NO20131049A1 - Passiv støydemping piezoelektrisk sensor apparat og en fremgangsmåte for anvendelse derav - Google Patents

Abstract

Sensorer anvendt i kartlegging av strata under et marint legeme og/eller strukturer på en marin legemebunn blir beskrevet, slik som i en fleksibel oppdriftsjusterbar slept oppstilling. En første sensor er en tradisjonell akustisk sensor eller en ny akustisk sensor som anvender en piezoelektrisk sensor montert med et tynnfilmseparasjonslag av fleksible mikrosfærer på et stivt substrat. Ytterligere ikke-akustiske sensorer er eventuelt montert på det stive substratet for generering av utmating anvendt for å redusere støy observert av de akustiske sensorene. Kombinasjoner av akustiske sensorer, ikke- akustiske sensorer og bevegelsessensorer samlokalisert i stive streamerhusseksjoner er tilveiebragt, som reduserer støyen assosiert med ulike sensorplasseringer og/eller lokalisert turbulens.

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører anvendelse av støykansellerende sensorer for å bestemme posisjoner for objekter rundt et vannlegeme.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Slepte oppstillinger av hydrofonsensorer anvendes til å kartlegge strata under store legemer av vann, slik som golfer, streder og hav.

Patenter vedrørende den foreliggende oppfinnelsen er sammenfattet heri.

Streamerkabel

R. Pearce, "Non-Liquid Filled Streamer Cable with a Novel Hydrophone", US patentnr. 5,883,857 (16. mars, 1999) beskriver en streamerkabel inkludert en flerhet seriekoblede aktive kabelseksjoner med hydrofoner plassert i en ytre mantel og en langsgående og sentralt plassert elektromekanisk kabel.

R. Pearce, "Non-Liquid Filled Streamer Cable with a Novel Hydrophone", US patentnr. 6,108,267 (22. august 2000) beskriver en slept oppstilling med et sentralt belastningselement, en indre beskyttelsesmantel rundt belastningselementet, et skummateriale rundt den indre beskyttelsesmantelen og et innkapslingsmateriale forbundet med den indre beskyttelsesmantelen inne i en ytre beskyttelsesmantel.

R. Pearce, "Method and Apparatus for a Non-Oil-Filled Towed Array with a Novel Hydrophone and Uniform Buoyancy Technique", US patentnr. 6,498,769 Bl (24. desember 2002) beskriver en slept oppstilling med uniform oppdrift oppnådd ved hjelp av hule mikrosfærer i en polyuretanmatriks, der prosentandelen hule mikrosfærer er korrelert med den tilgrensende densiteten til elementene i den slepte oppstillingen.

R. Pearce, "Acoustic Sensor Array", US patentnr. 6,614,723 B2 (2. september 2003) beskriver en akustisk sensor med oppdriftsseksjoner dannet ved hjelp av reksjonssprøytestøping med kontrollerte og varierende mengder hule mikrosfærer og polyuretan som en posisjoneringsfunksjon på oppstillingen.

Sensor

R. Pearce, "Acoustic Transducer", US patentnr. 5,357,486 (18. oktober 1994) beskriver en piezoelektrisk filmstripe svøpt rundt en rørstamme med avstandskrager i hver ende. Variasjoner i hydrodynamisk trykk bøyer filmstripen i strekk for å generere en spenning.

R. Pearce, "Acoustic Sensor", US patentnr. 5,361,240 (1. november 1994) beskriver en akustisk sensor med en hul rørstamme med en ytre overflate som definerer en konkavitet og en fleksibel piezoelektrisk film svøpt rundt den ytre overflaten, noe som danner et volum mellom filmen og rørstammen, der volumet fungerer som et trykkompenserende kammer.

R. Pearce, "Acoustic Sensor and Array Thereof', US patentnr. 5,774,423 (30. juni 1998) beskriver en akustisk sensor med elektrisk koblede piezoelektriske materialer.

R. Pearce, "Acoustic Sensor and Array Thereof, US patentnr. 5,982,708 (9. november 1999) beskriver en akustisk sensor med et substrat med en konkavitet på en ytre overflate som er forseglende omsluttet av et aktivt element av et piezoelektrisk materiale.

R. Pearce, "Acoustic Sensor and Array Thereof, US patentnr. 6,108,274 (22. august 2000) beskriver en akustisk sensor med en rørstamme, et første substrat på en ytre overflate av rørstammen, et dempende lag mellom det første substratet og et andre substrat, en piezoelektrisk sensor montert på det andre substratet, og et innkapslende materiale på det piezoelektriske materialet.

R. Pearce, "Method and Apparatus for a Non-Oil-Filled Towed Array with a Novel Hydrophone and Uniform Buoyancy Technique", US patentnr. 6,819,631 B2 (16. november 2004) beskriver en slepbar hydrofon med et diafragma med en rørform, et piezoelektrisk tynnfilmelement festet til diafragmaet, der diafragmaet har et bakplan med en sylindrisk form, og minst én langsgående ribbe på utsiden av bakplanet, der bakplanet og den utvendige ribben glidende fester det rørformede diafragmaet.

Problemstilling

Det som det er behov for, er én eller flere sensorer for anvendelse i kartlegging av strata under et vannlegeme med økt ufølsomhet for støykilder og forbedret båndbredde.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og anordning for piezoelektrisk sensor.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

En mer fullstendig forståelse av den foreliggende oppfinnelsen kan avledes under henvisning til den detaljerte beskrivelsen og kravene når de ses i sammenheng med figurene, hvori like henvisningsnumre viser til tilsvarende deler i figurene. Figur 1 illustrerer en slept sensoroppstilling; Figur 2 illustrerer figurativt bevegelseslokalisert turbulens rundt en sensor; Figur 3 presenterer en akustisk sensor som anvender mikrosfærer, figur 3 A, og den akustiske sensoren i tverrsnitt, figur 3B; Figur 4 representerer en elektrisk koblet akustisk sensor og ikke-akustiske sensorer; og Figur 5 illustrerer flere tettsittende sensortyper på et substrat i en slepbar oppstilling.

Elementer og trinn i figurene illustreres av forenklingshensyn og for tydeliggjøring og er ikke nødvendigvis gjengitt i henhold til noen bestemt sekvens. For eksempel er trinn som utføres samtidig eller i forskjellig rekkefølge illustrert i figurene for å bidra til forbedret forståelse av utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen vedrører en støykansellerende piezoelektrisk sensoranordning og fremgangsmåte for anvendelse derav.

I én utførelsesform er en akustisk sensor tilveiebrakt med en piezoelektrisk sensor koblet til et mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som et kompressibelt gasskammer.

I en annen utførelsesform er flere sensortyper posisjonert sammen for anvendelse ved fjerning av støy fra turbulens.

I enda en annen utførelsesform er et piezoelektrisk element bevegelsesbegrenset i én eller flere dimensjoner for å utvide sensitiviteten og/eller for å velge sensitivitet.

I ett eksempel inkluderer systemet to piezopolymertynnfilmelementer konfigurert på en slik måte at de danner en reservert akustisk sensor og en reservert bevegelsessensor for strømningsstøykansellering, hvorav begge er eksitert av krefter og i noen tilfeller i det vesentlige like krefter manifestert som dynamisk trykk med immunitet mot akselerasjon og dynamisk partikkelbevegelse med immunitet mot dynamisk trykk for å muliggjøre diskré måling av akustisk energi og partikkelbevegelse nærværende på en enkelt plassering eller i et lite volum, som beskrevet infra. Den akustiske sensoren blir utført på en slik måte for å muliggjøre at de iboende responskarakteristikkene til tynnfilmpolyvinylidenfluorid (PVDF) kan føle både akustikk og støy produsert av det turbulente grenselaget som dynamisk trykk samtidig som bare det turbulente grenselaget manifestert som en respons på en kraft føles, noe som produserer en respons i den ikke-akustiske delen av elementet til det turbulente grenselaget som er cirka ett hundre og åtti grader ute av fase med det som ble detektert på den akustiske delen av elementet. Dette kan oppnås i en enkelt sammenhengende sensor mekanisk begrenset på en måte som gjør det mulig for en del av elementet å respondere på dynamisk trykk og en del av elementet å respondere bare på mekanisk kraft. En enkel utførelsesform av denne oppfinnelsen er presentert med sensoren omfattet av et enkelt stykke PVDF-film der en enkelt stripe akustisk sensor er omgitt av to striper i korresponderende kraftsensorer.

Komplekse mønstre er også tilgjengelige for å forbedre ytelsen til oppfinnelsen ved å benytte fraktalmønstret prøvetaking av det turbulente grenselaget. De ferdige sensorene anvendes deretter til å konstruere en seismisk streamerseksjon som er nødvendig for en fast konstruksjon der sensorene er plassert.

Akser

Nå under henvisning til figur 1, hvori en x-akse er i en horisontal retning av sleping av en sensoroppstilling. x-/y-aksene danner et plan parallelt med en vannlegemeoverflate. z-aksen innrettes med tyngdekraft. Typisk betraktes tykkelsen på en piezoelektrisk film i forhold til en z-akse, selv om den piezoelektriske filmen alternativt kan rulles rundt en rørstamme, beskrevet infra.

Piezoelektrisk materiale

Piezoelektrisitet er ladning som akkumuleres i visse faststoffinaterialer som svar på tilført mekanisk spenning. Et piezoelektrisk materiale genererer elektrisitet fra tilført trykk.

