NO154326B - Fremgangsmaate og apparat for bruk ved frembringelse og sending av akustiske signaler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å sende inn

i et medium et signal av den art som angitt i innledningen til krav 1. Oppfinnelsen angår også en kilde for utførelse av fremgangsmåten av den art som angitt i krav 7.

I marineseismiske undersøkelser blir ofte nyttet en bredbåndet akustisk kilde som f.eks. en eksplosiv ladning, luftkanon eller vibrator. Slike kilder må ikke bli plasert dypere enn en halv bølgelengde til den høyeste frekvensen til signalenergien som er av interesse. Dette blir gjort for å unngå spektrale nuller inne i frekvensbåndet som er av interesse. Slik dybderestriksjon begrenser det spektrale nivåutgangssignalet til kilden på grunn av kavitasjon i mediet (vannet) som omgir kilden. Dette er spesielt et problem for kilder ved grunne dyp på grunn av tilbøyeligheten til kavitasjon eller brist i væsken under strekkspenning i det luftfylte vannet som blir funnet nær overflaten, når den negative amplituden til kildens svingtrykk når tilnærmet nulltrykk. Med et symmetrisk signal, som f.eks. et signal med en sinusformet bølgeform blir- den spisse positive delen til signalet begrenset til amplitude til den negative delen for hvilke kavitasjon forekommer. Når denne grensen er nådd, har også det maksimale energiutgangssignalet til kilden for en gitt dybde blitt nådd.

Likeledes for en symmetrisk signalkilde som f.eks. en sinusbølge-kilde på land, som er forspent mot overflaten til jorden med en passende kraft, slik som frembrakt av egenvekten til fartøyet som transporterer kilden, kan den maksimale sinusbølgekraften ikke overskride egenvektkraften tilført til overflaten for at kilden skal opprettholde kontinuerlig kontakt med jord.

I mange tilfeller er det ikke ønskelig å nå helt tett opp til strekkfastheten til mediet i løpet av den negative svingen til signalet. I væskemediet kan da forekomme avgassing eller rektifisert diffusjon og ved overflaten til fastmediet begynnende kontaktering kan da forekomme som med-virker til ikke-linearitet som forvrenger det sendte signal og forringer påfølgende signalbehandlingstrinn.

Oppfinnelsen foreskriver en fremgangsmåte til å maksimalisere signalenergien inne i det interesserende frekvensbånd, hvis fremgangsmåte minimaliserer begrensningene pålagt av den endelige strekkfasthet til mediet. Kilden og fremgangsmåten til å frembringe signaler ifølge oppfinnelsen er således spesielt nyttig i å koble akustisk energi til medier som f.eks. jord eller vann, som ikke kan opprettholde en tilstrekkelig strekkraft ved grensesjiktet mellom kilden og mediet, som f.eks. ved grunne dybder i havet hvor negative trykk kan frembringe kavitasjon, eller langs overflaten til jorden hvor negative akselerasjoner kan forårsake periodisk kontakt (hopping) mellom kilden og grunnen. Folgelig er kavitasjon og avlbftning av kilden fra grunnen mindre restriktive i begrens-ningen av sendt energi. Fremgangsmåten minimaliserer alternativt det krevde negative trykket eller spenningsutslaget til akustiske signaler ved et gitt bredbåndet energinivå innenfor et foreskrevet frekvensbånd, hvorved mulighetene for ikke-lineært forlop til mediet blir minimalisert som ville forringe signalsendebehandlingen.

Oppfinnelsen er også passende for bruk i kodet sending av firkantbolger som frembringer bredbåndet spektralenergi av kontrollert spektralform. Slik kodet sending kan bli frembragt ifblge fremgangsmåter og gjennom bruken av apparat beskrevet i norsk patentsøknad nr. 792144. Denne senderen inneholder tilnærmet firkantbolger i en kvasiperiodisk rekke som blir sveipet over et oktavfrekvensbånd. Bolgeformen justert til å redusere eller eliminere mange av de ikke-oktav-harmoniske, slike som de med harmoniske nummer 3n, hvor n er et helt tall. Især,

når varigheten til den delen av firkantbolgen som frembringer en kraft på mediet i en retning er en tredjedel av perioden til bolgerepetisjonsfrekvensen blir de ikke-oktav-harmoniske som har harmoniske nummer, 3n, eliminert. Et flertall av slike firkantbolger kan bli frembragt av en rekke forskjellige kilder eller en enkelt kilde som er utstyrt ifolge oppfinnelsen for å frembringe en sending over et frekvensbånd som inneholder flere oktaver over oktaven til basissveipet. Slike sendinger har en autokorrelasjonsfunksjon med en smal hoved-lob og en lav sidelobenergi som er spesielt passende for bruken i å frembringe hoye opplosningsseismogrammer ved korrela-sjons teknikker kjent ved geofysikalske undersøkelser.

Signalet frembragt ifolge oppfinnelsen er en al-minnelig firkantbolge med en positiv del som har en amplitude i det vesentlige hoyere enn den negative delen dertil med hensyn til den gjennomsnittlige tidsverdi. Denne asymmetriske bolgen blir frembragt ifolge oppfinnelsen av en kilde som genererer en akustisk kraft som frembringer en kraft på mediet i en retning som er i det vesentlige forskjellig fra kraften frembragt på mediet i den andre retningen med hensyn til tidsgjennomsnittsverdien til kraften. Denne kilden kan bli kalt en bi-nivåkraftgenerator.

Ved tilstedeværelsen av strekkrafttvang ved kilde-mediets grensesjikt sender bi-nivågeneratoren mer energi til mediet uten en brist ved grensesjiktet enn det kan bli sendt av en symmetrisk kraftgenerator slik som vibratorer brukt for å frembringe sinusformede bblger. Det spektrale nivået i mediet som blir frembragt av en bi-nivåkilde kan i et begrensende tilfelle være 6 dB hoyere enn spektralnivået til en sinusbblge som frembringer en lik strekkspenning ved grensesjiktet og som blir sveipet i frekvensen over samme båndet som opptatt av bi-nivåsignaler i samme tidsvarigheten.

Bi-nivåkilder ifolge oppfinnelsen kan være hydraulisk betjent og ha ventiler som kobler om trykket mellom hb'y og lav tilstand, betegnet med forsyningstrykk og returtrykk. Forsynings- og returtrykket kan være trykk ved utgangssiden til pumpen og inngangen til et reservoir i en hydraulisk energiforsyning. Omkoblingen av trykkene resulterer i en omkoblet kraftkarakteristikk og av denne grunn fremviser kilden tilstrekkelig hoyere effektivitet enn en sammenlignbar kilde som sender en sinusbblge i hvilke analogkontroll til stempelet som er koblet til lasten krevet i hovedsaken trykkfall kontinuerlig over ventilmåleåpningene.

En rekke bi-nivåkilder kan bli nyttet på en måte slik at deres utganger summerer slik som å sende en serie av kodede folger, ifolge fremgangsmåten og anordningen beskrevet i ovenfor refererte sbknad til David E. Nelson, med den hensikt å styre spektret over et gitt fremkvensbånd og for å frembringe en autokorrelasjonsfunksjon som fremviser lave sidelobnivåer.

Ifolge foreliggende oppfinnelse kan en enkelt kilde som genererer en n-nivåkraft bli anordnet, hvor n er ekviva-lent til antallet av bi-nivåkilder som er kombinert, n-nivåkilden kan være utstyrt med hydrauliske trykkbrytere mellom forsynings- og returtrykket for å tilfore n kreftenivåer til et stempel som kobler kreftene til mediet. Separate ventiler kan bli nyttet for individuelt å kontrollere hver av kreftene hvorved n-nivåkilden kan bli nyttet til å sende effektivt kodede signalfolger hvis sammensatte spektrum og autokorrelasjonsfunksjon blir kontrollert ifolge koden.

Et formål ved oppfinnelsen er å frembringe fremgangsmåter og apparat som er istand til å generere og sende hoyeffekts akustiske signaler som fremviser lave autokorrela-sjonssidelobkarakteristikker, hoyenergisendeevne ved tilstedeværelsen av svake interfacer og hoy effektivitet av omkoblede hydrauliske trykk. Generatorene kan være bi-nivå- eller n-nivågeneratorer som så overkommer mange av begrensningene til konvensjonelle generatorer som sender symmetriske bolgerformer slik som sinusformede bolger og som er begrenset i utslagene ved strekkspenning på mediet ved grensesjiktet mellom kilden og mediet (se f.eks. U.S. patent nr. 3.106.982, 3.329.930, 3.363.720, 3.394.775, 3.430.727, 3.482.646, 3.840.090 og 4.049.077). Det skal også henvises til U.S. patent nr. 3.162.365 som beskriver et digitalkontrollsystem for omfor-ming av digitale signaler hydraulisk til tilsvarende analoge forskyvninger, men uten hensyn til frembringelse av bi-nivå eller n-nivå akustiske signaler.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe metoder og apparater for generering og sending av akustiske signaler inn i et medium (enten land eller vann) hvor fremgangsmåter og apparat innforer mer energi inn i mediet enn kan bli utfort med en sinusbolge eller lignende symmetrisk signal når signalamplitudene er begrenset av strekkfastheten til mediet.

Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret kilde for akustiske signaler som har en energiomformingseffektivitet som er stbrre enn den til konvensjonelle akustiske kilder.

En'ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse er å frembringe forbedrede fremgangsmåter og apparat for å generere akustiske signaler som har bolgeformer som er passende for kodede sendinger som fremviser kontrollert spektralform og kontrollert sidelobnivåer til signalenes autokorrelasjons-

funksjon.

Det er ende en ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe forbedrede kilder med hoye energi-seismiske signaler som er lett i vekt, pålitelig og lett å opprettholde.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved en fremgangsmåte

av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten fremgår av underkravene.

Oppfinnelsen angår også en kilde for utførelse av fremgangsmåten som angitt i innledningen og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 7. Ytterligere trekk ved kilden fremgår av underkravene.

Ovenfornevnte og andre gjenstander, trekk og fordel-er ved oppfinnelsen såvel som driften og umiddelbart foretrukne utfbrelsesformer derav vil bli mer innlysende av å lese den fblgende beskrivelse i forbindelse med medfblgende tegninger

i hvilke:

Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram som viser en seismisk kilde som er utformet for å frembringe bi-nivåsignaler ifolge oppfinnelsen,

fig. 2 er en rekke bolgeformer som illustrerer bi-nivåkrefter og også sinusformede, symmetriske krefter,

fig. 3 er en grafisk presentasjon av spektret til et bi-nivåsignalelement som er frembragt ifolge oppfinnelsen,

fig. 4 og 5- er bolgeformer til bi-nivåsignaler, hvor repetisjonssekvensen er sveipet over et oktavfrekvensområde,

fig 6 er et skjematisk snitt av en seismisk kilde som en utfbrelsesform av oppfinnelsen for bruk i marine omgivelser,

fig. 7 er et skjematisk snitt likt det på fig. 6 hvor kilden har en noe modifisert hydraulisk påvirkningsanord-ning,

fig. 8 er et snitt som skjematisk viser en seismisk kilde i en utfbrelsesform av oppfinnelsen for bruk på land,

fig. 9 er et snitt likt det på fig. 6 hvor kilden

utnytter, en modifisert hydraulisk trykkbryteranordning,

fig. 10 er et snitt likt det på fig. 8 hvor kilden utnytter en modifisert hydraulisk trykkbryteranordning,

fig. 11 er et snitt som viser skjematisk en seismisk kilde ifolge en annen utforelsesform av oppfinnelsen, hvor kilden er konstruert for bruk i marine omgivelser,

fig. 12 er et snitt som skjematisk viser en seismisk kilde ifolge en ytterligere utforelsesform av oppfinnelsen hvor kilden er tilpasset for bruk på land,

fig. 13 er et snitt som skjematisk viser en kilde ifolge en ytterligere utforelsesform av oppfinnelsen, hvor kilden er tilpasset for bruk i marine omgivelser,

fig. 14 er et snitt som viser skjematisk en n-nivå seismisk signalkilde tilpasset for bruk i marine omgivelser, hvor kilden er anordnet ifolge med en ytterligere utforelsesform av oppfinnelsen,

fig. 15 er et snitt som skjematisk viser en n-nivå seismisk kilde for bruk på land ifolge en ytterligere utfbrel-sesf orm av oppfinnelsen,

fig. 16 er et snitt som skjematisk viser en n-nivå seismisk kilde for bruk på land ifolge med en ytterligere ut-fbrelsesf orm av oppfinnelsen, og

fig. 17 er et snitt som skjematisk viser enda en ytterligere utforelsesform av en n-nivå seismisk kilde for bruk på land ifolge en enda ytterligere utforelsesform av oppfinnelsen.

Under henvisning til fig. 2(c) er der vist en sinus-bblgekraft som modulerer en statisk kraft som kan være forspenningsvekten til transportfartbyet for en vibrasjonsseismisk kilde eller det kan være en kraft proporsjonal med det omgivende (absolutte) trykket ved dybden under vann hvor vibra-toren er plasert. Kraften som en funksjon av tiden, F(t), er symmetrisk om forspenningskraften F som også er gjennomsnitts-kraften og kan bli skrevet F^VE"

En bi-nivåkraft er illustrert med bblgeformen 2(b). Denne kraft er frembragt som reaksjon på et styresignal E(t) som er vist på fig. 2(a).

En kilde for å frembringe bi-nivåkraften er skjematisk vist på fig. 1. Mediet for å motta akustisk signal, som kan være enten jorden eller vannet i tilfelle av en marinekilde, er betegnet med M. Et koblingselement betegnet RD og mediet M definerer et grensesjikt I. En hydraulisk driv-mekanisme HA. driver koblingselementet RD mot og bort fra mediet M. Et positivt absolutt statisk trykk blir tilfort til grensesjiktet da representert av forspenningskraften F

på drivmekanismen HA. En hydraulisk kraftforsyning som omfatter en pumpe P og et reservoir RS frembringer hydraulisk væsketrykk med et forsyningstrykk Pg og returtrykk P^. Denne hydrauliske energiforsyningen er koblet til en elektrohydraulisk ventil V. Akkumulatorer AC er tett koblet til ventilen for å opprettholde trykkene Pg og PR tilnærmet konstant. Ventilen V er styrt av en styresignalgenerator CSG som tilforer elektrisk styresignal E(t) til ventilen, som vist på fig. 2(a). Disse signalene definerer tidsinnstill-ingen til bi-nivåkraftsignalet frembragt av kilden og sendt inn i mediet M. Signalet er rektangulært idet ventilen V veksler hydraulisk påvirkningstrykk i den hydrauliske drivmekanismen HA mellom forsynings- og returtrykk, som derved oker effektiviteten til virkningen av kilden. Amplitudene til kraftsignalene som varierer mellom toppkraften F+ og F_, med hensyn til middelkraften FAVE, blir frembragt i kraft av operasjonen til den hydrauliske drivmekanismen HA. Den posi-A

tive delen av signalet F+ blir i retningen mot mediet M og er en kompresjonskraft. Den negative delen til signalet F_ er i retningen bort fra mediet med hensyn til F^VE* ^AVE ^an være enten forspenningsvekten til et fartoy som trykker kilden mot grunnen eller en kraft proporsjonal med det omgivende (absolutte) trykket ved dybden hvor en marinekilde er plasert.

Fig. 2(b) viser et umiddelbart foretrukket bi-nivå-A

signal som har en positiv del F til amplituden som overskrider amplituden til den negative delen F . Tidsvarigheten til den positive delen til signalet er kort sammenlignet med tidsvarigheten til den negative delen. Ved definisjon er tidsmiddelverdien til signalet null, nemlig

Tidsvarigheten til den positive eller kompresjonsdelen til signalet er T^ - T2» Tidsvarigheten til den negative eller strekkdelen til signalet er 1^~ Ti* Forholdet til amplituden til de positive og negative kreftene er i inverst forhold til deres tidsvarigheter, nemlig

For å unngå kavitasjon eller avlbfting ved kilde-mediets grensesjikt, må signalet aldri bli negativt i kraften med hensyn til nullkraftaksen. Dette er riktig både for sinusbolger som for bi-nivåsignalet. Begrensningstilfellet er vist på fig. 2(b) og 2(c) hvor F_ er like med FAVE, dvs. antatt strekkfasthet til grensesjiktet.

Maksimumsenergi-utgangssignalene for sinusbolgen og bi-nivåsignalene er gitt i ligningene (3) og (4) under, hvor F_ = FAVE

I det begrensende tilfellet hvor varigheten ( T^ - T-^) er omtrent lik med perioden til signalet (T^ - T-^), som korresponderer med en kort positiv puls med (T^ - T^) < < (T^ - T-^), er bi-nivå-maksimumsenergien en tilnærming

I dette begrensende tilfellet er forholdet til bi-nivå-maksimumsenergien med maksimums-sinusbblgeenergien lik

Dette energiforholdet går mot uendelig da tidsvarigheten til den positive pulsen går mot null. Det kan bli vist at i tilfelle med en bolge av bi-nivåsignaler nærmer spektralnivået til signalet seg en okning på 6 dB over spektralnivået til korresponderende sinusbblge da forholdet

A A

F+/F_ blir stort.

Bi-nivåsignalet tvinges således til samme brudd-terskel på den negative polariteten da sinusbblgen frem-

viser en bkende energiutgang relativ til sinusbblgen i forholdet av F+/F_ og et bket spektralnivå.

