ITPD20130119A1 - REFINED GEOPHONE - Google Patents
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Classifications
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- G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
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Description
GEOFONO PERFEZIONATO PERFECTED GEOPHONE
DESCRIZIONE DESCRIPTION
CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD
La presente invenzione si riferisce al settore dei geofoni, vale a dire dispositivi per l’acquisizione del moto sismico (naturale od artificialmente indotto ) del suolo. The present invention refers to the field of geophones, ie devices for the acquisition of the seismic motion (natural or artificially induced) of the soil.
STATO DELL'ARTE STATE OF THE ART
Con il termine “geofono†si intende qui indicare uno strumento in grado di misurare il moto di una superficie, a cui à ̈ fissato, tramite un trasduttore di moto. The term â € œgeophoneâ € here means to indicate an instrument capable of measuring the motion of a surface, to which it is fixed, by means of a motion transducer.
Il trasduttore di moto può, ad esempio, comprendere una massa magnetica (es. un magnete permanente) libera di muoversi rispetto ad una bobina sotto l’effetto del movimento della superficie, così da generare ai capi di quest’ultima un segnale elettrico proporzionale allo spostamento generato dal movimento della detta superficie. The motion transducer can, for example, include a magnetic mass (eg a permanent magnet) free to move with respect to a coil under the effect of the movement of the surface, so as to generate a signal at the ends of the latter. electric proportional to the displacement generated by the movement of said surface.
Il segnale elettrico generato dai geofoni e registrato da specifici sismografi à ̈ detto risposta sismica e può essere indicativo dell’accelerazione o della velocità del movimento della superficie. The electrical signal generated by the geophones and recorded by specific seismographs is called seismic response and can be indicative of the acceleration or speed of the surface movement.
Per le indagini sismiche i geofoni vengono infissi al suolo tramite punte (in inglese dette “spikes†) di lunghezza variabile, al fine di ottenere un corretto accoppiamento ed una corretta trasmissione del movimento. For seismic surveys, the geophones are fixed to the ground by means of spikes (in English called â € œspikesâ €) of variable length, in order to obtain a correct coupling and a correct transmission of movement.
Esistono allo stato dell’arte diversi tipi di geofoni che si differenziano in termini di frequenza di risposta e di orientazione della componente del moto che si vuole registrare. There are in the state of the art different types of geophones which differ in terms of response frequency and orientation of the motion component to be recorded.
Ad oggi i geofoni in commercio possono essere distinti (in funzione del loro orientamento) in tre tipi principali: orizzontali, verticali e multicomponente. In tutti i casi i geofoni comprendono una cassa al cui interno à ̈ posto il trasduttore di moto. La cassa à ̈ provvista di un punzone necessario per fissare la cassa alla superficie da monitorare. To date, the geophones on the market can be divided (according to their orientation) into three main types: horizontal, vertical and multicomponent. In all cases, the geophones include a box inside which the motion transducer is placed. The box is provided with a punch necessary to fix the box to the surface to be monitored.
A seconda del tipo –orizzontale o verticale- la direzione in cui si compie il movimento relativo tra magnete e bobina (o, più in generale, l’asse di rilevazione del trasduttore di moto) può essere disposta in modo da risultare parallela all’asse del punzone (per rilevazioni secondo un asse verticale) o perpendicolare all’asse di quest’ultimo (per rilevazioni secondo un asse orizzontale). Depending on the type - horizontal or vertical - the direction in which the relative movement takes place between the magnet and the coil (or, more generally, the detection axis of the motion transducer) can be arranged so as to be parallel to the axis of the punch (for measurements according to a vertical axis) or perpendicular to the axis of the latter (for measurements according to a horizontal axis).
I geofoni multicomponente, invece, alloggiano nella stessa cassa una pluralità di trasduttori di moto (generalmente tre), aventi assi di rilevazione ortogonali tra loro e sono, di conseguenza, molto più costosi di quelli mono-direzionali, orizzontali o verticali. Multicomponent geophones, on the other hand, house a plurality of motion transducers (generally three) in the same box, with detection axes orthogonal to each other and are, consequently, much more expensive than mono-directional, horizontal or vertical ones.