Et eksempel på et piezoelektrisk materiale er polyvinylidenfluorid (PVDF). I motsetning til keramikk, der materialenes krystallstruktur skaper den piezoelektriske effekten, tiltrekker og frastøter sammenvevde langkjedede molekyler hverandre når et elektrisk felt tilføres i PVDF-polymeren.

Polyvinylidenmaterialet er spesielt nyttig i vannmiljøer da den akustiske impedansen er lik for PVDF og vann. En ekstern mekanisk kraft anvendt på en film av polyvinylidenfluorid resulterer i en strekk- og trykkspenning. En film av PVDF utvikler en tomgangsspenning, eller elektrisk ladning, som er proporsjonal med endringene ved mekanisk trykk eller strekk. Det er vanlig at polariseringsaksen er tykkelsesaksen til polyvinylidenmaterialet. Strekkspenning kan Anne sted langs enten lengdeaksen eller breddeaksen.

For tydeliggjøring anvendes polyvinylidenfluorid heri som et eksempel på det piezoelektriske materialet. Et hvilket som helst materiale som genererer en ladning som svar på trykk kan imidlertid eventuelt anvendes. Eksempler inkluderer: menneskelagde krystaller, slik som galliumortofosfat, en analogisk kvartskrystall og langisitt; menneskelagd keramikk, slik som et titanat, et niobat, et tantalat eller wolframat; og/eller en blyfri piezokeramikk.

Et PVDF-materiale erkarakteriserti form av en stripe med PVDF-film. PVDF-filmen inkluderer en breddeakse eller x-x-akse, en lengdeakse eller y-y-akse, og en tykkelsesakse eller z-z-akse. PVDF-filmens x-x-akse er mindre sensitiv, hva angår utviklet ladning, overfor anvendt kraft enn PVDF-filmens lengdeakse eller tykkelsesakse. Følgelig, for sensorene som beskrives heri, er breddeaksen til PVDF-filmen typisk cirka parallell i forhold til sensoroppsitllingens sleperetning for å minimere støysignaler resulterende av sleping av sensoroppstillingen med en kabel under varierende belastning. Som beskrevet, infra, ekspansjon av PVDF-filmens y-y-akse er eventuelt begrenset i et monteringstrinn, som resulterer i økte tykkelsesendringer av PVDF-filmen resulterende av anvendt kraft. Den økte tykkelsesendringen som et resultat av anvendt kraft er ekvivalent med et økt signal-støy-forhold.

PVDF-filmen kan eventuelt klippes, formes eller svøpes omkring en overflate, slik som en rørstamme eller et hult rør.

En PVDF-sensor er en PVDF-film koblet til minst ett ladningstransportelement, slik som en ledende tråd. I ett tilfelle inkluderer en PVDF-sensor en PVDF-film belagt på begge sider med et ledende blekk. I et andre tilfelle er PVDF-filmen belagt på én side med et ledende blekk og den motstående siden er i kontakt med et ledende fluid, som beskrevet infra, for å danne en PVDF-sensor.

Omformerelektronikk

Elektrisk utmating fra PVDF-sensoren fraktes langs et ledende element, slik som en tråd, til en elektrisk krets. Den elektriske kretsen inkluderer eventuelt: en strøm-spenning omformer, slik som en forforsterker, en forsterker, prosesseringselektronikk, en analog-digjtal omformer og/eller en databuss. Signal fra en første PVDF-sensor er eventuelt: • kombinert med signal fra en andre PVDF-sensor ved hjelp av den innebygde elektriske kretsen; og/eller • er etterbehandlet etter kommunikasjon av det innsamlede signalet til et prosesseringssenter.

Slept sensoroppstilling

Fremdeles under henvisning til figur 1 illustreres et system for kartlegging av strata 100 under en vannlegemebunn. I det illustrerte eksempelet sleper et fartøy 110 slik som et skip én eller flere sensoroppstillinger 120. En sensoroppstilling 120 inkluderer minst en streamerkabel 122 og en sensor 124.

Streamerkabelen 122 inkluderer eventuelt:

• et ytre hus 126; • et spenningselement 310, slik som et sentralt spenningselement; • en trådbunt konfigurert for å frakte kraft og/eller data, trådbunten er fortrinnsvis svøpt rundt eller inni spenningselementet for å redusere spenning fra sleping; • en flerhet sensorer 124, slik som cirka lik avstand mellom eller ikke jevnt fordelte hydrofoner, ikke-akustiske sensorer og/eller akselerometer; • elektronikk;

• et oppdriftselement; og/eller

• en beskyttelsesmantel rundt sensorene, spenningselementet og trådbunten. Sensorene er videre beskrevet, infra.

Ved én anvendelse genereres en seismisk sjokkbølge, slik som med et eksplosiv. Sjokkbølgen reflekteres delvis fra en bunn 150 av vannlegemet, og/eller fra en serie av stratalag 152,154 under vannlegemebunnen 150.1 ett tilfelle gir overflaterefleksjonene en vertikalt stigende seismisk bølge 142 som treffer den ene eller de flere sensorene 124.1 et andre tilfelle reflekterer en seismisk bølge minst delvis av på en vannlegemeoverflate 160 for å gi en vertikalt nedadgående seismisk bølge 144, som treffer den ene eller de flere sensorene 124. Den vertikalt nedadgående seismiske bølgen er et interferenssignal, som reduserer båndbredden og det assosierte signal-støy-forholdet til sensorene 124.

I en annen anvendelse anvendes sensorene 124 passivt, slik som uten anvendelsen av et detonert ekplosiv.

I ethvert tilfelle konfigureres sensorene 124 eventuelt til passivt å kansellere støy, slik som støy fra lokalisert turbulens.

Fremdeles under henvisning til figur 1, vet fagmannen at en sensor eller en matrise av sensorer kan anvendes for å kartlegge stratalag og/eller for å detektere geofysiske undervannsstrukturer.

SENSORER

Sensorene 124 er videre beskrevet. Hvilke som helst av sensorene 124 beskrevet heri er eventuelt belagt med et fleksibelt faststoffmateriale som del av streameren 122. Videre er sensorene 124 eventuelt posisjonert ved en hvilken som helst x-akseposisjon på streameren 122 for å danne sensoroppstillingen 120, selv om samme avstand mellom like sensorelementer 124 er å foretrekke.

Turbulens

Under henvisning til figur 2 illustreres nå lokaliserte turbulensbobler 210 figurativt. Noen turbulensbobler 210 interagerer med det ytre huset 126 rundt en sensor 124.1 samme tilfeller har turbulensboblene 210 en lokalisert virkning på en første sensor som ikke føles av en andre sensor. Denne forskjellen i virkninger gjør at signal og/eller støy resulterende fra den lokaliserte turbulensen kan fjernes, slik som ved passiv fjerning og/eller gjennom etterbehandling av data fra den første sensoren og den andre sensoren. I praksis anvendes eventuelt et hvilket som helst antall sensorer.

Akustisk sensor

Under henvisning til figur 3A og figur 3B illustreres nå en akustisk sensor 300. Den akustiske sensoren anvender en piezoelektrisk film, som er beskrevet heri som en piezoelektrisk akustisk film 330, som ivaretar de generelle egenskapene til et piezoelektrisk materiale eller element.

Fortsatt under henvisning til figur 3 A, inkluderer den akustiske sensoren 300:

• et substrat 310;

• en piezoelektrisk bevegelsesfilm 330 eventuelt festet til et diafragma; og

et hult hulrom, hulkammer, og/eller et omsluttet kammer, og/eller sett med mikrosfærer 320 mellom substratet 310 og den piezoelektriske

bevegelsesfilmen 330.

Hvert av de akustiske sensorelementene 300 beskrives videre heri.

Substrat

I praksis er substratet 310 eventuelt et hult rør eller en hul rørstamme. Substratet 310 er tilstrekkelig stivt til å isolere internt utstrålt spenning fra de innebygde piezoelementene i den akustiske sensoren 300 som beskrives, infra. Substratet 310 inkluderer eventuelt en konkav indre overflate, som definerer en innervegg til et rør. Røret kan eventuelt anvendes til å inneholde og/eller begrense bevegelse i sentralt plasserte elementer, slik som et spenningselement i streamerkabelen 122, trådbunten konfigurert til å frakte kraft og/eller data, et støtabsorberende element, og/eller elektronikken. Substratet 310 inkluderer eventuelt også en konveks ytre overflate som sensorelementene monteres på. Den konvekse ytre overflaten til substratet 310 inneholder eventuelt en ytre konkavitet eller kanal 405. Kanalen eller hulrommet 405 skapes enten gjennom maskinering eller gjennom en støpeprosess med hvilken kanalen 405 er presentert rundt en omkrets lokalisert utenfor den stive rørstammen eller substratet 310. Sensorelementer er eventuelt lokalisert i den ytre konkaviteten eller kanalen 405.1 ett tilfelle inkluderer for eksempel substratet 310 et par med indre skuldre 212, som fungerer som en mekanisk støtte for et diafragma og/eller den piezoelektriske bevegelsesfilmen 330. De indre skuldrene er enten maskinelt eller støpt og er lokalisert utenfor og til siden for den skapte kanalen på en dybde og bredde som er tilstrekkelig for å muliggjøre festing av piezofilmbevegelsessensorelementet 330 slik at det danner et forseglet kammer mellom piezofilmen og substratet 310. Eventuelt inkluderer den akustiske sensoren 300 et ytre akustisk sensorhus. Det ytre akustisk sensorhuset eller den andre stive sylindriske rørstammen er posisjonert over et hulrom dannet av de ytre skuldrene som dermed forsegler hele innsiden av den akustiske sensoren 200. Det ytre akustisk sensorhuset forhindrer den akustiske sensoren 300 fra å respondere på dynamisk trykk. Videre danner det ytre akustisk sensorhuset en ytre rørstamme som en ytre passiv strømningsstøykansellerende akustisk sensor eventuelt er posisjonert på. Fortrinnsvis er det ytre bevegelsessensorhuset stivt eller halvstivt. Det ytre bevegelsessensorhuset er eventuelt forbundet med substratet 310, slik som gjennom et par med ytre skuldre posisjonert langs x-aksen lengre fra midten av det omsluttede kammeret 405 relativt i forhold til de indre skuldrene. Det ekstra settet med ytre skuldre tilgrensende og utenfor de indre skuldrene danner eventuelt et andre kammer over det første tynnfilmpiezoelektriske elementet. Både de indre og ytre skuldrene er eventuelt en del av substratet 310, er fjernbare elementer festet til substratet 310, er festet til det akustiske sensorhuset, og/eller er del av det akustiske sensorhuset.