Som vist på fig. 3 avhenger båndbredden til et signalelement av de positive og negative delene til det elementet. På fig. 2(b) er et signalelement bblgeformen innenfor tidsintervallet (T^ - T-^. Tidsvarigheten (T^ - T2) til positiv eller kompresjonskraft er tilnærmet en halv periode av den ovre frekvensgrensen til den flate delen i signal-elementets spektrum. Tidsvarigheten til det totale signalet (T^ - T-^) er tilnærmet én periode av den lavere frekvensgrensen i spektret til signalelementet. Disse frekvensgrensene er definert ved 3 dB-punktene nedenfor spektralnivået når nivået varierer med frekvensen. Når signaleelementet blir gjentatt i tid, blir spekteret på fig. 3 omhyllingen til et linjespektrum hvor.individuelle linjer er avstandsplasert med en avstand lik til repetisjonsfrekvensen. Når repetisjonsfrekvensen blir sveipet, slik som over en oktav, re-emergerer et kontinuerlig spektrum med bblgebevegelsene som beskrevet i norsk søknad nr. 773415.

Den foretrukne formen av bi-nivåsignalet er den

ene som resulterer i eliminering eller reduksjon av ikke-oktave harmoniske når repetisjonsfrekvensen til signalet blir sveipet på tvers av et oktavfrekvensområde. I dette tilfellet er det bnskelig at tidsvarigheten til den positive delen (<T>^ - <T>2) er en tredjedel av repetisjonsperioden (T^ - T-^). Hvert signalelement, ved hvilke er ment bblgeformen over

en hvilken som helst periode av sigjnalet, er utformet til å opprettholde den samme verdien F + /F —. Videre er den absolutte verdien til F_ holdt konstant.

Som beskrevet i norsk søknad nr. 792144, blir

en gruppering av slike bi-nivåsignaler, hvor alle blir sveipet tvers over grunnoktavbåndet samtidig og som har samme forholdet av positive og negative del-tidsvarigheter, valgt til å ha relative tidsforskyvelser som forårsaker ikke-oktavharmoniske til spekteret til å bli redusert eller eliminert. Ytterligere bi-nivåsignaler som sveiper oktavharmoniske bånd kan bli addert for å forhbye spekteret og oppnå

den bnskede spektrale formen innenfor båndet. Et flatt spektrum kan bli frembragt over et fremkvensbånd som kan være et antall oktaver i utstrekning. Tidsforskyvingen til rekken oppnådd ved hjelp av en styresignalgenerator som frembringer styresignaler for ventilene, hvor signalene er sammenhengende med en vanlig klokke. Programmerbare puls-generatorer kan bli nyttet. Den absolutte amplituden til hvert bi-nivåsignal er en funksjon av utfbrelsen av den hydrauliske drivmekanismen som frembringer det signalet og kan bli tilveiebragt ved å velge bestemte styreområder på stempelet som styrer koblingselementet i drivmekanismen som vil bli forklart heretter. Folgene av signaler kan bli sendt av separate kilder eller ved hjelp av en n-nivåkilde, slik som beskrevet heri og i forbindelse med fig. 14 - 17.

Fig. 4 og 5 viser to bi-nivåsignaler hvis repeti-sjonsperioder blir sveipet over én oktav. Fig. 4 viser til-

A

feilet hvor den positive kraften F+ og tidsvarigheten til pulsbredden til den positive kraften forblir konstant over sveipet. For at tidsgjennomsnittsverdien til signalet skal bli null, varierer topp-negativkraften F_ over sveipet.

På fig. 5 sveiper også bi-nivåsignalet en oktav,

men pulsbredden til den positive delen varierer i inverst forhold til repetisjonsperioden. Både de positive og negative

A A

delen F+ og F forblir konstant over sveipet. I tilfellet med signal som vist på fig. 5 er den sendte energien inn i mediet konstant over sveipet. Bi-nivåsignalet vist på fig. 5 blir umiddelbart foretrukket og er forenlig med signalut-formingen som er beskrevet i ovenfornevnte sbknad av David E. Nelson som muliggjbr frembringelsen av seismisk signalenergi med bnsket spektralform innenfor båndet for å oppnå lave side-

lobnivåer på autokorrelasjonsfunksjonen derav.

Av fig. 2 fremgår det at firkant-bi-nivåsignalet maksimaliserer energien inn i mediet for gitt medium-strekkfasthet. Denne strekkfastheten kan bli henvist til vanlig-vis som en terskelstyring. Firkantbblgeformen utgjor negativ polaritetskraft til å bli opprettholdt ved terskelverdi-en for så lang en tid som den er overensstemmende med bånd-breddestyrelsen på signalet. Dette muliggjbr maksimal til-latt negativ kraft-tids-frembringelse (området under bblgen) til å bli undersbkt som så tillater maksimal positiv kraft-tids-produkt siden områdene under de to halvdelene av bblgen utgjor i gjennomsnitt null. Den negative delen til signalet skulle være firkantet i form for å oppnå det maksimale negative området. Den delen som blir positiv kan være firkantet som vist på fig. 2(b) og på fig. 4 og 5. Imidlertid kan trekantede, halv-cosinuse eller andre former bli nyttet når bnsket for å bestemme formen til den spektrale energien innenfor den foreskrevne båndbredden. Firkantbblgen for den positive polaritetsdelen er foretrukket på grunn av energiomform-ingseffektiviteten, siden den muliggjbr hydraulisk drivme-kanisme (HA, fig. l) til å virke som en omkoblingsforsterker som frembringer maksimal effektivitet.

Fig. 6 viser en bi-nivå seismisk signalkilde for bruk i marine omgivelser. Kilden har et hus 10. Et koblingselement i form av et stempel 12 danner grensesjiktet med vannmediet ved den ytre overflaten derav. Stempelet 12 er forseglet langs dets kant 14 med hensyn til huset 10 og den bakre overflaten til stempelet 12 vender mot et hulrom 15. Andre forseglinger er ikke vist for å forenkle illustrasjonen. Huset 10 har et annet kammer som er delt i to variable volumområder 17 og 18 av et drivestempel 24. Drivestempelet er forbundet til koblingsstempelet 12 ved en aksel 13. Begge stemplene 12 og 24 og skaftet 13 er koaksiale med hverandre. På tegningen er det vist at drivstempelet har to drivområder A-L og A2. En fireveis elektrohydraulisk ventil 16 forbinder den hydrauliske energiforsyningen til drivområdene 17 og 18 ved hjelp av passasjene 19 og 20. Akkumulatorene 21 og 22

er lukket koblet til ventilen. Forsynings- og returforbindel-

sene til energiforsyningen er bnskelig gjort nær akkumulator-forbindelsene. Ventilen 16 frembringer en hurtigvirkende bryter, som bryter trykkene i drivområdene 17 og 18 mellom de to trykktilstandene Pg og PR. Ventilen kan ha pilottrinn som blir elektrisk betjent og et energitrinn som blir hydraulisk styrt av pilottrinnet. Energitrinndelen til ventilen 16 skulle være stor nok til å minimalisere ethvert trykkfall over ventilportene når ventilen er i enhver åpen tilstand. Trykket i regionene 17 og 18 vil således veksle mellom forsynings- og returtrykkene.

Elektriske styresignaler Ej^ som kan ha bolgeformer slik som vist på fig. 2(a) blir forbundet med ventilen 16 og styrer ventilen. Forsyningstrykket i regionen 17 og returtrykket er i området 18 i lopet av den positive delen av bi-nivåsignalet og tilfores en utoverrettet kraft til vannet i en retning mot grensesjiktet. Når trykket i drivområdet 18 blir vekslet av ventilen 16 til å forsyne, blir trykket i den andre drivregionen 17 omkoblet til retur og det blir frembragt en negativ kraft i innoverrettet retning, bort fra grensesjiktet.

Hulrommet 15 er fylt med gass, slik som luft, fra en kilde av trykkgass benevnt P^. Trykket i hulrommet 15 er innstilt ved et trykk Pg. For utforelsesformen på fig. 6

er Pg satt lik til P^ som er det omgivende trykket til det omgivende vannmediet. Trykket Pg kan bli hoyere enn P^ og er hoyere enn PA i andre utforelsesformer av marinekilden. En slik utforelsesform blir beskrevet heretter i forbindelse med fig. 7. I utforelsesformen vist på fig. 6 er drivområdene A-]_ og A2 på motsatte sider av drivstempelet 24 ulike med området A-^ som er storre enn A^-

Koblingstempelet 12 er et massivt element med resonansfrekvensen til stempelmassen med luftstivheten til hulrommet 15 som er under den laveste interessante drifts-frekvensen. Folgelig er således akselerasjonen til stempelet proporsjonalt med bi-nivåkreftene som driver det. Kilden som et hele er mindre sammenlignet med en bblgelengde med de interessante frekvensene (som kan være fra 10 til omkring 200 Hz). Således er det fjerntliggende feltakustiske trykket proporsjonalt med akselerasjonsvolumet til koblingsstempelet og med bi-nivåkreftene som driver koblingsstempelet.

