MX2013007629A - Aparato sensor piezoelectrico para la cancelacion de ruido pasivo y metodo para utilizar el mismo. - Google Patents

Abstract

Se describen sensores usados en el mapeo de los estratos por debajo de un cuerpo marino y / o estructuras en un suelo de cuerpo marino, tal como en una matriz de flotación ajustable de arrastre flexible. Un primer sensor es un sensor acústico tradicional o un sensor acústico novedoso que utiliza un sensor piezoeléctrico montado con una capa de separación de película delgada de microesferas flexibles en un sustrato rígido. Los sensores no acústicos adicionales se montan opcionalmente sobre el sustrato rígido para la generación de salida que se utiliza para reducir el ruido percibido por los sensores acústicos. Se proporcionan combinaciones de sensores acústicos, no acústicos y de movimiento co-ubicados en secciones rígidas de alojamiento strearner, lo que reduce el ruido asociado con diferentes ubicaciones del sensor y / o turbulencia localizada.

Description

APARATO SENSOR PIEZOELECTRICO DE CANCELACION DE RUIDO PASIVO Y MÉTODO DE USO DEL MISMO CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere al uso sensores de cancelación de ruido para determinar 1 posiciones de los objetos sobre un cuerpo de agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Disposiciones remolcadas de sensores hidrófonos se usan para sondear los estratos por debajo de grandes masas de agua, como los golfos, rectas y océanos.

Las patentes relacionadas con la presente invención se resumen en este documento.

Cable de arrastre R. Pearce, "Non-Liquid Filled Streamer Cable ith a Novel Hydrophone" , patente de E.U.A. No. 5,883,857 (16 de marzo, 1999) describe un cable de arrastre que incluye una pluralidad de secciones de cable activas acopladas en serie que tienen hidrófonos situados dentro de una cubierta exterior y un cable electro-mecánico situado longitudinalmente y de forma centralizada.

R. Pearce, "Non-Liquid Filled Streamer Cable with a Novel Hydrophone", patente de E.U.A. No. 6,108,267 (22 de agosto, 2000) describe una disposición remolcada que tiene un miembro de tensión central, una camisa interior de protección sobre el miembro de tensión, un material de espuma sobre la camisa protectora interior, y un material de relleno unido a la camisa protectora interior dentro de una camisa protectora exterior .

R. Pearce, "Method and Apparatus for a Non-Oil-Filled Towed Array with a Novel Hydrophone and Uniform Buoyancy Technique", patente de E.U.A. No. 6,498,769 Bl (24 de diciembre, 2002) describe una disposición remolcada que tiene flotabilidad uniforme lograda usando mi croes feras huecas en una matriz de poliuretano, en donde el porcentaje de microesferas huecas se correlaciona con la densidad adyacente de elementos de la matriz de arrastre.

R. Pearce, "Acoustic Sensor Array", patente de E.U.A. No. 6,614,723 B2 (2 de septiembre, 2003) describe una matriz sensora acústica que tiene secciones flotantes formadas usando moldeo por inyección a reacción con cantidades controladas y variables de microesferas huecas y poliuretano como una función de la posición en la matriz.

Sensor R. Pearce, "Acoustic Transducer", patente de E.U.A. No. 5,357,486 (18 de octubre, 1994) describe una tira de película piezoeléctrica envuelto alrededor de un mandril que tiene collares de separación en cada extremo. Las variaciones en la presión hidrodinámica flexionan la tira de película en tensión para generar un voltaje.

R. Pearce, "Acoustic Sensor ", patente de E.U.A. No. 5,361,240 (1 de noviembre 1994) describe un sensor acústico que tiene un mandril hueco con una superficie exterior que define una concavidad y una película piezoeléctrica flexible envuelta alrededor de la superficie exterior que forma un volumen entre la película y el mandril, el volumen sirve como una cámara de compensación de presión.

R. Pearce, "Acoustic Sensor and Array Thereof", patente de E.U.A. No. 5,774,423 (30 de junio, 1998) describe un sensor acústico que tiene materiales piezoelectricos acoplados eléctricamente.

R. Pearce, "Acoustic Sensor and Array Thereof", patente de E.U.A. No. 5,982,708 (9 de noviembre, 1999) describe un sensor acústico que tiene un sustrato con una concavidad en una superficie exterior que está herméticamente cerrado por un miembro activo de un material piezoeléctrico .

R. Pearce, "Acoustic Sensor and Array Thereof", patente de E.U.A. No. 6,108,274 (22 de agosto, 2000) describe un sensor acústico que tiene un mandril, un primer sustrato en una superficie exterior del mandril, una capa de amortiguación entre el primer sustrato y un segundo sustrato, un sensor piezoelectrico montado en el segundo sustrato, y un material encapsulante en el material piezoelectrico .

R. Pearce, "Method and Apparatus for a Non-Oil-Filled Towed Array with a Novel Hydrophone and Uniform Buoyancy Technique" , patente de E.U.A. No. 6,819,631 B2 (16 de noviembre, 2004) describe un hidrófono remolcable que tiene un diafragma con una forma tubular, una película delgada de elemento piezoeléctrico unida al diafragma, el diafragma tiene un plano posterior que tiene una forma cilindrica, y al menos una nervadura longitudinal en el exterior del plano posterior, donde el plano posterior y la nervadura exterior se acoplan de forma deslizante a la membrana tubular. planteamiento del problema Lo que se necesita es uno o más sensores para su uso en el mapeo de estratos debajo de un cuerpo de agua que tenga mayor insensibilidad a las fuentes de ruido y ancho de banda incrementado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención comprende un método y un aparato sensor piezoeléctrico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Una comprensión más completa de la presente invención se deriva haciendo referencia a la descripción detallada y las reivindicaciones cuando se consideran en conexión con las Figuras, en donde los números de referencia iguales se refieren a elementos similares en todas las figuras.

La Figura 1 ilustra una matriz de sensores remolcada .

La Figura 2 ilustra figurativamente turbulencia localizada de movimiento sobre un sensor .

La Figura 3 presenta un sensor acústico que usa microes f eras , Figura 3A, y el sensor acústico en sección transversal, Figura 3B.

La figura 4 representa un sensor acústico acoplado eléctricamente y sensores no acústicos.

La figura 5 ilustra múltiples tipos de sensores estrechamente separados sobre un sustrato de una matriz remolcable.

Elementos y pasos en las figuras se ilustran por simplicidad y claridad y no necesariamente han sido mostrados de acuerdo con cualquier secuencia particular. Por ejemplo, los pasos que se llevan a cabo simultáneamente o en orden diferente se ilustran en las figuras para ayudar a mejorar la comprensión de las modalidades de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención consiste en un aparato sensor piezoeléctrico de cancelación de ruido y el método de uso del mismo.

En una modalidad, se proporciona un sensor acústico que tiene un sensor piezoeléc trico acoplado con un adhesivo de transferencia cargado de microesferas como una cámara de gas compresible.

En otra modalidad, múltiples tipos de sensores están co-posicionados para su uso en la eliminación de ruido de turbulencia.

En todavía otra modalidad, un elemento piezoeléctrico es restringido en movimiento en una o más dimensiones para mejorar la sensibilidad y/o para seleccionar la sensibilidad.

En un ejemplo, el sistema incluye dos elementos de película delgada de polímero piezoeléctrico configurados de una manera tal como para formar un sensor acústico dedicado y un sensor acústico de cancelación de ruido de flujo dedicado, ambos de los cuales son excitados por fuerzas y en algunos casos fuerzas sus tancialmente similares manifestadas como presión dinámica con inmunidad a la aceleración y movimiento dinámico de partículas con inmunidad a la presión dinámica a fin de permitir la medición discreta de la energía acústica y de movimiento de partículas presentes en un solo lugar o en un pequeño volumen, como se describe más adelante. El sensor acústico se materializa de una manera tal como para permitir que las características de respuesta inherentes de película delgada de fluoruro de pol ivini 1 ideno (PVDF) detecten tanto la acústica como el ruido producidos por la capa límite turbulenta como presión dinámica mientras que al mismo tiempo se detecta sólo la capa límite turbulenta que se manifiesta como un respuesta a una fuerza, produciendo una respuesta en la porción no acústica del elemento de la capa límite turbulenta que está aproximadamente ciento ochenta grados fuera de fase con la detectada en la porción acústica del elemento. Esto se logra en un solo sensor contiguo mecánicamente limitado de tal manera que se permita que una porción del elemento responda a la presión dinámica y una porción del elemento responda sólo a la fuerza mecánica. Una modalidad simple de la presente invención se presenta con el sensor compuesto de una sola pieza de película de PVDF en donde una sola tira de sensor acústico está rodeada por dos tiras de sensores de fuerza correspondientes. Patrones complejos también están disponibles para mejorar el rendimiento de la invención usando un patrón fractal de muestreo de la capa límite turbulenta. Los sensores completados se usan entonces para construir una sección de cable sísmico necesariamente de una construcción sólida, donde se colocan los sensores.