I ett eksempel er den piezoelektriske akustiske filmen 330 montert radialt utovervendt fra substratet 310 på en måte som danner et forseglet hulkammer eller lag av mikrosfærer 320 derimellom, som beskrevet infra. For eksempel er det piezoelektriske akustiske polymerfilmelementet 330 konstruert med en deponert enkeltelektrode på den ytre overflaten for å skape en sammenhengende elektrode rundt omkretsen av den resulterende piezofilmsylinderen skapt når filmen festes til de tidligere beskrevne skuldrene og forseglet der filmsvøpet overlapper skapingen av et hult og forseglet kammer mellom den piezoelektriske akustikkfilmen 330 og substratet 310 inne i kanalen 405. For eksempel er den piezoelektriske filmen 330 montert over en del av den ytre konkaviteten eller substratets kanal 310 eller montert direkte eller indirekte på de indre skuldrene. Den piezoelektriske bevegelsesfilmen 330 danner eventuelt ett eller flere lag som periferisk omgir substratet 310. Hulkammeret 230 strekker seg til minst delvis periferisk å omslutte en x-akseseksjon av substratet 310.1 ett tilfelle er den piezoelektriske filmen montert direkte på substratet 310, slik som ved montering på de indre skuldrene av substratet 310. Mekanisk festing, slik som med et svøp og/eller et klebemiddel, begrenser den piezoelektriske akustiske filmen 330 til de indre skuldrene bevegelsen til y-y-aksen til den piezoelektriske filmen. Den begrensede y-y-aksebevegelsen til den piezoelektriske filmen 220 og retningen til x-x-aksen til den piezoelektriske filmen langs x-aksen eller slepeaksen resulterer i forbedrede endringer i z-z-tykkelsesaksen til den piezoelektriske filmen som et svar på trykk/støirelse-endringer resulterende fra seismiske bølger eller en støykilde, som øker signal-støy-forholdet til den akustiske sensoren 300. x-x-aksekantene til de piezoelektriske akustiske filmene er tilsvarende eventuelt begrenset, som igjen øker signal-støy-forholdet til den akustiske sensoren. I ytterligere tilfeller er den piezoelektriske akustiske filmen 330 indirekte festet til substratet 310, slik som gjennom anvendelsen av et diafragma. I alle tilfeller er minst en del av hulkammeret fysisk posisjonert mellom substratet 310 og den piezoelektriske akustiske filmen 330.

Endringer i den piezoelektriske akustiske filmens 220 tykkelse, som er proporsjonal med endringene i det mekaniske trykket eller strekket resulterende av den seismiske bølgen eller støykilden, måles ved hjelp av elektriske forbindelser til den piezoelektriske akustiske filmen 330. En første elektrisk forbindelse 334 gjøres til en ytre overflate eller radialt utovervendt overflate på den piezoelektriske akustiske filmen 330 ved anvendelse av ledende materiale, slik som et fleksibelt ledende blekk 332, påført på den ytre overflaten av den piezoelektriske filmen 330. For eksempel er en tråd festet med egnede midler til den bekledde ytre elektroden eller det ledende blekket 332 til den piezoelektriske akustiske filmen 220 og ført gjennom de ytre skuldrene, der tråden er forbundet med den akustiske sensorens 300 signaltråder. En andre elektrisk forbindelse 338 til minst en del av en radialt indre overflate av den piezoelektriske akustiske filmen 330 gjøres, slik som med et metallisert blekk eller ledende fluid. Tomgangsspenningen, eller den elektriske spenningen, til den piezoelektriske akustiske filmen 220, som er proporsjonal med endringene i det mekaniske trykket eller strekket, måles ved hjelp av det elektriske signalet fraktet av det ledende blekket 222 og den elektriske ledningen

228. For eksempel er den elektriske ledningen en elektrisk ledende tråd eller plate festet til ytterdiameteren av hulkammeret for å danne en ledende overflate eller elektrode ved hjelp av et stabilt metallisk materiale. I et tilfelle der tråd anvendes kan tråden eventuelt svøpes en flerhet ganger rundt substratets 310 omkrets for å skape en kontinuerlig ledende bane rundt omkretsen som fører tråden fra innsiden av den piezoelektriske filmen 330 til utsiden av hullkammeret gjennom et hull i den indre skulderen, som fortrinnsvis forsegles senere. Etter hvert som det eksterne hydrostatiske trykket øker eller synker, resulterende av den seismiske bølgen eller turbulensboblen 210, resulterer kontraksjon eller ekspansjon av substratet 310 og/eller diafragmaet som substratet eventuelt er montert på, i korresponderende kontraksjon eller ekspansjon av hulkammeret, diafragmaet, den piezoelektriske akustiske filmen 330 og/eller en oppstilling av fleksible mikrosfærer, beskrevet infra. Endringer i den piezoelektriske akustiske filmen 330, slik som i z-z-tykkelsesaksen, måles ved hjelp av den første elektriske forbindelsen 334 dannet til det ledende blekket på den ene siden av den piezoelektriske akustiske filmen 330 og den andre elektriske forbindelsen 338 ved å anvende den elektriske ledningen som kontakter den motsatte siden av den piezoelektriske filmen 330.

Mikrosfærer

Fremdeles under henvisning til figur 3 A og figur 3B anvender de akustiske sensorene en oppstilling av fleksible mikrosfærer. I dette eksempelet svøpes en piezoelektrisk akustisk film 330 rundt rørstammen 310. Den piezoelektriske akustiske filmen 330 inkluderer et ledende materiale 332, 336 på henholdsvis den ytre overflaten og den indre overflaten. For eksempel er en første elektrisk konnektor 334 forbundet med en første fleksibel ledende blekkrets på den piezoelektriske akustiske filmens 330 ytre overflate. Tilsvarende er en andre elektrisk konnektor 338 forbundet med en andre fleksibel ledende blekkrets på den piezoelektriske akustiske filmens 330 indre overflate. Et sett av fleksible mikrosfærer 320 er posisjonert mellom rørstammen 310 og det indre laget 336 av den piezoelektriske akustiske filmen 330. Den ytre overflaten av den piezoelektriske akustiske filmen 330 er eventuelt belagt med eller inneholdt i et fleksibelt faststoff.

Nå med henvisning til figur 4 er mikrosfærene 320 responsive på trykk og isolerer den piezoelektriske akustiske filmen 330 mekanisk. Hvis for eksempel den akustiske sensoren 300 monteres på en struktur som er truffet, isolerer mikrosfærene 320 den piezoelektriske akustiske filmen 330 til den akustiske sensoren 300 fra den overførte energien i strukturen. Tilsvarende isolerer mikrosfærene 320 mekanisk bevegelse resulterende av en turbulensboble for den piezoelektriske filmen 330. Omvendt vil tilgrensende sensorer, slik som sensor 1 og sensor 3, beskrevet infra, som ikke har de isolerende mikrosfærene respondere på eller føle turbulensbobler 210.

Settet med mikrosfærene 320 er eventuelt et enkelt lag med mikrosfærer eller en tykkelse av mikrosfærer 320, slik som mindre enn cirka 10,20, 30,40, 50, 60, 70, 80, 90,100,150,200, 300, 500,1000, 5000 eller 10 000 mikrometers tykkelse. Den gjennomsnittlige diameteren til mikrosfærene 320 er mindre enn cirka 1,2, 5,10,20, 50,100 eller 1000 mikrometer.

Mikrosfærene 320 er generelt fleksible, er fortrinnsvis plastikk, og må ikke forveksles med inkompressible glassfærer anvendt for oppdriftskontroll, slik som i det ytre elementet 445.

