire en une distorsion aux crêtes du signal représentatif de la force transmise au sol.

Conformément à l'invention, on a trouvé qu'une amélioration peut s'obtenir à la fois en appliquant une rétroaction sur la pression et en appliquant un orifice de bypass restreint bypassant les sorties de la servovalve. La rétroaction sur la pression tend à écarter le tiroir de sa position de nullité chaque fois que la pression d'un côté du piston de l'actionneur devient anormalement élevée et que la pression de l'autre côté du piston devient anormalement basse.

L'invention aide à empêcher la cavitation à la fois dans la servovalve et dans l'actionneur du fait que la valve équipée de la rétroaction sur la pression supprime la dépression anormale qui peut provoquer la cavitation en même temps qu'elle supprime la pression anormalement élevée exercée de l'autre côté du piston de l'actionneur. L'orifice de bypass a un effet direct et immédiat en supprimant à la fois les pressions anormalement élevées et les dépressions anormales du fait qu' il réalise une communication directe,bien que restreinte, du fluide entre les deux côtés du piston de l'actionneur. L'orifice de bypass n'a pas d'effet lorsque les pressions exercées des deux côtés du piston de l'actionneur sont les mêmes, et il a son effet maximal lorsque la pression différentielle de part et d'autre du piston est la plus grande.

En se reportant à toutes les figures, mais en particulier à la figure 1, elle représente une valve de commande servo-hydraulique. Dans le but de simplifier l'invention, on ne décrira pas le détail complet d'un vibrateur à commande servo-hydraulique. Un tel vibrateur servo-hydraulique est clairement connu comme illustré par le document US-A-3306391.

Par conséquent, des détails spécifiques du vibrateur et de son fonctionnement ne sont pas compris dans cette application.

Un signal d'entrée de commande 10 est, de façon générale, couplé, par l'intermédiaire d'un couplage électrique 11, à une valve de commande 12 (également dénommée servovalve pilote).

La valve de commande 12 contient de façon générale un moteurcouple qui commande la position d'une valve à tiroir qui transfère le débit d'huile, depuis une source de pression d'entrée 13, alternativement aux orifices 14 et 15 qui vont alternativement assurer l'admission de la pression et l'échappement aux orifices d'entrée 16 et 17 de l'étage principal 18 d'une valve servohydraulique, comportant un carter 19 à travers lequel est prévu un alésage cylindrique 20 dans lequel peut coulisser une valve à tiroir 21 comprenant une tige de piston 22 sur laquelle sont attachés ou formés une première paire de pistons ou de collets 23 et 24, à chaque extrémité de la tige 22, et une seconde paire intermédiaire de pistons 25 et 26 ou un troisième piston intermédiaire 45 (figure 8). Un orifice d'entrée de la haute pression 27 est couplé à une source d'un fluide hydraulique sous haute pression (non représenté) appliquée dans la direction de la flèche 28. Une paire d'orifices de sortie 29A et 29B sont couplés, par l'intermédiaire de conduits hydrauliques 30 et 31, au vibrateur hydraulique 32 de la façon habituelle. Ces détails sont bien connus de l'homme de l'art en servovalves. Un orifice de retour 33 assure un! retour du fluide hydraulique à l'entrée d'une pompe ou un autre procédé habituel est prévu pour le retour du fluide hydraulique. La configuration de l'appareil tel que décrit fait clairement partie de l'état de l'art et d'ailleurs est illustrée dans un catalogue Moog 762681, sous le nom de servovalve de commande de débit à deux étages Moog 760.

