ITTO980030A1 - Trasduttore di onde elastiche con sensibilita' incrementata alle onde di taglio. - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"TRASDUTTORE DI ONDE ELASTICHE CON SENSIBILITÀ' INCREMENTATA ALLE ONDE DI TAGLIO”

RIASSUNTO

Geofono del tipo comprendente almeno una coppia di trasduttori meccanoelettrici (20,21; 37,38,40), ciascun trasduttore (20,21; 37,38,40) presentando un primo morsetto d'uscita avente una prima polarità (22,23; 42,43,46) ed un secondo morsetto d’uscita avente una seconda polarità (24,25; 44,45,47), la seconda polarità (24,25; 44,45,47) essendo di segno opposto alla prima polarità (22,23; 42,43,46). Secondo l'invenzione, il primo morsetto d’uscita (22; 43) di un trasduttore (20; 38) di detta coppia è elettricamente collegato al primo morsetto d’uscita (23; 42) dell’altro trasduttore (21; 37) di detta coppia, i secondi morsetti d’uscita (24,25; 45,44) dei trasduttori di detta coppia (20,21; 38,37) costituendo i morsetti di uscita del geofono.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un geofono, comprendente almeno un trasduttore di onde elastiche, nonché ad un metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori nel terreno.

Ai fini dello studio degli strati inferiori della superficie terrestre è uso generare e trasmettere un segnale sismico nella Terra, da una o più sorgenti adiacenti alla superficie terrestre o collocate su di essa, e far ricevere la conseguente energia che viene riflessa e/o rifratta dall’interno della Terra da un geofono, ossia un trasduttore meccano-elettrico di onde elastiche.

Ai fini di tale tipo di studi, un certo numero di geofoni viene collocato sul terreno, secondo schemi noti, per poi acquisire e memorizzare le varie informazioni raccolte tramite essi, solitamente per mezzo di un apparato denominato sismografo, in modo da avere un’indicazione sugli strati soggiacenti al suolo terrestre.

I geofoni che rilevano i segnali sismici comprendono generalmente dei dispositivi elettromagnetici, contenenti almeno una bobina, che rappresenta il circuito elettrico, e almeno un magnete, che interagisce con la bobina. Uno dei due elementi suddetti, bobina o magnete, è connesso rigidamente alla struttura del geofono mentre l’altro è elasticamente sospeso alla struttura stessa.

In risposta al movimento della Terra, prodotto dal segnale sismico in essa trasmesso ai fini dello studio, tutti gli elementi fissi del geofono si muovono solidalmente alla detta struttura; anche l’elemento sospeso, sotto l’effetto della forza d’inerzia, tende a muoversi, ma con ritardo rispetto all’elemento non sospeso, creando così un moto relativo tra i due, ossia tra il magnete e la bobina.

Tale moto relativo induce una corrente elettrica nella bobina, detta corrente costituendo il segnale in uscita del geofono.

I geofoni del tipo citato sono utilizzati per rilevare diversi tipi di segnali sismici generati nell’esplorazione degli strati terrestri.

II tipo di segnale più comune è rappresentato dalle cosiddette onde di compressione, o longitudinali, o di tipo P, in cui la propagazione avviene per compressioni e rarefazioni alternate del materiale; in tal modo, il movimento degli infiniti piani in cui si può idealmente scomporre il corpo roccioso avviene avanti e indietro, nella direzione di propagazione dell’onda.

Il secondo tipo di onde è rappresentato dalle onde di taglio, o onde S, in cui il movimento delle particelle di roccia è perpendicolare alla direzione di propagazione dell’onda.

Le onde di taglio in cui il movimento delle particelle è orientato perpendicolarmente alla direzione di propagazione e su un piano orizzontale sono denominate onde di taglio orizzontali o onde SH, mentre le onde di taglio in cui il movimento delle particelle è orientato perpendicolarmente alla direzione di propagazione e su un piano verticale sono denominate onde di taglio verticali o onde SV.

Le onde di compressione P sono i segnali più comunemente utilizzati per l'esplorazione del sottosuolo e possono essere generate in modi diversi, quali la detonazione di un esplosivo, la caduta di pesi o l’uso di apparecchi che generano impulsi elastici o treni di impulsi elastici nel suolo nel corso di una procedura denominata energizzazione. Nelle campagne di acquisizione dei dati è altresì corrente l'uso, da parte del tecnico addetto alla rilevazione, di appositi martelli che percuotendo il terreno generano onde di compressione P. Sono attualmente disponibili in commercio diversi tipi di geofoni, ed in particolare:

- geofoni orizzontali, per lo studio delle onde S, presentanti due morsetti di uscita;

- geofoni verticali, per lo studio delle onde P, pure presentanti due morsetti di uscita;

- geofoni bifoni, per lo studio, ad esempio, di onde superficiali a polarizzazione ellittica R, presentanti quattro morsetti di uscita;

- geofoni triassali, per lo studio delle onde P, SH e SV, presentanti sei morsetti di uscita.