E es Haciendo referencia ahora a la Figura 1, en este documento un eje x está en una dirección horizontal de remolque de una matriz de sensores.

Los ejes x/y forman un plano paralelo a una superficie del cuerpo de agua. El eje z está alineado con la gravedad. Típicamente, el espesor de una película piezoeléctrica se considera en términos de un eje z, aunque la película piezoeléctrica está opcionalmente enrollada alrededor de un mandril, descrito más adelante.

Material piezoeléctrico La piezoelectricidad es la carga que se acumula en ciertos materiales sólidos en respuesta a la tensión mecánica aplicada. Un material piezoeléctrico genera electricidad a partir de la presión aplicada.

Un ejemplo de un material piezoeléctrico es el fluoruro de pol ivini 1 ideno (PVDF) . A diferencia de la cerámica, donde la estructura cristalina del material crea el efecto piezoeléctrico, en el polímero PVDF moléculas de cadena larga entrelazadas se atraen y se repelen entre sí cuando se aplica un campo eléctrico.

El material de pol ivini 1 ideno es particularmente útil en entornos acuosos ya que la impedancia acústica del PVDF es similar a la del agua. Una fuerza mecánica externa aplicada a una película de fluoruro de polivinilideno se traduce en una tensión de fuerza de compresión o tracción. Una película de PVDF desarrolla un voltaje de circuito abierto, o carga eléctrica, que es proporcional a los cambios en el esfuerzo mecánico o la tensión. Por convención, el eje de polarización es el eje de grosor del material de polivinilideno. Esfuerzo de tracción puede tener lugar a lo largo ya sea del eje longitudinal o eje de anchura.

Aquí, para mayor claridad, fluoruro de pol ivini 1 ideno se usa como un ejemplo del material piezoeléctrico . Sin embargo, cualquier material que genere una carga en respuesta a la presión se usa opcionalmente . Algunos ejemplos son: cristales artificiales, tales como ortofosfato de galio, un cristal de cuarzo analógico y langasita; cerámicas hechas por el hombre, tal como un titanato, un niobiato, un tantalato o un tungstato; y/o una piezocerámica libre de plomo.

Un material de PVDF se caracteriza en términos de una tira de película de PVDF. La película de PVDF incluye un eje de anchura o eje x-x, un eje de longitud o eje y-y, y un eje de grosor o eje z-z. El eje x-x de la película de PVDF es menos sensible, en términos de carga desarrollado, a las fuerzas aplicadas que el eje longitudinal o el eje de espesor de la película de PVDF. Por lo tanto, en los sensores descritos en este documento, el eje de anchura de la película de PVDF es típicamente casi paralelo a la dirección de remolque de la matriz de sensores para reducir al mínimo las señales de ruido resultantes del remolque de la matriz de sensores con un cable bajo tensión variable. Como se describe abajo, la expansión del eje y-y de la película de PVDF está restringida opcionalmente en un paso de montaje, lo que se traduce en un aumento de los cambios de espesor de la película de PVDF resultantes de las fuerzas aplicadas. El aumento del cambio de espesor como una función de la fuerza aplicada es equivalente a una relación señal a ruido aumentada.

La película de PVDF es opcionalmente cortada, formada, o envuelta sobre una superficie, tal como un mandril o tubo hueco.

Un sensor de PVDF es una película de PVDF junto con al menos un elemento de transferencia de carga, tal como un alambre conductor. En un caso, un sensor de PVDF incluye una película de PVDF recubierta por ambas caras con una tinta conductora.

En un segundo caso, la película de PVDF es recubierta por una cara con una tinta conductora y el lado opuesto hace contacto con un fluido conductor, como se describe más adelante, para formar un sensor de PVDF.

Electrónica de acondicionamiento La salida eléctrica del sensor de PVDF se lleva a lo largo de un elemento conductor, tal como un cable, a un circuito eléctrico. El circuito eléctrico incluye opcionalmente: un convertidor de corriente a voltaje, tal como un preampl i f icador , un amplificador, electrónica de procesamiento, un convertidor de analógico a digital, y/o un bus de datos. La señal proveniente de un primer sensor de PVDF es opcionalmente: • combinada con la señal proveniente de un segundo sensor de PVDF usando el circuito eléctrico de a bordo, y/o • es post procesada después de la comunicación de la señal acumulada a un centro de procesamiento.

Matriz de sensores remolcada Todavía con referencia a la Figura 1, se ilustra un sistema para mapear estratos 100 debajo de un piso de un cuerpo de agua. En el ejemplo ilustrado, una embarcación 110, tal como un barco, arrastra una o más conjuntos de sensores 120. Un conjunto de sensores 120 incluye al menos un cable de arrastre 122 y un sensor 124.

El cable de arrastre 122 incluye opc i onalment e : • un alojamiento exterior 126; • un miembro de tensión, tal como un miembro de tensión central; un conjunto de alambres configurado para transportar energía y/o datos, el conjunto de alambres se envuelve preferiblemente sobre el miembro de tensión para reducir la tensión de remolque; • una pluralidad de sensores 124, tales como hidrófonos casi equidistantes o no igualmente separados, sensores no acústicos, y/o acelerómetros ; • electrónica; · un elemento de flotabilidad, y/o • una camisa protectora sobre los sensores, miembro de tensión, y grupo de alambres.

Los sensores se describen con más detalle, más adelante.

En un uso, se genera una onda de choque sísmica, tal como con un explosivo. La onda de choque se refleja parcialmente de un piso 150 del cuerpo de agua, y/o de una serie de capas de estratos 152, 154 bajo el piso de cuerpo de agua 150. En un caso, los reflejos de la superficie producen una onda sísmica 142 que se eleva verticalmente y que golpea a los uno o más sensores 124. En un segundo caso, una onda sísmica se refleja al menos parcialmente fuera de una superficie de cuerpo de agua 160 para producir una onda sísmica 144 verticalmente descendente, que golpea a los uno o más sensores 124. La onda sísmica verticalmente descendente es una señal de interferencia, que reduce el ancho de banda y la relación señal a ruido asociada de los sensores 124.

En otro uso, los sensores 124 se usan pasivamente, tal como sin el uso de un explosivo detonado .

En cualquier caso, los sensores 124 están configurados opcionalmente para cancelar pasivamente el ruido, tal como el ruido proveniente de la turbulencia localizada.

Todavía con referencia a la Figura 1, los expertos en la técnica saben que un sensor o una matriz de sensores se pueden usar para mapear capas de estratos, y/o para detectar estructuras geofísicas bajo el agua.

SENSORES Los sensores 124 se describen con más detalle. Cualquiera de los sensores 124 descritos en este documento están opcionalment e recubiertos con un material sólido flexible como parte del cable marino o de arrastre 122. Además, los sensores 124 están colocados opcionalment e en cualquier posición del eje x del cable marino 122 para formar la matriz de sensores 120, aunque se prefiere separación equidistante de elementos sensores 124 similares.

Turbulencia Haciendo referencia ahora a la Figura 2, las burbujas de turbulencia localizadas 210 se ilustran en sentido figurado. Algunas burbujas de turbulencia 210 interactúan con el alojamiento exterior 126 sobre un sensor 124. En los mismos casos, las burbujas de turbulencia 210 tienen un impacto localizado en un primer sensor no detectado por un segundo sensor. Esta diferencia de impactos permite que la señal y/o el ruido resultantes de la turbulencia localizada sean eliminado, . tal como mediante la eliminación pasiva y/o a través del post procesamiento de los datos del primer sensor y el segundo sensor. En la práctica, opcionalmente cualquier número de sensores.

Sensor acústico Haciendo referencia ahora a la Figura 3A y la Figura 3B, se ilustra un sensor acústico 300. El sensor acústico usa una película piezoeléctrica, que se describe en este documento como una película acústica piezoeléctrica 330, que mantiene las propiedades generales de un material o elemento piezoeléctrico .

Todavía con referencia a la Figura 3A, el sensor acústico 300 incluye: • un sustrato, 310; · una película de movimiento piezoeléctrica 330 opcionalmente unida a un diafragma, y • una cavidad hueca, cámara hueca, una cámara cerrada, y/o un conjunto de microesferas 320 entre el sustrato 310 y la película de movimiento piezoeléctrica 330.

Cada uno de los elementos del sensor acústico 300 se describen adicionalmente en este documento .