L'invention s'applique à une valve de commande du débit conventionnelle en prévoyant un premier orifice de rétroaction 35 obtenu en perçant un orifice 35 à l'opposé de l'orifice 29A, orifice qui est adjacent au piston 25 lorsque celui-ci se trouve dans sa position neutre. L'orifice 35 est fileté le long de sa paroi 36 et un bouchon avec orifice d'étranglement 37 y est introduit. Une seconde ouverture 39 est percée, depuis la face 38, dans l'orifice 35, en y formant un chemin pour aller de 29A à l'orifice 16 en passant par l'orifice 35 et.l'ouverture 39. L'orifice 35 est obturé de façon étanche par un bouchon fileté 40.La rétroaction hydraulique sur l'orifice 17 est réalisée par un système identique à celui précédemment décrit, c'est-à-dire que le système de rétroaction présente un orifice correspondant 35A en liaison fluidique directe avec l'orifice 29B, une portion filetée correspondante 36A, un bouchon avec orifice d'étranglement 37A, et une ouverture 39A percée depuis la face 38A et obturée par le bouchon 40A. Des plaques d'extrémité 34 et 34A obturent les faces correspondantes 38 et 38A du carter, assurant ainsi l'étanchéité du cylindre 20 et des orifices 39 et 39A. Par simplification, aucune garniture d'étanchéité n' a été représentée.

Un passage de bypass schématiquement représenté sous forme des orifices 46 et 47 est prévu pour permettre un passage du fluide entre les orifices 29A et 29B qui sont en communication fluidique directe respectivement avec les orifices 25 et 26.

L'orifice 47 est fileté le long de ses parois et un bouchon avec orifice d'étranglement 48 y est inséré.

Un signal de commande d'entrée électrique généré en 10, tel qu'un s i g n a 1 de balayage, ctest-à-dire un signal qui commence à une fréquence sinusoïdale basse et effectue un balayage en continu jusqu a une fréquence haute, par exemple de 2 Hertz à 80 Hertz, est appliqué à la valve de commande 12 par le circuit 11, changeant ainsi le sens de circulation du fluide hydraulique fourni par l'entrée 13 pour le faire passer de la séquence consistant à sortir par le conduit 14 pour entrer par l'orifice 16 puis sortir par l'orifice 17 pour entrer par l'orifice 15 et repartir par l'orifice 9, à la séquence inverse.

Par conséquent la pression s'applique soit à la face du piston 23 soit à la face du piston 24 de la valve de servo-commande 18. Lorsque la pression est plus grande à l'orifice 16 qu'à l'orifice 17, alors le piston 23 va se déplacer dans la direction de la flèche 41. Lorsque la pression est plus grande à l'orifice 17 qu'à l'orifice 16, alors la pression va croître contre la face du piston 24, déplaçant alors le piston dans la direction de la flèche 42. Etant donné que les pistons 25 et 26 sont couplés à la tige 22 ainsi qu' aux pistons 23 et 24, tout mouvement provoqué par les pistons 23 ou 24 dans la direction des flèches 41 ou 42 va faire que le fluide va circuler de l'orifice 27 soit dans l'orifice 29A, soit dans l'orifice 29B. Si par exemple le fluide entre dans l'orifice 29A, alors il sera appliqué au vibrateur hydraulique par le conduit hydraulique 30.Le fluide qui se trouve du côté opposé du piston dans le cylindre hydraulique (non représenté) du vibrateur hydraulique 32 va alors être évacué vers l'entrée de la pompe par l'intermédiaire du conduit 31 et de l'orifice 29B vers le conduit de retour 33.

L'orifice 35 est en communication fluidique directe avec l'orifice 29A. Lorsque la pression du fluide régnant à l'orifice 29A est élevée, alors le fluide va passer par l'orifice 35 puis par l'orifice d'étranglement 37, pour venir dans l'ouverture 39 et dans l'orifice 16, provoquant ainsi une augmentation de la pression exercée sur le piston 23. L'inverse va se produire lorsque la pression du fluide exercée sur le piston 29B est élevée. Le fluide va alors passer par l'orifice 35A et par l'orifice d'étranglement 37A, pour venir dans l'ouverture 39A et à l'orifice 17, provoquant ainsi une augmentation de la pression exercée contre le piston 24.

Etant donné que l'orifice 35 est en communication fluidique directe avec l'orifice 29A et avec le conduit 30 conduisant au vibrateur hydraulique, une rétroaction négative est appliquée au mouvement du tiroir 21 de la valve. Cette rétroaction négative est proportionnelle à la pression exercée d'un côté du cylindre de l'actionneur du vibrateur hydraulique. De même, une rétroaction négative provenant du côté opposé du cylindre de l'actionneur du vibrateur s'applique par le conduit 31, l'orifice 29B, l'orifice 35A, l'orifice d'étranglement 37A, le conduit 39A et le conduit 17, sur la face du piston 24.