Dal brevetto US 4,813,029 è altresì noto un apparato in grado di rilevare sia le onde di compressione P che le onde di taglio orizzontali SH, ed un metodo di esplorazione che utilizza tale apparato.

L'apparato descritto dal brevetto US 4,813,029 prevede un primo e un secondo geofono montati su una comune piastra di appoggio, in cui gli assi dei geofoni sono inclinati in direzioni opposte ad un angolo di circa 45° dalla verticale.

Nella configurazione preferita di questo apparato, gli assi dei geofoni sono situati nello stesso piano verticale, che è sostanzialmente perpendicolare ad una linea che va dalla sorgente sismica all’apparato, o in piani verticali paralleli.

Ogni geofono dell’apparato rileva sia le onde di compressione P che le onde di taglio SH trasmesse alla piastra di appoggio, e ogni geofono genera un segnale d’uscita proporzionale all’energia sismica da esso rilevata.

ln un secondo tempo, i due singoli segnali di uscita dai due geofoni vengono sommati, per fornire una traccia di un’onda di compressione e/o sottratti per fornire una traccia di un’onda di taglio.

Attualmente dunque, nella pratica quotidiana, il tecnico del ramo, pur disponendo sul terreno una quantità di geofoni secondo schemi ottimizzati, non ottiene mai in uscita dai geofoni una traccia delle onde di taglio pura, cioè non contaminata dalle onde di compressione.

Inoltre nel caso migliore si devono utilizzare geofoni triassiali, per cui all'apparato atto a memorizzare i segnali di uscita provenienti dai geofoni, ossia il sismografo, giungono rilevazioni di onde di tipo P, SH e SV in modo alternato, per cui i canali del sismografo stesso vengono tutti impegnati dopo aver effettuato un numero relativamente piccolo di rilevazioni.

Secondo lo stato dell’arte attuale, un altro degli svantaggi dato dall’utilizzo dei geofoni noti è quello di dover richiedere un’energizzazione prima in una direzione e poi nella direzione opposta (ossia in prossimità di due fianchi opposti del dispositivo), al fine di ottenere onde di intensità eguale, ma direzione opposta e poter eseguire la somma o sottrazione delle onde secondo il tipo di onda che si necessita, come precedentemente descritto.

Questa procedura aumenta i tempi di rilevazione e inoltre non garantisce l’assoluta uguaglianza del segnale generato dalla sorgente, in quanto nella maggior parte dei casi si tratta di un’energizzazione effettuata in modo manuale (ossia tramite i citati martelli) e quindi impossibile da riprodurre esattamente in intensità ed andamento nel tempo.

Un altro svantaggio della tecnica nota è la necessità di inviare il segnale di uscita ad appositi circuiti di elaborazione del segnale, aumentando il tempo di elaborazione dei dati.

Inoltre un altro svantaggio è dato dalla necessità di memorizzare i segnali provenienti da entrambi i morsetti di un geofono, occupando così memoria nel sismografo.

La presente invenzione si propone di risolvere gli inconvenienti sopra citati e di indicare un geofono comprendente almeno un trasduttore di onde elastiche nonché un metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori nel terreno, di realizzazione migliorata e più efficiente rispetto alle soluzioni note, avente una sensibilità incrementata alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente.

In tale ambito, un primo scopo della presente invenzione è quello di indicare un geofono e/o un metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori nel terreno, avente una sensibilità incrementata alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente SH, che permetta l’acquisizione di dati meno affetti dalla presenza di onde P rispetto alle tecniche note, e che riduca le operazioni di acquisizione dei dati.

Un secondo scopo della presente invenzione è quello di indicare un geofono e/o un metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori nel terreno, che consenta di diminuire i tempi della campagna di acquisizione dati, richiedendo per ogni misura una sola energizzazione invece delle due richieste secondo l’arte nota.

Un terzo scopo della presente invenzione è quello di indicare un geofono e/o un metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori nel terreno, che consenta di ridurre i tempi di elaborazione del segnale in uscita, demandando al particolare tipo di assemblaggio dei trasduttori l’esaltazione di una componente lungo una direzione e l'attenuazione di un’altra componente in un’altra direzione ortogonale alla prima.