Mikrosfærene 320 i hydrofonsensoren 300 er eventuelt fleksible og/eller plastikk. I den piezoelektriske akustiske sensoren 300 eller hydrofonen er de kompressible

mikrosfærene 320 eventuelt plassert inne i og/eller oppå et klebemiddelmateriale, for å danne et klebemiddelfelt eller sfærebelagt og/eller -impregnert overføringsklebemiddel. For eksempel er overføringsklebemiddelet eventuelt et fleksibelt lag, polymer, eller tape belagt på fortrinnsvis én side og eventuelt på begge sider med et lag av de fleksible

mikrosfærene 320. De fleksible mikrosfærene på og/eller i overføringsklebemiddelet er svøpt rundt den stive overflaten eller rørstammen, eller det stive bevegelsessensorhuset 240. Fortrinnsvis er mikrosfærene 320 belagt på en overflate av overføringsklebemiddelet og den sfærebelagte overflaten av overføringsklebemiddelet er svøpt rundt den stive akustisk sensorrørstammen 440 for å danne et lag av fleksible mikrosfærer 320 på den indre overflaten av den piezoelektriske akustiske polymerfilmen 330 periferisk svøpt rundt det stive substratet 240 eller rørstammen 310.

Den tynnfilmpiezoelektriske akustiske sensoren 300 anvender eventuelt et fleksibelt mikrosfæreladet klebemiddeloverføringsmateriale, som påføres på en side av den bekledde filmen langs en lengde fra enden lik omkretsen av den ytre rørstammen 310. Alternativt er det mikrosfæreladede klebemiddelmaterialet, som en del av den piezoelektriske akustiske sensoren 300, posisjonert mellom to tilgrensende felt av ikke-sfæreladet klebemiddel som danner ikke-akustiske sensorer, som beskrevet infra.

I praksis konverteres en akustisk trykkbølge til en mekanisk bevegelse 211 i vannets / det fleksible faststoffets grensesnitt. Den mekaniske bevegelsen overføres til den piezoelektriske akustiske filmen 330, der en endring av den piezoelektriske akustiske filmens 330 form plukkes opp som et korresponderende elektrisk signal ved hjelp av den første elektriske konnektoren 334 forbundet med den første fleksible ledende blekkretsen på den ytre overflaten av den piezoelektriske akustiske filmen 330 og den andre elektriske konnektoren 338 til den andre fleksible ledende blekkretsen på den indre overflaten av den piezoelektriske akustiske filmen 330. Det elektriske signalet forsterkes og behandles, som beskrevet supra, for å gi informasjon om havbunnsstrukturen bunnen 150 til vannlegemet og/eller om seriene av stratalag 152, 154 under vannlegemebunnen 150.

Flere sensorer

Flere sensorer kan eventuelt anvendes i hver sensorseksjon i sensoroppstillingen 120. For eksempel kombineres utmating fra en eller flere bevegelsessensor med utmating fra en eller flere akustisk sensor 300, utmating fra en første bevegelsessensor kombineres med utmating fra en andre bevegelsessensor, utmating fra en første akustisk sensor kombineres med utmating fra en andre akustisk sensor og/eller utmating fra en akustisk sensor kombineres med utmating fra en ikke-akustisk sensor. Prosessen med å kombinere signalene forekommer eventuelt passivt ved å anvende elektriske forbindelser, i et forbehandlingssystem ved å anvende elektronisk kretssystem og/eller forekommer i en prosess for etterbehandling av digitalsignalbehandling.

Under henvisning til figur 4 illustreres et eksempel på et første flersensorsystem 400.1 dette eksempelet er et sentralt element 440 innkapslet i et ytre element 445, slik som et oppdriftselement. Som en funksjon av x-akseposisjon illustreres tre sensorer (Si, S2og S3) figurativt. Den første sensoren 410 og den tredje sensoren 430 er ikke-akustiske sensorer som fungerer hver for seg ved hjelp av en piezoelektrisk film og assosierte elektriske forbindelseslag påført direkte på det sentrale elementet 440. Den andre sensoren 420 inneholder i det vesentlige de samme trekkene som den første sensoren 410 med unntak av den piezoelektriske filmen og assosierte elektriske forbindelseslag er separert fra det sentrale elementet av minst ett lag av hule sfærer, slik som de fleksible mikrosfærene 320, som danner en akustisk sensor som beskrevet supra. Én eller flere av kantene og/eller endene på den piezoelektriske filmen til den andre sensoren 420 er eventuelt begrenset, som beskrevet infra. Som illustrert er den første sensoren 410, andre sensoren 420 og tredje sensoren 430 eventuelt elektrisk forbundet for å tillate direkte subtraksjon av signal observert av de ikke-akustiske sensorene 410,430 fra signal observert av den akustiske sensoren 420. Eventuelt innsamles og behandles senere de individuelle signalene fra hver sensor. Siden det ytre elementet demper mekanisk bevegelse 211 fra turbulensboblen 210, kan en lokalisert mekanisk forstyrrelse observeres med én av de tre sensorene 410,420,430 mens den ikke observeres av en andre av de tre sensorene 410,420,430.

Under henvisning til figur 5 illustreres et eksempel på et andre flersensorsystem 500.1 dette eksempelet er et sentralt rør 540, slik som et stivt rør, innkapslet i et ytre hus 550, slik som et halvfleksibelt hus. Som en funksjon av x-akseposisjon illustreres tre sensorer

(S4, S5og Se) figurativt. Den fjerde sensoren 510 anvender et diafragma 512 mellom det sentrale røret 540 og de piezoelektriske sensorelementene til de indre og ytre ledende lagene på motstående sider av den piezoelektriske filmen. Diafragmaet 512 er forskjøvet fra det indre røret 440 ved hjelp av forskyvningselementer 514, slik som de indre skuldrene beskrevet supra. Den femte sensoren 520 inneholder de samme trekkene som den fjerde sensoren 510 med unntak av at én eller flere av kantene 522 til den piezoelektriske filmen er begrenset, slik som med et klebemiddel eller svøp, som forårsaker forbedret deformering langs z-z-aksen til den piezoelektriske filmen, noe som gir et forbedret signal-støy-forhold, som beskrevet supra. Den sjette sensoren 530 anvender også en piezoelektrisk film mellom to metallag, den tredje sensoren er imidlertid forbundet direkte til det indre røret 540 og gir en ikke-akustisk sensor. Diafragmaet 512 eller spalten inneholder eventuelt en oppstilling av fleksible mikrosfærer.

Fremdeles under henvisning til figur 5, er den fjerde, femte og sjette sensoren 510, 520 og 530 posisjonert i omtrent den samme posisjonen på streamerkabelen 122, slik som innenfor cirka 1,2,3, 5,10 eller 20 centimeter fra hverandre. Den nære proksimiteten til de tre sensorene 510, 520 og 530 gjør at hver av de tre sensorene 510, 520, 530 kan observere samme pseudotilfeldige turbulensanomaliteter, som er lokalisert i rommet på et gitt tidspunkt. Ved å sammenligne utmatingssignaler fra de tre sensorene 510, 520, 530 reduseres støy. For eksempel observerer den fjerde sensoren 510 og den femte sensoren 520 hver seg akustisk signal, slik som fra sjokkbølgen, mens den sjette sensoren 530 observerer lokal turbulensfenomen også observert av den første sensoren 510 og den andre sensoren 520. Ved å subtrahere eller matematisk fjerne signalet observert av den sjette sensoren 530 fra signalet observert av enten den fjerde sensoren 510 eller den femte sensoren 520, er støyen til den fjerde sensoren 510 og den femte sensoren 520 observert til å synke med cirka ti desibel. Den matematiske fjerningen av støy fra det fjerde sensorsignalet 510 eller det femte sensorsignalet 520 ved anvendelse av det sjette sensorsignalet 530 er eventuelt utført ved anvendelse av innebygd elektronikk eller i et etterbehandlingstrinn, som beskrevet supra.

Oppdrift

I hvilke som helst av sensorene 124 beskrevet heri, konfigureres hvilke som helst av lagene, slik som et ytre oppdriftselement, eventuelt med glassfærer, som fungerer som et oppdriftselement. Generelt er glassfærene inkompressible opptil cirka to tusen pund per square inch. Glassfærer er nyttige for å opprettholde uniform oppdrift uavhengig av dybden som streameren 120 slepes på. En foretrukket glassfære har en densitet på cirka 0,32 g/cm<3>; glassfærene har imidlertid eventuelt en densitet på mindre enn vann og/eller mindre enn cirka 0,9,0,8,0,7,0,6,0,5, 0,4, 0,3, eller 0,2 g/cm<3>.

Oppdriftselementet, som eventuelt er det ytre huset 126:

• er eventuelt anvendt med hvilken som helst sensor 124 heri;

• inneholder eventuelt ikke-kompressible glassfærer; og/eller

• inneholder eventuelt varierende mengder av glassfærene for å justere oppdriften som en funksjon av x-akseposisjonen og/eller som en funksjon av streamerelementstørrelse og -densitet.

Stablede sensorer

Eventuelt er to eller flere sensorer, slik som en bevegelsessensor, akustisk sensor og/eller turbulenssensor, stablet langs y- og z-aksene på et gitt punkt eller lengde langs x-aksen på streamerkabelen 122. Generelt inkluderer de stablede sensorene hvilke som helst av elementene i bevegelsessensoren. På samme måte inkluderer de stablede akustiske sensorene hvilke som helst av elementene i den akustiske sensoren 300. Videre inkluderer generelt den stablede sensoren eventuelt ikke-akustiske sensorer lignende de ikke-akustiske sensorene 410,430 og 530 beskrevet supra.