Det utstrålte trykket P(t) på aksen til stempelet 12 i fjernfeltet er gitt tilnærmet av uttrykket

hvor p er tettheten til vannet, r er avstanden til iakttager-en i fjernfeltet og Q(t) er akselerasjonsvolumet til koblingsstempelet. Også

hvor a(t) er den lineære akselerasjonen til stempelet og A er dens område. Stempelets lineære akselerasjon er lik med nettkraften tilfort til stempelet dividert med summen av massen av stempelenheten som omfatter massen av koblingsstempelet 12, akselen 13, drivstempelet 24 og massen til væsketilgangen i forhold til treghetselementet ved grensesjiktet mellom koblingsstempelet 12 og vannmediet. I og med at trykket i områdene 17 og 18 veksler mellom forsynings-

og returtrykk og som områdene og A2 er ulike, vil driv-kreftene tilfort til koblingsstempelet være ulike og bi-nivåkreftene som vist på fig. 2(b) vil bli fremkalt. Det akustiske trykket i fjernfeltet vil også være bi-nivå, korresponderende til et bi-nivå akustisk signal.

Tidsgjennomsnittet til bi-nivåkreftene tilfb*rt til stempelet 12 må være null slik at stempelet ikke vil vandre merkbart. Likevekten til systemet blir så opprettholdt over en overforing, som kan omfatte påfblgende repetisjon av signalelementer. Flere hundre, f.eks. 200, av slike element-er kan bli anbragt som en del av en overforing som sveiper over en oktav i repetisjonsfrekvensen. Betingelsene til ligningene (l) og (2) gjelder da. F+ er den utoverrettede kraften på stempelet 12 og F_ er den innoverrettede kraften.

For enkelhets skyld settes PR til null:

Ligning (9) gjelder i tilstanden hvor trykket P har blitt vekslet til området 17 og trykket PR (PR = 0) har blitt vekslet til området 18.

Ligningen (10) gjelder i motsatt tilstand hvor trykket P har blitt vekslet til området 17. Forholdet til bi-nivåkreftene blir uttrykt som

Så innsettes ligningen (9) og ligningen (10) inn i ligningen (11) og ved å lose ligningen med hensyn til P blir resultatet Ligning (12) fortsetter forbindelsen mellom de forskjellige trykkene og de forskjellige områdene som muliggjor bi-nivåkreftene til å bli overfort med kilden som forblir i likevekt. I en foretrukket utforelsesform av kilden er forholdet til drivområdene A-L/A2 lik K. Med dette områdeforholdet og så lenge K forblir konstant over sveieoverforingen, skulle PB forbli lik med PA-Fig. 7 viser tilfellet hvor en kilde som den kilden vist.på fig. 6 er utstyrt med et drivstempel 25 som har et drivområde A-l lik A2> Da er kravet for bi-nivåoverforingen I tilfellet hvor den positive eller utoverrettede trykkraften har en tidsvarighet som er en tredjedel av perioden til signalelementet, K lik 2. For kilden vist på fig. 7 er da

Ligningen (14) viser at hydrauliske innoverrettede krefter på stempelet i lbpet av bevegelsen i en retning bort fra grensesjiktet (innover) er tre ganger den utoverrettede pneumatiske kraften som er frembragt på overflaten til koblingselementet som vender mot hulrommet 15. Den innoverrettede nettkraften er da to ganger den pneumatiske kraften. Når trykket blir vekslet, blir den utoverrettede nettkraften fire ganger den pneumatiske kraften som gir en nettdifferanse mellom innover-og utoverrettede krefter med en fator på 2 som tilsvarer sig-nalbblgeformen for koden i hvilken de 3n ikke-oktavharmoniske

komponenter er eliminert fra signalspekteret.

K kan bli forandret over et sveip dersom det er bnskelig å holde tidsvarigheten til den positive delen til signalet konstant som vist på fig. 4. Da må også trykket P-g i hulrommet 15 forandre seg over sveipet som vist ved ligningen (14). Hulrommet 15 kan være et lukket hulrom og stempelet kan bli forskjbvet lett i sin gjennomsnittlige stilling for å endre Pg. Det gassfylte hulrommet 15 virker således som en luftfjær som frembringer en selvjusterende balanse av nettkreftene på stempelet 12. Kildene ifolge oppfinnelsen, som vist i tilfellet vist på fig. 6 og 7 har folgende trekk: (a) vekselkraft-ventilstyring med hby effektivitet som sammenlignet med lineær eller areLog ventildrift; (b) balansering av krefter for å muliggjbre overforing av bi-nivåsignaler uten vandring av stempelet; og (c) bket energi-utgangssignal under strekkspenningsbegrensede forhold over sinusformede og andre symmetriske bolgeformer.

Fig. 8 viser en kilde for å frembringe og overfore bi-nivåsignaler inn i et fast medium som f.eks. jord. Et

element for å koble signalene til jord er frembragt av en basisplate 102. Den nedadvendte overflate til platen danner grensesjiktet ved jorden. Et hus 100 som danner en reaksjonsmasse er hengt opp i fjærer fra et åk eller ramme 109 montert på basisplaten. Huset inneholder et drivstempel 103 glidbart plasert i et kammer i huset 100. Stempelet deler huset i ovre og nedre hydraulisk trykkvæskefylte områder 107 og 108. Et ovre drivområde som vender bort fra grensesjiktet er stbrre enn et nedre drivområde Ap på stempelet 103. Det nedre drivområdet vender mot grensesjiktet. Stempelet 103 er stivt forbundet til basisplaten 102 ved hjelp av en aksel 115. Kraften P som kan komme av egenvekten til et transport-

fartby blir tilfort til akslingene 110 og isoleringsfjærene 112 til basisplaten 102 og utsetter grensesjiktet for et positivt, absolutt, statisk trykk. Den forspente kraften kan bli tilfort vekselvis eller addermessig av en annen masse som er forbundet til huset 100 ved hjelp av isoleringsfjærer.

En slik masse og isoleringsfjær er vist på fig. 12 som massen 315 til M og fjæren 314.

Drivområdene 107 og 108 er forbundet med passasjene 116 og 117 til en fireveis elektrohydraulisk ventil 106 som blir styrt av signalene som definerer tidsvarigheten til de positive og negative delene til bi-nivåsignalene. Ventilen er forbundet til hydraulisk energiforsyning og veksler trykkene i områdene 107 og 108 mellom forsynings- og returtrykkene slik som forklart i forbindelse med fig. 6.

Huset 100 er nominelle sentrert med hensyn til drivstempelet 103 ved hjelp av fjærene 104 og 105 som tjener som sentreringsfjærer. Når ventilen 106 veksler trykkene i områdene 107 og 108 mellom Pg og PR, muliggjbr reaksjonskref-ter på huset 100 drivkrefter til å bli tilfort til stempelet 103 for å utove bi-nivåkrefter gjennom basisplaten 102 til jorden. Reaksjonskreftene blir balansert og forhindrer huset fra å vandre opp eller ned med hensyn til stempelet 103. Fjærene 104 og 105 frembringer en gjenopprettelseskraft på huset 100 som tenderer til å holde det sentrert med hensyn til stempelet 103. Ved å velge områdeforholdet k-^/ k^, enhver nomal ensrettet lasting på fjærene 104 og 105 blir minimalisert ell er eliminert. Fjærene korrigerer for enhver drift av forsynings- eller returtrykkene eller for enhver forskyvning i vekslingstidene T-^ T2 og T, som ellers opprettholder null-gjennomsnitts-amplitudeforholdene som definert i ligningene (l) og (2) ovenfor.

De dynamiske krefter på basisplaten 102 er tilnærmet Tik de dynamiske kreftene på huset 100. De totale kreftene på huset (hvor PR antas å være lik null i foreliggende tilfelle) blir uttrykt som folger

I ligningene (15) og (16) er Kg fjærkonstanten til fjærene 104 og 105. X er forskyvningen til huset 100 oppover relativ til rammen 109. Mg er massen til huset 100. g er tyngde-akselerasjonen. Ligningen (15) gjelder når Pg har blitt vekslet til ovre område 107 og PR har blitt vekslet til det nedre området 108. Ligningen (16) gjelder når Pg har blitt vekslet til nedre område 108 og PR har blitt vekslet til ovre område 107. Ved å sette PD =0, og å sette K i stedet for bi-nivåkraftforholdet F+/F_ og å lose ligningene (15) og (l6) med hensyn til X, får en folgende

Dersom arealforholdet A-^/A^ blir satt lik bi-nivå-kraftf orholdet K, blir huset forskjbvet nedover i gjennomsnitt med en verdi lik med dets egenvekt, under strekking av fjærene 104 og 105. Alternativt kan forholdet A-L/A2 bli satt relativt til K slik at X = 0. I gjennomsnitt er da fjærene 104 og 105 ikke strukket. Fjærene antar en okning i gjennomsnittsspenningen og nedbbyingen dersom bi-nivåsignalet er av den type som vist på fig. 4. Det er foretrukket at fjærene 104 og 105 såvel som fjæren 314 er relativt myke, slik at resonansfrekvensen til husmassen og fjærstivheten ligger godt under den laveste interessante operasjonsfrekvens-en i spekteret til bi-nivåsignalene som blir sendt ned i jorden.