Sustrato En la práctica, el sustrato 310 es opcionalmente un tubo hueco o un mandril hueco. El sustrato 310 es lo suficientemente rígido para aislar tensiones radiadas internamente desde los elementos piezoeléctricos incorporados en el sensor acústico 300 descrito abajo. El sustrato 310 incluye opcionalmente una superficie interior cóncava, definiendo una pared interior de un tubo. El tubo se usa opcionalmente para contener y/o para restringir el movimiento de elementos colocados centralmente, tales como un miembro de tensión del cable de arrastre 122, el conjunto de alambres configurado para transportar energía y/o datos, un elemento de absorción de choque, y/o los circuitos electrónica. El sustrato 310 también incluye opcionalmente una superficie exterior convexa sobre la cual se montan los elementos del sensor. La superficie exterior convexa del sustrato 310 contiene opcionalmente una concavidad exterior o canal 405. El canal o cavidad 405 se crea ya sea a través de maquinado o a través de un proceso de moldeo por el cual el canal 405 se presenta alrededor de una circunferencia situada fuera del mandril rígido o sustrato 310. Elementos sensores están opcionalmente ubicados en la concavidad o canal exterior 405. Por ejemplo, en un caso, el sustrato 310 incluye un par de hombros internos, que funcionan como un soporte mecánico para un diafragma y/o la película de movimiento piezoeléctrica 330. Los hombros internos son ya sea maquinados o moldeados y están situados fuera de y hacia el lado del canal creado a una profundidad y anchura suficientes para permitir la fijación del elemento sensor de movimiento de película piezoeléc trica 330 que forma una cámara sellada entre la película piezoeléctrica y el sustrato 310. Opcionalmente , el sensor acústico 300 incluye un alojamiento de sensor acústico exterior. El alojamiento de sensor acústico exterior o segundo mandril cilindrico rígido se coloca sobre una cavidad formada por los hombros exteriores sellando así todo el sensor acústico 200 en el interior. El alojamiento de sensor acústico exterior evita que el sensor acústico 300 responda a la presión dinámica. Además, el alojamiento de sensor acústico exterior forma un mandril exterior sobre el que un sensor acústico de cancelación de ruido de flujo pasiva se coloca opcionalmente. Preferiblemente, el alojamiento de sensor de movimiento exterior es rígido o semi-rígido. El alojamiento de sensor de movimiento exterior está opcionalmente conectado al sustrato 310, tal como por ejemplo a través de un par de hombros exteriores colocados a lo largo del eje x más lejos de un centro de la cámara cerrada 405 con relación a los hombros internos. El conjunto adicional de hombros exteriores adyacente y fuera de los hombros internos opcionalmente forma una segunda cámara por encima del primer elemento piezoeléctrico de película delgada. Tanto los hombros interior como exterior son opcionalmente una parte del sustrato 310, son elementos extraíbles fijados al sustrato 310, se fijan al alojamiento de sensor acústico, y/o son parte del alojamiento de sensor acústico.

En un ejemplo, la película acústica piezoeléctrica 330 está montada radialmente hacia afuera desde el sustrato 310 de una manera que forma una cámara hueca sellada o capa de microesferas 320 entre las mismas, como se describe más adelante. Por ejemplo, el elemento de película acústica delgada de polímero piezoeléctrico 330 se construye con un solo electrodo depositado en la superficie exterior con el fin de crear un electrodo continuo alrededor de la circunferencia del cilindro de película piezoeléc trica resultante creado cuando la película es unida a los hombros anteriormente descritos y sellada donde la envoltura de película se solapa o se encuentra creando una cámara hueca y sellada entre la película acústica piezoeléctrica 330 y el sustrato 310 en el canal 405. Por ejemplo, la película de movimiento piezoeléctrica 330 está montada sobre una porción de la concavidad o canal del sustrato 310 o está montada directamente o indirec amente a los hombros internos. La película de movimiento piezoeléctrica 330 forma opcionalmente una o más capas que rodean circunferencialmente el sustrato 310. La cámara hueca se extiende hasta por lo menos parcialmente circunferencialmente abarcar una sección de eje x del sustrato 310. En un caso, la película piezoeléctrica se monta directamente en el sustrato 310, como por ejemplo mediante el montaje de los hombros internos del sustrato 310. Fijando mecánicamente, tal como con una envoltura y/o un adhesivo, la película acústica piezoeléctrica 3 3 0 a los hombros internos restringe el movimiento del eje y-y de la película piezoeléc trica . El movimiento del eje y-y restringido de la película de movimiento piezoeléctrica 2 2 0 y la orientación del eje x-x de la película piezoeléctrica lo largo del eje x o eje de remolque se traduce en cambios mejorados en el eje de espesor z-z de la película piezoeléctrica, como respuesta a los cambios de presión/tamaño resultantes de las ondas sísmicas o una fuente de ruido, lo que aumenta la relación señal a ruido del sensor acústico 3 0 0 . Los bordes del eje x-x . de las películas acústicos piezoel éctri cas son igualmente restringidos opcionalmente , lo que a su vez aumenta la relación señal a ruido del sensor acústico. En casos adicionales, la película acústica piezoeléctrica 3 3 0 es fijada indirectamente al sustrato 3 1 0 , por ejemplo, mediante el uso de un diafragma. En todos estos casos, al menos una porción de la cámara hueca está colocada físicamente entre el sustrato 3 1 0 y la película acústica piezoeléctrica 3 3 0 .

Cambios en el espesor de la película acústica piezoeléctrica 3 3 0 , que son proporcionales a los cambios en la tensión mecánica o la tensión resultante de la onda sísmica o fuente de ruido, se miden usando conexiones eléctricas a la película acústica piezoeléctrica 3 3 0 . Una primera conexión eléctrica 3 3 4 se hace a una superficie exterior o superficie radialmente hacia afuera de la película acústica piezoeléctrica 3 3 0 usando material conductor, tal como una tinta conductora flexible 332, aplicada a la superficie exterior de la película piezoelectrica 330. Por ejemplo, un alambre se une por medios adecuados al electrodo exterior plateado o tinta conductora 332 de la película acústica piezoeléc trica 330 y pasa a través de los hombros exteriores, donde el alambre es conectado a alambres de señal del sensor acústico 300. Una segunda conexión eléctrica 338 a al menos una porción de una superficie radialmente interior de la película acústica piezoeléctrica 330 se hace, por ejemplo con una tinta metalizada o fluido conductor. El voltaje de circuito abierto, o carga eléctrica, de la película acústica piezoeléctrica 330, que es proporcional a los cambios en el estrés o tensión mecánica, se mide usando la señal eléctrica transportada por las capas de tinta conductora 332, 334 y los cables eléctricos 334, 338. Por ejemplo, el conductor eléctrico és un alambre o lámina eléctricamente conductor adherido al diámetro exterior de la cámara hueca con el fin de formar una superficie conductora o electrodo con un material metálico estable. En caso de que se use alambre, el alambre es envuelto opcionalmente una pluralidad de vueltas alrededor de la circunferencia del sustrato 310 con el fin de crear una trayectoria conductora continua alrededor de la circunferencia que pasa el alambre desde el interior de la película piezoeléctrica 330 hasta el exterior de la cámara hueca a través de un agujero en el hombro interior, que preferiblemente es sellado más tarde. A medida que aumenta o disminuye la presión hidrostática externa, resultante de. la onda sísmica o burbuja de turbulencia 210, la contracción o expansión del sustrato 310 y/o el diafragma al que el sustrato está montado opcionalmente resulta en la contracción o expansión correspondiente de la cámara hueca, el diafragma, la película piezoeléc trica acústica 330, y/o una matriz de microesferas flexibles descrita más adelante. Los cambios en la película acústica piezoeléctrica 330, tal como en el eje de grosor z-z, se miden usando la primera conexión eléctrica 334 hecha a la tinta conductora en un lado de la película acústica piezoeléctrica 330 y la segunda conexión eléctrica 338 usando el cable eléctrico en contacto con el lado opuesto de la película piezoeléctrica 330.

Microes f eras Todavía con referencia a la Figura 3A y la Figura 3B, en este ejemplo, el sensor acústico usa una matriz de microesferas flexibles. En este ejemplo, una película acústica piezoeléctrico 330 se envuelve alrededor del mandril 310. La película acústica piezoeléctrica 330 incluye material conductor 332, 336 en la superficie exterior y la superficie interior, respectivamente. Por ejemplo, un primer conector eléctrico 334 está conectado a un primer circuito de tinta conductora flexible en la superficie exterior de la película acústica piezoeléctri ca 330. Del mismo modo, un segundo conector eléctrico 338 está conectado a un segundo circuito de tinta conductora flexible en la superficie interior de la película acústica piezoeléctrica 330. Un conjunto de microesferas flexibles 320 están posicionadas entre el mandril 310 y la capa interna 336 de la película acústica piezoeléctrica 330. La superficie exterior de la película acústica piezoeléctrica 330 está opcionalmente recubierto o contenido dentro de un sólido flexible 340.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, las microesferas 320 son sensibles a la presión y aislan mecánicamente la película acústica piezoeléctrica 330. Por ejemplo, si el sensor acústico 300 es montado en una estructura que sea golpeada, las microesferas 320 aislan la película acústica piezoeléctrica 330 del sensor acústico 300 a partir de la energía transmitida en la estructura. Del mismo modo, las microesferas 320 aislan movimiento mecánico que resulta de una burbuja de turbulencia para la película piezoeléctrica 330. Por el contrario, sensores adyacentes, tales como el sensor 1 y sensor 3, descritos más adelante, que no tienen las microesferas aislantes responden a o detectan las burbujas de turbulencia 210.

