FR2725867A1 - AUTONOMOUS ACOUSTIC SOURCE FOR THE TOMOGRAPHY OF OCEANS - Google Patents
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- G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
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Abstract
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de transducteurs électroacoustiques pour l'émission d'ondes acoustiques en immersion dans un liquide pour la réalisation d'une source autonome acoustique pour la tomographie des océans. Une telle source autonome suivant l'invention comprend un container (2) de stockage d'énergie et des systèmes électroniques et électriques nécessaires au fonctionnement de ladite source, au moins un émetteur (1) acoustique solidaire dudit container, et un dispositif de maintien (3, 4) suivant un axe déterminé (xx'); ledit émetteur (1) est un transducteur de forme cylindrique externe (13), creux et ouvert en son centre, rayonnant les ondes acoustiques radialement dans toutes les directions et dans le plan perpendiculaire à l'axe (xx'), et ledit container (2) de forme cylindrique et de dimensions compatibles, enfilé et fixé coaxialement dans la partie intérieure ouverte du tore (13).The technical sector of the invention is the field of the manufacture of electroacoustic transducers for the emission of acoustic waves in immersion in a liquid for the production of an autonomous acoustic source for the tomography of the oceans. Such an autonomous source according to the invention comprises an energy storage container (2) and electronic and electrical systems necessary for the operation of said source, at least one acoustic transmitter (1) integral with said container, and a holding device ( 3, 4) along a determined axis (xx '); said transmitter (1) is a transducer of external cylindrical shape (13), hollow and open in its center, radiating acoustic waves radially in all directions and in the plane perpendicular to the axis (xx '), and said container ( 2) of cylindrical shape and compatible dimensions, threaded and fixed coaxially in the open interior part of the torus (13).
Description
Source autonome acoustique pour la tomographie des océans.Autonomous acoustic source for ocean tomography.
DESCRIPTIONDESCRIPTION
La présente invention a pour objet une source autonome acoustique pour la tomographie des océans. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication des transducteurs électroacoustiques pour l'émission The present invention relates to an autonomous acoustic source for the tomography of the oceans. The technical field of the invention is the field of the manufacture of electroacoustic transducers for the emission
d'ondes acoustiques en immersion dans un liquide. of acoustic waves immersed in a liquid.
L'application principale de l'invention est la possibilité d'émettre et/ou de recevoir des ondes acoustiques dans des plans horizontaux pour étudier les différentes propriétés, par couches ou par tranches, des océans, tel que la température, la salinité, la densité, les courants etc.... tant pour la compréhension des The main application of the invention is the possibility of transmitting and / or receiving acoustic waves in horizontal planes to study the different properties, in layers or slices, of the oceans, such as temperature, salinity, density, currents etc ... both for the understanding of
phénomènes que de leur fluctuation au cours du temps. phenomena as their fluctuation over time.
Une publication de la revue "Pour la Science" No. 158 de Décembre 1990, pages 66 et suivantes et présentée par Messieurs Robert SPINDEL et Peter WORCESTER décrit une telle application, les A publication of the journal "Pour la Science" No. 158 of December 1990, pages 66 and following and presented by Messrs Robert SPINDEL and Peter WORCESTER describes such an application, the
équipements et les mesures obtenus à ce jour dans ce domaine. equipment and measurements obtained to date in this area.
Ils nous enseignent en particulier "qu'il est connu depuis longtemps que les océans adoucissent les températures des continents, influent sur les variations saisonnières du climat et transportent des corps chimiques dissous, des nutriments, des polluants et même des plantes et des animaux, d'une région de la Terre vers une autre. Les fluctuations de ces énormes masses liquides sont complexes: leur turbulence se manifeste tantôt par des brassages permanents à petite échelle et des ondes internes, tantôt par de grands courants océaniques, tel le Gulf Stream, qui varient saisonnièrement ou à plus long terme à l'échelle d'un bassin; des différences d'échelles rendent difficile l'étude précise des structures océaniques par les In particular, they teach us that "it has long been known that the oceans soften the temperatures of the continents, influence seasonal climate variations, and carry dissolved chemical substances, nutrients, pollutants and even plants and animals. The fluctuations of these enormous liquid masses are complex: their turbulence is sometimes manifested by permanent small-scale mixing and internal waves, sometimes by large ocean currents, such as the Gulf Stream, which seasonally or in the longer term on a basin scale, differences in scale make it difficult to accurately
instruments de mesure classiques".conventional measuring instruments ".