Dersom K blir satt lik A-L/A2 i ligningen (17), KgX

= -Mgg og fra ligningene (15 og (16), F+ = Pg A-^ og F_ =

P2 A-^/K. For å unngå lbfting av basisplaten 102 fra jorden, FaVE > F_. For en gitt positiv kraft på jorden, F , for-spennings vektkr avet , FAVE, er inverst proporsjonal med K.

For K = 2 er den krevde forspenningsvekten halvparten av

den krevde når K = 1, for den samme positive toppkraften tilfort til jorden. Alternativt, for den samme forspenningsvekten, fremviser bi-nivåsignalet med K = 2 to ganger den positive kraften på jorden relativ til tilfellet med et symme-

trisk signal hvor K = 1. Med henvisning til ligningene (3) og (4) kan det bli vist at signalenergien levert til jorden for bi-nivåsignalet med K = 2 er to ganger kraften oppnådd i tilfellet'hvor K = 1, for samme forspenningsvekt (og er fire ganger kraften av det ekvivalente maksimale sinusbolgesignalet).

Med K lik med A-L/A2 på fig. 8 er fjærene 104 og 105 ikke utsatt for betydelige gjennomsnittskrefter. Imidlertid, dersom A-^ = A2 på fig. 8, vil bi-nivåsignalet tilfore statisk trykk mot fjærene på toppen av hvilke, det veks-lende trykket er tilfort. Fjærene blir således utsatt for oket spenning som kan påvirke deres levetid ugunstig. Den foretrukne utforelsesformen på sammenstillingen på fig. 8

er således tilfellet vist hvor områdeforholdet A1/A2 er tilnærmet lik bi-nivåkraftforholdet K slik at den seismiske massen til huset 100 er i det vesentlige balansert i lopet av operasjon og har en minimal tendens til å vandre. Dersom huset 100 ikke har vandret i lopet av den dynamiske operasjonen, men kan stå ved en likevektsstilling, kan lengdene til hulrommene 107, 108 med hensyn til deres volum bli minimalisert hvilket er fordelaktig for det hydrauliske systemets operasjon.

Det skal merkes at hulrommet 15 på fig. 6 og 7 kan frembringe en fjærlignende likevektsstilling som opprettholder eller gjenoppretter funksjonen lik funksjonene til fjærene 104, 105 på fig. 8. For en valgt operasjonsdybde kan hulrommet 15 bli angrepet av Pq for å frembringe nominelt det indre riktige trykket, PB, for operasjon ved et spesi-fisert nivå med stempelet riktig sentrert. Skulle stempelet tendere til å vandre i én retning eller annen fra likevekts-stillingen, vil verdien av Pg forandres i retningen for å forsinke slik vandring.

Den hoye verdien til PB relativt til PA på fig. 7 (se ligningen (15)) er en stadfestelse av slik balansering av gjennomsnittskrefter og som motparten til gjennomsnitts-trykket som blir frembragt av fjærene 104, 105 på fig. 8 når <=><A>2.

Fig. 9 viser en kilde for bruk ved marine anvendelser hvor kilden er lik den som er vist på fig. 6 hva som angår konstruksjonen av koblingstempelhuset og drivstempelet. Den hydrauliske drivmekanismeanordningen utnytter en treveis hydraulisk ventil 60 heller enn en fireveis ventil som nyttet i kilden på fig. 6. Hulrommet 18 er koblet kontinuerlig gjennom en passasje 40 til å forsyne trykksiden av den hydrauliske energiforsyningen og forsyningsakkumulatoren 22. Treveisventilen 60 veksler trykket i drivområdet 17 mellom forsynings- og returtrykkene og er forbundet til det området av en passasje 39. Treveisventilen kan være en sleideventil som har et pilot- og krafttrinn. Det er Snskelig.at sleiden og portene kan være noe storre enn ved fireveisventilen 16 (fig. 6).

Balanseligningen for kilden vist på fig. 9 som blir oppnådd på en måte lik ved ligningen (12) er

Når K er lik 2, som er tilfellet for signalformen vist på fig. 2(b), er balansebetingelsene for likevekt i kilden med PB lik P^ den at arealforholdet k-^/ k^ er lik 3. Området A-^ er således i tilfellet med drivstempelet 24 50% storre enn området i tilfellet med kilden vist på fig. 6.

Fig. 10 viser en landkilde som er lik kilden vist på fig. 8, men som anvender en treveis elektrohydraulisk ventil 160 som veksler trykket mellom Pg og PR i det ovre drivområdet 107. Det nedre drivområdet er i kontinuerlig kommunikasjon med forsyningstrykkakkumulatoren gjennom passasje 140 som vist på fig. 9. For den hydrauliske drivmekanismen som nytter treveisventilen 160 er den folgende balanseligningen utledet på lignende måte som ligning (17).

Det skal bemerkes at et storre områdeforhold k-^/ k^ er nødven-dig for å frembringe egnede balansebetingelser, enn tilfellet er for kilden vist på fig. 8.

Fig. 11 viser en marinekilde i hvilken koblingselementet er frembragt av to stempler 202 og 204 i rygg-mot-rygg-forbindelse. Disse stemplene har like områder åpne mot et kammer 205 som er avgrenset mellom dem. Dette kammeret er lukket ved kanten av stemplene 202 og 204 av en sylinder 215

i hvilken de er glidbart montert. En hussylinder 201 er forbundet ved hjelp av stotter 216 til sylinderen 215. Alternativt kan en avtapningshane festet til kanten av stemplene utgjore forseglingen av kammeret. Kammeret 205 er et variabelt volumkammer og er fylt med trykkgass fra en kilde betegnet med Pq. Et hus er frembragt av en sylinder 201 i hvilken to koaksiale akser 203 og 220 strekker seg. Den ytre koaksiale akselen 220 er forbundet til det indre stempelet 204 og den indre koaksiale akselen 203 er forbundet med det ytre stempelet 202. En forstorret del 218 ved enden av den indre koaksiale aksen 203 danner et trinn 221 som er motsatt til enden av den ytre koaksiale akselen 220. Enden av akselen 220 og trinnet 221 utgjor stempeldrivområdene Ag som er lik med hverandre med et kammer 206 i huset. De koaksiale akslingene er glidbare med hensyn til hverandre og også glidbare med hensyn til hussylinderen 201.

Da volumet til området mellom stempeldrivområdene A^ oker, minsker volumet til hulrommet 205 og vice versa.

En treveis elektrohydraulisk ventil 219 veksler trykket i området 206 mellom Pg og PR ifolge inngangssignålet E-^ som definerer varigheten til den positive og negative delen av bi-nivåkraften tilfort til koblingstemplene 202 og 204 og deretter til vannmediet som et bi-nivå akustisk signal.

Trykket Pg i hulrommet 205 mellom koblingsstemplene 202 og 204 er i drift satt hoyere enn det omgivende trykket til det omgivende vannet slik at en kontinuerlig kraft (Pg - PA) Ap driver stemplene 202 og 204 atskilt fra hverandre. Utoverbevegelsen til stemplene 202 og 204 forårsaker drivområdene Ag, i området 206 til å tilnærme seg hverandre. Når ventilen 219 veksler trykket i området 206 til PR, akselererer kraften (Pfi - PA)Ap koblingsstemplene 202 og 204 i en utoverrettet retning hurtig, derved forårsakes et tilsvarende hby positivt akustisk trykk i mediet. Når ventilen 219 veksler trykket i området 206 til Pg, blir en kraft Pg AD tilfort til drivområdene som beveger koblingsstemplene 202 og 204 sammen. Så lenge som den innoverrettede kraften Pg Ag er storre enn den utoverrettede kraften (Pg - P^) Ap, vil stemplene 202 og 204 akselerere mot hverandre som resulterer i et tilsvarende lavt negativt skustisk trykk i mediet. Kraften i den utoverrettede retningen er en kompresjonskraft på mediet og resulterer i positivt akustisk trykk, mens den innoverrettede kraften er en strekkraft på mediet og resulterer i negativt akustisk trykk. Kompresjonskraften har en storre amplitude enn strekkraften og et bi-nivåsignal blir overfort.

Den positive kraften som akselererer stemplene 202 og 204 utover (under antagelse at PR er lik null) er

Den negative kraften som akselererer disse stemplene 202 og 204 innover er Ved å sette ligningen (11) inn i ligningen (20) og (21), blir balansen eller likevekten Når K = 2, som er tilfellet for bi-nivåsignalene vist på fig.2(b), oppnår man ved omordning av ligningen (22) folgende ligning

Ligning (23) viser at kraften på grunn av trykkgassen i hulrommet 205 på stemplene 202 og 204 som er i retningen til å bevege dem atskilt fra hverandre skulle bli 2/3 av den hydrauliske kraften på stemplene utviklet ved drivområdene Ag når trykket i området 206 blir vekslet til Pg. Område-

og trykkforbindelsen som vist i ligning (23) vil resultere i

bi-nivåsignalet vist på fig. 2(b).

