ENSAMBLE DE SENSOR
Campo de la Invención La presente invención describe generalmente un ensamble de sensor. Antecedentes de la Invención La investigación sísmica puede ser utilizada con el propósito de obtener características y atributos de una reserva de petróleo o gas. Para una investigación sísmica de tierra, una fuente sísmica produce ondas acústicas las cuales viajan hacia abajo dentro de la tierra y son reflejadas de regreso a un número de sensores sísmicos, llamados geófonos. Los geófonos producen señales, las cuales indican las ondas sísmicas detectadas, y las señales de los geófonos pueden ser grabadas y procesadas para producir información a cerca de la naturaleza de la tierra, debajo del área que está siendo investigada. Un tipo de geófono, llamado geófono de resorte simple, incluye un cable de resorte simple que está suspendido en un campo magnético interno (por ejemplo, un campo formado de uno o más magnetos permanentes dentro del geófono). El movimiento del resorte, es relativo al campo magnético interno debido a una onda sísmica, que resulta en líneas de depresión del flujo magnético, un evento que produce una salida correspondiente de voltaje (a lo ancho del resorte), que indica la onda sísmica.
El resorte simple del geófono de resorte simple tiene una masa relativamente pequeña, lo cual lo hace relativamente fácil de controlar. Sin embargo, un geófono de resorte simple convencional puede ser relativamente sensible a los campos magnéticos, que son producidos por las fuentes externas al geofono, tal como líneas de transmisión de energía eléctrica altas, las líneas de energía eléctricas asociadas con unos rieles eléctricos, y un sistema de protección de tubería subterráneo. Más específicamente, los campos magnéticos externos pueden causar un movimiento no pretendido del resorte del geófono, lo cual puede impartir un elemento de ruido significativo para el voltaje de salida del geófono. Otro tipo de geófono (llamado geófono de resorte dual), tiene un segundo resorte en un diseño que disminuye idealmente los efectos de los campos magnéticos externos al precio de aumentar la forma del resorte. Un geófono basada en (MEM) microelectromecánico, también puede ser relativamente insensible a los campos magnéticos externos, ya que este geófono comúnmente no contiene cualquier elemento de tipo-inductivo explícitos (tal cómo un resorte), los cuales son afectados por un campo magnético externo. Sin embargo, tanto los geófonos de resorte dual cómo los geófonos basados en MEM, comúnmente son considerados más costosos que su homólogo resorte simple, y la masa del resorte del geófono de resorte dual es mayor, lo que la hace más difícil de controlar si es usado como una parte de un sistema de retroalimentación.
Breve Descripción de la Invención En una modalidad de la presente invención, un ensamble de sensor incluye un elemento de sensor sísmico y una coraza. La coraza, parcialmente rodea al menos al elemento de sensor para proteger al elemento de un campo magnético que es generado fuera de la coraza. En otra modalidad de la presente invención, una técnica incluye al menos un elemento de sensor sísmico redondeado parcialmente con una coraza, para proteger el elemento de sensor de un campo magnético que es generado fuera de la coraza. Aún en otra modalidad de la presente invención, un sistema incluye un subsistema de adquisición de datos sísmicos y un ensamble de sensor que está eléctricamente conectado al sistema de adquisición de datos sísmicos. El ensamble de sensor proporciona una señal que es indicativa de una onda sísmica para el sistema de adquisición de datos sísmicos. El ensamble de sensor incluye un elemento de geófono y una coraza. La coraza al menos rodea por lo menos parcialmente al elemento de geófono para proteger al elemento de un campo magnético, que es generado afuera de la coraza. Ventajas y características adicionales de la presente invención se podrán, a partir de los dibujos, descripción y reivindicaciones anexas.