Mentre nel passato venivano per lo più impiegati geofoni registranti la componente verticale del moto (sismica a rifrazione, a riflessione, studio componente verticale onde di Rayleigh) al giorno d’oggi risulta di grande interesse per la geofisica d’esplorazione la rilevazione delle componenti orizzontali del moto (moto radiale delle onde di Rayleigh, moto trasversale delle Onde di Love e onde SH). Tali necessità sono in crescente sviluppo specialmente nel campo delle indagini del sottosuolo operanti con metodi basati sulle onde superficiali, ampliamente impiegati nella professione per fini geotecnici di ingegneria sismica e sismologia applicata. Ciò comporta per gli operatori il doversi dotare di set di geofoni mono-direzionali orizzontali e set di geofoni mono-direzionali verticali o, in alternativa, di geofoni multicomponente. While in the past geophones recording the vertical component of motion were mostly used (seismic refraction, reflection, study of the vertical component of Rayleigh waves), today it is of great interest for geophysics of exploration the detection of horizontal components of motion (radial motion of Rayleigh waves, transverse motion of Love waves and SH waves). These needs are growing especially in the field of subsoil surveys operating with methods based on surface waves, widely used in the profession for geotechnical purposes of seismic engineering and applied seismology. This entails for the operators having to equip themselves with horizontal mono-directional geophones sets and vertical mono-directional geophones sets or, alternatively, with multicomponent geophones.
In entrambi i casi il costo per rilevare tutte le componenti di moto diventa elevato e, nel caso si usino geofoni mono-direzionali, si hanno anche problemi di trasporto dato che l’operatore può trovarsi a dover portare un numero doppio di geofoni, spesso in condizioni logistiche difficili. In both cases the cost of detecting all the motorcycle components becomes high and, in the case of mono-directional geophones, there are also transport problems since the operator may have to carry double the number of geophones, often in difficult logistical conditions.
SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE PURPOSES AND SUMMARY OF THE INVENTION
E’ scopo della presente invenzione superare gli inconvenienti dell'arte nota. It is an object of the present invention to overcome the drawbacks of the known art.
In particolare, à ̈ scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un geofono che sia versatile e semplice da utilizzare, nonché relativamente poco costoso. L’idea alla base della presente invenzione à ̈ quella di realizzare un geofono comprendente una cassa internamente cava destinata ad alloggiare un trasduttore di moto per geofoni. La cassa à ̈ provvista di un primo mezzo di accoppiamento per alloggiare una punta d’infissione disposta lungo una prima direzione. La cassa à ̈ provvista, inoltre, di un secondo mezzo di accoppiamento atto ad alloggiare la punta disposta lungo una seconda direzione, perpendicolare rispetto a detta prima direzione. In particular, the aim of the present invention is to provide a geophone which is versatile and simple to use, as well as relatively inexpensive. The idea behind the present invention is to realize a geophone comprising an internally hollow case intended to house a motion transducer for geophones. The box is provided with a first coupling means to house a driving tip arranged along a first direction. The case is also provided with a second coupling means adapted to house the tip arranged along a second direction, perpendicular to said first direction.
In questo modo, fissando la punta d’infissione al primo o al secondo mezzo di alloggiamento, il geofono può essere utilizzato per rilevare movimenti verticali o orizzontali della superficie cui à ̈ fissato. In this way, by fixing the driving tip to the first or second housing means, the geophone can be used to detect vertical or horizontal movements of the surface to which it is fixed.
Preferibilmente i suddetti mezzi di accoppiamento sono tra loro uguali e di tipo ad aggancio rapido, ad esempio a baionetta o simili, in modo da utilizzare una sola punta che viene accoppiata rapidamente all’uno o all’altro mezzo di accoppiamento; in questo modo l’operatore, anche sul campo, à ̈ libero di scegliere se rilevare onde orizzontali o verticali, avendo a disposizione un solo geofono. Preferably, the aforesaid coupling means are identical to each other and of the quick-coupling type, for example bayonet-type or the like, so as to use a single tip which is rapidly coupled to one or the other coupling means; in this way the operator, even in the field, is free to choose whether to detect horizontal or vertical waves, having only one geophone available.