Il a donc été mis au point une technique, dite "tomographie acoustique des océans" pour engendrer une image à trois dimensions de la zone traversée par des ondes sonores, comme cela se fait en médecine avec des faisceaux de rayons "X", ou en géologie de la croûte terrestre avec des ondes sismiques: dans le domaine océanique, on utilise des ondes acoustiques basses fréquences. Celles-ci soumises aux lois physiques connues diminuent d'intensité au fur et à mesure de l'éloignement de leur source d'émission, peuvent être accélérées, ou déviées, ou ralenties lorsqu'elles rencontrent et se déplacent avec les courants, être atténuées, réfléchies ou réfractées par des variations de température, de densité, ou de salinité... Leur comportement étant prévisible et interprétable avec précision par des lois physiques, les perturbations du champ acoustique fournissent alors les informations nécessaires à la détermination de certaines It has therefore been developed a technique called "acoustic ocean tomography" to generate a three-dimensional image of the area crossed by sound waves, as is done in medicine with beams of "X" rays, or in geology of the earth's crust with seismic waves: in the oceanic domain, low-frequency acoustic waves are used. The latter, subject to the known physical laws, diminish in intensity as the distance from their source of emission increases, can be accelerated, or deviated, or slowed down when they meet and move with the currents, be attenuated. , reflected or refracted by variations of temperature, density, or salinity ... Since their behavior is predictable and can be interpreted with precision by physical laws, disturbances of the acoustic field then provide the information necessary for the determination of certain
propriétés des masses océaniques. properties of ocean masses.
Une des informations importantes est déduite de la variation de vitesse des ondes acoustiques qui augmente avec la température et la pression: le son se déplace ainsi plus vite et dans les eaux chaudes de surface, et moins vite au fur et à mesure que la profondeur augmente du fait de la chute de température, jusqu'à 1.000 mètres environ en moyenne, et quelque fois plus; et au delà de cette immersion, l'augmentation de pression compensant l'effet de diminution de température, la vitesse réaugmente. Ces variations de quelques pour cent de la vitesse moyenne, définissent donc une profondeur de vitesse minimale, autour de laquelle les ondes sont en quelque sorte piégées dans un chenal sonore, car si l'onde s'incurve vers le haut ou vers le bas autour de cette profondeur, l'accélération de sa vitesse qui en One important piece of information is derived from the acoustic wave velocity variation, which increases with temperature and pressure: the sound travels faster and in warmer surface water, and less rapidly as the depth increases. because of the temperature drop, up to about 1,000 meters on average, and sometimes more; and beyond this immersion, the pressure increase compensating the effect of temperature decrease, the speed increases. These variations of a few percent of the average speed, therefore define a minimum depth of velocity, around which the waves are somehow trapped in a sound channel, because if the wave is curving up or down around of this depth, the acceleration of its speed which in
résulte, la renvoie soit vers le bas ou le haut respectivement. results, the returns either down or up respectively.
On utilise dans cette application des ondes acoustiques basses fréquences, et même aux plus basses fréquences possibles, car leur énergie est moins atténuée avec la distance que pour des fréquences supérieures: ainsi les ondes de fréquences inférieures à 100 hertz Low-frequency acoustic waves are used in this application, and even at the lowest possible frequencies, because their energy is less attenuated with distance than for higher frequencies: thus the waves of frequencies lower than 100 hertz
parcourent des milliers de kilomètres sans perte importante d'énergie. travel thousands of kilometers without significant loss of energy.
Quand ces ondes sont canalisées dans le chenal de profondeur de vitesse minimale définie ci-dessus, et sont émises dans différentes directions, leur propagation multidirectionnelle, indispensable à la tomographie, échantillonne le plan vertical entre chaque couple de When these waves are channeled into the minimum velocity depth channel defined above, and are emitted in different directions, their multidirectional propagation, indispensable for tomography, samples the vertical plane between each pair of
balises acoustiques émettrice et réceptrice. acoustic beacons transmitter and receiver.
Les ondes acoustiques émises dans une direction pratiquement parallèle à l'axe du chenal de vitesse minimale, longent celui-ci dans Acoustic waves emitted in a direction substantially parallel to the axis of the minimum speed channel,
une région o le son se propage donc lentement. a region where sound is spreading slowly.
En revanche, les ondes émises soit au-dessus ou au-dessous de cette profondeur du chenal de vitesse minimale, ou vers le haut, ou vers le bas, se déplacent près de la surface ou près du fond de l'océan, et suivant une trajectoire traversant des régions de vitesse élevée; ainsi elles parviennent aux récepteurs les premières dans la plupart des régions de l'océan, car leur vitesse est en moyenne plus élevée, et un son unique bien net est reçu en un point éloigné sous forme de plusieurs reproductions du son d'origine. Des dizaines de trajets du signal acoustique sont possibles et On the other hand, waves emitted either above or below this depth of the minimum velocity channel, or upwards or downwards, move near or near the ocean floor, and following a trajectory crossing regions of high speed; thus they arrive at the receivers first in most parts of the ocean, because their velocity is on average higher, and a single sound well net is received at a distant point in the form of several reproductions of the original sound. Dozens of acoustic signal paths are possible and
existent en effet pour chaque couple d'instruments émetteur-récepteur. exist for each pair of transceiver instruments.