Cet agencement exerce, de la part de l'actionneur du vibrateur hydraulique, une rétroaction de pression différentielle négative sur les extrémités du tiroir principal 21 de la valve.

Le résultat est essentiellement une servovalve de commande de la pression plutôt qu'une servovalve de commande du débit.

Ceci augmente la fidélité de l'actionneur du vibrateur hydraulique, le rend plus linéaire, et diminue sa distorsion du fait que la force de l'actionneur du vibrateur hydraulique devient égale au produit de la pression par la surface d'un côté du piston diminué du produit de la pression par la surface de l'autre côté du piston. La force de l'actionneur est la force appliquée sur la plaque de base du vibrateur 32 qui, à son tour, exerce sa force d'inertie, par couplage avec le châssis du véhicule et analogue. Toutefois, cette force est finalement transmise dans le sol sous forme de "force transmise au sol".

La phase et l'amplitude de la force transmise au sol sont typiquement commandées par des systèmes électroniques couramment disponibles pour vibrateurs sismiques Toutefois la commande du vibrateur devient plus facile et plus satisfaisante, et la distorsion se réduit lorsque la servovalve change pour devenir, au lieu d'un dispositif de commande du débit, un dispositif de commande de la pression, et le vibrateur devient alors plus linéaire. La commande de la phase et de l'amplitude deviennent notablement plus faciles avec une servovalve de commande de la pression dans le cas d'une résonance de sélectivité Q élevée entre la plaque de base du vibrateur 32 (non représentée) et la charge, en particulier si la surface du sol est du rocher dur ou de la glace épaisse. La pression renvoyée sur l'actionneur (non représenté) par la résonance avec la charge est réduite et amortie à la fois par la rétroaction sur la pression et par les orifices 46 et 47 bypassant les sorties et par l'orifice
d'étranglement 48 comme représenté sur les figures 1 et 8.

La servovalve à rétroaction sur la pression aide donc à résoudre le problème de l'établissement d'une pression élevée au moment où la masse de réaction se trouve à son accélération de crête, ou près de cette accélération, et où le tiroir 21 de la valve se trouve dans la position de nullité représentée sur la figure 1. Lorsque cette pression s'établit, la rétroaction sur la pression repousse le tiroir de la valve pour l'écarter de la position de nullité, supprimant ainsi la pression.

Lorsqu'une pression anormalement élevée s'établit d'un côté du piston de l'actionneur du vibrateur, une pression anormalement basse peut se présenter de l'autre côté. Une pression anormalement basse se traduit souvent par de la cavitation et des dommages à des pièces métalliques. Cette pression faible exerce une rétroaction sur le tiroir 21 de la valve et tend à la déplacer dans la même direction que la haute pression appliquée sur l'autre extrémité du tiroir. Lorsque le tiroir de la valve s'ouvre, la pression élevée et la pression anormalement basse sont l'une et l'autre supprimées pour devenir des pressions normales et souhaitables.

Les pressions de fluide provenant des orifices de sortie 29A et 298 sont envoyées, par rétroaction, comme décrit précédemment, par l'intermédiaire des orifices d'étranglement amovibles 37 et 37A, sur les faces des pistons 23 ou 24 respectivement. En changeant la dimension des orifices d'étranglement 37 ou 37A, on peut régler l'importance de la rétroaction pour chaque type de valve jusqu'à obtenir une rétroaction satisfaisante. Le sens de circulation doit être tel que ce soit une rétroaction négative qui exerce. Cette rétroaction négative tend à retarder les excursions du tiroir de la valve et à annuler la distorsion harmonique.

En se reportant à la figure 2, on voit qu'elle illustre le signal représentatif de la force transmise au sol par un vibrateur servo-hydraulique utilisant une servovalve standard ne comportant pas la rétroaction de cette invention. Cette figure représente le spectre d'amplitude du signal représentatif de la force transmise au sol par le vibrateur pendant un balayage linéaire de quatre secondes sur une unique octave de deux à quatre Hz. Le lobe principal sur la gauche est l'énergie désirée ou énergie fondamentale, montrée en décibels (dB) et normalisée pour O dB.