Un quarto scopo della presente invenzione è quello di ottimizzare l'uso della memoria di un sismografo, cui il geofono secondo l’invenzione è associato, da un lato evitando di memorizzare segnali provenienti da entrambi i morsetti dell'apparato, dall’altro potendo utilizzare tutta la memoria del sismografo esclusivamente per le onde di taglio polarizzate orizzontalmente SH.

Per raggiungere tali scopi, formano oggetto della presente invenzione un geofono comprendente almeno una coppia di trasduttori di onde elastiche per lo studio di fenomeni elastici ondulatori del terreno, ed un metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori del terreno, incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, che formano parte integrante della presente descrizione.

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue e dai disegni annessi, fomiti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, in cui·.

- la figura 1 rappresenta una vista isometrica di un trasduttore meccanoelettrico di onde elastiche secondo l’arte nota;

- la figura 2 rappresenta una particolare disposizione di piani e rette nello spazio, utile per una chiara comprensione della presente invenzione;

- la figura 3 rappresenta uno schema di principio di un geofono con sensibilità incrementata alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente secondo la presente invenzione;

- la figura 4 rappresenta un’altra particolare disposizione di piani geometrici nello spazio, utile per una chiara comprensione di una prima possibile variante della presente invenzione;

- la figura 5 rappresenta uno schema di principio di una seconda possibile variante della presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1 viene rappresentato uno schema di principio di un geofono impiegante un trasduttore meccano-elettrico di fenomeni elastici ondulatori dì tipo noto.

Tale geofono, indicato nel suo complesso con 1, comprende un involucro esterno, di forma sostanzialmente scatolare, indicato con C. All’involucro C può essere solidale un puntale, non rappresentato, atto ad essere conficcato nel suolo da esaminare.

Entro l'involucro C è presente una base di appoggio inferiore 8, alla quale è solidale l'estremità inferiore di un magnete 9, avente forma sostanzialmente cilindrica; all’estremità superiore del magnete 9 è poi solidale una testata superiore 7.

Con 2 è indicata una massa sospesa, costituita nel caso specifico da un elemento anulare, che circonda almeno una parte del magnete 9.

Su tale massa sospesa 2 sono avvolti degli anelli di spire, indicati schematicamente in 10 e 11.

La massa sospesa o bobina 2 è collegata attraverso idonei mezzi elastici, quali delle molle, alla base di appoggio inferiore 8 ed alla testata superiore 7; in particolare, con 3 e 4, sono indicati i mezzi elastici di collegamento della massa sospesa 2 alla testata superiore 7, e con 5 e 6 sono indicati i mezzi elastici di collegamento della massa sospesa 2 alla base di appoggio inferiore 8.

Con 12 e 13 sono indicati rispettivamente un polo positivo ed un polo negativo, connessi alla testata superiore 7; con 14 e 15 sono poi indicati dei mezzi di collegamento elettrico, quali dei cavi di uscita, che si dipartono rispettivamente dai poli 12 e 13.

Il funzionamento del geofono 1 noto di figura 1 è il seguente.

11 geofono 1 viene conficcato, tramite il citato puntale, nel suolo da esaminare. In risposta ad un movimento della Terra, determinato nei modi descritti in apertura della presente descrizione, tutti gli elementi ‘'fissi” del geofono 1 , ossia la base 8, la testata 7 ed il magnete 9, si muovono solidalmente all’involucro C; anche la massa sospesa 2 tende al movimento ma, sotto l'effetto della forza d’inerzia, essa è in ritardo rispetto ai detti elementi fissi del geofono 1.

In tal modo viene determinato un moto relativo tra il magnete 9 e gli anelli di spire 10 e 11, recati dalla massa sospesa 2.

Tale moto induce una corrente elettrica negli anelli di spire 10 e 11, la quale costituisce il segnale di uscita dal geofono 1 , rilevabile ai capi del polo positivo 12 e del polo negativo 13, rispettivamente attraverso i cavi 14 e 15.

L’interpretazione dei segnali generati dal geofono 1, che nella pratica viene realizzata tramite un sismografo al quale i cavi 14 e 15 sono connessi, può essere brevemente esemplificata nel modo che segue. A tale scopo, nei seguito, con asse A del geofono 1 si intenderà la retta passante per il centro geometrico del geofono 1 di figura 1 e parallela alle pareti verticali del suo involucro C.