Chaque signal se déplaçant le long d'un trajet différent des autres, traverse une partie différente de la colonne d'eau; ainsi, les trajets proches de l'axe du chenal défini ci-dessus de vitesse minimale, ne fournissent des données que sur les caractéristiques de l'eau à cette profondeur. Suivant le trajet emprunté par chacun des signaux reçus par le récepteur, et qui est déterminé suivant son moment d'arrivée, on identifie la partie de la colonne d'eau ainsi Each signal moving along a different path from the others, crosses a different part of the water column; thus, the paths close to the axis of the channel defined above minimum speed, provide data only on the characteristics of the water at this depth. Depending on the path taken by each of the signals received by the receiver, and which is determined according to its arrival time, it identifies the part of the water column and
échantillonnée.sampled.
Quand on utilise plusieurs émetteurs et récepteurs, on forme un réseau de trajectoires croisées, et plus on augmente le nombre de ces émetteurs et/ou de récepteurs, le nombre de trajets possibles pour ces faisceaux, augmente plus vite qu'avec des instruments classiques, qui When several transmitters and receivers are used, a network of crossed paths is formed, and the more the number of these transmitters and / or receivers is increased, the number of possible paths for these beams increases faster than with conventional instruments, who
ne relèvent les données que dans une seule direction. only report in one direction.
La progression géométrique du nombre de données recueillies est l'un des avantages majeurs de la tomographie, car elle permet aux chercheurs de couvrir de très grandes zones avec relativement peu d'instruments. Les océanographes peuvent également augmenter le nombre de données en utilisant des émetteurs-récepteurs sur chaque mouillage, The geometric progression of the number of data collected is one of the major advantages of tomography, as it allows researchers to cover very large areas with relatively few instruments. Oceanographers can also increase the number of data using transceivers on each anchorage,
plutôt que des émetteurs et des récepteurs sur des mouillages séparés. rather than transmitters and receivers on separate moorings.
Ainsi, grâce à de tels relevés, on a pu se rendre compte qu'à l'échelle d'un bassin, les océans étaient surtout dominés par ce que Thus, thanks to such surveys, it has been realized that at the basin level, the oceans were dominated mainly by
les océanographes appellent des champs d'échelle moyenne: c'est-à- oceanographers call fields of medium scale: that is,
dire des courants hautement variables, très énergétiques, dont la vitesse peut atteindre dix fois la vitesse moyenne des courants les plus importants, qui étant lents, perturbent alors moins la Highly variable currents, very energetic, whose speed can reach ten times the average speed of the most important currents, which are slow, then disturb the
climatologie à court terme.short-term climatology.
Ainsi, de tels phénomènes découverts à des échelles dites moyennes, équivalents aux phénomènes météorologiques, s'étendent sur quelques centaines de kilomètres et persistent pendant plusieurs dizaines de jours; les phénomènes météorologiques couvrent Thus, such phenomena discovered at so-called average scales, equivalent to meteorological phenomena, extend over a few hundred kilometers and persist for several tens of days; weather phenomena cover
généralement des milliers de kilomètres, et durent trois à cinq jours. usually thousands of kilometers, and last three to five days.
Ainsi, on peut considérer que plus de 90% de l'énergie cinétique de l'ensemble des océans est véhiculée par ces champs d'échelle moyenne, qui jouent un rôle significatif dans le brassage océanique et les interactions océan-atmosphère, et, dans certains cas extrêmement importants, un rôle occasionnel, dans des événements climatologiques locaux, tels que le El Nifio dans le Pacifique Equatorial, dont la perturbation atmosphérique et océanique affecte les conditions Thus, it can be considered that more than 90% of the kinetic energy of all oceans is conveyed by these medium-scale fields, which play a significant role in ocean mixing and ocean-atmosphere interactions, and in some extremely important cases, an occasional role, in local climatological events, such as the El Nifio in the Equatorial Pacific, whose atmospheric and oceanic disturbance affects the conditions
météorologiques de l'ensemble du Globe. weather of the entire Globe.
Cependant, malgré tout l'intérêt indiqué ci-dessus et exposé encore plus précisément dans l'article en référence cité précédemment, dont certaines données ci-dessus sont extraites, la fabrication et la mise en oeuvre des balises acoustiques nécessaires pour une telle application, posent de nombreux problèmes, en particulier dus à: - la profondeur importante de mouillage dans les océans, l'immersion des transducteurs qu'il faut maintenir à une profondeur intermédiaire, donc souvent bien au-dessus du fond, et de toutes façons à de grandes immersions subissant des pressions importantes; - leur autonomie nécessaire pendant de longues périodes; l'impératif de directivité dans le plan vertical pour bien maîtriser et définir un plan d'émission, et la multidirectionnalité de celle-ci dans ce plan pour éviter des zones d'ombre et limiter le However, despite all the interest indicated above and explained even more precisely in the reference article cited above, some of the above data are extracted, the manufacture and implementation of the acoustic beacons necessary for such an application, pose numerous problems, in particular due to: - the significant depth of wetting in the oceans, the immersion of the transducers which must be maintained at an intermediate depth, therefore often well above the bottom, and in any case to large immersions under heavy pressure; - their necessary autonomy for long periods; the need for directionality in the vertical plane to properly control and define an emission plan, and the multidirectionality of this in this plan to avoid areas of shadow and limit the
nombre de balises.number of tags.