L'énergie représentée à la droite du lobe fondamental e s t la distorsion harmonique. La figure 3 représente un vibrateur comportant des servovalves standards et illustre le pourcentage de distorsion en fonction de la fréquence. La distorsion harmonique du vibrateur est représentée en termes relatifs en fonction de la fréquence.

La figure 4 est le résultat d'une servovalve standard entraînant un vibrateur servo-hydraulique et elle représente le signal représentatif de la "force transmise au sol" du vibrateur au cours de la portion centrale du balayage linéaire de quatre secondes. L'échelle est en volts lus sur un appareil de mesure de la force. Le signal représente une distorsion harmonique significative. Les vibrateurs sismiques sont connus pour produire une distorsion harmonique plus forte à basse fréquence qu'à haute fréquence. On a choisi les basses fréquences pour ces tracés pour dramatiser le problème et sa solution, mais les mêmes problèmes et la même solution s' appliquent à des fréquences relativement élevées, bien que dans une moindre mesure.

Les figures 5, 6 et 7 illustrent le signal de sortie amélioré provenant d'un vibrateur servo-hydraulique utilisant le système de rétroaction hydraulique négative de cette invention.

On se reporte en particulier à la figure 5, qui est un tracé de l'amplitude en décibels en fonction de la fréquence.

La distorsion harmonique est sensiblement réduite, sa majorité se situant en dessous de -30 dB. La figure 6 illustre la distorsion en fonction de la fréquence, sur une échelle linéaire, de la valve à servocommande améliorée. Le pourcentage de distorsion est indiqué en termes relatifs. La figure 7 illustre la forme d'onde améliorée du signal de sortie du vibrateur en fonction du temps. Le signal représentatif de la "force transmise au sol" du vibrateur donnant environ la même force fondamentale que celle représentée sur la figure 4 illustre que le signal représentatif de la "force transmise au sol" présente une distorsion remarquablement moindre qu'avec la servovalve standard.

Le signal de sortie désiré est une onde sinusoïdale. L'équipement utilisé pour recueillir l'information des figures 2 à 7 est le suivant:
Une servovalve modèle Atlas 10029-4 modifiée pour donner une rétroaction sur la pression. Les données des figures 2, 3 et 4 ont été obtenues en remplaçant les orifices 37 et 37A (figure 1) par des bouchons pleins. Les données des figures 5, 6, 7 ont été obtenues avec un orifice d'étranglement de diamètre 1,1 mm (0,043 pouce) dans chaque orifice. Le vibrateur est un vibrateur
Mertz Model 11. Le circuit électronique est un circuit électronique de commande de vibrateur Pelton Advance II. Dans tous les tests, le vibrateur et les circuits électroniques ont été identiques.

On a utilisé un ordinateur et un logiciel identiques pour tracer les données dans les deux cas.

En se reportant à la figure 8, les mêmes éléments présentent les mêmes repères que sur la figure 1. La principale différence entre la figure 8 et la figure 1 est l'emploi d'un unique piston 45 plutôt que d'une paire de pistons 25 et 26 comme représenté sur la figure 1. Le fonctionnement de la valve servo-hydraulique illustrez sur la figure 8 est sensibbement identique à celui déJà décrit pour la figure 1. Toutefois, un conduit 39 relie l'orifice 35 à l'orifice 17 et un conduit 39A relie l'orifice 35A à l'orifice 16. Cette liaison des orifices est nécessaire pour que la rétroaction sur pression différentielle soit de polarité négative.

On peut placer des passages 39 ou 39A à l'intérieur du carter 19 comme représenté sur la figure 1 ou à l'extérieur du carter 19 comme représenté sur la figure 8.

On voit clairement que la rétroaction négative obtenue en faisant en sorte qu'une certaine proportion de la pression de sortie provenant de l'étage principal de la servovalve sorte par les orifices et revienne aux orifices d'entrée de la servovalve améliore la linéarité du vibrateur et réalise donc la réduction de la distorsion obtenue par cette invention. Le fait de prévoir un bypass pontant les sorties de la servovalve améliore la stabilité du système sous des conditions de charge variables et amortit les résonances et le bruit dans le système hydraulique, que ces résonances et ce bruit soient causés par des composants hydrauliques ou par la vibration de composants mécaniques.