Se si definisce un vettore V associato all’asse A del geofono 1 , un’oscillazione con segno convenzionalmente positivo che si presenti prima alla coda di detto vettore V, e cioè prima alla parte inferiore del geofono 1, è trasdotta in un’oscillazione positiva della tensione differenziale in uscita tra il polo positivo 12 ed il polo negativo 13, secondo il modulo di detto vettore V; al contrario, un’oscillazione positiva che si presenta prima alla punta di detto vettore V, e cioè prima alla parte superiore del geofono 1 , è trasdotta in un’oscillazione negativa della tensione in uscita tra il polo positivo 12 ed il polo negativo 13, secondo il modulo di detto vettore V.

Il sismografo, a cui una pluralità di geofoni 1 è connessa, registra tali dati, i quali dopo un'appropriata elaborazione forniscono indicazioni sulla morfologia degli strati soggiacenti al suolo.

In figura 2 è rappresentata una disposizione particolare di piani geometrici e rette nello spazio, utile per una più chiara e semplice comprensione della presente invenzione, la quale verrà illustrata nella seguente figura 3, con la quale andrà posta in correlazione.

In accordo alla disposizione di figura 2, sono definiti dei piani 16 e 17 ortogonali tra loro, i quali definiscono a loro volta una retta 18 di intersezione dei piani 16 e 17; è definita altresì una retta 19, ortogonale alla retta 18 e giacente sul piano 17.

In figura 3 viene rappresentato uno schema di principio di un geofono secondo l’invenzione, in cui il piano del foglio di figura 3 coincide con il piano 17 di figura 2.

Detto geofono, indicato nel suo complesso con G, comprende un involucro 26 per due trasduttori meccano-elettrici svolgenti funzione di trasduttori di onde elastiche, indicati con 20 e 21. Con 27 è indicato un puntale, tramite il quale il geofono G viene associato al terreno.

Nel caso qui esemplificato, si supponga che i trasduttori 20 e 21 siano essi stessi costituiti da geofoni realizzati secondo la tecnica nota descritta con riferimento alla figura 1; ovviamente, in questo caso, i geofoni 20 e 21 non necessitano dei rispettivi puntali.

I due trasduttori 20 e 21 sono saldamente fissati all’involucro 26 in modo che dei vettori OS1 e OS2, associati rispettivamente agli assi 32 e 33 dei trasduttori 20 e 21, giacciono su di un medesimo piano, ossia il piano 17 di figura 2.

I due trasduttori 20 e 21 sono inoltre disposti in modo tale che i vettori OS1 e OS2 sono simmetrici in direzione e verso rispetto ad un asse 31 , coincidente con la retta 19 di figura 2, abbiano uguale modulo e formino, rispetto al detto asse 31, angoli sostanzialmente uguali a e β variabili tra 60 e 120 gradi.

In particolare, nella configurazione preferita del geofono G secondo l'invenzione, gli angoli α e β valgono circa 87 gradi.

I trasduttori 20 e 21 sono rispettivamente dotati di poli o morsetti positivi 22 e 23, e di poli o morsetti negativi 24 e 25.

I poli positivi 22 e 23 dei trasduttori 20 e 21 sono collegati tra loro attraverso idonei mezzi di collegamento elettrico 30, quali un cavo elettrico, mentre il segnale dei poli negativi 24 e 25 dei trasduttori 20 e 21 è portato al di fuori del geofono G, attraverso dei cavi di uscita 28 e 29.

Come si nota, secondo l’invenzione, i due trasduttori 20 e 21 sono elettricamente connessi in modo tale che due polarità di ugual segno siano collegate tra loro, e le altre due polarità costituiscano il segnale d’uscita.

Ciò consente, come risulterà più chiaro in seguito, di ottenere importanti vantaggi in termini di purezza del segnale d’uscita.

Posto che al modulo del vettore OS1 sia associabile la risposta in frequenza del trasduttore 20 e che al modulo del vettore OS2 sia associabile la risposta in frequenza del trasduttore 21 , si dovrà avere cura che l’involucro 26 non generi picchi di risonanza nella banda utile di frequenza; inoltre le risposte in frequenza nella banda utile, le frequenze naturali o di risonanza, le masse, per quanto possibile le impedenze spurie, e le impedenze complesse sulla banda utile dovranno essere il più possibile uguali per i due trasduttori 20 e 21 elettricamente connessi in uno stesso geofono G.

In sostanza, quindi, il tecnico del ramo dovrà, con modalità in sé note, aver cura che i due trasduttori 20 e 21 abbiano un comportamento meccanoelettrico sostanzialmente uguale.