Kombinerte sensorer

For tydeliggjøring tilveiebringes et annet eksempel på en kombinert sensor. Mens individuelle sensorseksjoner eventuelt er plassert i ulike posisjoner i forhold til hverandre, anvender eksemplene følgende: • et sensorakselerometer posisjonert på et substrat; • en første ikke-akustisk sensor posisjonert radialt utover fra midten av substratet relativt til sensorakselerometeret; • en andre ikke-akustisk sensor posisjonert radialt utover fra midten av substratet relativt til sensorakselerometeret; og en akustisk sensor posisjonert både radialt utover fra midten av substratet relativt til sensorakselerometeret og cirka tilgrensende til minst én av den første og andre ikke-akustiske sensoren.

Generelt anvender sensorakselerometeret piezoelektrisk bevegelsesfilm mellom en metallisert blekkleder på en første z-akseside, en ledende metallisert blekkleder eller et ledende fluid i et omsluttet kammer på en andre z-akseside av den piezoelektriske bevegelsesfilmen. Hvilke som helst av de akustiske sensorelementene beskrevet supra, slik som de indre skuldrene, diafragmaet og/eller kantbegrensninger er eventuelt anvendt.

Generelt er de ikke-akustiske sensorene forskjøvet fra substratet ved hjelp av en stiv støtte, slik som de ytre skuldrene. De ikke-akustiske sensorene er festet uten en vesentlig spalte i stive lag til det konvekse siden av substratet, slik som gjennom den ytre skulderen og eller gjennom det stive bevegelsessensorhuset som periferisk omslutter sensorakselerometeret. Den ene eller flere eventuelle ikke-akustiske sensorer 430,450 er fortrinnsvis plassert innenfor cirka 1,2, 3,4, 5,10,15 eller 20 centimeter fra et sensorakselerometer og/eller en akustisk sensor. Hver av den ene eller de flere ikke-akustiske sensorene inkluderer en piezoelektrisk film mellom to ledende lag, slik som metalliserte blekklag.

Generelt anvender den forskjøvne akustiske sensoren hvilke som helst av elementene til den akustiske sensoren 300. For eksempel inkluderer den forskjøvne akustiske sensoren en piezoelektrisk akustisk film 330 mellom ledende materiale på både den ytre overflaten og den indre overflaten, som beskrevet supra. Et sett med fleksible mikrosfærer 320 eller et trykk som utligner hulrommet er posisjonert mellom et bevegelsessensorhus og det indre laget 336 av den piezoelektriske akustiske filmen 330. Den ytre overflaten 332 av den piezoelektriske akustiske filmen 330 er eventuelt belagt med et fleksibelt faststoff.

Generelt er sensorakselerometeret, den ikke-akustiske sensoren og den forskjøvne akustiske sensoren eventuelt posisjonert i hvilken som helst romlig posisjon relativ til hverandre. For eksempel: den forskjøvne akustiske sensoren er eventuelt posisjonert radialt utover fra den ikke-akustiske sensoren; • den ikke-akustiske sensoren er eventuelt på en første radial avstand borte fra streamerkabelen 122 som er forskjellig fra én eller begge av en andre radial avstand mellom streamerkabelen 122 og den akustiske sensoren eller en tredje radial avstand mellom streamerkabelen og sensorakselerometeret;

og/eller

• sensorakselerometeret, den ikke-akustiske sensoren, og den forskjøvne akustiske sensoren er vertikalt stablet.

Stabling av minst to av sensorakselerometrene, den ikke-akustiske sensoren og den forskjøvne akustiske sensoren reduserer den stive lengdeseksjonen(e) til sensoroppstillingen 120, som bidrar til bestandighet og utplassering av sensoroppstillingen 120.

Et middel for å forbinde filmens elektroder er tilveiebrakt der tråder er festet til et middel via hvilket signalet kan føres gjennom de ytre skuldrene av sammenstillingen.

Stive spenningsisolerende blokkere spesielt utformet for å tillate indre støping og festing av de utførte sensorene til den primære elektromekaniske kabelen støpes deretter til endene av den innerste rørstammen med innsatsstøpte ledende tapper for å tillate føring av dobbeltsensorenes respektive utmatinger gjennom de ytre skuldrene til de tilgrensende sensorene og til slutt føring av signalene til kjernen i den elektromekaniske kabelen. Formene på endene av skulderstøpingene er konfigurert spesielt for å forhindre at luftbobler innkapsles i den vertikale indre støpeprosessen.

Hver enkelt sensorutførelsesform overstøpes deretter mellom de tidligere støpte skuldrene som befinner seg i enden av de enkelte innerste rørstammene for å danne en jevn form egnet for en sekundær overstøping med et elastomerisk fleksibelt syntaktisk flotasjonsmateriale.

Streamerkabel

Fullførte sensorpar ordnes deretter i en gruppe sensorer som utgjør åpningene til den akustiske sensoren, bevegelsessensoren og/eller turbulenssensoren til den seismiske streamerseksjonen.

De akustiske sensorene 300 er typisk parallellkombinert elektrisk ved hjelp av et snodd ledningspar med ledere forbundet fra en sensor med den neste med tilstrekkelig lengde for å tillate at trådens forsinkelsesledning rundt lederkabelen mellom sensorene forhindrer brudd når streameren bøyes enten ved håndtering eller ved vikling på en trommel.

Bevegelsessensorene er typisk parallellkombinert elektrisk ved hjelp av et snodd ledningspar med ledere forbundet fra en sensor med den neste med tilstrekkelig lengde for å tillate at trådens forsinkelsesledning rundt lederkabelen mellom sensorene forhindrer brudd når streameren bøyes enten ved håndtering eller ved vikling på en trommel.

Den fullførte indre og ytre støpte sensorseksjonen overstøpes deretter med en andre form av glassfærer eller glassmikrosfærer lastet inn i en inkompressibel elastomerisk flotasjonsforbindelse som skaper en uniform diameterkontinuerlig fleksibel sensorseksjon.

Eventuelle relasjoner mellom sensorkomponentene 124 beskrives ytterligere:

Den stive rørstammen eller substratet danner basen i sensorkonstruksjonen. Trekk støpt over det stive substratet, slik som de indre skuldrene og ytre skuldrene danner de nødvendige hulrommene og støttestrukturene for å plassere komponentene til dobbeltsensorene.

Polymerfilmbevegelsessensorelementet ligger mellom de indre skuldrene og danner hulrommet eller hulkammeret der en eventuell flytende metallelektrode er plassert.

Bevegelsessensorens skuldre ligger nedenfor eller tilgrensende til skuldrene til

den akustiske sensoren 300.

• Det ledende materialet plassert rundt den indre basen av hulrommet ligger i kontakt med det flytende metallet. • Det andre settet med skuldre tilveiebringer for monteringen av et andre stivt rør, som danner et sylindrisk hulrom rundt bevegelsessensorelementet. • Det andre stive røret danner substratet for det akustiske sensorelementet 300, som ligger utenfor omkretsen til det andre stive røret. • Det andre piezoelementet 330 med dets mønstrete syntaktisk ladede klebemiddel svøpes deretter rundt det ytre stive substratet og danner den passive strømningsstøykansellerende akustiske sensoren 300. • De elektriske trådene fra hver respektive sensor er parallell- eller seriefestet sammen for å skape en gruppe med sensorer som omfatter en diskret kanal i den seismiske streameren 122. • Gruppen med sensorer plasseres på lederkabelen ved å skyve kabelen gjennom innerdiameteren til sensorutførelsesformen. • Akustisk utmating fra den akustiske sensoren 300 sendes separat og atskilt fra akselerasjonsutmating fra akselerasjonssensoren og begge sensorer presenteres for en åpning i den indre elektromekaniske kabelen hvor de er festet til sine respektive par med tråder inne i lederkabelen. • Den diskrete sensorutførelsesformen plasseres i en form som presenterer de individuelle sensorutførelsesformene for deres ønskede plassering i gruppen. • Gruppen med sensorer støpes deretter til den indre lederkabelen med den nye skulderformen av de individuelle utførelsesformene, noe som forhindrer at luftbobler innkapsles under støpeprosessen. • Kabelen termineres med konnektorer lokalisert i hver ende. Hver kabellengde omfatter en seksjon av kabelen. • Hver seksjon av kabelen presenteres deretter for overstøpingsprosessen av det syntaktiske flotasjonsmaterialet som fullfører konstruksjonsprosessen til den dobbelte seismiske sensorseksjonen med passiv strømningsstøykansellering. Et eksempel på hvordan komponentene arbeider sammen er tilveiebragt: • Det første indre stive substratet tilveiebringer en stiv form som isolerer mekanisk energi nærværende i den elektromekaniske lederkabelen fra både bevegelsessensoren og den passive akustiske sensoren med strømningsstøykansellering 300. • Det indre stive substratet tilveiebringer en stiv form som mekaniske trekk støpes på. Substratet er fortrinnsvis en stiv fylt plastikk for enkel produksjon, som danner utførelsesformen og formen for både sensoren for bevegelse og den akustiske sensoren for strømningsstøykansellering 300 og de senere støpte stive spenningsisolerende, bobleeliminerende ytre skuldrene. • Et piezoelektrisk polymerfilmelement er konstruert der en enkelt side av filmen mottar et ledende belegg som danner en elektrodeplate og svøpt rundt skuldrene

nærværende på kanten av det støpte hulrommet som ligger rundt omkretsen til den støpte formen, som danner et forseglet hulrom rundt omkretsen og mellom ytterdiameteren til den indre støpte formen og innerdiameteren til det svøpte piezoelektriske elementet der den metalliserte elektroden ligger på

ytterdiameteren til den piezoelektriske filmen.