El conjunto de microesferas 320 es opcionalmente una capa única de microesferas o un espesor de microesferas 320, tal como menos de aproximadamente 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 300, 500, 1,000, 5,000, o 10,000 micrómetros de espesor. El diámetro medio de las microesferas 320 es menos de aproximadamente 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, o 1,000 micrómetros.

Las microesferas 320 son generalmente flexibles, son preferiblemente de plástico, y no deben ser confundidas con esferas de vidrio incompresibles usadas para el control de la flotabilidad, como en el elemento exterior 445.

Las microesferas 320 en el sensor de hidrófono 300 son opcionalmente flexibles y/o de plástico. En el sensor acústico piezoeléctrico 300 o hidrófono, las microesferas compresibles 320 se colocan opcionalmente en y/o sobre un material adhesivo, tal como para formar una tira adhesiva o una esfera revestida y/o adhesivo de transferencia impregnado. Por ejemplo, el adhesivo de transferencia es opcionalmente una capa flexible, polímero, o una cinta recubierta preferentemente en un lado y opcionalmente las dos caras con una capa de microesferas flexibles 320. Las microesferas flexibles sobre y/o en el adhesivo de transferencia se envuelven alrededor de la superficie rígida o mandril, o alojamiento de sensor de movimiento rígido 240. Preferiblemente, las microesferas 320 están recubiertas sobre una superficie del adhesivo de transferencia y la superficie recubierta con esferas del adhesivo de transferencia se envuelve sobre el mandril sensor acústico rígido 440 para formar una capa de microesferas flexibles 320 sobre la superficie interior de la película acústica de polímero piezoeléctr ica 330 circunf erencialmente envuelta en el sustrato rígido o mandril 440.

El sensor acústico piezoeléctrico de película delgada 300 usa opcionalmente un material de transferencia de adhesivo cargado con microesferas flexibles, que se aplica a un lado de la película plateada a lo largo de una longitud desde el extremo igual a la circunferencia del mandril exterior 310. Opcionalmente, el material de adhesivo cargado con microesferas, como parte del sensor acústico piezoeléctrico 300, se coloca entre dos tiras adyacentes de adhesivo no cargado con esferas formando sensores no acústicos, como se describe más adelante.

En la práctica, una onda de presión acústica se convierte en un movimiento mecánico 211 en la interfase de agua/sólido flexible. El movimiento mecánico se transfiere a la película acústica piezoeléctrica 330, en donde un cambio en la forma de la película acústica piezoeléctrica 330 es recogido como una señal eléctrica correspondiente usando el primer conector eléctrico 334 conectado al primer circuito de tinta conductora flexible en la superficie exterior de la película piezoeléctrica acústica 330 y el segundo conector eléctrico 338 del segundo circuito de tinta conductora flexible en la superficie interior de la película acústica piezoeléctrica 330. La señal eléctrica es amplificada y procesada, tal como se describió arriba, para producir información sobre la estructura del fondo marino 150 del cuerpo de agua, y/o sobre la serie de capas de estratos 152, 154 bajo el fondo del cuerpo de agua 150.

Sensores múltiples Sensores múltiples se usan opcionalmente en cada sección sensora de la serie de sensores 120. Por ejemplo, la salida de uno o más sensores de movimiento se combina con la salida de uno o más sensores acústicos 300, la salida de un primer sensor de movimiento se combina con la salida de un segundo sensor de movimiento, la salida de un primer sensor acústico se combina con la salida de un segundo sensor acústico, y/o la salida de un sensor acústico se combina con la salida de un sensor no acústico. El proceso de combinación de las señales opcionalmente se produce pasivamente mediante conexiones eléctricas, en una etapa de pre-procesamiento mediante el uso de circuitos electrónicos, y/o se produce en un proceso de procesamiento de señales digitales de postprocesamiento .

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se ilustra un ejemplo de un primer sistema de sensores múltiples 400. En este ejemplo, un miembro central 440 está encerrado en un elemento exterior 445, tal como un elemento de flotabilidad. Como una función de la posición del eje x, tres sensores (Si, S2 y S3) se ilustran en sentido figurado. El primer sensor 410 y el tercer sensor 430 son cada uno sensores no acústicos de funcionamiento independiente que usan una película piezoeléctrica y. capas de conexión eléctrica asociadas aplicada directamente al miembro central 440. El segundo sensor 420 contiene sus tancialmente las mismas características que el primer sensor 410, excepto que la película piezoeléctrica y capas de conexión eléctrica asociadas están separadas del miembro central por al menos una capa de esferas huecas, tales como las microesferas flexibles 320, formando un sensor acústico como el descrito arriba. Uno o más de los bordes y/o extremos de la película piezoeléctrica del segundo sensor 420 están opcionalmente constreñidos, como se describe más adelante. Como se ilustra, el primer sensor 410, segundo sensor 420 y tercer sensor 430 están opcionalmente conectados eléctricamente para ' permitir la sustracción directa de la señal observada por los sensores no acústicos 410, 430 de la señal observada por el sensor acústico 420. Opcionalmente, se recogen las señales individuales provenientes de cada sensor y se procesan posteriormente. Dado que el elemento exterior amortigua el movimiento mecánico 211 de la burbuja de turbulencia 210, una perturbación mecánica localizada se puede observar con uno de los tres sensores 410, 420, 430, mientras que no se observa por un segundo de los tres sensores 410, 420, 430.

Haciendo referencia ahora a la Figura 5, se ilustra un ejemplo de un segundo sistema de sensores múltiples 500. En este ejemplo, un tubo central 540, tal como un tubo rígido, está encerrado en un alojamiento exterior 550, tal como un alojamiento semi-f lexible . Como una función de la posición del eje x, tres sensores (S4, S5 y S6) se ilustran en sentido figurado. El cuarto sensor 510 usa un diafragma 512 entre el tubo central 540 y los elementos sensores piezoeléctricos de las capas conductoras interior y exterior en los lados opuestos de la película piezoeléctrica . El diafragma 512 es desplazado con respecto al tubo interior 440 por el uso de elementos de desplazamiento 514, tales como los hombros internos descritos arriba. El quinto sensor 520 contiene las mismas características que el cuarto sensor 510, excepto que uno o más de los bordes 522 de la película piezoeléc trica están limitados, tal como con un adhesivo o envoltura, causando una mayor deformación a lo largo del eje z-z de la película piezoeléctrica produciendo un relación señal a ruido mejorada, tal como se describió arriba. El sexto sensor 530 también usa una película piezoeléctrica entre dos capas metálicas, sin embargo, el tercer sensor está unido directamente al tubo interior 540 produciendo un sensor no acústico. El diafragma 512 o hueco contiene opcionalmente una matriz de microesferas flexibles.

Todavía con referencia a la Figura 5, el cuarto, quinto y sexto sensores 510, 520, y 530 están posicionados casi en la misma posición en el cable de arrastre 122, tal como dentro de alrededor de 1, 2, 3, 5, 10 ó 20 centímetros el uno del otro. La estrecha proximidad de los tres sensores 510, 520, y 530 permite que cada uno de los tres sensores 510, 520, 530 observen las mismas anomalías de turbulencia seudo aleatorias, que se localizan en el espacio en un momento dado. Mediante la comparación de señales de salida de los tres sensores 510, 520, 530, se reduce el ruido. Por ejemplo, el cuarto sensor 510 y el quinto sensor 520 cada observan señal acústica, por ejemplo, de la onda de choque, mientras que el sexto sensor 530 observa fenómeno de turbulencia local también observado por el primer sensor 510 y el segundo sensor 520. Al restar o quitar matemáticamente la señal observada por el sexto sensor 530 de la señal observada ya sea por el cuarto sensor 510 o el quinto sensor 520, se observa que el ruido del cuarto sensor 510 y el quinto sensor 520 disminuye en alrededor de diez decibelios. La eliminación matemática de ruido proveniente de la señal del cuarto sensor 510 o la señal del quinto sensor 520 usando la señal del sexto sensor 530 se realiza opcionalmente usando electrónica de a bordo o en una etapa de procesamiento posterior, como se describe más arriba .

Flotabilidad En cualquiera de los sensores 124· descritos en la presente, cualquiera de las capas, como por ejemplo un elemento de flotación exterior están configuradas opcionalmente con esferas de vidrio, que funcionan como un elemento de flotabilidad. En general, las esferas de vidrio son incompresible hasta alrededor de dos mil libras por pulgada cuadrada. Las esferas de vidrio son útiles en el mantenimiento de la flotabilidad uniforme independientemente de la profundidad a la que se remolque el cable de arrastre 122. Una esfera de vidrio preferida tiene una densidad de aproximadamente 0.32 g/cm3; sin embargo las esferas de vidrio opcionalmente tienen una densidad menor que el agua y/o de menos de aproximadamente 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3 o 0.2 g/cm3.