Fig. 12 viser en bi-nivå seismisk signalkilde for landanvendelse. Denne kilden er lik den kilden vist på fig. 8 i det at den nytter en basisplate 102 som har en ramme 109 stotter derpå. Et hus 300 som frembringer reaksjonsmasse er montert fra rammen 109 ved hjelp av fjærer 104 og 105. Hydrauliske drivmekanismeanordninger blir frembragt ved å veksle hydraulisk trykk i et enkelt områdekammer 306 i huset 300. Kammeret er forbundet ved hjelp, av en passasje 339 til en trevis elektrohydraulisk ventil 360 som er lik i operasjon med ventilen 60 nyttet i kilden vist på fig. 9.

En aksling 303 som er direkte forbundet med basisplaten 102 entrer en boring i huset 300 for å definere kammeret 306. Enden av akslingen 303 definerer et stempel som har et drivområde A^ for å drive basisplaten 102.

Balanseligningen for kilden som er utledet på samme måte som ligning (17) er

Når balanse er oppnådd, forsvinner gjennomsnittsforskyvningen X i ligningen (24) og den omskrevne ligningen med omsyn til kreftene for balansert betingelse blir For bi-nivåsignalet vist på fig. 2(b), hvor K = 2, blir den positive kraftpulsen tilfort for en tredjedel av signalelementavbbyningen, og toppkraften tilfort til jorden gjennom basisplaten 102 er

Med andre ord, toppkraften er tre ganger vekten av den seismiske massen.

Kilden vist på fig. 12 viser bruken av et hus 300 hvis masse Mg blir tillagt et element 315 med massen My koblet til huset 300 gjennom en fjær 314. Denne anordningen har fordelen av at den muliggjbr husmassen M til å bli gjort bare stor nok til å holde akselerasjonene til huset innenfor fornuftige grenser for således ikke å påvirke ventilen 360 eller kablene eller slangene festet dertil, samtidig som det frembringes ekstra positive kraftutgangssignal. Tilleggs-massen kan være en del av transportfartbyet for kilden. Fjæren 314 vil da isolere fartbyet fra kildevibrasjonen.

Toppkraften i en retning mot grensesjiktet (ned i jorden) er i tilfellet vist på fig. 12

Fig. 13 viser en marinekilde med koblingsstempler 402 og 404 og hydraulisk drivmekanismeanordning herfor symmetrisk oppstil med hensyn til hverandre. Stemplene 402 og 404 er glidbart montert på en aksling 403 og vender mot hverandre for å definere et hulrom 405. Hulrommet er lukket av en sylinder 415 i hvilken kantene til stemplene glir. Disse kantene er forseglet av "0"-ringer. Alternativt kan hulrommet 405 være forseglet av en avtapningshane, f.eks. i form av en belg som er forbundet til kantene av stemplene 402 og 404.

Drivmekanismeanordningen har sylindriske hus 401 og 401'. De ytre endene til disse husene er forbundet til akslingen 403 som blir holdt av muttere mot trinnene på akslingen. Stbttene 416 og 416' fester sylinderen 415 til hussylindrene 401 og 401'. Koaksiale forlengelser 420 og 421 fra koblingsiemplene 402 og 404 er mottatt i boringer i hussylindrene 401 og 401'. Disse forlengelsene glir i boringene og på akselen 403 og definerer ringkammerne 407 og 409 i hussylindrene 401 og 401'. Endene av forlengelsene 420 og 421 viser stempeldrivområdene til kamrene 407 og 408. Hvert av disse kamrene er et variabelt volumområde som oker og minker i volum når det hydrauliske trykket deri blir vekslet mellom forsynings- og returtrykket av treveis elektrohydrauliske ventiler 460 og 460'. Treveisventilene 460 og 460' tilforer strbmmen av hydraulisk trykkvæske symmetrisk inn i og ut av kamrene 407 og 408 ifolge innstillingen av styresignal-

ene EjN og EjN' som opererer ventilene.

' Som forklart i forbindelse med fig. 11, er trykket på grunn av gassen i hulrommet 405 storre enn trykket av vannet som omgir stemplene. Når ventilene 460 og 460' samtidig veksler trykket i kamrene 407 og 408 til returtrykket PR, akselererer kraften (Pg - PA) Ap på stemplene 402 og 404 hver for seg og tilforer en positiv eller kompresjonskraft til vannmediet. Trykket i kamrene 407 og 408 blir så vekslet av ventilene 460 og 460' til å forsyne trykket Pg. Nett-kraft for stemplene 402 og 408 blir (Pg - PA) Ap - Pg Ag som er kraft i innoverrettet retning som presser stemplene 402 og 404 sammen. Stbrrelsen av trykkene og områdene og innstill-ingsforholdene til vekslingen er vist i ligningene (1) og (2) og muliggjbr stemplene 402 og 404 til å utfore en stabil oscillasjonssyklus som frembringer bi-nivåsignaler, som f.eks. vist på fig. 2(b). De symmetriske sammensetningene muliggjbr stempelmassene til å bli like og reduserer enhver ubalansert kraft som tenderer til å skape ubnskede vibrasjoner av husene 401 og 401<1>. Bruken av to ventiler 460 og 461 muliggjbr også kraftkapasitet til kilden til å bli doblet over kilden vist på fig. 11.

Fig. 14 - 17 illustrerer kilder som frembringer og sender n-nivåsignaler. Disse kildene muliggjbr bi-nivåsignal-elementer til å bli summert i én kilde slik at én kilde heller enn flere i en rekke kan bli nyttet for å frembringe signaler som har en foreskrevet spektral form over det interessante båndet. I kildene vist i fig. 14 og 17 er n lik 6. Dette muliggjbr 6 signalelementer til å bli summert. Det er innlysende at n kan være et annet antall enn 6 for å korre-spondere med antall signalelementer som blir summert. Van-ligvis er antall nivåer n som kan bli produsert av en n-nivåkilde 2V, når V er antallet av ventiler. Antallet av ventiler, V, kan bli valgt lik antallet med signaler.

Hvert signalelement kan ha uavhengige innstillinger gjennom bruken av hydrauliske drivmekanismer som blir separat styrt av forskjellige inngangssignaler. Fblgelig kan signalelementer bli tidsforskjbvet for å annullere eller redusere uventede komponenter i spekteret til sendingen. Amplitudene til kreftene i hvert signalelement kan også bli enkeltvis valgt ved å nytte drivområder i drivmekanismen avpasset tilsvarende til valgte kraftamplituder. De viste kildene nytter like drivområder for å oppnå like positive krefter i hvert signalelement.

Fig. 14 viser en marinekilde som har en symmetrisk sammensetning hovedsakelig lik den på kilden vist på fig. 13. Symmetrisk oppstilte stempelkoblingselementer 502 og 504 definerer et hulrom 505 som er fylt med trykkgass fra en kilde betegnet med P& slik at trykket på stempelområdene

Ap i utoverrettet retning er storre enn kreftene på grunn av trykket P. på det omgivende vannet som tenderer til å drive koplingsstemplene 502 og 504 innover. De hydrauliske drivmekanismeanordningen er symmetrisk plasert på motsatte sider av stempelet. Disse påvirkningsanordningene blir frembragt av husene 501 og 501' som er festet til en aksling 503 på hvilket koblingsstemplene 502 og 504 er glidbart montert. Festingen av husene er gjort ved hjelp av trinn på akslingen og muttere på endene av akslingen 503 som beskrevet i forbindelse med fig. 13- Boringer i hvert av sylinderhusene 501 og 501' frembringer kammere rundt akslingen 503. Koaksiale akslinger 520 og 521 strekker seg utover derfra inn i boringene i hussylindrene 501 og 501'. Trinnene på disse forlengelsene 520 og 521 frembringer stempeldrivområder A^,<A>g2, Ajyj, og AD1,, <A>D2,, og Ag^,. Tilsvarende trinn i boringen former separate variable volumområder 508, 508', 518, 518'

og 528, 528'. Hvert av disse områdene er fylt med hydraulisk trykkvæske som blir vekslet mellom forsynings- og returtrykk av treveis elektrohydraulykkventilene 560, 560', 561, 561'

og 562, 562'. Separate signaler E-^ og E-^' , E2 og E2' og E-^ og E^' opererer ventilene for å fastsette vekslingstidene. Kreftene på koblingsstemplene 502 og 504 kan anta tilstander definert av folgende ligninger, under antagelse at A^ =

^Dl' ' ^D2 <=> ^D2'' <e>^<c*>

I disse ligningene kan y-ene og £-ene bli 1 eller 0, hvor 1 tilsvarer forsyningstrykket i området og 0 returtrykket deri. De symmetrisk plaserte regionsparene (nemlig 508 og 508', 518 og 518' og 528 og 528') blir styrt slik at hvert par blir vekslet til forsyningstrykk eller returtrykk til samme tid. Det er antatt i ligningene (28) og (29) at PR

er lik 0. Dersom alle drivområdene er like i storrelse, kan

A A

F+ ordnes fra (Pg - <P>A) Ap til (Pfi - PA) Ap - 3 Pg Ag. F_ kan ordnes fra -(Pg - PA) Ap til -(PB - PA) Ap + 3 Pg Ag.

så mange krafttilstander er tilgjengelige med n-nivåkilden. En rekke av n-nivåkilder kan også bli nyttet til å oppnå sammenhengende okning i fjernfelttrykket.