Ainsi à ce jour, on utilise des ensembles composés d'au moins un émetteur-récepteur acoustique basses fréquences accouplé et fixé à un container de batteries lui assurant son autonomie: ces ensembles sont retenus à leur partie inférieure par un câble d'ancrage relié au fond avec un mécanisme de largage pour en assurer la récupération, et à leur partie supérieure à un cable tiré vers le haut par un ensemble de bouées flottantes, et partant des hydrophones; leur position en coordonnées géographiques est déterminée par tout système, soit de surface, soit de fond. Une telle balise tomographique est décrite dans la publication citée précédemment de Messieurs SPINDEL et WORCESTER, avec des transducteurs de différents types connus, dont certains ont permis de réaliser des essais et des recherches lors de campagnes Thus, to date, assemblies composed of at least one low frequency acoustic transceiver coupled and fixed to a battery container ensuring its autonomy are used: these assemblies are retained at their lower part by an anchor cable connected to the bottom with a release mechanism to ensure recovery, and at their upper part a cable pulled upwards by a set of floating buoys, and therefore hydrophones; their position in geographical coordinates is determined by any system, either surface or background. Such a tomographic beacon is described in the aforementioned publication of Messrs SPINDEL and WORCESTER, with transducers of various known types, some of which made it possible to carry out tests and research during campaigns.
océanographiques, au cours des cinq à six dernières années. in the last five to six years.
Pour tenter d'assurer à la fois la directivité verticale et l'omnidirectionnalité horizontale des transducteurs, ceux-ci peuvent être choisis parmi ceux de type décrits dans les demandes de brevets, telles que FR. 2.600.227 publiée le 18 Décembre 1987 et déposée sous priorité allemande par la société HONEY WELL ELAK NAUTIK sur un "transducteur électroacoustique tubulaire", ou FR. 2.674.717 publiée le 02 Octobre 1992 et déposée par la société THOMSON CSF sur une In an attempt to provide both the vertical directivity and the horizontal omnidirectionality of the transducers, these may be selected from those of the type described in the patent applications, such as FR. 2,600,227 published on December 18, 1987 and filed under German priority by the company HONEY WELL ELAK NAUTIK on a "tubular electroacoustic transducer", or FR. 2,674,717 published on October 2, 1992 and filed by THOMSON CSF on a
"antenne acoustique basse fréquence directive". "low frequency acoustic antenna directive".
Mais dans tous les équipements de balises tomographiques réalisées à ce jour, avec des transducteurs tels que ci-dessus ou d'autres, la présence du container batterie, qui ne peut pas être trop éloigné du transducteur, perturbe l'émission de celui-ci par effet de masque, sauf à disposer plusieurs transducteurs autour en couronne, mais alourdissant le système et consommant davantage d'énergie; de plus, si on éloigne les transducteurs du container batterie la stabilité et donc la directivité dans un plan déterminé n'est plus assurée; certains de ces transducteurs ne permettent pas non plus d'être immergés à des grandes profondeurs, et leur bande passante n'est pas dans les gammes de très basses fréquences souhaitées; par ailleurs, si on utilise également des containers cylindriques de stockage d'énergie autonome qui sont de petits diamètres et assez hauts, pour d'une part améliorer la stabilité et une meilleure résistance à la pression, et d'autre part moins d'encombrement pour être plus transparents aux ondes et faciliter leur mise en oeuvre, les tubes enveloppes peuvent rentrer en vibration, car soumis fortement aux champs d'ondes émetteurs, s'ils sont placés dans le même plan comme cela est souhaité pour des questions de stabilité et de mise en oeuvre. Ainsi, le manque d'équipement spécifique et adapté aux impératifs de cette application tomographique telle que définie précédemment et dont les critères de mise en oeuvre sont très stricts pour pouvoir obtenir des résultats fiables et interprétables, se traduit par le fait que la tomographie acoustique des océans n'est pas encore un outil opérationnel pour l'océanographie, malgré les essais, recherches et tests prometteurs réalisés à ce jour, alors qu'elle est la seule méthode qui permette une réelle analyse tridimensionnelle des But in all tomographic tagging equipment made to date, with transducers such as above or others, the presence of the battery container, which can not be too far from the transducer, disrupts the transmission of it by mask effect, except to have several transducers around in a ring, but weighing down the system and consuming more energy; moreover, if the transducers are removed from the battery container, the stability and thus the directivity in a given plane is no longer ensured; some of these transducers also do not allow to be immersed at great depths, and their bandwidth is not in the ranges of very low frequencies desired; Moreover, if one also uses cylindrical containers of autonomous energy storage which are small diameters and high enough, on the one hand to improve the stability and a better resistance to the pressure, and on the other hand less congestion to be more transparent to the waves and to facilitate their implementation, the envelope tubes can come into vibration, because strongly subject to the emitting wave fields, if they are placed in the same plane as is desired for stability and implementation. Thus, the lack of specific equipment adapted to the requirements of this tomographic application as defined above and whose implementation criteria are very strict in order to obtain reliable and interpretable results, results in the fact that the acoustic tomography of Oceans is not yet an operational tool for oceanography, despite the promising trials, research and tests that have been done to date, while it is the only method that allows for true three-dimensional analysis of
océans complémentaire aux mesures satellites. oceans complementary to satellite measurements.