On peut procéder à d'autres modifications de l'invention, par exemple en prédéterminant la dimension exacte de l'orifice dré- tranglement et en perçant le trou au diamètre correct dans les orifices 35, 35A et 46 sans utiliser un orifice d'étranglement rempla çable. On voit clairement que l'on pourrait utiliser une valve pour commander l'importance de la rétroaction sans qu'un orifice d'étranglement soit nécessaire, par exemple à la place des orifices d'étranglement d é c r i t s dans c e t t e invention, on pourrait utiliser des valves à pointeau ou à aiguille. On peut utiliser une valve comportant plus de trois ou moins de trois étages d'amplification et on peut appliquer la rétroaction sur la pression soit à l'étage final soit à un étage intermédiaire.

On se rendra compte également que la rétroaction sur la pression et le conduit de bypass de sortie peuvent s'appliquer à une servovalve conçue de façon que la valve effectue un mouvement circulaire plutôt qu'un mouvement de coulissement linéaire. La rétroaction sur la pression peut également s'appliquer si les orifices d'admission de la haute pression et les orifices de retour de la basse pression sont interchangés. De plus, la rétroaction sur la pression pourrait s'appliquer à un tiroir de valve coulissant sans mélanger le débit hydraulique provenant de la rétroaction de la pression avec le débit provenant d'un étage hydraulique précédent tel qu'une valve pilote, en ajoutant des pistons supplémentaires sur l'arbre du tiroir de valve ou en utilisant un piston à diamètre étagé avec une garniture d'étanchéité entre les deux diamètres.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour améliorer la linéarité et réduire la distorsion harmonique indésirable d'un vibrateur sismique (32) comprenant une plaque de base pour mise en contact avec le sol, un actionneur du vibrateur, à manoeuvre hydraulique présentant un piston et une tige de piston reliés à ladite plaque de base1 et une masse de réaction couplée, en coulissement, avec ladite tige de piston, une servovalve (18), incluant une servovalve pilote (12), couplée activement audit actionneur et des moyens (10,12) pour commander ladite servovalve, ladite servovalve (18) étant caractérisée par le fait qu'elle comporte

un carter (19) présentant un perçage central (20) avec un premier et un second moyens (34,34A) pour obturer ledit perçage central à ses extrémités opposées;;

un moyen constituant un tiroir (21), incluant une tige de piston (22), placé dans ledit perçage central (20) pour prendre un mouvement axial le long dudit perçage central, ledit moyen constituant un tiroir présentant une première paire de pistons (23,24) montés aux extrémités de ladite tige de piston (22) et au moins un moyen constituant un piston supplémentaire (25,26,45) présentant un premier et un second côtés et fixé à ladite tige de piston entre ladite première paire de pistons;;

un premier et un second moyens constituant d e s orifices (16,17) couplés audit perçage central (20) pour faire passer du fluide hydraulique sous haute pression commandée, depuis ladite servovalve pilote (12), dans ledit perçage central entre ledit premier et ledit second moyens (34,34A) et ladite première paire de pistons (23,24) en réponse à un signal de commande électrique amenant ledit moyen constituant un tiroir (21) à se déplacer axialement dans ledit perçage central en réponse à une différence de pression dudit fluide hydraulique audit premier et audit second moyens constituant des orifices (16,17);

un moyen constituant un orifice (27) d'entrée de la pression hydraulique relié audit perçage central entre ladite première paire de pistons (23,24);;

un troisième et un quatrième moyens constituant des orifices (29A,29B) reliés audit perçage central de façon à envoyer le fluide hydraulique sous pression alternativement au premier et au second côtés (en 30 et 31) dudit moyen constituant le piston actionneur du vibrateur lorsque ledit moyen constituant un tiroir (21) se déplace alternativement et axialement le long dudit perçage;;

des moyens (35,35A) de rétroaction sur la pression hydraulique situés de façon à faire passer un débit prédéterminé continu de fluide hydraulique entre ledit troisième et ledit quatrième moyens constituant des orifices (29A,29B) et ledit premier et ledit second moyens constituant des orifices (16,17) respectivement, et