• Et ledende element er svøpt en flerhet svøp rundt ytterdiameteren til den indre støpte formen for å skape en indre elektrodeledende overflate med en ende presentert gjennom og utenfor det forseglede kammeret som er tilgjengelig for å

feste en leder for signaloverføring.

• Bevegelsessensoren 300 er omsluttet av et stivt rør, som forhindrer akustisk energi fra å bidra til utmatingen fra den piezoelektriske bevegelsessensoren. • Det andre røret danner rørstammen der det akustiske elementet konstrueres og isolerer den akustiske sensoren 300 fra mekanisk energi som er nærværende i

lederen i den elektromekaniske kabelen.

• Et andre piezoelektrisk polymerelement 330 konstrueres og bekles på begge sider for å skape et piezoelektrisk element. Den tynnfilmpiezoakustiske sensoren 300 er skapt ved hjelp av et nytt fleksibelt mikrosfæreladet klebemiddeloverføringsmateriale, som dekker et spesifikt område på en side av den bekledde filmen 330 langs en lengde fra enden lik omkretsen til den ytre rørstammen og posisjonert mellom to tilgrensende felter med ikke-sfæreladet overføringsklebemiddel. Regioner av klebemiddelfeltet som ikke er belagt med sfærer, fortsetter over og under den gjenværende lengden av piezofilmen. Fra enden av piezopolymerfilmen som er belagt med det fleksible mikrosfæreladede overføringsklebemiddelet, er PVDF piezopolymertynnfilmen 330 svøpt rundt omkretsen av rørstammen med minimum en fraksjon av ett enkelt svøp, ett

enkelt svøp, et ikke-intergralantall svøp eller en flerhet svøp avhengig av lengden på den piezoelektriske akustiske filmen 330. Så lenge et enkelt svøp minimum er angitt, er det ønskelig å skape et kompleks mønster av både fylt og ikke-fylt overføringskledemiddel for å skape et fraktalt prøvetakingsmønster for

både den akustiske sensoren og den turbulente grensesensoren.

Elektriske forbindelser gjøres til den piezoelektriske filmen ved hjelp av klemforbindelser som punkterer den piezoelektriske filmen og tilveiebringer en ledende bane som trådene deretter festes til, for å overføre det ønskede signalet som er vanlig praksis ved terminering av piezopolymerfilmer.

Sensorfunksion

Dynamisk trykk, avhengig av kilde, resulterer i at det finnes et trykkdifferensial mellom det forseglede volumet til mikrosfæren 320 og utsiden av sensoren resulterende i en mekanisk endring i den piezopolymer akustiske filmen 330 som speiler den dynamiske trykk endringen i det området. Turbulent grenselagstrykk nærværende over de fleksible mikrosfæreladede områdene resulterer i en utmating proporsjonal med de mekaniske endringene på den samme måten og formen som de akustiske trykkene og anses å være "i fase". Dette skyldes måten som filmen deformeres på, og at den respektive responsen av de tre deformasjonsaksene i PVDF-filmen med d31, d32 og d33, d31 og d32 er elektrisk i fase med d33 elektrisk ute av fase med cirka ett hundre og åtti grader. Deformasjonen resulterende av en positiv endring i dynamisk trykk i områdene der PVDF-filmen er underlagt av de kompressible mikrosfærene 320, resulterer i kompresjon av de fleksible mikrosfærene 320, og på den måten forkorter omkretsen til sylinderen av svøpt PVDF-film. Denne forkortelsen resulterer i en utmating fra d31-aksen, aksen med høyest sensitivitet overfor endring, en forkortelse av d32-aksen resulterer med dens mindre bidrag til den kombinerte utmatingen og begrenset av Poisons forhold, er det en tilsvarende forlenging av d3 3-aksen eller en fortykkelse av filmen.

Denne handlingen er mekanisk ute av fase med de to andre aksene, noe som resulterer i at signalutmatingen på grunn av endringen i d33 er i fase elektrisk med både d31 og d32. Kombinasjonen av disse tre utmatingene resulterer i en forhåndsbestemt sensitivitet overfor akustisk energi kontrollert av den mekaniske deformasjonen.

I områdene av PVDF-filmen der overføringsklebemiddelet ikke har noen kompressible mikrosfærer, er både d31- og d32-responsaksen nå begrenset, ute av stand til å bidra effektivt til dynamisk trykk. Den begrensede betingelsen nærværende på d31 og d32 betyr at filmenes eneste tilgjengelige responsakse ligger i kraften nærværende på d33-aksen. Det skal forstås at kompresjon av d3 3-aksen resulterer i en forkortelse av d33-aksen og en tilsvarende utmating resulterende av at deformasjonen er mekanisk ute av fase med d33-akseresponsen i de områdene der kompressible mikrosfærer ligger. Det er blitt demonstrert at under disse begrensede betingelsene, er utmatingen fra d3 3-aksen noen 40 dB lavere enn fra d3 3-aksen i de områdene der kompressible mikrosfærer ligger, og cirka ett hundre og åtti grader ute av fase, og subtraherer på den måten fra den akustiske utmatingen. Det resulterende signalet på grunn av akustisk trykk er redusert ubetydelig. Trykkfeltene produsert av det turbulente grenselaget manifesterer seg som en kraft i det faststoff ikke-kompressibelladede 322 flotasjonsmaterialet som overstøpes over sensoren og den elektromekaniske kabelen, for å presse ned og inn i PVDF-filmens ikke-sfærebakside resulterende i en kompresjon av d33-aksen til PVDF-filmen og produsere en tilsvarende utmating proporsjonal med kreftene nærværende på det nå inkompressible PVDF-filmelementet som også er 180 grader ute av fase med det tilsvarende signalet produsert av det turbulente grenselaget i områdene som de kompressible mikrosfærene ligger under, og på den måten kanselleres signalene som følge av turbulent grenselagsstøy.

Fremgangsmåte for fremstilling

Et eksempel på en fremgangsmåte for fremstilling er beskrevet.

For å utføre oppfinnelsen fabrikkeres en stiv rørstamme eller et substrat for å produsere en ønsket formfaktor for den endelige utførelsesformen som en seismisk streamer eller sensoroppstilling 120. Substratet eller den stive rørstammen overstøpes for å plassere de nødvendige trekkene på den stive rørstammens overflate for å tillate monteringen og isoleringen av de to diskrete sensorene, slik at de to sensorene beslaglegger samme område og anses som samlokalisert. De to sensorene er eventuelt bevegelsessensoren og den akustiske sensoren 300. Bevegelsessensoren er immun mot akustisk energi ved plasseringen av et stivt rør som omgir bevegelsessensoren og forhindrer lyd i aksessering av volumet der bevegelsessensoren ligger. Det stive røret danner substratet eller basen til den akustiske sensoren 300. Den akustiske sensoren 300 dannes rundt det ytre substratet med et fleksibelt mikrosfæreladet klebemiddel liggende under og mellom filmelementet og det stive substratet. Filmen kan være kontinuerlig eller kan bestå av diskrete mønstre av elektroder deponert på overflaten til polymerfilmen for å oppnå de ønskede responskarakteristikkene.

Dobbeltelementsensorer

En rekke dobbeltelementsensorer er elektrisk seriekoblede eller parallellkoblede for å danne den ønskede gruppen eller åpningskarakteristikkene. Akustiske sensorer er koblet sammen for å tilveiebringe én signalutmating og akselerasjonssensorene er koblet sammen for å tilveiebringe én enkelt signalutmating for akselerasjon. Utførelsesformen for gruppen eller åpningen er eventuelt et sett av elementer med en avstand mellom seg så nærme som er mekanisk praktisk for å bevare muligheten til å bøye åpningen rundt en vinsj eller skive uten skade under optimalisering av avvisning av mekanisk energi som propageres langs lengden av kabelen. Den kablede gruppen lastes deretter over på lederkabelen i ønsket plassering ved å tre lederkabelen gjennom innerdiameteren til den kombinerte sensoren og elektrisk terminert til lederkabelen gjennom en enkelt åpning i lederkabelmantelen.

Sensorgruppen er plassert i gruppeform som fikserer plasseringen til de individuelle sensorene i gruppen og langs lengden av hele kabelen; trådene som sammenkobler de individuelle elementene i gruppene er svøpt i to retninger rundt lederkabelen mellom de diskrete plasseringene i gruppen. Gruppen er støpt til kabelen som forsegler inngangen til trådene inn i lederkabelmantelen som eliminerer potensielle lekkasjebaner og sentrerer elementene rundt kabelen. Mikrosfæreladet fast fleksibel elastomerlfotasjon støpes deretter over hele kabellengden og over de individuelle gruppene som tidligere er montert langs hele kabellengden.