Ulteriori caratteristiche vantaggiose sono oggetto delle allegate rivendicazioni, che si intendono parte integrante della presente descrizione. Further advantageous characteristics are the subject of the attached claims, which are intended as an integral part of the present description.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L’invenzione verrà descritta qui di seguito con riferimento ad esempi non limitativi, forniti a scopo esplicativo e non limitativo nei disegni annessi. Questi disegni illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, dove appropriato, numeri di riferimento illustranti strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento similari. Figura 1 illustra una vista dall’alto di un geofono secondo l’invenzione; The invention will be described hereafter with reference to non-limiting examples, provided for explanatory and non-limiting purposes in the annexed drawings. These drawings illustrate different aspects and embodiments of the present invention and, where appropriate, reference numerals illustrating similar structures, components, materials and / or elements in different figures are indicated by similar reference numerals. Figure 1 illustrates a top view of a geophone according to the invention;
Figura 2 illustra una vista secondo il piano A-A del geofono di figura 1. Figure 2 shows a view according to the plane A-A of the geophone of figure 1.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Mentre l’invenzione à ̈ suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione relative illustrate sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. While the invention is susceptible of various modifications and alternative constructions, some related embodiments illustrated are shown in the drawings and will be described in detail below.
Si deve intendere, comunque, che non vi à ̈ alcuna intenzione di limitare l’invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l’invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell’ambito dell’invenzione come definito nelle rivendicazioni. It must be understood, however, that there is no intention to limit the invention to the specific embodiment illustrated, but, on the contrary, the invention intends to cover all modifications, alternative constructions, and equivalents that fall within the Scope of the invention as defined in the claims.
L’uso di “ad esempio†, “ecc†, “oppure†indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. The use of â € œfor exampleâ €, â € œeccâ €, â € œorâ € indicates non-exclusive alternatives without limitation unless otherwise indicated.
L’uso di “include†significa “include, ma non limitato a †a meno che non altrimenti indicato. Use of â € œincludeâ € means â € œinclude, but not limited to â € unless otherwise indicated.
Il riferimento alle posizioni “verticale†ed “orizzontale†à ̈ da intendersi con riferimento alla direzione del vettore rappresentativo della forza di gravità , ove “verticale†indica un orientamento parallelo a tale direzione mentre “orizzontale†un orientamento perpendicolare a tale direzione. The reference to the `` vertical '' and `` horizontal '' positions is to be understood with reference to the direction of the vector representative of the force of gravity, where `` vertical '' indicates an orientation parallel to that direction while `` horizontal '' an orientation perpendicular to that direction.
Con riferimento alle due figure allegate in esse à ̈ mostrato un esempio di un geofono secondo l’invenzione indicato nel suo complesso con il riferimento 1. With reference to the two figures attached, they show an example of a geophone according to the invention indicated as a whole with reference 1.
Il geofono 1 comprende una cassa 2 internamente cava destinata ad alloggiare un trasduttore di moto per geofoni, come ad esempio un trasduttore destinato a rilevare lungo una direzione (detta direzione di rilevazione) il moto di una superficie a cui à ̈ fissato il geofono 1. The geophone 1 comprises an internally hollow case 2 intended to house a motion transducer for geophone, such as a transducer intended to detect along a direction (called detection direction) the motion of a surface to which the geophone 1 is fixed.
Trasduttori di moto particolarmente utili ai fini dell’invenzione sono quelli, noti in sé per queste applicazioni, che comprendono una massa magnetica spostabile relativamente ad una bobina nella direzione di rilevazione. Motion transducers particularly useful for the purposes of the invention are those, known per se for these applications, which comprise a magnetic mass which can be moved relative to a coil in the direction of detection.