Breve Descripción de los Dibujos La figura 1, es una vista en perspectiva esquemática de un ensamble de sensor sísmico de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 2, es una vista de sección transversal de una parte seleccionada de un ensamble de sensor tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 3, es una vista en perspectiva esquemática de una selección de parte de un ensamble de sensor sísmico, que ilustra un separador alternativo de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 4, es una vista de sección transversal de una parte seleccionada de un ensamble de sensor sísmico, que ilustra el uso del separador alternativo de la figura 3, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 5, es un diagrama esquemático de un sistema, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Descripción Detallada de la Invención Con referencia ahora a la figura 1, un ensamble de sensor sísmico 10 de acuerdo con una modalidad de la presente invención, incluye una coraza(descrita a continuación), para proteger un elemento de sensor sísmico 12 del ensamble 10 de un campo magnético(llamado aquí como "campo magnético externo"), que es generado por una fuente que es externa al
elemento 12, tal cómo líneas de transmisión de energía eléctrica aéreas, líneas eléctricas asociadas con un riel eléctrico o un sistema de protección de tubería subterráneo, solamente como unos pocos ejemplos. Debido a la protección del campo magnético, el elemento de sensor 12 puede no necesitar un diseño que acomode los campos magnéticos externos, por lo tanto puede posiblemente conducir al uso de un elemento de sensor de un costo relativamente más bajo (de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención). En el contexto de esta solicitud, la "protección" del elemento de sensor 12 de un campo magnético externo, se refiere a reducir la magnitud de la parte del campo magnético externo, la cual afectaría al elemento de sensor 12 si no fuera por la protección. De acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención, el elemento de sensor 12 puede ser un geófono de resorte simple el cual incluye un alojamiento 13 que cubre a un resorte simple (no mostrado), y uno o más magnetos internos (no mostrados) del elemento12. El/ Los magneto(s) interno(s), establecen un campo magnético interno para el elemento de sensor 12, y el resorte es suspendido en el campo magnético interno para que el movimiento del resorte sea relativo al campo magnético interno (debido a una onda sísmica), que forma un voltaje correspondiente a lo ancho del resorte (y además, a lo ancho de las terminales de salida) del elemento12. Debido a la protección del campo magnético que es proporcionada por la
coraza, el ruido que de otra manera puede ser producido por campos magnéticos externos es significativamente reducido, mejorando por la tanto la proporción de la señal a ruido (S/N) del elemento de sensor 12, tal cómo se comparó con geófonos de resorte simple convencionales. Además, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el elemento de sensor 12 puede ser un geófono de resorte simple, el cual debido a la protección del campo magnético tiene un rendimiento S/N comparable a los sensores de geófono de resorte dual comúnmente más costosos. El geófono de resorte simple es meramente un ejemplo de una de muchas modalidades posibles del elemento de sensor 12. Por ejemplo, en otras modalidades de la presente invención, el elemento de sensor 12 puede ser un geófono de resorte dual, ya que la protección magnética aquí descrita mejora el rendimiento del geófono para llevarlo a un nivel de rendimiento competitivo con el elemento de base MEM más costoso. El elemento de sensor 12 no está limitado a geófonos, sin embargo, pueden ser utilizados sensores sin geófonos en otras modalidades de la presente invención. En general, el elemento de sensor 12 puede ser cualquier sensor, el cual se beneficiaría de la protección magnética que es proporcionada por el ensamble de sensor 10. Yéndonos ahora a detalles más específicos de una modalidad particular de la presente invención, la protección del