El elemento de flotabilidad, que es opcionalmente el alojamiento exterior 126: · se usa opcionalmente con cualquier sensor 124 en este documento ,- • opcionalmente contiene esferas de vidrio no compresibles, y/o • opcionalmente contiene cantidades variables de las esferas de vidrio para ajustar la flotabilidad como una función de la posición del eje x y/o como una función del tamaño del elemento de cable de arrastre y la densidad.

Sensores apilados Opcionalmente, dos o más sensores, tales como un sensor de movimiento, sensor acústico, y/o un sensor de turbulencia, se apilan a lo largo de los ejes y y z en un punto o longitud dada a lo largo del eje x del cable de arrastre 122. En general, los sensores apilados incluyen cualquiera de los elementos del sensor de movimiento. Del mismo modo, los sensores apilados incluyen cualquiera de los elementos del sensor acústico 300. Aún más, generalmente el sensor apilado incluye opcionalmente sensores no acústicos similares a los sensores no acústicos 410, 430, y 530 descritos arriba .

Sensores combinados Para mayor claridad, se proporciona otro ejemplo de un sensor combinado. Mientras que las secciones sensoras individuales se colocan opcionalmente en diferentes posiciones relativas entre sí, el ejemplo usa: • un acelerómetro sensor colocado sobre un sustrato; • un primer sensor no acústico colocado radialmente hacia afuera desde un centro del sustrato en relación con el acelerómetro sensor; • un segundo sensor no acústico colocado radialmente hacia afuera desde un centro del sustrato en relación con el acelerómetro sensor; y • un sensor acústico posicionado tanto radialmente hacia afuera desde el centro del sustrato en relación con el acelerómetro sensor como aproximadamente adyacente a al menos uno de los primero y segundo sensores no acústicos.

En general, el acelerómetro sensor usa la película de movimiento piezoeléctrica entre un conductor de tinta metalizada en un primer lado del eje z, un segundo conductor de tinta metalizada o fluido conductor en una cámara cerrada en un segundo lado del eje z de la película de movimiento piezoeléctrico . Cualquiera de los elementos sensores acústicos descritos arriba, tales como los hombros internos, el diafragma y/o las limitaciones de borde se usan opcionalmente .

En general, los sensores no acústicos se desplazan del sustrato usando un soporte rígido, tal como los hombros exteriores. Los sensores no acústicos se unen sin una diferencia considerable en capas rígidas a la cara convexa del sustrato, tal como a través del hombro exterior y/o a través del alojamiento de sensor de movimiento rígido que abarca circunferencialmente el acelerómetro sensor. El uno o más sensores no acústicos opcionales están situados preferiblemente dentro de aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 ó 20 centímetros de un acelerómetro sensor y/o un sensor acústico. Cada uno de los uno o más sensores no acústicos incluyen una película piezoeléctrica entre dos capas conductoras, tales como capas de tinta metalizada.

En general, un sensor acústico desplazado usa cualquiera de los elementos del sensor acústico 300. Por ejemplo, el sensor acústico desplazado incluye una película piezoelectrica acústica 330 entre el material conductor tanto en la superficie exterior como en la superficie interior, tal como se describe arriba. Un conjunto de microesferas flexibles 320 o una cavidad hueca de compensación de presión se colocan entre un alojamiento de sensor de movimiento y la capa interna 336 de la película acústica piezoeléctrica 330. La superficie exterior 332 de la película acústica piezoeléctrica 330 está opcionalmente recubierta con un sólido flexible.

En general, el acelerómetro sensor, sensor no acústico, y sensor acústico desplazado se colocan opcionalmente en cualquier posición espacial relativa entre sí. Por ejemplo: • el sensor acústico desplazado es opcionalmente posicionado radialmente hacia afuera del sensor no acústico; • el sensor no acústico está opcionalmente a una primera distancia radial lejos del cable de arrastre 122 que es diferente que una o ambas de una segunda distancia radial entre el cable de arrastre 122 y el sensor acústico o una tercera distancia radial entre el cable de arrastre y el acelerómetro sensor; y/o • el acelerómetro sensor, sensor no acústico y sensor acústico desplazado se apilan verticalmente .

El apilamiento de al menos dos del acelerómetro sensor, sensor no acústico y sensor acústico desplazado reduce la longitud de las secciones de longitud rígidas de la matriz de sensores 120, lo que ayuda en la durabilidad y el despliegue de la matriz de sensores 120.

Se proporciona un medio para conectar los electrodos de la película en el cual se sujetan cables a un medio por el cual la señal se puede transmitir a través de los hombros exteriores del ensamble .

Bloqueadores de aislamiento de tensión rígidos específicamente diseñados para permitir el moldeo interior y la fijación de los sensores incorporados al cable electromecánico primario se moldean después a los extremos del mandril más interior con pasadores conductores moldeados por inserción para permitir el paso de las respectivas salidas del sensor doble a través los hombros exteriores hasta los sensores adyacentes y en última instancia pasando las señales al núcleo del cable electromecánico. Las formas en los extremos de las molduras de hombro están configuradas específicamente para evitar el atrapamiento de burbujas de aire en el proceso de moldeo interior vertical .

Cada modalidad de sensor individual es luego sobre moldeada entre los hombros moldeados previamente residentes en los extremos de los mandriles más interiores individuales para formar una forma lisa adecuada para sobre moldeo secundario con un material de flotación sintáctico flexible de elas tornero .

Cable de arrastre Pares de sensores completados se disponen en un grupo de sensores que forma las aberturas de sensores acústico, de movimiento, y/o turbulencia de la sección de cable sísmico.

Los sensores acústicos 300 típicamente se combinan eléctricamente en paralelo mediante el uso de un par trenzado de conductores conectados de un sensor al siguiente con longitud suficiente como para permitir que la hélice del alambre alrededor del cable central entre los sensores evite roturas cuando el cable de arrastre sea doblado ya sea en la manipulación o en el devanado en una bobina.

Los sensores de movimiento se combinan típicamente eléctricamente en paralelo mediante el uso de un par trenzado de conductores conectados de un sensor al siguiente con longitud suficiente como para permitir que la hélice del cable entre los sensores evite roturas cuando el cable de arrastre se doble ya sea en la manipulación o en el devanado en una bobina.

La sección del sensor moldeado interior y exterior completado es luego sobre moldeada con una segunda forma de esferas de vidrio o microesferas de vidrio cargadas en /un compuesto de flotación elastomérico incompresible que crea una sección del sensor flexible continua de diámetro uniforme.

Las relaciones opcionales entre los componentes del sensor 124 están descritas a continuación : • El mandril rígido o sustrato forma la base de la construcción del sensor.

Características moldeadas sobre el substrato rígido, como por ejemplo los hombros internos y los hombros exteriores forman las cavidades necesarias y estructuras de soporte para colocar los componentes de los sensores duales.

• El elemento sensor de movimiento de película de polímero reside entre los hombros internos y forma la cavidad o cámara hueca en la que se coloca un electrodo de metal líquido opcional.

· Los hombros del sensor de movimiento residen por debajo o adyacentes a los hombros del sensor acústico 300.

• El material conductor opcional colocado alrededor de la base interior de la cavidad reside en contacto con el metal líquido.

• El segundo conjunto de hombros proporciona el montaje de un segundo tubo rígido, que forma una cavidad cilindrica alrededor del elemento sensor de movimiento.

· El segundo tubo rígido forma el sustrato para el elemento sensor acústico 300, que reside fuera de la circunferencia del segundo tubo rígido.

• El segundo elemento piezoeléctrico 330 con su adhesivo cargado sintáctico con patrones se envuelve después alrededor del sustrato rígido externo y forma el sensor acústico de cancelación de ruido de flujo pasiva 300.

• Los alambres eléctricos de cada sensor respectivo están unidos entre sí ya sea en paralelo o en serie para crear un grupo de sensores que comprendan un canal discreto dentro del cable sísmico 122.

• El grupo de sensores se colocan en el cable central deslizando el cable a través del diámetro interior de la modalidad de sensor.

• Salida acústica proveniente del sensor acústico 300 es cableada separada y aparte de salida de aceleración del sensor de aceleración y ambos sensores se presentan a una abertura en el cable electromecánico interior donde son unidos a sus respectivos pares de alambres dentro del cable central .

• Las modalidades de sensores discretos se colocan en un molde gue presenta las modalidades de sensores individuales a sus ubicaciones deseadas dentro del grupo.

• El grupo de sensores se moldea después al cable de núcleo interior con la novedosa forma de hombro de las modalidades individuales impidiendo el atrapamiento de burbujas de aire durante el proceso de moldeo.