Il trasduttore à ̈ fissato nella cavità della cassa 2 mediante opportuni agganci, in modo da presentare massa magnetica o bobina solidali nel movimento con la cassa stessa. Su tali agganci non ci si sofferma oltre, salvo notare che sono di tipo noto in sé e sono vantaggiosamente di tipo amovibile, così da consentire la sostituzione del trasduttore quando necessario. The transducer is fixed in the cavity of the case 2 by means of suitable hooks, so as to have a magnetic mass or coil integral in the movement with the case itself. We do not dwell on these couplings, except that they are of a known type and are advantageously of the removable type, so as to allow the replacement of the transducer when necessary.
Il trasduttore risulta fissato in modo non spostabile all’interno della cassa 2, ovvero la sua direzione di rilevamento, una volta montato, à ̈ fissata rispetto alla cassa 2 stessa. Il geofono 1 comprende poi una punta 4 accoppiabile alla cassa 2 destinata ad essere infissa nel terreno. The transducer is fixed in a non-movable way inside the case 2, ie its detection direction, once mounted, is fixed with respect to the case 2 itself. The geophone 1 then comprises a tip 4 which can be coupled to the case 2 intended to be driven into the ground.
Tale punta 4, nell’esempio illustrato, à ̈ conica, tuttavia à ̈ da intendersi, più in generale, che essa può assumere diverse forme a seconda delle esigenze, avendo in generale una base allargata, destinata ad accoppiarsi con la cassa 2 e una estremità terminale libera, preferibilmente appuntita per facilitare l’infissione nel terreno. Said tip 4, in the illustrated example, is conical, however it is to be understood, more generally, that it can assume different shapes according to the needs, having in general an enlarged base, destined to couple with the case 2 and a free terminal end, preferably pointed to facilitate driving into the ground.
In ogni caso, con riferimento alla punta 4 si identifica un’asse di sviluppo longitudinale della punta stessa, ovvero quello che va dalla sua base alla sua estremità terminale libera e che in figura à ̈ identificato con il riferimento X; in questo caso tale asse X coincide con l’asse di simmetria del cono. In any case, with reference to the tip 4, an axis of longitudinal development of the tip itself is identified, that is the one that goes from its base to its free terminal extremity and which in the figure is identified with the reference X; in this case this X axis coincides with the symmetry axis of the cone.
Tornando alle figure, in esse si notano due mezzi di accoppiamento, indicati complessivamente con i riferimenti 3A e 3B e destinati a realizzare l’accoppiamento con la base allargata della punta 4. Returning to the figures, they show two coupling means, indicated as a whole with the references 3A and 3B and intended to make the coupling with the enlarged base of the tip 4.
In accordo all’invenzione, i due mezzi di accoppiamento 3A, 3B sono disposti così da permettere alla punta 4 di essere disposta in due posizioni che sono rispettivamente l’una a 90° rispetto all’altra: in sostanza l’asse X della punta 4, a seconda di quale mezzo di accoppiamento 3A, 3B viene utilizzato, risulta disposta secondo assetti perpendicolari tra loro. According to the invention, the two coupling means 3A, 3B are arranged so as to allow the tip 4 to be arranged in two positions which are respectively one at 90 ° with respect to the other: essentially the The X axis of the tip 4, depending on which coupling means 3A, 3B is used, is arranged according to arrangements perpendicular to each other.
Facendo riferimento alla direzione di rilevamento del trasduttore, in una prima posizione, corrispondente al fissaggio della punta 4 sul primo mezzo di accoppiamento 3A, l’asse X della punta risulta parallelo alla direzione di rilevamento del trasduttore, consentendo al geofono di rilevare movimenti verticali; in una seconda posizione, corrispondente al fissaggio della punta 4 sul secondo mezzo di accoppiamento 3A, invece, l’asse X della punta risulta perpendicolare alla direzione di rilevamento del trasduttore, consentendo al geofono di rilevare movimenti orizzontali. Referring to the direction of detection of the transducer, in a first position, corresponding to the fixing of the tip 4 on the first coupling means 3A, the X axis of the tip is parallel to the direction of detection of the transducer, allowing the geophone to detect vertical movements ; in a second position, corresponding to the fixing of the tip 4 on the second coupling means 3A, on the other hand, the X axis of the tip is perpendicular to the direction of detection of the transducer, allowing the geophone to detect horizontal movements.
