RU138001U1 - Буксируемая сейсмоакустическая антенна - Google Patents

Abstract

1. Буксируемая сейсмоакустическая антенна, содержащая шланговую оболочку с размещенными в ней грузонесущими элементами, сейсмоприемниками, соединенными с предварительными усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, подключенными к контроллерам и коммутаторам, отличающаяся тем, что шланговая оболочка выполнена, по меньшей мере, из двух слоев, между которыми в качестве грузонесущих элементов расположен армирующий слой.2. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что армирующий слой выполнен из полимерных или кевларовых нитей с разрывной прочностью 0-35 кН·м, и армирующей цилиндрической сетки.3. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в виде одной или нескольких секций.4. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что каждая из секций от внутреннего слоя оболочки заполнена жидким или полимерным заполнителем с плотностью, меньшей, чем плотность воды.5. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что в качестве жидкого заполнителя выбирают масло или гель.6. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что она содержит высокоскоростную двунаправленную линию передачи данных, выполненную с возможностью соединения с контроллерами секций через коммутаторы секций.7. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что коммутатор каждой секции соединен последовательно с коммутатором последующей секции, при этом один вход коммутатора подключен к линии передачи данных, идущей от предыдущей секции, второй вход подключен к линии, соединенной с коммутат�

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики и акустического приборостроения и предназначена для сейсмоакустической разведки на акваториях, включающей регистрацию акустического давления или скорости звука в окружающей морской среде.

Главной задачей проектирования буксируемых сейсмических антенн является создание конструкций с минимальным уровнем собственных шумов, основной составляющей которого являются акустические поля внутри антенны, возникающие вследствие ее вибрационного и гидродинамического возбуждения в потоке.

В уровне техники известны буксируемые антенны, которые в морской геофизике называют стримерами (буксируемые в потоке), например, указанные в патенте US №4984218 [1]. Такие устройства обычно содержат кабель-буксир, относящий стример от судна-буксировщика на необходимое расстояние, амортизирующие модули, снижающие уровень вибраций, возникающих на кабеле при буксировке устройства, и собственно антенну, собираемую, как правило, из ряда самостоятельных секций, причем общая длина антенны достигает нескольких километров. При этом, наибольшее распространение получила шланговая технология изготовления буксируемых антенн, когда секции выполняются в виде протяженного шланга с герметичными силовыми электрическими разъемами по концам. Внутри шланговой оболочки расположены грузонесущие канаты, закрепленные в концевых разъемах и обеспечивающие механическую прочность стримера к осевым растягивающим усилиям, которые могут достигать нескольких тонн, группы гидрофонов, образующих эквидистантную антенную решетку, электронные устройства предварительной обработки акустических сигналов и электрические линии коммуникации антенны. Внутренний объем шланговой оболочки заполнен электроизоляционной жидкостью с плотностью, обеспечивающей нейтральную плавучесть секции в морской воде.

Однако указанные буксируемые сейсмические антенны имеют высокий уровень помех, вызываемых тем, что гидрофоны антенны принимают все внешние акустические сигналы, в том числе и полезные, а также все виды собственных акустических шумов, возникающих во внутреннем объеме антенны при буксировке ее в потоке.

Известен патент US №3893065 [2], в котором для минимизации гидродинамической помехи на гидрофонах антенны установлена дополнительная толстая оболочка вокруг антенны, отдаляющая турбулентный пограничный слой от шланговой оболочки антенны. Данная антенна имеет дополнительную оболочку из пенопласта, диаметр которой в 3 раза больше, чем внутренний гибкий шланг антенны. За счет удаления турбулентного пограничного слоя от гидрофонов удается несколько снизить гидродинамическую помеху от буксировки, однако уменьшения вибрационной составляющей помехи достичь в предложенной конструкции невозможно, т.к. вибрационные колебания внешней и внутренней оболочек стримера, жестко связанных между собой силовыми канатами и общим заполнителем, синфазны. Поскольку растяжение силовых канатов секции при рабочих скоростях буксировки может достигать нескольких метров, то за счет жесткой связи канатов с внутренней оболочкой происходит ее удлинение на величину такого же порядка и, как следствие, изменение расстояния между гидрофонами и фазовыми центрами акустической решетки. Последнее является причиной искажения диаграмм направленности антенны, особенно заметному на верхних частотах рабочего диапазона стриммера (50-100 Гц).