Fig. 15 viser en n-nivåkilde for bruk på land.

Denne kilden anvender en basisplate 102 og forspentkrefte-tilforingsanordning 110, 112, som beskrevet i forbindelse med fig. 8. Et reaksjonsmassehus 603 blir båret av en ramme 109 av fjærene 104 og 105. En avtrappet boring i reaksjonsmasse-huset 603 mottar en stempelaksel som er forbundet med basisplaten 102. Stempelakslingen 600 har også trinn som tilsvarer trinnene i boringen. Disse trinnene definerer tre variable volumområder 605, 606 og 607. De motsatte endene av disse trinn definerer drivområden<e><Ag>^, <A>g2 og Ag^ Hvert av de variable volumområdene er forbundet av en atskilt passasje 630, 631 og 632 med en treveis elektrohydraulisk ventil 660, 66l og 662. Disse ventilene veksler trykket i områdene mellom forsynings- og returtilstand. Slike flerdoblede veks-linger frembringer n-nivåkraftsendingen mens det oppretthol-des hoyenergioverforingseffektivitet forbundet med en ren veksling heller enn en strbmmålingsvirkning.

Fig. 16 viser en annen landkilde som har en basisplate 102 som bærer et hus i form av en sylinder 700 som har en avtrappet boring 703 deri. Et stempel 702 som har en seismisk masse 705 festet dertil er glidbar i boringen 703. Trinnene 704, 705 og 706 i boringen tilsvarer trinnene 710, 711 og 712 på stempelet og definerer tre variable volumområder 720, 721 og 722. Hydraulisk væske blir vekslet mellom forsynings- og returtrykk ved hjelp av treveis hydrauliske ventiler 760, 761 og 762 som er henholdsvis forbundet til henholdsvis passasjene 730, 731 og 732 til områdene 720, 721 og 722. Massen 705 frembringer det statiske positive trykket mot grensesjiktet mellom jorden og basisplaten 102. Samtidig med de andre n-nivåkilder blir n kraftnivåer frembragt ved å veksle trykkene i områdene 720, 721 og 722. Drivområdene AD i kildene vist på fig. 15 og 16 behover ikke å bli lik med hverandre for å oppnå en storre variasjon av krafttil-standene dersom onskelig.

Fig. 17 viser en annen n-nivåkilde som er tilpasset for bruk på land. En basisplate 102 er forspent mot jorden av forspenningskreftene F over akslingene 110 og fjærene 112 som også var tilfelle med kilden beskrevet i forbindelse med fig. 8. En aksling er fastgjort til platen ved hjelp av en bolt på den nedre trinnenden til akslingen 803. To sylindriske hus 800 og 801 er festet ved motsatte endene til akslingen 803. Det nedre huset 800 kan være en sylinder ko-aksial med akslingen 803. Sylinderen 800 er forbundet direkte med basisplaten 102. Den ovre sylinderen 801 er forbundet med den ovre avtrappede ende til akslingen 803 ved hjelp av en bolt. En annen avtrappet ende og boltanordning forbinder den nedre enden til akslingen 803 med basisplaten 102.

Disse hussylindrene 800 og 801 har boringer med korresponderende anordnede trinn 808, 808', 809, 809' og 810

■og 810' . Trinnene 808 - 810 i den nedre sylinderen 800 vender i en retning bort fra grensesjiktet mellom grunnplaten 102 og jorden mens trinnene 808' - 810' vender mot grensesjiktet. Et stempel 802 som er koaksialt med akslingen 803 er glidbart derpå. Dette stempelet har på motsatte ender derav korresponderende anordnede trinn 805 - 807 og 805' - 807'. Korresponderende trinn 807, 808, 806, 809 og 805 og 810 på den nedre sylinderen og nedre enden til stempelet 802 definerer variable volumområder 811, 812 og 813 i

boringen til den nedre sylinderen 800. Likeledes er variable volumområder 811', 812' og 813' definert i boringen i den ovre sylinderen 801. Atskilte treveis elektrohydrauliske ventiler 860, 861 og 862 veksler hydraulisk væske i disse kamrene 811 - 813 mellom forsynings- og returtrykkene. Sam-

tidig veksler atskilte ventiler 860', 861' og 862' hydraulisk væsketrykk i områdene 811', 812' og 813' mellom forsynings-og returtrykkene. En seismisk masse for å utvikle rekasjons-krefter til å drive grunnplaten 102 mot jorden kan bli frembragt av en massiv del 833 som er piasert på stempelet 802 mellom sylindrene 800 og 801. Akslingene 110 og isoleringsfjærene er som for anordnet for forspenning av platen mot jorden. Ved å veksle trykkene i områdene 811 - 813 og 811' - 813' som reaksjon på styresignalene E-^, E-j^', E^, Eg<1>, E^, E-j' kan forskjellige krafttilstander av signalet bli overfort ned i jorden.

I de ovenfor beskrevne kildene er de elektrohydrauliske ventilene som har blitt vist for styre stromvekslingen kun illustrative og andre ventiler slike som roterende ventiler, styrt f.eks. ved hjelp av trinnmotorerer, kan alternativt bli nyttet. Også mens mekaniske fjærer har blitt vist for sentrering av stemplene og husene med hensyn til hverandre kan også pneumatiske fjærer eller aktive hydrauliske sentreringsanordninger som har tidskonstanter med lengder som sammenlignet med den lengste perioden til det interessante spekteret bli alternativt nyttet.

Av den foregående beskrivelsen vil det være innlysende at der er blitt frembragt forbedrede kilder for akustiske signaler. Disse kildene kan også benyttes til å frembringe og overfore seismiske signaler enten i marine omgivelser eller på land.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for å sende, inn i et medium, et signal som består av et tog med repeterende eller kvasirepeterende signalelementer som reaksjon på et inngangsstyresignal, idet fremgangsmåten innbefatter kontakting av mediumet med en bevegelig del (12, 102) for å etablere et forspenningstrykk eller spenning ved grensesnittet til mediumet med delen, tilførsel som direkte reaksjon på styresignalet krefter til delen i motsatte retninger for å anbringe mediumet vekselvis med kompresjon eller positive og strekk eller negative trykk eller spenninger med hensyn til et gjennomsnittlig forspenningstrykk eller spenning, karakterisert ved at tidsvarigheten for påføring av det kompresive eller positive trykket eller spenningen innenfor enhver periode av hvert signalelement er kort sammenlignet med tidsvarigheten av påfør-ingen av strekk- eller negativt trykk eller spenning innenfor den samme perioden, idet bølgeformen for strekk eller negativt trykk eller spenning er hovedsakelig rektangulær for å maksimalisere energien for sendingen, og justering av negativt strekktrykk eller spenning for å tilveiebringe en størrelse som ikke overskrider gjennomsnittforspenningstrykket eller spenningen ved grensesnittet i fravær av signalet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter trinnet med å styre amplituden for de tilførte kreftene for å bevirke at amplitude-forholdet av kompresjons- eller positive- og strekk- eller negative-trykk eller spenninger som skal være inverst propor-sjonale med dens varighet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter trinnet med å gjenta tilføringen av kreftene for å tilveiebringe en suksessiv repetisjon av kompresjons- eller positive- og strekk- eller nega-tive-trykk eller spenninger og endring av periodene til hver av repetisjonene for å sveipe frekvensen av signaltoget over i det minste en del av nevnte bånd.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den innbefatter trinnet med å endre amplituden til nevnte strekk- eller negative trykk eller spenninger ved hver repetisjon, mens amplitudene og varigheten av kompresjons- eller positive-trykk eller spenninger forblir hovedsakelig konstant over nevnte sekvens.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at varigheten for både kompresjon- eller positive- og strekk- eller negative-trykk eller spenninger endres ved hver repetisjon, mens dens amplituder holdes hovedsakelig konstante over nevnte sekvens.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at amplituden justeres til i det minste kompresjons- eller positive-trykk eller spenninger innenfor perioden for hvert signalelement til flere nivåer som er forskjellige med hensyn til gjennomsnittlig forspenningstrykk eller spenning for å tilveiebringe et n-nivåsignal, hvor n er et helt tall større enn 1.