• El cable termina en conectores situados en cada extremo. Cada longitud de cable comprende una sección del cable.

• Cada sección del cable se presenta después al proceso de sobre moldeo del material de flotación sintáctico, lo que completa el proceso de construcción de la sección sísmica de doble sensor con cancelación de ruido de flujo pasiva.

Se proporciona un ejemplo de cómo los componentes trabajan juntos: • El primer sustrato rígido interior proporciona una forma rígida que aisla mecánicamente la energía presente en el cable electromecánico central tanto del sensor de movimiento como del sensor acústico de cancelación de ruido de flujo pas i a 300.

• El sustrato rígido interior proporciona una forma rígida en la cual se moldean las características mecánicas. El sustrato es preferiblemente un plástico relleno rígido para facilidad de fabricación, que forma la modalidad y forma tanto para el sensor de movimiento como el sensor acústico de cancelación de ruido de flujo 300 y los hombros exteriores de eliminación de burbujas y aislamiento de estrés rígidos moldeados posteriormente .

• Un elemento de película de polímero piezoeléctrica se construye donde un solo lado de la película recibe un revestimiento conductor que forma una placa de electrodo y se envuelve alrededor de los hombros presentes en el borde de la cavidad moldeada que residen alrededor de la circunferencia de la forma moldeada formando una cavidad sellada alrededor de la circunferencia y entre el diámetro exterior de la forma moldeada interior y el diámetro interior del elemento piezoeléctrico envuelto en donde el electrodo metalizado reside en el diámetro exterior de la película piezoeléctrica .

• Un elemento conductor se envuelve una pluralidad de vueltas sobre el diámetro exterior de la forma moldeada interior para crear una superficie conductora de electrodo interior con un extremo presentado a través de y fuera de la cámara sellada disponible para unir un conductor para la transmisión de señales.

• El sensor de movimiento 300 está encerrado en un tubo rígido, que impide que la energía acústica contribuya a la salida del sensor de movimiento piezoeléctrico.

• El segundo tubo forma el mandril sobre el cual se construye el elemento acústico y aisla al sensor acústico 300 dé la energía mecánica presente en el cable electromecánico central .

• Un segundo elemento de polímero piezoeléctrico 330 se construye y galvaniza sobre ambos lados para crear un elemento piezoeléctrico. El sensor piezoacús tico de película delgada 300 se crea usando un novedoso material de transferencia de adhesivo cargado con microesferas flexibles, que cubre un área específica en un lado de la película plateada 330 a lo largo de una longitud desde el extremo igual a la circunferencia del mandril exterior y se coloca entre dos tiras adyacentes de adhesivo de transferencia no cargado con esferas. Regiones de la tira adhesiva que no están revestidas con esferas continúan sobre y por encima de la longitud restante de la película piezoeléctrica . Comenzando en el extremo de la película piezopolimérica que está recubierta con el adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexibles, la película delgada piezopolimérica de PVDF 330 se envuelve alrededor de la circunferencia del mandril un mínimo de una sola vuelta o una pluralidad de vueltas dependiendo de la longitud de la película acústica piezoeléctrica 330. Si bien se especifica un mínimo de una sola vuelta, es deseable crear un patrón complejo de adhesivo de transferencia tanto lleno como no lleno para crear un patrón fractal de muestreo, tanto para el sensor acústico como para el sensor de límite turbulento.

• La conexión eléctrica se hace a la película piezoeléctrica por ondulaciones que perfora la película piezoeléctrica y proporcionan una trayectoria conductora a la que después se fijan alambres para transmitir la señal deseada, la cual es una práctica común en la terminación de películas piezopolimericas.

Función del sensor Presión dinámica, independientemente de la fuente, resulta en una diferencia de presión que existe entre el volumen sellado de las microesferas 320 y el exterior del sensor que resulta en un cambio mecánico en la película acústica piezopolimérica 330 que refleja el cambio dinámico de la presión en esa zona . Presiones de capa límite turbulenta presentes sobre las zonas cargadas de microesferas flexibles también dan lugar a una salida proporcional a los cambios mecánicos de la misma manera y forma que las presiones acústicas y se considera que están "en fase". Esto es debido a la forma en la que la película se deforma y la respuesta respectiva por los tres ejes de deformación en la película de PVDF con d31 , d32 y d33, d31 y d32 está eléctricamente en fase con d33 que está eléctricamente fuera de fase por alrededor de ciento ochenta grados. La deformación resultante de un cambio positivo en la presión dinámica en las zonas donde la película de PVDF es sustentada por las microesferas compresibles 320 resulta en la compresión de las microesferas flexibles 320, acortando así la circunferencia del cilindro de película de PVDF envuelto. Este acortamiento resulta en una salida desde el eje d31, el eje de la más alta sensibilidad al cambio, un acortamiento del eje d32 resulta con su menor contribución a la salida convolucionada y limitada por la relación de Poison, hay una correspondiente prolongación del eje d33 o un engrosamiento de la película. Esta acción está mecánicamente fuera de fase con los otros dos ejes, lo que se traduce en qué la salida de señal debido al cambio en el d33 esté en fase eléctricamente tanto con d31 como con d32. La convolución de estas tres salidas resultada en una sensibilidad predeterminada a la energía acústica controlada por la deformación mecánica.

En las áreas de la película de PVDF donde el adhesivo de transferencia no tiene microesf eras compresibles, tanto el eje de respuesta d31 como d32 son ahora limitados, incapaces de contribuir con eficacia a la presión dinámica. La condición limitada presente en d31 y d32 significa que el eje de respuesta disponible de sólo las películas reside en la fuerza presente en el eje d33. Se puede entender que la compresión del eje d33 se traduce en un acortamiento del eje d33 y una salida correspondiente que resulta de esa deformación está mecánicamente fuera de fase con la respuesta del eje d33 en aquellas áreas donde residen microesferas compresibles. Se ha demostrado que en estas condiciones restringidas, la salida desde el eje d33 es algunos 40 dB menor que la del eje d33 en las áreas en las que residen microesferas compresibles y unos ciento ochenta grados fuera de fase, restando así de la salida acústica. La señal resultante debido a la presión acústica se reduce insignificantemente. Los campos de presión producidos por la capa límite turbulenta se manifiestan a sí mismos como una fuerza en el material de flotación cargado con microesferas no compresibles sólido que se moldea sobre por encima del sensor y cable electromecánico, presionando hacia abajo y en la película de PVDF no respaldada con esferas resultando en una compresión del eje d33 de la película de PVDF produciendo una salida correspondiente proporcional a las fuerzas presentes en el elemento de película de PVDF ahora incompresible que también está 180 grados fuera de fase con la señal correspondiente producida por la capa límite turbulenta en las áreas en las que descansan microesferas compresibles, cancelando así las señales debido a ruido de capa ' límite turbulenta.

Método de fabricación Se describe un ejemplo de método de fabricación.

Para realizar la invención, un mandril rígido o sustrato se fabrica para producir un factor de · forma deseado para la modalidad final como un cable sísmico o matriz de sensores 120. El sustrato o mandril rígido se sobre moldea para colocar las características requeridas en la superficie del mandril rígido para permitir el montaje y aislamiento de los dos sensores discretos, de tal manera que los dos sensores ocupan el mismo espacio y se consideran co-situados. Los dos sensores son opcionalmente el sensor de movimiento y sensor acústico 300. El sensor de movimiento es inmune a la energía acústica por la colocación de un tubo rígido que rodea el sensor de movimiento y evita que el sonido acceda al volumen en el que reside el sensor de movimiento. El tubo rígido forma el substrato o base para el sensor acústico 300. El sensor acústico 300 se forma alrededor del substrato exterior con un adhesivo cargado con microesferas flexibles que reside por debajo y entre el elemento de película y el sustrato rígido. La película puede ser continua o puede estar compuesta de patrones discretos de electrodos depositados sobre la superficie de la película de polímero para lograr las características de respuesta deseadas.

Sensores de doble elemento Un número de sensores de doble elemento están conectados eléctricamente en serie o en paralelo para formar las características deseada de grupo o abertura. Los sensores acústicos están conectados entre sí proporcionando una salida de señal, y los sensores de aceleración están conectados entre sí para proporcionar una sola salida de señal de aceleración. La modalidad del grupo o abertura es opcionalmente un conjunto de elementos espaciados lo más cerca uno del otro como sea mecánicamente práctico preservando la capacidad de doblar la abertura alrededor de un cabrestante o polea sin daños, mientras se optimiza el rechazo de la energía mecánica que se propaga a lo largo de la longitud del cable . El grupo conectado se carga entonces en el cable de núcleo en la ubicación deseada enroscando el cable de núcleo a través del diámetro interior del sensor combinado y terminado eléctricamente al cable de núcleo a través de una sola abertura en la cubierta del cable de núcleo.