L'objectif de la présente invention est de proposer une source autonome adaptée à une telle application pour permettre son The objective of the present invention is to propose an autonomous source adapted to such an application to enable its
développement et respectant les contraintes de celle-ci. development and respecting the constraints of this one.
Le problème posé est donc de pouvoir disposer d'une telle source pouvant être accrochée et mouillée à un câble ancré sur le fond des océans à plusieurs milliers de mètres, et tendu vers le haut par tout système de flotteurs, et dont l'autonomie est suffisante pour émettre et enregistrer grâce à des hydrophones pendant de longues périodes, laquelle source, pouvant être immergée à très grande profondeur, doit pouvoir émettre à très basses fréquences et dans une bande passante assez large, dans toutes les directions radiales dans un plan donné et sans zone d'ombre; cette source d'émission doit donc être à la fois omnidirectionnelle dans un plan horizontal donné d'immersion, et The problem is therefore to be able to have such a source that can be hooked and wetted to a cable anchored on the bottom of the ocean to several thousand meters, and stretched upward by any system of floats, and whose autonomy is sufficient to transmit and record using hydrophones for long periods of time, which source, which can be immersed at very great depth, must be able to transmit at very low frequencies and in a fairly wide bandwidth, in all radial directions in a given plane, and without shadow area; this emission source must therefore be both omnidirectional in a given horizontal plane of immersion, and
directive en site dans tous les plans verticaux. directive in site in all vertical plans.
Une solution au problème posé est une source autonome pour l'émission d'ondes acoustiques en immersion dans un liquide, comprenant un container de stockage d'énergie et des systèmes électroniques et électriques nécessaires au fonctionnement de ladite source, au moins un émetteur acoustique solidaire dudit container, et un dispositif de maintien suivant un axe déterminé; ledit émetteur est un transducteur de forme cylindrique externe de section symétrique par rapport à son axe, creux et ouvert en son centre, rayonnant les ondes acoustiques radialement dans toutes les directions et dans un plan perpendiculaire à son axe, et ledit container de forme cylindrique et de dimensions compatibles, enfilé et fixé coaxialement dans la partie intérieure ouverte du transducteur. L'axe déterminé de maintien se confond bien sûr de préférence avec celui de l'axe de la A solution to the problem posed is an autonomous source for the emission of acoustic waves immersed in a liquid, comprising a storage container of energy and electronic and electrical systems necessary for the operation of said source, at least one solidary acoustic transmitter said container, and a holding device along a determined axis; said emitter is a transducer of cylindrical outer shape of symmetrical section with respect to its axis, hollow and open at its center, radiating the acoustic waves radially in all directions and in a plane perpendicular to its axis, and said container of cylindrical shape and of compatible dimensions, threaded and fixed coaxially in the open interior of the transducer. The determined axis of maintenance is of course preferably confused with that of the axis of the
forme cylindrique externe du transducteur. external cylindrical shape of the transducer.
Ledit dispositif de maintien peut être constitué d'une part par une ligne de mouillage inférieure comportant un câble relié à un système d'ancrage posé au fond de l'océan, et d'autre part, un câble de traction vers le haut relié à tout dispositif flottant, dont la flottabilité est supérieure à celle de l'ensemble des éléments devant rester à une profondeur donnée et inférieure à la force dudit système Said holding device may consist on the one hand of a lower wetting line comprising a cable connected to an anchoring system placed at the bottom of the ocean, and on the other hand, an upward pulling cable connected to any floating device whose buoyancy is greater than that of all the elements that must remain at a given depth and less than the force of the said system
d'ancrage diminuée des efforts hydrodynamiques appliqués à l'ensemble. less anchoring of the hydrodynamic forces applied to the whole.
En ce cas bien sûr, l'axe déterminé de maintien est un axe vertical. In this case of course, the determined axis of maintenance is a vertical axis.
Dans un mode de réalisation préférentiel, ledit transducteur est de forme polygonale et constitué d'au moins six moteurs électroacoustiques cylindriques, disposés en couronne suivant ledit plan perpendiculaire à l'axe du cylindre, maintenus chacun entre deux contremasses, elles-mêmes communes à deux moteurs adjacents, par des tiges de précontraintes, lesquelles contremasses portant des pavillons disposés parallèlement à l'axe du transducteur et couvrant la In a preferred embodiment, said transducer is of polygonal shape and consists of at least six cylindrical electroacoustic motors, arranged in a ring along said plane perpendicular to the axis of the cylinder, each held between two countermasses, themselves common to two adjacent engines, by prestressing rods, which counterparts carrying flags arranged parallel to the axis of the transducer and covering the
périphérie extérieure du transducteur. outer periphery of the transducer.