campo magnético puede ser proporcionada por una coraza que es construida de un material que concentra líneas de flujo magnético (en relación al aire libre), tal como un material que contiene hierro o fierro. Como un ejemplo más específico, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, la coraza puede ser formada de Mumetal tal cómo una composición 3 de Mil-N-14411 C. Alternativamente, el Mumetal puede ser SP510, el cual se consigue en Imphy Alloys, la cual es una subdivisión de Groupe Arcelor. El SP510 tiene la siguiente composición: Ni = 50%, Mn = 0.5%, Si= 0.2%, C= 0.01%, Cr=10% y Fe para el saldo restante. De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, la coraza puede ser ensamblada a partir de piezas múltiples que son construidas para que se encajen juntas, para encerrar por lo menos parcialmente el elemento de sensor 12. Más específicamente con algunas modalidades de la presente invención, la coraza puede ser formada de las mitades de coraza superior 20 e inferior 24, o dedales, los cuales encajan juntos para formar un coraza completa para el elemento de sensor 12. Tal cómo se ilustró en la figura 1, cada uno de los dedales superior 20 e inferior 24 son generalmente concéntricos con respecto al elemento de sensor 12, y un eje longitudinal 11 del ensamble de sensor 10; y el elemento de sensor 12 es ubicado entre los dedales superior 20 e inferior 24. Más particularmente, para la orientación del ensamble de sensor que
es ilustrado en la figura 1, el dedal superior 20 es de forma de copa, con su abertura orientada hacia abajo, y el dedal inferior 24 es de forma de copa con su abertura orientada hacia arriba. En algunas modalidades, los dedales superior 20 e inferior 24 pueden ser idénticos. Sin embargo, en otras modalidades de la presente invención, tal como fue ilustrado en la figura 1, el dedal inferior 24, en general tiene un radio mayor con respecto al eje longitudinal 11 que el dedal superior 20. Debido a su diámetro más grande, el dedal inferior 24 está diseñado para recibir tanto el elemento de sensor 12 como el dedal superior 20 (el cual encaja sobre el elemento de sensor 12, tal cómo se describirá a continuación), cuando el ensamble de sensor 10 es ensamblado. Aunque esta relación facilita el ensamble en que el elemento de sensor 12, y el dedal superior 20 puede ser soltado dentro del dedal inferior 24, el dedal superior 20 puede, en otras modalidades de la presente invención, tener un radio mayor con respecto al eje longitudinal 11 que el dedal inferior 24, así como muchas variaciones son posibles y se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Sin importar sus geometrías específicas, en general, los dedales superior 20 e inferior 24 son construidos para encajar juntos, para colectivamente formar una coraza 98 (ver también figura 2), que al menos parcialmente cubre al elemento de sensor 12. Para las modalidades de la presente invención que son descritas aquí, la coraza 98 cubre por completo o
encapsula al elemento de sensor 12. Debido a que los dedales 20 y 24 son formados de un material ferroso (un material tal cómo por ejemplo Mumetal), la líneas de flujo magnético de cualquier campo magnético externo de alrededor están concentradas en la coraza 98 para bloquear por completo, o reducir significativamente la magnitud del campo magnético externo, el cual de otra forma se extendería a los elementos internos del elemento de sensor 12. Debidos a los magnetos internos del elemento de sensor 12 (de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención), los dedales superior 20 e inferior 24 pueden llegar a quedar magnéticamente saturados (por lo tanto reducirían la protección de la coraza), si el elemento de sensor 12 entra en contacto o se encuentra en proximidad cercana con los dedales 20 y 24. Por lo tanto, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el ensamble de sensor 10 incluye al menos un separador, para propósitos de establecer una compensación uniforme y controlada entre el elemento de sensor 12 y los dedales superior 20 e inferior 24 que los rodean. A diferencia de los dedales superior 20 e inferior 24, el/los separador(es) son formados de un material no ferroso que se comporta más cómo aire libre, y no concentra líneas de flujo magnético. Tal cómo se ilustró en la figura 1, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el ensamble de sensor 10 puede incluir dos separadores que son formados desde las
tapas superior 30 e inferior 31, que encajan los extremos superior e inferior respectivamente, del elemento de sensor 12. Por ejemplo, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, las tapas superior 30 e inferior 31 cada una forman un encaje por fricción con los respectivos extremos del elemento de sensor 12. La tapa superior 30, proporciona una compensación entre el extremo superior del alojamiento del elemento de sensor 13, y la superficie interior del extremo superior del dedal superior 20; y la tapa inferior 31 proporciona una compensación entre el extremo inferior del alojamiento elemento de sensor 13, y la superficie interior del extremo de fondo de dedal inferior 24. Las tapas superior 30 e inferior 31, también establecen una reserva entre las paredes longitudinales del alojamiento del elemento de sensor 13 y las paredes longitudinales de los dedales superior 20 e inferior 24. Más específicamente, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, la tapa superior 30 puede incluir dedos 30a que se extienden longitudinalmente hacia abajo desde un anillo 30b. El anillo 30b, incluye una abertura 33 que proporciona una trayectoria para cables eléctricos para que se extiendan desde el elemento de sensor 12. La tapa 31, puede incluir una pared lateral 31a, que se extiende alrededor de una parte de la pared lateral inferior del elemento de sensor 12. Cuando el ensamble de sensor 10 es ensamblado, las