Plasseringen av bevegelsessensoren er eventuelt enten under den akustiske sensoren eller tilgrensende til den akustiske sensoren som ligger på det samme stive substratet. Dette tillater en redusert diameter for hele utførelsesformen som nødvendig. Avstanden innad i gruppen mellom de diskrete elementene i gruppen er eventuelt variert avhengig av gruppens ønskede respons med noen elementer med en avstand i ett intervall, noen med en annen for å skreddersy bevegelsessensorens respons for å avvise uønsket energipropagering i streamersammenstillingen, som hovedsakelig innstiller åpningen for å respondere bare på det ønskede vertikale propageringssignalet.

Dobbeltsensoren i en seismisk streamer opererer med to formål, reduksjon av støy på grunn av strømning og gjenopprettingen av båndbredde i det akustiske domenet som går tapt som et resultat av energien som propagerer fra jorden nedenfor, reflekterende tilbake fra havoverflaten og luftgrensesnittet, inverterende og propagerende ned til akustiske mottakere i streameren, og dermed forstyrrelse av de ønskede oppadgående propageringssignalene som forårsaker tap av signal innenfor en båndbredde bestemt av dybden av slepet i forhold til den reflekterte overflaten. Anvendelse av både en akustisk sensor og en bevegelsessensor tillater i etterbehandling av de seismiske dataene at anvendelsen av de iboende retningskarakteristikkene for bevegelse kan kombineres med iboende karakteristikker for mangel på retning i akustiske signaler for å fjerne nedadgående propageringsenergi fra de ønskede signalene, og på den måten gjenopprette den tapte energien og forbedre oppløsningen til de seismiske dataene. I motsetning til andre beskrivelser av denne teknikken, tilveiebringer dette systemet at bevegelsen og den akustiske responsen fra de diskrete sensorene resulterer av samme eksitasjon på grunn av samlokaliseringen av den akustiske sensoren og bevegelsessensoren, som tillater forbedrede behandlingsresultater. Støyen på grunn av strømning reduseres ved å plassere et enkelt kontinuerlig element der hvor en del av elementet er forbundet med substratet ved hjelp av et fleksibelt mikrosfæreladet klebemiddel, som skaper den akustiske følerdelen av elementet. Den gjenværende overflaten av elementet er belagt med et ikke-sfærefylt klebemiddel som forbinder polymerfilmen direkte med overflaten til det stive substratet, og dermed forhindrer at lengden endres på grunn av akustisk energi og den assosierte endringen i omkretsen til mikrosfæren som ligger under filmen. Delen av filmen uten mikrosfærer responderer med bare én akse av deformasjon, som er tykkelsesaksen, på kraften skapt av turbulensen til stede på overflaten av flotasjonsmaterialet som i tilfellet med området der mikrosfærene ligger, ikke er forbundet og dermed responderer på trykk. Kraften manifesterer seg selv ute av fase med trykket og det forårsaker dermed at signalet generert i et tilgrensende stykke PVDF-tynnfilm, kansellerer de to signalene på grunn av turbulent grenselagsstrømningsstøy, og på den måten dempes den generelle responsen på denne typen uønsket energi.

Anvendelsen av disse to distinkte utmatingene fra forskjellige sensorer tillater i databehandling gjenoppretting av tapt energi på grunn av refleksjoner ovenfra på luft/vann-grensesnittet. I en utførelsesform plasserer det gjeldende systemet både den akustiske sensoren 300 og bevegelsessensoren i den samme fysiske formen, og på den måten minimeres eventuelle forskjeller i respons som følge av deres ulike plassering. Systemet tilveiebringer også et uniaksialt akselerometer som bare føler vertikalt og gjør det uten noen komplekse mekaniske deler eller slingrebøyler og ligger innvendig i den akustiske sensoren. Samlokalisering av sensorene resulterer i en lineær overføringsfunksjon mellom de to sensorene og forenkler og forbedrer etterbehandlingen. Dobbeltutmatingssensoren anvender akselerasjon slik at riktig fase opprettholdes mellom den akustiske responsen og akselerasjonsresponsen.

I ulike utførelsesformer omfatter sensoren 124 hvilke som helst av:

• en tynnfilmpiezopolymer akustisk sensor som innbefatter et fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som det kompressible gasskammeret som tilveiebringer høy sensitivitet overfor og immunitet mot overlagringstrykk; • en seismisk streamer for marine seismiske undersøkelser som omfatter en tynnfilmpiezopolymer akustisk sensor som inkorporerer et unikt fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som det kompressible gasskammeret som tilveiebringer høy sensitivitet og immunitet mot overlagringstrykk; • en tynnfilmpiezopolymer akustisk sensor som inkorporerer et fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som det kompressible gasskammeret som tilveiebringer høy sensitivitet overfor og immunitet mot overlagirngstrykk kombinert med soner av ikke-mikrosfæreladet overføringsklebemiddel for å fungere som sensorer av det turbulente grenselaget hvis kombinerte utmating tilveiebringer passiv kansellering av støy på grunn av turbulent grenselagstrømning; • en seismisk streamer for marine seismiske undersøkelser som innbefatter en tynnfilmpiezopolymer akustisk sensor som inkorporerer et unikt fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som det kompressible gasskammeret som tilveiebringer høy sensitivitet overfor og immunitet mot overlagirngstrykk kombinert med soner av ikke-mikrosfæreladet overføringsklebemiddel for å fungere som sensorer av det turbulente grenselaget hvis kombinerte utmating tilveiebringer passiv kansellering av støy på grunn av turbulent grenselagstrømning; • en monolittisk sensor eller flere sensorer plassert i et enkelt hus, slik som et stivt hus, dobbeltutmating, strømningsstøykansellerende akustisk sensor og flytende metall uniaksial bevegelsessensor utført i en fleksibel elastomer, slik som en syntaktisk elastomer, basert fast seismisk streamer for marine seismiske undersøkelser; • en seismisk streamer for marine seismiske undersøkelser som innbefatter en tynnfilmpiezopolymer akustisk sensor som inkorporerer et fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som det kompressible gasskammeret som tilveiebringer høy sensitivitet overfor og immunitet mot overlagringstrykk kombinert med soner av ikke-mikrosfæreladet

overføringsklebemiddel for å fungere som sensorer av det turbulente grenselaget hvis kombinerte utmating tilveiebringer passiv kansellering av støy på grunn av turbulent grenselagstrømning; • en monolittisk dobbeltutmating, akustikk- og bevegelsessensor samlokalisert i et enkelt diskret hus; • en monolittisk dobbeltutmating, akustisk sensor og bevegelsessensor som benytter en akustisk sensor som tar i bruk en fleksibel piezopolymerfilm, slik som en piezopolymerfilmutførelsesform med syntaktisk bakside; • en monolittisk dobbeltutmating, akustikk- og bevegelsessensor som benytter en flytende metallelektrodeoppstilling, som anvender tyngdekraft for å plassere fluidmassen og elektroden på en slik måte som tillater føling av bare vertikal bevegelse og avvisning av uønsket bevegelse; • en monolittisk utmating, akustikk- og akselerasjonssensor som utnytter en ny trykkisoleringsmetode for å forhindre akustisk respons i bevegelsessensorresponsen; • en seismisk streamer for marine seismiske undersøkelser som innbefatter en tynnfilmpiezopolymer akustisk sensor som inkorporerer et fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som det kompressible gasskammeret som tilveiebringer høy sensitivitet overfor og immunitet mot overlagirngstrykk kombinert med soner av ikke-mikrosfæreladet overføringsklebemiddel for å fungere som sensorer av det turbulente grenselaget hvis kombinerte utmating tilveiebringer passiv kansellering av støy på grunn av turbulent grenselagstrømning kombinert med en ny monollitisk dobbeltutmating, akustikk- og bevegelsessensor som benytter en ny flytende metallelektrodeoppstilling som anvender tyngdekraft for å plassere fluidmassen og elektroden på en slik måte som tillater bare føling av vertikal bevegelse og avvisning av uønsket bevegelse; • en monolittisk dobbelutmating, akustikk- og bevegelsessensor utført i en fleksibel syntaktisk seismisk streamer i grupper som er nestet i komplekse avstandsoppstillinger for å forbedre avvisning av uønskede signaler; og en monolittisk dobbelutmating, akustikk- og bevegelsessensor utført i en fleksibel syntaktisk seismisk streamer som tillater at den elektromekaniske

lederkabelen ligger inne i diameteren til sensorens utførelsesform.

Enda en annen utførelsesform inkluderer enhver kombinasjon og/eller permutasjon av ethvert sensorelement som beskrives heri.

De bestemte implementeringene som vises og beskrives, er ment å illustrere oppfinnelsen og dens beste modus og har ikke til hensikt å begrense omfanget til den foreliggende oppfinnelsen på noen måte. For kortfattethet kan ikke konvensjonell fremstilling, tilkobling, klargjøring og andre funksjonelle aspekter av systemet beskrives i detalj. Videre har forbindelseslinjene som vises i de ulike figurene, til hensikt å representere eksempler på funksjonelle relasjoner og/eller fysiske koblinger mellom de ulike elementene. Mange alternative eller ytterligere funksjonelle relasjoner eller fysiske koblinger kan være til stede i et praktisk system.