El grupo de sensores se coloca en el molde de grupo que fija la ubicación de los sensores individuales dentro del grupo y a lo largo de la longitud de todo el cable; los alambres que interconec tan los elementos individuales dentro del grupo se envuelven en dos direcciones sobre el cable de núcleo entre las ubicaciones discretas dentro del grupo. El grupo se moldea al cable que sella la entrada de los alambres en la cubierta del cable de núcleo eliminando posibles rutas de fuga y centrando los elementos sobre el cable. Flotación de elastómero flexible sólida cargada con microesf eras se moldea a continuación sobre toda la longitud del cable y sobre los grupos individuales que han sido previamente montados a lo largo de toda la longitud del cable.

La ubicación del sensor de movimiento es opcionalment e ya sea debajo del sensor acústico o adyacente al sensor acústico que reside en el mismo sustrato rígido. Esto permite un diámetro reducido de la modalidad completa según sea necesario. La separación dentro del grupo entre los elementos discretos del grupo es variada opcionalmente dependiendo de la respuesta deseada del grupo con algunos elementos separados a un intervalo, algunos a otra para adaptar la respuesta del sensor de movimiento para rechazar la energía no deseable que se propaga dentro del ensamble de cable de arrastre ajustando esencialmente la abertura para responder sólo a la señal de propagación vertical deseada.

El sensor doble dentro de un cable sísmico opera con dos objetivos, la reducción de ruido debido al flujo y la recuperación de ancho de banda en el dominio acústico que se pierde como resultado de la energía que se propaga desde la tierra debajo, reflejándose de vuelta desde la superficie del mar y la interfaz de aire, invirtiéndose y propagándose hacia abajo hasta los receptores acústicos en el cable de arrastre, interfiriendo así con las señales de propagación ascendente deseadas que causan una pérdida de señal dentro de un ancho de banda determinado por la profundidad de remolque con respecto a la superficie reflejada. El uso tanto de un sensor acústico como de un sensor de movimiento permite en el post procesamiento de los datos sísmicos, que el uso de las características de movimiento direccional inherentes sean convolucionadas con la característica falta de dirección inherente en señales acústicas para eliminar la propagación de la energía él hacia abajo desde las señales deseadas, recuperando por lo tanto la energía perdida y mejorando la resolución de los datos sísmicos. A diferencia de otras descripciones de esta técnica, este sistema proporciona que la respuesta de movimiento y acústica de los sensores discretos resulta de la misma excitación debido a la co-ubicación de los sensores acústico y de movimiento, lo que permite la mejora de los resultados del procesamiento. El ruido debido al flujo se reduce mediante la colocación de un solo elemento continuo en donde una porción del elemento está unida al sustrato usando un adhesivo cargado con microesferas flexibles que crea la porción de detección acústica del elemento. La superficie restante del elemento está recubierta con un adhesivo no llenado con esferas que une la película de polímero directamente a la superficie del sustrato rígido, evitando así su cambio de longitud debido a la energía acústica y el cambio asociado en la circunferencia de las microesferas que residen debajo de la película. La porción de la película sin microesferas responde con sólo un eje de deformación, que es el eje de grosor, a la fuerza creada por la turbulencia presente en la superficie del material de flotación, que en el caso de la zona en la que residen las microesferas está acotada y por lo tanto responde a la presión. La fuerza se manifiesta a sí misma fuera de fase con la presión y por lo tanto la señal generada en una pieza contigua de película delgada de PVDF hace que las dos señales debido al ruido de flujo de la capa de límite turbulenta se cancelen, mitigando así la respuesta general a este tipo de energía indeseable.

El uso de estas dos salidas distintas de los diferentes sensores permite en procesamiento de datos la recuperación de la energía perdida debido a las reflexiones desde arriba en la interfase de aire y agua. En una modalidad, el sistema actual pone tanto al sensor acústico 300 como al sensor de movimiento en el mismo espacio físico eliminando así cualquier diferencia en respuesta debido a su diferente ubicación. El sistema también proporciona un acelerómetro uniaxial que sólo detecta vertical y lo hace sin partes mecánicas complejas o cardanes y reside interior al sensor acústico. La colocalización de los sensores resulta en una función de transferencia lineal entre los dos sensores y simplifica y mejora el procesamiento posterior. El sensor de salida dual utiliza aceleración de modo que la fase correcta se mantenga entre la respuesta acústica y la respuesta de aceleración.

En diversas modalidades, el sensor 124 comprende cualquiera de: • un sensor acústico de polímero piezoeléctrico de película delgada que incorpora un adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexible como la cámara de gas compresible que proporciona una alta sensibilidad e inmunidad a presión de sobrecarga; • un cable sísmico para estudios sísmicos marinos que incorpora un sensor acústico de polímero piezoeléctrico de película delgada que incorpora un adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexibles único como la cámara de gas compresible que proporciona alta sensibilidad e inmunidad a presión de sobrecarga; • un sensor acústico de polímero piezoeléctrico de película delgada que incorpora un adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexibles como la cámara de gas compresible que proporciona una alta sensibilidad e inmunidad a la presión de sobrecarga combinado con zonas de adhesivo de transferencia no cargado con microesferas para actuar como sensores de la capa límite turbulenta, cuya salida combinada proporciona la cancelación pasiva de ruido debido al flujo de la capa límite turbulenta; · un cable sísmico para estudios sísmicos marinos que incorpora un sensor acústico de polímero piezoeléctr ico de película delgada que incorpora un adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexibles único como la cámara de gas compresible que proporciona alta sensibilidad e inmunidad a presión de sobrecarga combinado con zonas de adhesivo de transferencia no cargado con microesferas para actuar como sensores de la capa límite turbulenta, cuya salida combinada proporciona la cancelación pasiva de ruido debido al flujo de la capa límite turbulenta; • un sensor monolítico o múltiples sensores alojados en un solo alojamiento, tal como un sensor de movimiento uniaxial de metal líquidoy acústico de cancelación de ruido de flujo, de doble salida y alojamiento rígido incorporado en un elastómero flexible, tal como un cable sísmico sólido a base de elastómero sintáctico para estudios sísmicos marinos ; • un cable sísmico para estudios sísmicos marinos que incorpora un sensor acústico de polímero piezoeléctr ico de película delgada que incorpora un adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexibles como la cámara de gas compresible que proporciona alta sensibilidad e inmunidad cercana a presión de sobrecarga combinado con zonas de adhesivo de transferencia no cargado con microesferas para actuar como sensores de la capa límite turbulenta, cuya salida combinada proporciona para cancelación pasiva de ruido debido al flujo de la capa límite turbulenta; • un sensor acústico y de movimiento de salida dual monolítico, co-situado en un solo alojamiento discreto; • un sensor acústico y sensor de movimiento de salida dual monolítico que usa un sensor acústico que emplea una película de polímero piezoeléctrico flexible, tal como una modalidad de película de polímero piezoeléctrico respaldada sintáctica; • un sensor acústico y de movimiento de salida dual monolítico que usa una disposición de electrodos de metal líquido, que usa la gravedad para colocar la masa de fluido y electrodo de una manera tal que se permita la detección de sólo el movimiento vertical y el rechazo de movimiento indeseable ; • un sensor acústico y de movimiento de salida dual monolítico que usa un novedoso método de aislamiento de presión para evitar la respuesta acústica en la respuesta del sensor de movimiento; • un cable sísmico para estudios sísmicos marinos que incorpora un sensor acústico de polímero piezoeléctrico de película delgada que incorpora un adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexibles como la cámara de gas compresible que proporciona alta sensibilidad e inmunidad a presión de sobrecarga combinado con zonas de adhesivo de transferencia no cargado con microesferas para actuar como sensores de la · capa límite turbulenta, cuya salida combinada proporciona la cancelación pasiva del ruido debido al flujo de la capa límite turbulenta combinado con un novedoso sensor acústico y de movimiento de salida dual monolítico que usa una novedosa disposición de electrodos de metal líquido que usa la gravedad para colocar la masa de fluido y el electrodo de tal manera que permitan la detección de sólo el movimiento vertical y el rechazo de movimiento indeseable; • un sensor acústico y de movimiento de salida dual monolítico incorporado dentro de un cable sísmico sintáctico flexible en grupos que están anidados en complejas disposiciones de separación para mejorar el rechazo de las señales no deseadas, y • un sensor acústico y de movimiento de salida dual monolítico incorporado dentro de un cable sísmico sintáctico flexible que permite que el cable electro-mecánico de núcleo resida dentro del diámetro de la modalidad de sensor.

Aún otra modalidad incluye cualquier combinación y/o permutación de cualquiera de los elementos sensores descritos en este documento.