Scendendo più in dettaglio, nell’esempio fornito ciascun mezzo di accoppiamento 3A, 3B comprende una basetta 13A, 13B ed un collare cilindrico sagomato 23A, 23B; la base allargata della punta 4 comprende a sua volta mezzi di innesto, come ad esempio alette o simili destinate ad insediarsi in opportune gole anulari realizzate all’interno del collare sagomato 23A, 23B e realizzare in questo modo un accoppiamento amovibile a baionetta. Going into more detail, in the example provided each coupling means 3A, 3B comprises a base 13A, 13B and a cylindrical shaped collar 23A, 23B; the widened base of the tip 4 in turn comprises coupling means, such as for example wings or the like intended to be seated in suitable annular grooves formed inside the shaped collar 23A, 23B and thus provide a removable bayonet coupling.
Questo tipo di accoppiamento à ̈ particolarmente vantaggioso perché permette di spostare il punto di accoppiamento della punta 4 con la cassa 3 in corrispondenza del primo o del secondo mezzo di accoppiamento 3A, 3B in modo estremamente semplice e veloce. This type of coupling is particularly advantageous because it allows to move the coupling point of the tip 4 with the case 3 in correspondence with the first or second coupling means 3A, 3B in an extremely simple and fast way.
È da intendersi che sono oggetto della presente invenzione anche forme esecutive in cui l’accoppiamento non à ̈ a baionetta, ma di tipo diverso. It is to be understood that the present invention also includes executive forms in which the coupling is not a bayonet, but of a different type.
L’accoppiamento a baionetta, tra tutti, si presenta come quello più vantaggioso in termini di semplicità di azionamento, ma possono essere anche previsti equivalentemente accoppiamenti a vite; ad esempio si può prevedere che sia la base allargata della punta 4 che il collare sagomato 23A, 23B siano provvisti di filettature atte allo scopo. The bayonet coupling, of all, is the most advantageous in terms of ease of operation, but screw couplings can also be equivalently provided; for example, both the enlarged base of the tip 4 and the shaped collar 23A, 23B can be provided with threads suitable for the purpose.
Un altro tipo di accoppiamento a vite invece prevede l’utilizzo di un dado di fissaggio inseribile sulla punta 4 e cooperante con una flangia radiale di quest’ultima posta in corrispondenza della sua base allargata, tale dado essendo destinato ad avvitarsi su una filettatura del collare 23A, 23B. Another type of screw coupling, on the other hand, involves the use of a fixing nut that can be inserted on the tip 4 and cooperates with a radial flange of the latter placed in correspondence with its widened base, this nut being designed to screw onto a thread of the collar 23A, 23B.
Altre forme equivalenti di fissaggio della punta 4 con il collare sagomato 23A, 23B prevedono l’uso di spine trasversali o grani a vite che impegnano mutualmente le due parti in modo da accoppiarle rigidamente ma in modo amovibile. Other equivalent forms of fixing the tip 4 with the shaped collar 23A, 23B provide for the use of transverse pins or screw grains which mutually engage the two parts so as to couple them rigidly but in a removable way.
Le basette 13A e 13B servono principalmente per irrobustire la zona di aggancio tra il rispettivo collare sagomato 23A, 23B e la cassa 2, così da evitare deformazioni elastiche in corrispondenza di tale interfaccia che potrebbero falsare la misura del geofono 1; à ̈ da notare che in talune forme esecutive le basette 13A e 13B potrebbero essere omesse. The bases 13A and 13B mainly serve to strengthen the coupling area between the respective shaped collar 23A, 23B and the case 2, so as to avoid elastic deformations in correspondence with this interface which could distort the measurement of the geophone 1; It should be noted that in some embodiments the bases 13A and 13B could be omitted.