I det foregående er oppfinnelsen beskrevet med henvisning til spesifikke eksempler på utførelsesformer; de skal imidlertid forstås at slik ulike modifikasjoner og endringer kan gjøres uten at omfanget av den foreliggende oppfinnelsen som beskrives heri, fravikes. Beskrivelsen og figurene skal anses å være illustrerende og ikke begrensende, og alle slike modifikasjoner har til hensikt å inkluderes i den foreliggende oppfinnelsens omfang. Oppfinnelsens omfang skal henholdsvis bestemmes av de generiske utførelsesformene beskrevet heri og deres juridiske ekvivalenter i stedet for bare de nøyaktige eksemplene beskrevet ovenfor. For eksempel kan trinnene som er anført i en hvilken som helst av utførelsesformenes fremgangsmåter og prosesser, utføres i en hvilken som helst rekkefølge og er ikke begrenset til den nøyaktige rekkefølgen presentert i de spesifikke eksemplene. I tillegg kan komponentene og/eller elementene som er anført i anordningens utførelsesform, settes sammen eller på annen måte operasjonelt konfigureres i ulike permutasjoner for å fremstille i det vesentlige det samme resultatet som den foreliggende oppfinnelsen og er henholdsvis ikke begrenset til den spesifikke konfigurasjonen anført i de spesifikke eksemplene.

Fordeler, andre fortrinn og løsninger på problemer er blitt beskrevet ovenfor med tanke på bestemte utførelsesformer; alle fortrinn, fordeler, løsninger på problemer eller ethvert element som kan føre til at et bestemt fortrinn, fordel eller løsning forekommer eller blir enda tydeligere, skal imidlertid ikke oppfattes som kritiske, nødvendige eller viktige trekk eller komponenter.

Som anvendt heri, skal uttrykkene "omfatter", "omfattende" eller en hvilken som helst variasjon derav, referere til en ikke-ekskluderende inkludering, slik at en prosess, fremgangsmåte, artikkel, sammensetning eller anordning som omfatter en liste over elementer, ikke bare inkludere de anførte elementene, men kan også inkludere andre elementer som ikke er uttrykkelig angitt eller iboende for en slik fremgangsmåte, metode, artikkel, sammensetning eller anordning. Andre kombinasjoner og/eller modifikasjoner av strukturene, arrangementene, anvendelsene, proporsjonene, elementene, materialene eller komponentene beskrevet ovenfor, anvendt i utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen, i tillegg til de som ikke er anført spesielt, kan varieres eller på annen måte spesielt tilpasses til bestemte miljøer, produksjonsspesifikasjoner, designparametere eller andre operasjonskrav uten å avvike fra de generelle prinsippene av det samme.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet heri med referanse til bestemte foretrukne utførelsesformer, vil en fagmann enkelt forstå at andre anvendelser kan erstattes med de som er angitt uten å avvike fra rekkevidden og omfanget av den foreliggende oppfinnelsen. Henholdsvis skal oppfinnelsen bare begrenses av kravene inkludert nedenfor

Claims (22)

1. Anordning omfattende: en akustisk piezoelektrisk sensor, omfattende: et stivt rør; et fleksibelt piezoelektrisk følerelement; og en spalte mellom en indre overflate av det piezoelektriske følerelementet og det stive røret; og en første ikke-akustisk piezoelektrisk sensor innenfor tjue centimeter fra den akustiske piezoelektriske sensoren, den første ikke-akustiske piezoelektriske sensoren forbundet direkte med det stive røret.

2. Anordningen ifølge krav 1, hvori, med unntak av spalten og ethvert element deri, den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren inneholder i det vesentlige lignende elementer som den akustiske piezoelektriske sensoren.

3. Anordningen ifølge krav 1, ytterligere omfattende: en første sone med fleksibelt mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som proksimalt kontakter den piezoelektriske sensoren, der den første sonen i det vesentlige fyller spalten; en andre sone med ikke-mikrosfæreladet overføringsklebemiddel som proksimalt kontakter den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren, der den andre sonen ikke direkte kontakter den første sonen.

4. Anordningen ifølge krav 1, den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren direkte koblet til den akustiske piezoelektriske sensoren.

5. Anordningen ifølge krav 1, ytterligere omfattende minst én av: elektronikk konfigurert for å fjerne minst en del av en første utmating fra den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren fra en andre utmating fra den akustiske piezoelektriske sensoren; og en kommunikasjonslinje konfigurert for å frakte første utmating fra den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren og andre utmating fra den akustiske piezoelektriske sensoren til et behandlingssystem for etterbehandling, der kommunikasjonslinjen løper gjennom det stive røret.

6. Anordningen ifølge krav 1, der den seismiske akustiske sensoren ytterligere omfatter: en indre filmoverflate som kontakter det fleksible piezoelektriske følerelementet; en ytre filmoverflate som kontakter det fleksible piezoelektriske følerelementet; et første ledende element som kontakter den ytre filmoverflaten; og et andre ledende element som kontakter den indre filmoverflaten, den indre filmoverflaten proksimalt spalten.

7. Anordningen ifølge krav 1, ytterligere omfattende: middel for begrensning av bevegelse av minst én av: en y-y-akselengde av det fleksible piezoelektriske følerelementet; og en x-x-aksebredde av det fleksible piezoelektriske følerelementet.

8. Anordningen ifølge krav 7, der middelet for begrensning omfatter hvilke som helst av: et klebemiddel; et forbindelsesmiddel; og et svøp.

9. Anordningen ifølge krav 1, ytterligere omfattende: en andre ikke-akustisk piezoelektrisk sensor periferisk svøpt rundt det stive røret innenfor mindre enn tjue centimeterer fra den akustiske piezoelektriske sensoren, den andre ikke-akustiske piezoelektriske sensoren direkte forbundet med det stive røret, den første ikke-akustiske piezoelektriske sensoren på en første side av den akustiske piezoelektriske sensoren, den andre ikke-akustiske piezoelektriske sensoren på en andre side av den akustiske piezoelektriske sensoren.

10. Anordningen ifølge krav 1, spalten i det vesentlige fylt med: en flerhet fleksible mikrosfærer, flerheten fleksible mikrosfærer proksimalt både: det stive røret; og det fleksible piezoelektriske følerelementet eller et belegg derpå.

11. Anordningen ifølge krav 10, flerheten mikrosfærer konfigurert som et kompressibelt gasskammer responsivt på trykkendringer og i det vesentlige immunt mot overlagirngstrykk i en marin utplassert hydrofonføleranordning.

12. Anordningen ifølge krav 10, der flerheten fleksible mikrosfærer omfatter: en gjennomsnittlig tverrsnittsdiamter på mindre enn cirka ett hundre mikrometer.

13. Anordningen ifølge krav 10, hvori et flertall av de fleksible mikrosfærene hver omfatter: et fleksibelt plastikkskall som omslutter et forseglet indre luflkammer.

14. Anordningen ifølge krav 10, flerheten fleksible mikrosfærer konfigurert for å danne et lag i spalten, der laget omfatter en gjennomsnittlig tykkelse på mindre enn omtrent to millimeter.

15. Anordningen ifølge krav 1, hvori det stive røret ytterligere omfatter: en konkav indre overflate; en konveks ytre overflate; og en kanal i den konvekse ytre overflaten minst delvis periferisk omsluttende det stive røret.

16. Anordningen ifølge krav 15, ytterligere omfattende: en bevegelsessensor, omfattende: en piezoelektrisk bevegelsesfilm periferisk svøpt i kanalen rundt det stive hule røret, der kanalen omfatter et totalvolum mellom det stive hule røret og den piezoelektriske bevegelsesfilmen; og en ledende væske i kanalen, der den ledende væsken kontakter både det stive røret og den piezoelektriske bevegelsesfilmen.

17. Anordning omfattende: en akustisk piezoelektrisk sensor; og en ikke-akustisk piezoelektrisk sensor innenfor tjue centimeter fra den akustiske sensoren; den akustiske piezoelektriske sensoren og den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren konfigurert for å danne en enkelt utmating ved å direkte sende utmating fra den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren ett hundre og åtti grader ute av fase med utmating fra den akustiske piezoelektriske sensoren.

18. Anordningen ifølge krav 17, der den seismiske akustiske sensoren omfatter minst én av: en menneskelagd piezoelektrisk krystall; en i det vesentlige blyfri piezokeramikk; og en fleksibel piezoelektrisk filmpolymer, omfattende: en indre filmoverflate og en ytre filmoverflate; et første ledende element som kontakter den ytre filmoverflaten; og et andre ledende element som kontakter den indre filmoverflaten.

19. Anordningen ifølge krav 18, der polymeren omfatter: et polyvinylidenfluorid.

20. Anordningen ifølge krav 18, der polymeren omfatter et felt med materiale, der materialet omfatter: en x-x-breddeakse, x-x-breddeaksen konfigurert cirka parallelt med en sleperetning til anordningen; en y-y-lengdeakse, hvori et begrensningselement begrenser bevegelse av den fleksible piezoelektriske filmpolymeren langs y-y-lengdeaksen; og en z-z-tykkelsesakse elektrisk responsiv på bevegelse av anordningen.

21. Fremgangsmåte omfattende trinnene med å: anvende en akustisk piezoelektrisk sensor i en marin slept sensor; anvende en ikke-akustisk piezoelektrisk sensor innenfor tjue centimeter fra den akustiske sensoren; og kombinere utmatinger fra den akustiske piezoelektriske sensoren og den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren.

22. Fremgangsmåten ifølge krav 21, der den akustiske piezoelektriske sensoren og den ikke-akustiske piezoelektriske sensoren responderer med minst en ti desibels differanse til en lokalisert turbulens.