Le diamètre extérieur dudit transducteur polygonal est de The outside diameter of said polygonal transducer is
préférence d'un mètre environ au moins. preferably at least one meter.
Le résultat est une nouvelle source autonome acoustique pour la tomographie des océans répondant au problème posé ci-dessus, et aux divers impératifs tels que définis précédemment pour cette application. En effet, le choix d'utiliser un transducteur en forme externe de cylindre ouvert en son centre et de préférence polygonal, apporte de nombreux avantages tels que: - d'assurer à la fois l'omnidirectionnalité de l'émission dans un plan horizontal, et la directivité en site dans tous les plans verticaux; - grâce à la possibilité d'avoir un transducteur de grand diamètre, les émissions d'ondes acoustiques sont de très basses fréquences, et l'existence d'une cavité interne, en plus de la structure vibrante ellemême, génère une émission de basse fréquence qui complète la largeur de bande de la vibration de structure, permettant d'obtenir globalement une bande passante assez large, dans The result is a new autonomous acoustic source for ocean tomography that addresses the above problem, and the various requirements as previously defined for this application. Indeed, the choice to use a transducer in open cylinder shape open at its center and preferably polygonal, provides many advantages such as: - to ensure both the omnidirectionality of the emission in a horizontal plane, and site directivity in all vertical planes; thanks to the possibility of having a large diameter transducer, the acoustic wave emissions are of very low frequencies, and the existence of an internal cavity, in addition to the vibrating structure itself, generates a low frequency emission which completes the bandwidth of the structure vibration, making it possible to globally obtain a fairly wide bandwidth, in
les fréquences très basses.very low frequencies.
- l'ouverture centrale du transducteur permet de pouvoir y enfiler le container portant la réserve d'énergie et l'électronique permettant de piloter l'ensemble, ce qui évite d'avoir tout obstacle extérieur au tore qui gênerait l'émission des ondes, alors que la disposition en tore permet effectivement un rayonnement continu, omnidirectionnellement et dans un plan: - la compacité de l'ensemble container et transducteur, permet d'une part, une très bonne stabilité de l'ensemble, ainsi qu'une possibilité de fixation de cet élément vertical à un ensemble de mouillage connu, sans encombrement vertical ou horizontal trop important, et d'autre part une connexion électrique entre ledit container et ledit transducteur d'une manière définitive et bien protégée; - la puissance des ondes acoustiques est bien utilisée dans les directions voulues suivant une directivité maitrisée par la stabilité verticale du container. the central opening of the transducer makes it possible to put on the container carrying the energy reserve and the electronics making it possible to drive the assembly, which avoids having any obstacle external to the torus which would hinder the emission of the waves, while the torus arrangement effectively allows continuous radiation, omnidirectionally and in a plane: - the compactness of the container and transducer together, allows on the one hand, a very good stability of all, and a possibility of fixing this vertical element to a known wetting assembly, without excessive vertical or horizontal space, and on the other hand an electrical connection between said container and said transducer in a definitive and well protected manner; the power of the acoustic waves is well used in the desired directions according to a directivity mastered by the vertical stability of the container.
De plus, du fait de la disposition de l'ensemble transducteur- In addition, because of the arrangement of the transducer-
container, ceux-ci peuvent être constitués d'éléments de petit diamètre, donc pouvant résister à de très fortes immersions; ils peuvent également être mis en équipression, permettant alors une profondeur illimitée, tel que par exemple pour les pièces constituant ledit transducteur qui peuvent être enrobées dans de la résine élastique, assurant la protection, l'étanchéité et l'isolation des pièces électriques et transmettant alors l'ensemble de la pression extérieure. Une telle source autonome est alors simple de mise en oeuvre, peu coûteuse, et d'un très bon rendement permettant les mesures acoustiques telles que définies précédemment, pour permettre à la container, they may consist of small diameter elements, so can withstand very large dives; they can also be placed in equipression, thus allowing an unlimited depth, such as for example for parts constituting said transducer which can be embedded in elastic resin, providing protection, sealing and insulation of electrical parts and transmitting then all of the external pressure. Such an autonomous source is then simple to implement, inexpensive, and of a very good yield allowing the acoustic measurements as defined above, to allow the
tomographie océanique de se développer dans les meilleures conditions. ocean tomography to develop in the best conditions.
On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en Other advantages of the present invention could be mentioned, but those mentioned above already show enough for
démontrer la nouveauté et l'intérêt. demonstrate novelty and interest.
La description et les figures ci-après représentent un exemple The following description and figures represent an example
de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en changeant le dispositif de mouillage et/ou l'assemblage des différents moteurs of the invention, but have no limiting character: other embodiments are possible within the scope and scope of this invention, in particular by changing the wetting device and / or the assembly different engines
électroacoustiques dans le transducteur tel que défini ci-après. electroacoustics in the transducer as defined below.
La figure 1 est une vue de profil d'ensemble d'un dispositif de FIG. 1 is an overall profile view of a device for
mouillage d'une source suivant l'invention. wetting a source according to the invention.