un moyen (46), constituant un bypass hydraulique, formé de façon à faire passer un débit continu de fluide entre ledit troisième moyen constituant un orifice (29A) et ledit quatrième moyen constituant un orifice (29B), ce qui réduit sensiblement ladite distorsion harmonique et améliore la linéarité de fonctionnement dudit actionneur du vibrateur.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens constituant des orifices d'étranglement (37,37A,48) sont montés dans lesdits moyens (35,35A) de rétroaction hydraulique et dans ledit moyen (46) constituant un bypass hydraulique pour déterminer la résistance d'écoulement.

3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit moyen (21) constituant un tiroir comporte une seconde paire de pistons (25,26) espacés l'un de l'autre et dans lequel ledit orifice (27) d'entrée de la haute pression est situé dans ledit perçage central (20), entre ladite seconde paire de pistons (25,26) espacés l'un de l'autre.

4. Appareil selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit moyen constituant un piston supplémentaire comporte un unique piston (45) monté sur ledit orifice (27) d'entrée de la haute pression pour bloquer ledit orifice d'entrée de la haute pression lorsque ledit tiroir se trouve dans une position centrée ou neutre, intermédiaire entre ledit premier et ledit second moyens d'obturation.

5. A p p a r e i 1 constituant un vibrateur hydraulique pour créer un signal sismique dans la surface du sol, ledit vibrateur hydraulique (32) comprenant une plaque de base, un actionneur de vibrateur présentant un piston et une tige de piston reliés à ladite plaque de base, et une masse de réaction mécaniquement couplée, en coulissement, avec ladite tige de piston, ledit actionneur de vibrateur étant manoeuvré hydrauliquement par une servovalve (18) présentant un orifice d'entrée (27) et présentant des orifices de sortie (29A,29B) couplés audit actionneur de vibrateur manoeuvré hydrauliquement, ainsi qu'un orifice (16,17) d'entrée de la pression hydraulique dans ladite servovalve, un appareil pour améliorer la linéarité et pour réduire la distorsion harmonique dudit vibrateur sismique lors de la transmission d'un signal dans ladite surface du sol, appareil caractérisé en ce qu'il comporte:

(a) des moyens (35,35A) de rétroaction hydraulique couplés entre lesdits orifices de sortie (29A,29B) et ledit orifice d'entrée correspondant (27); et

(b) un moyen (46) constituant un bypass hydraulique, couplé entre l'un des orifices de sortie de ladite servovalve et l'autre orifice de sortie;

(c) des moyens (37,37A) dans lesdits moyens de rétroaction hydraulique pour prédéterminer la résistance à l'écoulement relative au fluide hydraulique passant desdits orifices de sortie auxdits orifices d'entrée correspondants, et

(d) un moyen (48) dans ledit moyen (46) constituant un bypass hydraulique pour prédéterminer la résistance à l'écoulement relative au fluide hydraulique passant de l'un des orifices de sortie de ladite servovalve à l'autre orifice de sortie.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens (37,37A,48) pour prédéterminer la résistance à l'écoulement relative au fluide hydraulique sont des moyens constituant des orifices.

7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que ladite valve servohydraulique comporte un carter (19) présentant en son intérieur, un cylindre longitudinal (20) avec une valve à tiroir (21) qui y est positionnée avec liberté de coulissement, ladite valve à tiroir présentant une paire de pistons d' extrémité (23,24) et des moyens (25,26,45) constituant un piston intermédiaire, chacun desdits orifices d'entrée communiquant avec chacun desdits pistons d'extrémité; ledit orifice de pression d'entrée communiquant avec ledit cylindre longitudinal entre ladite paire de pistons d'extrémité; et dans lequel lesdits moyens de rétroaction hydraulique incluent des conduits formés dans ladite valve servohydraulique entre ledit orifice de sortie et son orifice d' entrée correspondant; lesdits conduits présentant des moyens pour limiter le débit du fluide hydraulique passant dans lesdits conduits.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens prévus pour limiter le débit du fluide hydraulique sont constitués par un orifice d'étranglement.