Il geofono G secondo l’invenzione è atto a fornire la traccia relativa alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente SH non contaminata dalle onde di tipo P; ciò perché attraverso la suddetta disposizione dei trasduttori 20 e 21 , il geofono G è atto ad abbattere la componente di un fenomeno ondulatorio lungo la retta 19, ed esaltare quella lungo la retta 18 di figura 2.

In particolare, il funzionamento del geofono G secondo l’invenzione è il seguente.

Ai fini dell’impiego pratico, il geofono G viene conficcato nel terreno attraverso il puntale 27, ed i cavi di uscita 28 e 29 vengono direttamente collegati a un cavo multipolare, non rappresentato in figura 3 per semplicità, il quale è a sua volta connesso ad un sismografo, di tipo in sé noto.

Successivamente, viene determinato dall’operatore un movimento nella Terra, pure con modalità note (si veda ad esempio quanto descritto in apertura della presente descrizione).

Come accennato, nei due cavi di uscita 28 e 29 si avrà il segnale elettrico relativo alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente SH, non contaminata dalle onde di tipo P.

Infatti, grazie alla particolare connessione elettrica dei due trasduttori 20 e 21 (due polarità di ugual segno sono collegate tra loro e le altre due polarità costituiscono il segnale d’uscita de! geofono), si genera automaticamente sui cavi di uscita 28 e 29 un segnale

(P+SH) - (P-SH) = 2SH

(ove P e SH indicano i tipi di onde descritti in apertura della presente descrizione), che costituisce la traccia relativa alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente SH, non affetta dalle onde di tipo P.

In pratica, a causa della particolare disposizione nello spazio dei due trasduttori, l’onda P che essi ricevono è sostanzialmente la stessa. Diversamente avviene per l’onda SH, in quanto in un trasduttore essa si presenta prima alla coda del vettore ad esso associato mentre nell’altro trasduttore essa si presenta prima alla punta del vettore ad esso associato. Come descrìtto in precedenza, un’oscillazione che si presenti prima alla coda del vettore è trasdotta in un’oscillazione positiva mentre un’oscillazione che si presenti prima alla punta del vettore è trasdotta in un'oscillazione negativa. Di conseguenza un trasduttore trasduce l’onda SH con segno positivo mentre l’altro trasduttore trasduce l’onda SH con segno negativo. La differenza tra i due segnali (P+SH) e (P-SH) ricevuti si genera grazie alla particolare connessione anti-serie dei due trasduttori.

In questo modo si ottiene un segnale non affetto dalla presenza di onde P e la cui ampiezza è sostanzialmente due volte maggiore di quella che si otterrebbe con un singolo trasduttore.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiarì risultano i suoi vantaggi.

In particolare si è descritto un geofono atto allo studio di fenomeni elastici ondulatori de! tipo avente una sensibilità incrementata alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente; il dispositivo secondo l’invenzione permette di otenere una traccia delle onde di taglio polarizzate orizzontalmente non contaminata dalle onde di compressione, riducendo altresì i tempi e i costi della campagna di acquisizione dei dati.

Dalla descrizione effetuata risulta altresì chiaro un metodo innovativo per la rilevazione di fenomeni elastici ondulatori in campo sismico, realizzato tramite l'impiego di almeno un geofono avente almeno una coppia di trasduttori, ciascun trasduttore essendo atto alla rilevazione di onde di taglio polarizzate orizzontalmente, rappresentate da segnali SH, e di onde di compressione, rappresentate da segnali P.

Il metodo prevede almeno l'associazione del geofono al terreno, una operazione di energizzazione e la susseguente rilevazione dagli strati soggiacenti al terreno, tramite il geofono, di onde riflesse e/o rifratte prodotte da deta energizzazione.

Il metodo secondo l’invenzione prevede quali passi caraterizzanti:

iv) una prima rilevazione, tramite uno di detti trasduttori, della somma di detti segnali P e SH (P+SH),

v) una seconda rilevazione, tramite l’altro di deti trasdutori, della differenza tra deti segnali P e SH (P-SH),

vi) la compensazione (P+SH)-(P-SH) tra detta prima e detta seconda rilevazione dell’influenza delle onde di compressione P.

Si noti che i passi suddetti si realizzano simultaneamente ed automaticamente, in virtù del particolare collegamento eletrico delle polarità dei trasduttori impiegati.

Il geofono ed il metodo secondo l’invenzione permetono vantaggiosamente di evitare una doppia manovra di energizzazione, ossia di produzione di impulsi elastici o treni di impulsi elastici nel suolo da esaminare. Questo si traduce in un'accuratezza maggiore nella misura rispetto allo stato attuale della tecnica ed in un notevole risparmio di tempo.