7. Kilde for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, drivbar for å generere og sende inn i et medium et signal, slik som et seismisk signal, som er et tog av kvasirepetive signalelementer som reaksjon på et styresignal (EIN), idet toget med signalelementer har energi innenfor et forutbestemt frekvensbånd, og kilden innbefatter en frem- og tilbakebevegelig koplingsdel (12, 102) med en overflate for å definere et grensesnitt med mediumet, innretning (15, 315) elastisk fastgjort til koplingsdelen for å tilføre et positivt statisk forspenningstrykk eller spenning (Mv, Pg) mot mediumet, et stempel (24, 303) som har en endeflate (Ap, A-^) festet direkte til koplingselementet for å tilføre krefter dertil i motsatt retning relativt i forhold til gjennomsnittsforspenningstrykket eller spenningen, en innretning (16, 306) som reagerer direkte på styresignalet (EIN) for kopling av det hydrauliske fluidumstrykket i det variable volum-kammeret vekselvis fra en til den andre av trykkene i løpet av suksessive tidsintervaller, et hus (10, 300) som har en boring tett ved en ende for å motta stempel, et variabelt volumkammer (17, 306) som er definert mellom endeflatene av stempelet og den lukkede enden til boringen, karakterisert ved at stempelet reagerer på en strøm av hydraulisk fluidum under overtrykk i kammeret ved tilførsels-(PS c) og retur-(PR_J trykket, og at tidsintervallet, når trykket i kammeret er underlagt et av trykkene, er kort sammenlignet med tidsintervallet når kammeret er underlagt det andre av trykkene, slik at koplingselementet tilfører et kompresjons- eller strekktrykk til mediumet ved grensesnittet av hovedsakelig rektangulær form og som ikke overskrider det gjennomsnittlige forspennings-trykket eller spenningen i fravær av signalet ved grensesnittet .

8. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at stempelet (24) deler boringen i første og andre variable volumområder (17 og 18) og har første og-andre områder (A-^ og A2) hhv. bortvendte fra grensesnittet og mot grensesnittet, idet det første området (A^) er større enn det andre området ( A^), innretning (19, 20) for kommunikasjon av det hydrauliske fluidumet med begge områdene, idet koplingsinnretningen (16) er i kommunikasjon med i det minste det første området (17) for kopling av fluidum under overtrykk inn i det første området mellom tilførsels- og returtrykket.

9. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at kilden er tilpasset til å bli drevet under vann og at stempelet (25) deler boringen i første og andre variable volumområde (17, 18), idet stempelet har første og andre områder (A^ og A2) med lik størrelse vendt mot og bort fra grensesnittet, idet koplingsdelen er et annet stempel (12), hvor huset (10) definerer overflaten til det andre stempelet motsatt overflaten som danner grenseflaten til et andre kammer (15) og der er innretning (P„) for fylling av det andre kammeret (15) med trykkgass som har et trykk over det omgivende vanntrykket og tilstrekkelig til å utvikle, med trykket i områdene på det første og andre arealet, kreftene i retning mot grenseflaten som overskrider i amplitude kreftene i retningen bort fra grenseflaten.

10. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at koplingsdelen er en plate (102) som har en overflate for å berøre jorden og som danner grenseflaten, idet huset (100) er en reaksjonsmassedel som har boringen (107, 108), stempelet (103) som deler boringen i to variable volumområder (107 og 108), med det første og andre arealet (A^ og A^) for stempelet som vender bort fra og mot grenseflaten danner forskjellige av områdene, fjærlignende innretninger (104 og 105) som bærer huset over platen, idet forholdet mellom det første og andre arealet er et forutbestemt forhold i forhold til forholdet mellom amplituden og kraften på platen som er i retning mot grenseflaten og kraften på platen som er i retning bort fra grense-flateinnretningen for å tilføre hydraulisk trykkfluidum til begge områdene, og innretning (116) for å kople fluidum ved i det minste det området som er dannet av det første arealet mellom tilførsels- og returtrykket.

11. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at koplingsdelen er en plate (102) som har en overflate for å berøre jorden og som danner grenseflaten, idet huset (100) er en reaksjonsmasse, fjærlignende innretning (104 og 105) som bærer reaksjonsmassen for platen, og innretning (110) for å tilføre forspenningskraften til platen med amplituden ikke mindre enn amplituden for kraften i retningen bort fra grenseflaten for å utvikle den statiske kraften.

12. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at mediumet er vann og kilden er tilpasset til å bli anbrakt under vannet i en marin omgivelse, idet koplingsdelen er et første drivstempel (202) som har ytre og indre overflater og et andre drivstempel (204) som har indre og ytre overflater, idet første og andre drivstempelet er bevegelig montert i deres indre overflater som vender mot hverandre, innretning (215) montert langs kanten av det første og andre stempelet som strekker seg derimellom for å definere et variabelt volumkammer (205), koaksiale aksler forbundet med det førset og andre drivstempelet, idet det indre av koaksialakslene har en forstørret dia-meterseksjon omkring lik diameteren til den ytre av koaksialakslene for å definere endearealet på koaksialakslene som vender mot hverandre, en sylinder (201) ved hvilken de ytre akslene og den forstørrede seksjonen er glidbart montert, idet sylinderen definerer huset, det variable volumområdet (206) definert i sylinderen mellom endearealet av koaksialakslene, idet bryter-innretninger (219) er i kommunikasjon med området (206) og innretning (P~) for fylling av kammeret (205) mellom stemplene med gass et trykk som overskrider trykket på mediumet.

13. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at mediumet er vann og at kilden er tilpasset til å bli anbrakt under vann i en marin omgivelse og har en aksel (403), et par med koplingsdeler (402, 404) i form av andre og tredje stempler koaksialt med akslen og glidbart montert derpå for be-vegelse mot og bort fra hverandre, idet stemplene har indre overflater som vender mot hverandre og ytre overflater som vender mot mediumet og definerer grensesnittet derimellom, en sylinder (415) anbrakt rundt kantene av det andre og tredje stempelet, idet sylinderne og overflatene til det andre og tredje stempelet vender mot hverandre definerer et første hulrom (405), et par med hus (401, 401') i form av andre og tredje sylindere som har et par med kammer deri, idet sylinderne er symmetriske anbrakt på akselen utover fra det andre og tredje stempelet, idet det andre og tredje stempelet hver har en for-lengelse som er mottatt i tilknytning til en av de andre og tredje sylinderne og som presenterer drivstemplene i kammeret som definerer separate variable volumområder (407, 408) og et par med innretninger (460, 460') for kopling av det hydrauliske fluidumet i kommunikasjon med områdene for kopling av trykket av det hydrauliske fluidumet i områdene mellom tilførsels- og returtrykket, og innretning (Pq) for fylling av det første hulrommet med gass ved et trykk som overskrider mediumets trykk.

14. Kilde ifølge krav 13, karakterisert ved at sylinderne hver har flere trinn og forlengelsen har et korresponderende antall trinn som definerer et antall områder (508, 518, 528), og et antall koplingsinnretninger (560, 561, 562) i kommunikasjon med respektive av områdene for separat kopling av det hydrauliske fluidumet i områdene mellom til-førsels- og returtrykket for å utvikle flere av kreftene i retning mot og bort fra grenseflatene.

15. Kilde ifølge krav 7, karakterisert ved at koplingsdelen er en plate (102) tilpasset for å frembringe kontakt med jorden langs en overflate som definerer grenseflaten, et hus (603) understøttet av platen med et kammer, et stempel (600) i kammeret, idet stempelet og huset er glidbart bevegelig i forhold til hverandre i motstått retning mot og bort fra grenseflaten, idet hver har et korresponderende antall trinn som definerer flere av områdene i huset og flere av koplingsinnretningene (660, 661, 662) er separate i kommunikasjon med forskjellige av områdene for kopling av det hydrauliske trykket deri mellom tilførsels- og returtrykket for ut-vikling av et antall krefter i retninger mot og bort fra grenseflaten .

16. Kilde ifølge krav 15, karakterisert ved at huset er en sylinder (700) festet til platen (102) og som strekker seg fra platen bort fra grenseflaten, idet stempelet er en stang (702) glidbar i sylinderen og en seismisk masse (705) festet til stempelet for å tilveiebringe det statiske trykket.

17. Kilde ifølge krav. 7, karakterisert ved at koplingsdelen er en plate (102) som har en overflate tilpasset for å kontakte i jorden for å definere grenseflaten, en aksel (803) forbundet med platen og som har en akse perpendikulært på overflaten, et par med hus (800, 801) i form av sylindere koaksialt med akselen og festet dertil med sylindere som er separert fra hverandre, idet det indre av periferien til sylinderne har et korresponderende antall trinn som vender i motsatte retninger, idet trinnet til en av sylinderne vender bort fra grenseflaten og trinnet i den andre av sylinderen vender mot grenseflaten, et stempel (802) glidbart montert på akselen anbrakt i sylinderen, idet den ytre periferien av stempelet som er anbrakt i den av sylinderne har flere trinn som korresponderer med trinnet i en av sylinderne og som vender mot grenseflaten og den ytre periferien av stempelet som er anbrakt i den andre av sylinderne som har flere trinn som korresponderer med trinnet ved den andre av sylinderne og som vender bort fra grenseflaten, idet korresponderende trinn definerer et første-antall områder i en av sylinderne og et andre antall av områder i det andre av sylinderne, et første antall koplingsinnretninger som kommuniserer med det første antall av områdene, og et andre antall koplingsinnretninger som kommuniserer med det andre antall områder.