tapas 30 y 31 y el elemento de sensor 12 forman una unidad que es colocada dentro de la coraza circundante, que es formada desde los dedales superior 20 e inferior 24. De acuerdo con cualquiera de las modalidades de la presente invención, las tapas 30 y 31 son formadas de un metal no ferroso. Entre otras características del ensamble de sensor 10, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el ensamble de sensor 10 incluye un alojamiento inferior 40, el cual incluye un bolsillo 41 para recibir la coraza ensamblada 98 (ver figura 2). La coraza 98 es sujeta en el lugar dentro del bolsillo 41 por un ensamble de placa 50, que puede estar conectado al alojamiento 40 a través de tornillos 51 (por ejemplo), de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención. El ensamble de placa 50, puede también formar un escudo electromagnético para el ensamble de sensor 10. La placa es para protección de interferencia eléctrica. Debido a que es no ferrosa, no tiene efecto e interferencia magnética. Con respecto a esto, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el ensamble de placa 50 puede ser formado de un material eléctricamente conductor para proteger un tablero de componentes electrónicos (no mostrado), y posiblemente otros componentes del ensamble de sensor de interfase electromagnética (EMI). El tablero de componentes electrónicos puede estar ubicado dentro de un hueco 53 del ensamble de
placa 50, y el ensamble de placa 50 puede incluir una abertura 54 para guiar a los cables eléctricos desde el elemento de sensor 12 al tablero de componentes electrónicos. Entre otras características, el ensamble de sensor 10 puede incluir un sello de flujo (no mostrado) entre el ensamble de placa 50 y el ensamble de sensor 10 puede incluir una placa de alojamiento superior (no mostrada), que se conecta al alojamiento inferior 40 para completar al alojamiento total para el ensamble 10. El ensamble de sensor 10, puede también incluir sellos y conectores externos para propósitos de formar contactos eléctricos externos para el tablero de componentes electrónicos. La figura 2, ilustra un corte se sección transversal de la coraza 98 junto con los dedales superior 20 e inferior 24, y las tapas 30 y 31 que están ubicadas ahí, de acuerdo con algunas características de la presente invención. Tal cómo se mostró, las tapas superior 31 e inferior 30 se encajan sobre los extremos 100 y 102 respectivos del alojamiento del elemento de sensor 13. La abertura 33 de la tapa superior 31 y una abertura superior 95 (ver también figura 1) del dedal superior 24, colectivamente forman una trayectoria para extender los cables eléctricos (no mostrados en las figuras) desde el elemento de sensor 12 al tablero de componentes electrónicos (no mostrado). Tal cómo se ilustró en la figura 2, el dedal superior 20 de acuerdo con algunas características de la presente
invención, es recibido por el dedal inferior 24. El grueso de cada dedal 20 y 24, está ahusado a lo largo del eje longitudinal 11 del ensamble de sensor 10 para propósitos de formar un grueso de pared uniforme para la coraza total 98. Más específicamente, el dedal inferior 24 tiene un grueso de pared más grande cerca del extremo inferior 89, y el grueso de pared del dedal inferior 24 se reduce con la distancia desde el extremo de fondo 89 a lo largo del eje longitudinal 11, para que el dedal inferior 24 tenga el mínimo de espesor en su borde superior 88. De una forma similar, el grueso de pared del dedal superior 20 gradualmente se reduce a lo largo del lado del dedal 20, lo más lejos que las paredes lateral se extiendan desde el extremo superior 85 del dedal 20. Además, el dedal superior 20 tiene su máximo de espesor de pared en el extremo superior 85, y su mínimo de espesor de pared en su borde inferior 86. Aunque exista algún ahusamiento para facilitar la unión, la mayor parte de la uniformidad puede ser alcanzada al doblar el espesor del metal de las dos placas del extremo, que resultan en los extremo de tapa teniendo el mismo espesor que las paredes, que tenían cuando su espesor era doblado cuando se absorbieron uno y otro. Debido a la naturaleza complementaria del espesor de pared ahusado de los dedales 20 y 24, el espesor de pared de la coraza 98 es substancialmente uniforme. Además, un espesor de la pared lateral de la coraza 98 con número de referencia 90,