Vantaggiosamente inoltre, l’invenzione non rende necessaria l’effettuazione di calcoli aggiuntivi, quali somma o sottrazione di segnali digitali, per l’elaborazione del segnale ricevuto, in quanto il particolare collegamento attuato tra i trasduttori restituisce un segnale già direttamente utilizzabile. In questo modo si riducono i costi e i tempi di elaborazione del segnale.

Un al tra vantaggio dell’invenzione è rappresentato da una minore occupazione di memoria nel sismografo che riceve i segnali di uscita provenienti dal geofono secondo l’invenzione, in quanto non vi è più la necessità di registrare i dati conseguenti ad una doppia energizzazione, permettendo così opportunamente di sfruttare la memoria del sismografo per altre rilevazioni. Vantaggiosamente ancora, l'invenzione consente di ottenere onde di taglio polarizzate orizzontalmente SH la cui ampiezza è approssimativamente due volte maggiore di quella che si otterrebbe con un singolo trasduttore allineato con la direzione di movimento delle particelle della componente dell'onda sismica che si desidera acquisire, aumentando così la sensibilità.

E’ chiaro che numerose varianti sono possibili per l’uomo del ramo al geofono nonché al metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori nel terreno con sensibilità incrementata alle onde di taglio polarizzate orizzontalmente, descritto come esempio, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che nella pratica attuazione dell’invenzione le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti. Ad esempio, nel caso descritto con riferimento alla figura 3, i due trasduttori 20 e 21 sono elettricamente connessi in modo tale che siano le due polarità di segno positivo ad essere collegate tra loro, e le due polarità negative costituiscano i due morsetti per il segnale d’uscita.

Non sfuggirà comunque aH’uomo del ramo che l’invenzione potrebbe essere implementata anche tramite la reciproca connessione delle due polarità di segno negativo, le due polarità positive costituendo in tal caso i morsetti per il segnale d’uscita.

Si tenga poi presente che la disposizione relativa dei due trasduttori 20 e 21 potrebbe all’occorrenza essere diversa da quella descritta con riferimento alla figura 3, ferma restando la reciproca connessione tra due polarità di ugual segno, le altre due polarità costituendo il segnale d’uscita del geofono.

In figura 4 è a tale scopo rappresentata un’ulteriore disposizione di piani geometrici nello spazio, utile ai fini della comprensione di una possibile variante della presente invenzione; in tale figura, con 34 e 35 sono indicati dei piani tra loro paralleli ed ortogonali ad un piano 36.

In accordo alla variante suggerita, il geofono secondo l’invenzione potrebbe essere costruito assemblando i due trasduttori 20 e 21 in modo che i vettori OS1 ed OS2 giacciano sui piani 34 e 35, tra loro paralleli ed ortogonali al piano 36, appartenendo così il vettore OS1 al piano 34 ed il vettore OS2 al piano 35. In accordo a tale variante, i due vettori OS1 e OS2 dovrebbero essere inoltre disposti in modo che i vettori OS1 ed OS2 siano simmetrici rispetto ad un piano ortogonale ai piani 34, 35 e 36 e, giacendo sui piani 34 e 35, formino con detto piano angoli uguali e compresi tra 60 e 120 gradi.

In figura 5 è illustrata un’ulteriore possibile variante dell’invenzione. Si tenga presente che in tale figura, per semplicità di rappresentazione, l’involucro esterno del geofono secondo l’invenzione ed il relativo puntale non sono stati rappresentati.

In tale figura, con G2 è indicato un geofono formato da una coppia di trasduttori 37 e 38 ed un trasduttore verticale 40 posto con un suo vettore associato OS3 parallelamente ad una retta 41, che è l’asse verticale di simmetria della coppia di trasduttori 37 e 38.

Gli assi 39, 53 e 41 appartenenti rispettivamente ai trasduttori 38, 37 e 40 giacciono su di un medesimo piano.

Anche in questo caso, i trasduttori 37, 38 e 40 possono essere essi stessi costituiti da geofoni realizzati secondo la tecnica nota descritta con riferimento alla figura 1.

I trasduttori 37, 38 e 40 sono dotati di poli positivi, indicati rispettivamente con 42, 43 e 46, e di poli negativi, indicati rispettivamente con 44, 45 e 47.