Tornando alla cassa 2, essa presenta un connettore 5, ad esempio un connettore elettrico per la trasmissione di dati o segnali, che à ̈ operativamente connesso con il trasduttore di moto nella cavità della cassa 2 stessa. Returning to the box 2, it has a connector 5, for example an electrical connector for the transmission of data or signals, which is operatively connected with the motion transducer in the cavity of the box 2 itself.
Nella forma esecutiva preferita la cassa 2 Ã ̈ sostanzialmente cubica, con un lato compreso tra 3,5 cm e 5,5 cm, preferibilmente 4,5 cm, in modo da poter alloggiare al suo interno diversi tipi di trasduttori attualmente in commercio. In the preferred embodiment the case 2 is substantially cubic, with one side between 3.5 cm and 5.5 cm, preferably 4.5 cm, so as to be able to house inside it different types of transducers currently on the market.
In questo caso, i mezzi di accoppiamento 3A, 3B sono disposti su due facce del cubo adiacenti, così da permettere la funzionalità sopra descritta. In this case, the coupling means 3A, 3B are arranged on two adjacent faces of the cube, so as to allow the functionality described above.
La cassa 2 à ̈ preferibilmente realizzata in materiale plastico, mentre la punta 4 ed i mezzi di accoppiamento 3A, 3B sono preferibilmente metallici: in questo caso la presenza delle basette 13A e 13B si rivela particolarmente utile, perché consente di distribuire le forze si di un’area più ampia della cassa 2, limitando le deformazioni elastiche della cassa plastica rispetto ai collari 23A, 23B, metallici. The casing 2 is preferably made of plastic material, while the tip 4 and the coupling means 3A, 3B are preferably metallic: in this case the presence of the bases 13A and 13B is particularly useful, because it allows the forces to be distributed. of a wider area than the case 2, limiting the elastic deformations of the plastic case with respect to the metal collars 23A, 23B.
Questi ultimi possono essere realizzati in materiale plastico rigido o, preferibilmente, in materiale metallico. The latter can be made of rigid plastic material or, preferably, of metallic material.
Opzionalmente il geofono 1 comprende anche una o più unità di livellazione, come bolle micrometriche di posizionamento 6, nell’esempio illustrato due, che consentono all’operatore sul campo di posizionarlo correttamente orientato; le unità di livellazione (ad es. le bolle 6) sono a tal fine fissate alla cassa 2. Optionally, the geophone 1 also includes one or more leveling units, such as micrometric positioning bubbles 6, in the example illustrated two, which allow the operator in the field to position it correctly oriented; the leveling units (eg bubbles 6) are attached to cash box 2 for this purpose.
In questo modo si superano i problemi dell’arte nota, perché l’operatore, disponendo anche di un solo geofono secondo l’invenzione, può misurare sia movimenti orizzontali che verticali della superficie a cui à ̈ fissato il geofono 1: a tal fine gli sarà sufficiente fissare la punta 4 in uno o nell’altro mezzo di accoppiamento 3A, 3B e infiggerla nel terreno, posizionandola precisamente, ad esempio grazie alle bolle 6. Sono così raggiunti gli scopi sopra indicati. In this way the problems of the known art are overcome, because the operator, having even only one geophone according to the invention, can measure both horizontal and vertical movements of the surface to which geophone 1 is fixed: for this purpose it will be sufficient for him to fix the tip 4 in one or the other coupling means 3A, 3B and insert it into the ground, positioning it precisely, for example thanks to the bubbles 6. The purposes indicated above are thus achieved.
Sono poi possibili numerose varianti a quanto sino ad ora insegnato, tutte da ritenersi alla portata del tecnico del ramo alla luce della descrizione qui sopra e pertanto equivalenti a quanto più oltre rivendicato. Numerous variations are also possible to what has been taught up to now, all to be considered within the reach of the person skilled in the art in the light of the above description and therefore equivalent to what is claimed further on.
Claims (10)
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Publications (1)
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ID=48579316
Family Applications (1)
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| IT000119A ITPD20130119A1 (en) | 2013-05-03 | 2013-05-03 | REFINED GEOPHONE |
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