donde el traslape de los dedales superior 20 e inferior 24 es aproximadamente el mismo que el espesor de la coraza 98 en los extremos de dedal 85 y 89, donde los dedales superior 20 e inferior 24 no se traslapan. Otras modalidades están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, con referencia a la figura 3 de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, un separador simple puede ser utilizado (en lugar de las tapas superior 30 e inferior 31). Con respecto a esto, el separador puede ser formado de dos mitades de coraza 110, cada una de las cuales generalmente se parece a un medio cilindro que circunscribe una mitad del eje longitudinal 11. Las corazas del separador 110, cuando son ensambladas juntas, generalmente forman un cilindro circular que encaja las paredes laterales del alojamiento de los elementos de sensor 13, con el propósito de formar un simple y unificado cuerpo de separador, para establecer una brecha radial controlada entre la coraza y el elemento de sensor 12. Cada coraza 110, también puede tener una extensión radial superior parcial 130 que se extiende sobre el extremo superior del alojamiento del elemento de sensor 13, con el propósito de establecer una distancia de reserva entre el extremo superior del alojamiento 13 y la superficie interior superior del dedal superior 20 (ver también figura 1). También, cada coraza 110 puede tener una extensión radial inferior
parcial 132, que se extiende sobre el extremo inferior del alojamiento del elemento de sensor 13, con el propósito de establecer una brecha controlada entre el extremo inferior del alojamiento 13 y la superficie interior inferior del dedal inferior 24. Las corazas 110 pueden ser ensambladas juntas, utilizando un número de mecanismo diferentes, tal cómo tornillos o abrazaderas (únicamente cómo ejemplos), dependiendo de la modalidad particular de la presente invención. Adicionalmente, tal y cómo se ilustró en la figura 3, de acuerdo con algunas de las modalidades de la presente invención, las aberturas 111 pueden ser proporcionadas en los extremos superiores de las corazas 110, para proporcionar una trayectoria para guiar a los cables eléctricos desde el elemento de sensor 12 al tablero de componentes electrónicos, cuando las corazas 110 son ensambladas juntas. De forma similar a las tapas 30 y 31, las corazas 110 pueden ser formadas de una material que no concentre líneas de flujo magnético, tal cómo un metal no ferroso. La figura 4, ilustra una sección transversal (para ser comparado con la sección transversal en la figura 2) de un ensamble de sensor que incluye un separador, que es formado de dos corazas 110. Tal y cómo se mostró, cuando el ensamble de sensor es ensamblado, el separador formado de las corazas 110, establece una brecha uniforme entre el elemento de sensor 12 y el interior de la coraza circundante 98.
Los ensambles de sensor que son descritos aquí, tal como el ensamble de sensor 10, puede ser utilizado en un amplio rango de aplicaciones, una de las cuales es ilustrada en la figura 5. Con referencia a la figura 5, el ensamble de sensor 10 puede ser eléctricamente conectado (a través de cables eléctricos 212) a un subsistema de adquisición de datos sísmicos 210. Cómo un ejemplo, el subsistema de adquisición de datos sísmicos 210 puede ser un sistema basado en computadora que produce una onda acústica y señales de procesos que son proporcionadas por el ensamble de sensor 10, en respuesta a la onda acústica para propósitos de desarrollar una investigación sísmica. El subsistema de adquisición de datos sísmicos 210, puede ser conectado a otros muchos ensambles de sensor 10 (no ilustrados en la figura 5), dependiendo en dichos parámetros dependiendo de parámetros tales como, la resolución de medida deseada y el área de investigación, de acuerdo con modalidades de la presente invención. Aunque que la presente invención ha sido descrita con respecto a un número limitado de modalidades, aquellos expertos en la técnica que tienen el beneficio de esta descripción, apreciarán numerosas modificaciones y variaciones de la misma. Se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas dichas modificaciones y variaciones tal cómo se describió dentro del verdadero espíritu y alcance de la presente
invención.