Anche in accordo a tale variante i poli o morsetti positivi 42 e 43 dei trasduttori 37 e 38 sono collegati tra loro, attraverso mezzi di collegamento elettrico 48, ed il segnale d’uscita presente ai capi dei poli o morsetti negativi 45 e 44 dei trasduttori 38 e 37 vengono portati al di fuori del geofono G2 attraverso dei cavi di uscita 49 e 50; similmente, i segnali del trasduttore 40 vengono anch’essi portati fuori dal geofono G2 attraverso dei cavi di uscita 51 e 52.

In questo caso, quindi, si avranno quattro cavi in uscita: i due cavi 49 e 50 derivanti dalla coppia di trasduttori 38 e 37, e l'altra coppia di cavi 51 e 52 derivanti dal trasduttore 40.

Come si intuisce, un siffatto assemblaggio permette, se i trasduttori 37, 38 e 40 sono trasduttori di onde elastiche, di avere informazioni separate e pulite di onde SH e di onde P, con un’unica energizzazione.

Non sfuggirà comunque aH'uomo del ramo che il geofono G2 potrebbe essere costruito assemblando i trasduttori 38 e 37 in modo che i vettori ad essi associati OS1 ed OS2 giacciano sui piani 34 e 35 di figura 4 tra loro paralleli ed ortogonali al piano 36 di figura 4, appartenendo così il vettore OS1 al piano 34 di figura 4 ed il vettore OS2 al piano 35 di figura 4.

In accordo a tale variante, i due vettori OS1 e OS2 dovrebbero inoltre essere disposti in modo che i vettori OS1 e OS2 siano simmetrici rispetto ad un piano ortogonale ai piani 34, 35 e 36 di figura 4.

Negli esempi realizzativi in precedenza fomiti a mo’ d’esempio, i trasduttori meccano-elettrici 20, 21 e 37, 38, 40 sono essi stessi dei geofoni noti: è comunque chiaro all’uomo del ramo che detti elementi potrebbero essere sostituiti da idonei accelerometri.

Claims (22)