La figure 2 est une vue de profil d'une source autonome suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe horizontale d'un transducteur Figure 2 is a side view of an autonomous source according to the invention. FIG. 3 is a horizontal sectional view of a transducer
pouvant être utilisé dans la présente invention. can be used in the present invention.
La figure 4 est une vue en coupe verticale d'un transducteur de FIG. 4 is a vertical sectional view of a transducer of
la figure 3.Figure 3.
La figure 1 représente un ensemble permettant de maintenir verticalement un container 2 de stockage d'énergie de système électronique et électrique nécessaire au fonctionnement d'un émetteur 1 acoustique, solidaire dudit container, dans un environnement océanique immergé 10. Une ligne de mouillage comporte, d'une part vers le bas un câble 4 relié à un système d'ancrage 11 opposé au fond 9 de l'océan 10 et, d'autre part, un câble de traction 3 vers le haut, et relié à tout dispositif flottant non représenté sur la figure; celui-ci peut être en subimmersion ou très près de la surface pour être repéré, et sa flottabilité doit être supérieure à celle de l'ensemble des éléments devant rester à une profondeur donnée telle que tous ceux représentés sur la figure 1 au-dessus du fond 9, et inférieure à la force du système d'ancrage 11 diminuée des efforts FIG. 1 represents an assembly making it possible to maintain vertically an electronic and electrical system energy storage container 2 necessary for the operation of an acoustic transmitter 1, integral with said container, in a submerged ocean environment 10. A damping line comprises, on the one hand down a cable 4 connected to an anchoring system 11 opposite the bottom 9 of the ocean 10 and, on the other hand, a traction cable 3 upwards, and connected to any non-floating device shown in the figure; it may be sub-immersed or very close to the surface to be located, and its buoyancy must be greater than that of all the elements to remain at a given depth such that all those shown in Figure 1 above the bottom 9, and lower than the force of the anchoring system 11 decreased efforts
hydrodynamiques appliqués à l'ensemble. hydrodynamic applied to the whole.
Ladite ligne de mouillage inférieure 4 peut comporter un dispositif de largage 8 qui peut permettre de récupérer l'ensemble du mouillage, dont la source autonome acoustique, sauf bien sûr le dispositif d'ancrage 11, et cela en fin d'opérations ou en cas de problèmes techniques sur les équipements: tout système connu de ce type peut être utilisé, et son procédé de mise en oeuvre est connu par ailleurs, sans qu'il soit nécessaire de le décrire plus précisément Said lower anchor line 4 can comprise a release device 8 which can make it possible to recover all the wetting, including the acoustic autonomous source, except of course the anchoring device 11, and that at the end of operations or in case technical problems on the equipment: any known system of this type can be used, and its method of implementation is known elsewhere, without it being necessary to describe it more precisely
dans le présent descriptif.in this description.
De même, cette ligne de mouillage inférieure 4 peut comporter différents dispositifs de flottabilité et/ou de stabilisateur de mouillage 12, afin d'une part de ne pas trop tirer sur le système d'accrochage au container 2 situé au-dessus et, d'autre part, de stabiliser la ligne de mouillage suivant une direction à peu près stable, de façon à éviter des effets de giration qui pourraient être Similarly, this lower anchor line 4 can comprise different buoyancy devices and / or dampening stabilizer 12, in order firstly not to pull too much on the attachment system to the container 2 situated above and, d on the other hand, to stabilize the wetting line in a roughly stable direction so as to avoid gyration effects which could be
préjudiciables aux systèmes mécaniques et aux mesures. detrimental to mechanical systems and measurements.
Au-dessus du container 2 et fixé au câble de traction 3, un ensemble de réseaux d'hydrophones 7 ou flûtes d'écoute, permet de recueillir des ondes acoustiques pouvant être émises par d'autres dispositifs de balises du même type. Si d'autres émetteurs 1 sont disposés à des profondeurs différentes, la ligne de mouillage, 4 ou 3, de la présente balise peut disposer alors de réseaux d'hydrophones 7 disposés à ces mêmes profondeurs, suivant ce qui est indiqué Above the container 2 and attached to the pulling cable 3, a set of hydrophone networks 7 or listening flutes, can collect acoustic waves that can be emitted by other beacon devices of the same type. If other transmitters 1 are arranged at different depths, the wetting line, 4 or 3, of the present beacon can then have hydrophone arrays 7 arranged at these same depths, as indicated
précédemment.previously.