Las implementaciones particulares mostradas y descritas son ilustrativas de la invención y su mejor modo y no están destinadas a limitar de otra manera el alcance de la presente invención en modo alguno. De hecho, en aras de brevedad, los aspectos convencionales de fabricación, conexión, preparación, y otros aspectos funcionales del sistema pueden no ser descritos en detalle. Por otra parte, las líneas de conexión que se muestran en las diversas figuras están destinadas a representar las relaciones funcionales ejemplares y/o acoplamientos físicos entre" los varios elementos. Muchas relaciones funcionales alternativas o adicionales o conexiones físicas pueden estar presentes en un sistema práctico.

En la descripción anterior, la invención se ha descrito con referencia a modalidades ejemplares específicas; sin embargo, se apreciará que diversas modificaciones y cambios pueden hacerse sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se expone en este documento. La descripción y las figuras deben ser considerados de una manera ilustrativa, en lugar de una restrictiva y todas estas modificaciones se pretende que estén incluidas dentro del alcance de la presente invención. En consecuencia, el alcance de la invención debe ser determinado por las modalidades genéricas descritas en este documento y sus equivalentes legales más que por los meros ejemplos específicos descritos anteriormente. Por ejemplo, los pasos recitados en cualquier modalidad de método o proceso pueden ser ejecutados en cualquier orden y no se limitan al orden explícito presentado en los ejemplos específicos. Adicionalmente , los componentes y/o elementos citados en cualquier modalidad de aparato pueden ser montados o configurados operativamente de otra manera en una variedad de permutaciones para producir sustancialmente el mismo resultado que la presente invención y por tanto no están limitados a la configuración específica descrita en los ejemplos específicos .

Los beneficios, otras ventajas y soluciones a los problemas se han descrito anteriormente con respecto a modalidades particulares; sin embargo, cualquier beneficio, ventaja, solución a problemas o cualquier otro elemento que pueda causar que se produzca cualquier beneficio, ventaja o solución particular o que se vuelva más pronunciado no se deberá interpretar como características o componentes críticos, requeridos o esenciales.

Según se usa en la presente, los términos "comprende", "que comprende", o cualquier variación de los mismos, pretenden hacer referencia a una inclusión no exclusiva, de manera que un proceso, método, artículo, composición o aparato que comprenda una lista de elementos no incluye sólo aquellos elementos recitados, sino también pueden incluir otros elementos no enumerados expresamente o inherentes a tal proceso, método, artículo, composición o aparato. Otras combinaciones y/o modificaciones de las estructuras, arreglos, aplicaciones, proporciones, elementos, materiales o componentes anteriormente descritos usados en la práctica de la presente invención, además de los que no se describieron específicamente, pueden variarse o de otra manera adaptarse particularmente a ambientes, especificaciones de fabricación, parámetros de diseño u otros requisitos de funcionamiento específicos sin apartarse de los principios generales de los mismos .

Aunque la invención se ha descrito aquí con referencia a ciertas modalidades preferidas, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que otras aplicaciones pueden sustituir las establecidas en este documento sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente invención. En consecuencia, la invención sólo deberá estar limitada por las reivindicaciones incluidas a continuación.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato caracterizado porque comprende : un sensor piezoeléctrico acústico que comprende : un tubo rígido; un elemento sensor piezoeléc trico flexible; y un espacio entre una superficie interior de dicho elemento de detección piezoeléctrico y dicho tubo rígido; y un primer sensor piezoeléct ico no acústico dentro de veinte centímetros de dicho sensor piezoeléctrico acústico, el primer sensor piezoeléctrico no acústico estando unido directamente al tubo rígido.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, a excepción de dicho espacio y cualquier elemento en el mismo, el sensor piezoeléctrico no acústico contiene elementos sus tancialmente similares como dicho sensor piezoeléctrico acústico.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además : una primera zona de adhesivo de transferencia cargado con microesferas flexible que hace contacto próximamente con el sensor piezoeléctrico acústico, dicha primera zona llena sus tancialmente el espacio; una segunda zona de adhesivo de transferencia no cargado con microesferas que hace contacto próximamente con el sensor piezoeléctrico no acústico, la segunda zona no hace contacto directo con la primera zona.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor piezoeléctrico no acústico está directamente acoplado eléctricamente al sensor piezoeléctrico acús tico .

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además al menos uno de: circuitos electrónicos configurados para eliminar al menos una porción de una primera salida del sensor piezoeléctrico no acústico a partir de una segunda salida del sensor piezoeléctrico acústico; y una línea de comunicación está configurada para llevar una primera salida del sensor piezoeléctrico no acústico y una segunda salida del sensor piezoeléctrico acústico a un sistema de procesamiento para pos t-procesamiento , la línea de comunicación corre a través del tubo rígido.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor piezoeléctrico acústico comprende además: una superficie de película interior en contacto con el elemento flexible de detección piezoeléctrico ; una superficie de película exterior en contacto con el elemento flexible de detección piezoeléctrico; un primer elemento conductor en contacto con la superficie de película exterior; y un segundo elemento conductor en contacto con la superficie de película interna, la superficie de película interna estando cerca del espacio.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además : • medios para limitar el movimiento de al menos uno de: una longitud de eje y-y del elemento flexible de detección piezoeléctrico; y una anchura de eje x-x del elemento flexible de detección piezoeléctrico.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque los medios para restringir comprenden cualquiera de: un adhesivo; un agente de unión; y una envoltura.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además : un segundo sensor piezoeléctrico no acústico envuelto circunferencialmente alrededor del tubo rígido dentro de menos de veinte centímetros del sensor piezoeléctrico acústico, el segundo sensor piezoeléctrico no acústico estando unido directamente al tubo rígido, el primer sensor piezoeléctrico no acústico estando en un primer lado del sensor piezoeléctrico acústico, el segundo sensor piezoeléctrico no acústico estando en un segundo lado del sensor piezoeléctrico acústico.

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio se llena sus tancialmente con: una pluralidad de microesferas flexibles, la pluralidad de microesferas flexibles está cerca tanto : del tubo rígido; como del elemento flexibles de detección piezoeléctrico o un revestimiento sobre el mismo.

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de microesferas están configuradas como una cámara de gas comprimible sensible a los cambios de presión y sus tancialmente inmune a la presión de sobrecarga en un aparato de detección de hidrófono desplegado en el mar.

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de microesferas flexibles comprende: un diámetro en sección transversal promedio de menos de aproximadamente cien micrómetros.

13. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque una mayoría de las microesferas flexibles comprenden cada una: una carcasa de plástico flexible que abarca una cámara de aire interior sellada.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de microesferas flexibles están configuradas para formar una capa en el espacio, la capa comprende un espesor promedio de menos de aproximadamente dos milímetros.

15. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo rígido comprende además: una superficie interior cóncava; una superficie exterior convexa; y un canal en la superficie exterior convexa que rodea al menos parcialmente circunferencialmente el tubo rígido.

16. El aparato de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además : un sensor de movimiento que comprende: una película de movimiento piezoeléctrica envuelta circunferencialmente en el canal alrededor del tubo hueco rígido, el canal comprende un volumen total entre el tubo hueco rígido y la película movimiento piezoeléctrica ; y un líquido conductor en el canal, el líquido conductor estando en contacto tanto 'con el tubo hueco rígido como con la película de movimiento piezoeléctrica.

17. Un aparato caracterizado porque comprende : un sensor piezoeléctrico acústico; y un sensor piezoeléctrico no acústico dentro de veinte centímetros del sensor acústico; el sensor piezoeléctrico acústico y el sensor piezoeléctrico no acústico estando configurados para formar una sola salida al conectar directamente la salida del sensor piezoeléctrico no acústico ciento ochenta grados fuera de fase a la salida del sensor piezoeléctrico acústico.

18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el sensor piezoeléctrico acústico comprende al menos uno de: un cristal piezoeléctrico sintético; una piezocerámica sus tancialmente libre de plomo; y un polímero piezoeléctrico de película flexible que comprende: una superficie de la película interior y una superficie de película exterior; un primer elemento conductor que hace contacto con la superficie de película exterior; y un segundo elemento conductor que hace contacto con la superficie de película interior.

19. El aparato de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el polímero que comprende: un fluoruro de polivinilideno .

20. El aparato de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el polímero comprende una tira de material, el material comprende : un eje de anchura x-x, el eje de anchura x-x estando configurado casi paralelo a una dirección de remolque del aparato; un eje de longitud y-y, en donde un elemento de restricción restringe el movimiento del polímero piezoeléctrico de película flexible a lo largo del eje de longitud y-y; y un eje de grosor z-z eléctricamente sensible al movimiento del aparato.

21. Un método caracterizado porque comprende las etapas de: usar un sensor piezoeléctrico acústico en un sensor remolcado marino; usar un sensor piezoeléctrico no acústico dentro de veinte centímetros del sensor acústico; y combinar salidas del sensor piezoeléctrico acústico y el sensor piezoeléctrico no acústico.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el sensor piezoeléctrico acústico y el sensor piezoeléctrico no acústico responden con al menos una diferencia de diez decibelios a una turbulencia localizada.