1. RIVENDICAZIONI 1. Geofono del tipo comprendente almeno una coppia di trasduttori meccano-elettrici (20,21; 37,38,40), ciascun trasduttore (20,21; 37,38,40) presentando un primo morsetto d’uscita avente una prima polarità (22,23; 42.43.46) ed un secondo morsetto d’uscita avente una seconda polarità (24,25; 44.45.47), la seconda polarità (24,25; 44,45,47) essendo di segno opposto alla prima polarità (22,23; 42,43,46), caratterizzato dal fatto che il primo morsetto d'uscita (22; 43) di un trasduttore (20; 38) di detta coppia è elettricamente collegato al primo morsetto d'uscita (23; 42) dell'altro trasduttore (21; 37) di detta coppia, i secondi morsetti d’uscita (24,25; 45,44) dei trasduttori (20,21; 38,37) di detta coppia costituendo i morsetti di uscita del geofono.
2. 2. Geofono, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che ai capi dei detti morsetti di uscita (24,25; 45,44) è presente un segnale rappresentativo della traccia di un’onda di taglio polarizzata orizzontalmente, o di tipo SH.
3. 3. Geofono, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede un asse verticale (31 ; 41) e che i due trasduttori (20,21; 38,37) di detta coppia sono associati ad un unico mezzo di supporto (26) e disposti da parti opposte rispetto a detto asse verticale (31 ; 41 ).
4. 4. Geofono, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i due trasduttori (20,21; 38,37) di detta coppia comprendono ciascuno un asse (32,33; 39,53) e che detti trasduttori (20,21; 38,37) sono disposti in modo tale che i detti assi (32,33; 39,53) formino angoli (α,β) sostanzialmente uguali e compresi tra 60 e 120 gradi rispetto a detto asse verticale (31; 41) del geofono (G).
5. 5. Geofono, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i detti angoli (α,β) sono di circa 87 gradi rispetto a detto asse verticale (31) del geofono (G).
6. 6. Geofono, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti trasduttori (20,21 ; 38,37) di detta coppia sono disposti in modo tale che i rispettivi assi (32,33; 39,53) giacciano su di un medesimo piano (17).
7. 7. Geofono, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti trasduttori (20,21 ; 38,37) di detta coppia sono disposti in modo tale che i rispettivi assi (32,33; 39,53) giacciano su piani tra loro paralleli (34,35).
8. 8. Geofono, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un ulteriore trasduttore meccano-elettrico (40), presentante un terzo morsetto (46) avente una prima polarità ed un quarto morsetto (47) avente una seconda polarità, la seconda polarità essendo di segno opposto alla prima polarità.
9. 9. Geofono, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dai . fatto che detto ulteriore trasduttore (40) presenta un asse (41 ) e che detto ulteriore trasduttore (40) è disposto in modo tale che detto asse (41 ) giaccia su un medesimo piano su cui giacciono gli assi (39,53) dei trasduttori (38,37) di detta coppia.
10. 10. Geofono, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto terzo morsetto (46) avente una prima polarità e detto quarto morsetto (47) avente una seconda polarità di detto ulteriore trasduttore (40) costituiscono i morsetti d’uscita per un secondo segnale di uscita del geofono.
11. 11. Geofono, secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto secondo segnale di uscita è rappresentativo della traccia di un'onda di compressione, o di tipo P.
12. 12. Geofono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è previsto per il collegamento con un sismografo, o simile apparato atto a memorizzare detti segnali di uscita.
13. 13. Geofono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti trasduttori (20,21; 37,38,40) comprendono una massa sospesa (2) e da un magnete fisso (9).
14. 14. Geofono, secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che detti trasduttori (20,21; 37,38,40) sono realizzati mediante accelerometri.
15. 15. Metodo per lo studio di fenomeni elastici ondulatori del terreno, ove la rilevazione di detti fenomeni è effettuata tramite l’impiego di almeno un geofono comprendente almeno una coppia di trasduttori (20,21; 37,38,40), ciascun trasduttore (20,21; 37,38,40) essendo atto alla rilevazione di onde di taglio polarizzate orizzontalmente, rappresentate da segnali SH, e di onde di compressione, rappresentate da segnali P, detto metodo comprendendo almeno: i) l'associazione del geofono (G) al terreno, ii) la generazione di un segnale sismico nel terreno, o energizzazione, iii) la rilevazione dagli strati soggiacenti al terreno, tramite il geofono (G), di onde riflesse e/o rifratte prodotte da detta energizzazione, caratterizzato dal fatto che sono previsti i seguenti passi: iv) una prima rilevazione, tramite uno di detti trasduttori (20,21; 37,38,40), della somma di detti segnali P e SH (P+SH), v) una seconda rilevazione, tramite l'altro di detti trasduttori (20,21; 37,38,40), della differenza tra detti segnali P e SH (P-SH); vi) la compensazione (P+SH)-(P-SH) tra detta prima e detta seconda rilevazione, ai fini di un'acquisizione di segnali rappresentativi di onde di taglio polarizzate orizzontalmente di sensibilità incrementata e meno affetta dalla presenza di onde di compressione.
16. 16. Metodo, secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che: - ciascun trasduttore (20,21 ; 37,38,40) presenta un primo morsetto d'uscita (22,23; 42,43,46) avente una prima polarità ed un secondo morsetto d'uscita (24,25; 44,45,47) avente una seconda polarità, la seconda polarità (24,25; 44,45,47) essendo di segno opposto alla prima polarità (22,23; 42,43,46), - detta compensazione è ottenuta tramite il collegamento elettrico del primo morsetto d’uscita (22; 43) di un trasduttore (20; 38) di detta coppia con il primo morsetto d’uscita (23; 42) dell’altro trasduttore (21 ;37) di detta coppia, - detti segnali rappresentativi di onde di taglio polarizzate orizzontalmente di sensibilità incrementata sono prelevati ai capi dei secondi morsetti d'uscita (24,25; 45,44) dei trasduttori (20,21 ; 38,37) di detta coppia.
17. 17. Metodo, secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che i passi iv), v) e vi) si realizzano simultaneamente ed automaticamente.
18. 18. Metodo, secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che è prevista un’unica operazione di energizzazione ai fini dell'effettuazione dei passi iv), v) e vi).
19. 19. Metodo, secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che i segnali prelevati ai capi dei secondi morsetti d’uscita (24,25; 45,44) dei trasduttori (20,21 ; 38,37) di detta coppia sono direttamente utilizzabili, non essendo necessari calcoli aggiuntivi per l'elaborazione degli stessi.
20. 20. Metodo, secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che è prevista una terza rilevazione, tramite un ulteriore trasduttore (40), di onde di compressione, rappresentate da segnali P, detta terza rilevazione essendo indipendente da dette prima e seconda rilevazione.
21. 21. Apparato per lo studio di fenomeni elastici ondulatori in campo sismico, implementante il metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 15 a 20.
22. 22. Geofono e/o metodo e/o apparato per lo studio dì fenomeni elastici ondulatori in campo sismico, secondo gli insegnamenti della presente descrizione e dei disegni annessi.