L'ensemble du dispositif de maintien, constitué par les différents éléments de la ligne de mouillage 3, 4, définit donc un axe déterminé xx' vertical, et est fixé sur le container de stockage 2 à ses deux extrémités, sans faire subir aucun effort au dispositif émetteur 1 proprement dit: en effet, suivant les figures 2, 3 et 4, ledit émetteur 1 est un transducteur de forme cylindrique externe 13 de section symétrique par rapport à son axe, creux et ouvert en son centre, rayonnant les ondes acoustiques radialement dans toutes les directions et dans un plan perpendiculaire à l'axe xx'; et ledit container 2 également de forme cylindrique, et de diamètre compatible, est enfilé et fixé coaxialement dans la partie intérieure dudit The assembly of the holding device, consisting of the various elements of the wetting line 3, 4, thus defines a specific axis xx 'vertical, and is fixed on the storage container 2 at both ends, without subjecting any effort to the emitter device 1 proper: indeed, according to FIGS. 2, 3 and 4, said emitter 1 is a transducer of external cylindrical shape 13 of section symmetrical with respect to its axis, hollow and open at its center, radiating the acoustic waves radially in all directions and in a plane perpendicular to the axis xx '; and said container 2 also of cylindrical shape, and of compatible diameter, is threaded and fixed coaxially in the inner part of said
cylindre creux 13.hollow cylinder 13.
Afin de protéger ledit émetteur et le container, aux deux extrémités de celui-ci, il peut être disposé une couronne de protection supérieure 5 et une couronne de protection inférieure 6 qui enferment les dispositifs d'accrochage aux parties de lignes de In order to protect said transmitter and the container, at both ends thereof, it can be arranged an upper protective crown 5 and a lower protective crown 6 which enclose the fastening devices to the parts of lines of
mouillage 3 et 4.mooring 3 and 4.
La figure 3 est une vue en coupe horizontale suivant AA' de la figure 2 ou de la figure 4 du transducteur seul, sans le container 2, qui est enfilé à l'intérieur du cylindre creux 13 du transducteur et figuré en pointillés: ledit transducteur 1 est dans cet exemple de réalisation de forme polygonale externe, et constitué d'au moins six moteurs électroacoustiques cylindriques 14 et, de préférence huit tel qu'indiqué sur la figure 3, disposés en couronne dans un plan perpendiculaire à l'axe xx' qui est à la fois celui de maintien vertical et celui du cylindre 13, et maintenus chacun entre deux contre masses 16, elles- mêmes et chacune commune à deux moteurs adjacents, par des tiges de précontraintes 17, lesquelles contre masses portent des pavillons 15 disposés parallèlement à l'axe xx', et FIG. 3 is a horizontal sectional view along AA 'of FIG. 2 or FIG. 4 of the single transducer, without the container 2, which is threaded inside the hollow cylinder 13 of the transducer and shown in dotted lines: said transducer 1 is in this embodiment of external polygonal shape, and consists of at least six cylindrical electroacoustic motors 14 and, preferably eight as indicated in Figure 3, arranged in a ring in a plane perpendicular to the axis xx ' which is at the same time the one of vertical maintenance and that of the cylinder 13, and each held between two counter-masses 16, themselves and each common to two adjacent motors, by prestressing rods 17, which against masses carry pavilions 15 arranged parallel to the axis xx ', and
couvrant la périphérie externe du transducteur 1. covering the outer periphery of the transducer 1.
Lesdits pavillons 15 peuvent être plans et montés deux par deux sur chaque contremasse 16, formant un angle épousant la forme extérieure cylindrique; ces dits pavillons peuvent être également à The said pavilions 15 may be flat and mounted in pairs on each counterweight 16, forming an angle matching the cylindrical outer shape; these so-called flags may also be
facettes ou d'autres formes tel que cylindriques eux-mêmes. facets or other forms such as cylindrical themselves.
Toutes les pièces constituant ledit transducteur sont enrobées de préférence dans de la résine 18 élastique assurant la protection, l'étanchéité et l'isolation des pièces électriques, et subissant alors la pression extérieure, permettant une profondeur d'immersion All parts constituting said transducer are preferably embedded in elastic resin 18 providing protection, sealing and insulation of the electrical parts, and then undergoing external pressure, allowing a depth of immersion
illimitée de l'ensemble transducteur. unlimited transducer assembly.
Le diamètre extérieur dudit transducteur polygonal est d'un mètre environ au moins, et pour augmenter sa puissance d'émission éventuelle, ledit transducteur peut comporter plusieurs couronnes The outside diameter of said polygonal transducer is at least about one meter, and to increase its possible transmission power, said transducer may comprise several crowns
superposées de moteurs électroacoustiques 14 et disposées les unes au- superposed electroacoustic motors 14 and arranged
dessous des autres. La figure 4 est une vue en coupe suivant BB' de la figure 3, montrant de profil l'espace disponible entre l'intérieur des pavillons et la surface extérieure de ce container délimitant une cavité interne 19, que l'on peut délimiter également en vue de dessus sur la figure 3. Dans cette cavité peuvent être disposés tous types de supports du transducteur 1 fixé sur ce container 2, mais non below others. FIG. 4 is a sectional view along BB 'of FIG. 3, showing in profile the space available between the interior of the pavilions and the outer surface of this container delimiting an internal cavity 19, which can also be delimited by FIG. 3 is a top view in this cavity. All types of transducer supports 1 fixed on this container 2 can be arranged, but no
représentés sur les présentes figures. represented in the present figures.
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