Известна буксируемая антенна шлангового типа по патенту US №4160229 [3], в которой гидрофоны размещены в центрирующих втулках внутри негерметичной шланговой оболочки, которая в свою очередь размещена внутри основной шланговой оболочки секции антенны. При этом центрирующие втулки зафиксированы на силовых тросах.

В данной буксируемой антенне также несколько снижена гидродинамическая помеха от буксировки за счет удаления турбулентного пограничного слоя от гидрофонов, однако не исключены помехи, вызванные растяжением силовых канатов секции при рабочих скоростях буксировки, приводящему к изменению расстояния между гидрофонами и фазовыми центрами акустической решетки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является шланговая гидрофонная секция буксируемого стримера по патенту РФ №2136019 [4], которая содержит наружную шланговую оболочку, герметично соединенную с концевыми герметичными разъемами для электрического и механического соединения с соседними секциями, внутреннюю шланговую оболочку с расположенными в ней гидрофонами, размещенными на определенном расстоянии друг от друга при помощи гибких монтажных устройств, силовые тросы, расположенные вдоль всей секции между оболочками и закрепленные на концевых разъемах секции, центрирующие кольца, закрепленные от продольного перемещения на силовых тросах, внутри которых проходит внутренняя шланговая оболочка, линии электрических коммуникаций расположенные между шланговыми оболочками, жидкостноподобный заполнитель внутреннего объема наружной и внутренней оболочек секции стримера.

Указанная буксируемая антенна за счет использования в ее конструкции двух, расположенных в одной диаметральной плоскости, симметричных относительно оси антенны силовых тросов, позволяет добиться лучших результатов с точки зрения распределения растягивающих усилий, однако наличие грузонесущих тросов увеличивает диаметр секции и ее массу, а также уровень шумов буксировки, определяемый площадью поверхности шланга (гидродинамические шумы) и вибрацией тросов (их натяжением).

Основной задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание буксируемой сейсмоакустической антенны, имеющей сниженные массогабариты, за счет уменьшения диаметра секций антенны и ее массы, что в свою очередь приводит к снижению вибрационных шумов.

Технический результат заявляемой полезной модели - повышение помехоустойчивости. При этом достигается уменьшение массогабаритов сейсмоакустической антенны.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в известной буксируемой сейсмоакустической антенне, содержащей шланговую оболочку с размещенными в ней грузонесущими элементами, сейсмоприемниками, соединенными с предварительными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, подключенными к контроллерам и коммутаторам, шланговая оболочка выполнена, по меньшей мере, из двух слоев, между которыми в качестве грузонесущих элементов расположен армирующий слой.

Оптимально армирующий слой выполнить из полимерных или кевларовых нитей с высокой разрывной прочностью и армирующей цилиндрической сетки.

Предпочтительно выполнить буксируемую сейсмоакустическую антенну в виде одной или нескольких секций.

Целесообразно каждую из секций от внутреннего слоя шланговой оболочки заполнить жидким или полимерным заполнителем с плотностью, меньшей, чем плотность воды.

При этом в качестве жидкого заполнителя можно использовать масло или гель.

Кроме того, буксируемая сейсмоакустическая антенна содержит высокоскоростную двунаправленную линию передачи данных, выполненную с возможностью соединения с контроллерами каждой из секций через соответствующие коммутаторы.

Целесообразно коммутатор каждой секции соединить последовательно с коммутатором последующей секции, при этом один вход коммутатора должен быть подключен к линии передачи данных, идущей от предыдущей секции, второй вход подключен к линии, соединенной с коммутатором последующей секции, а третий вход коммутатора подключен к контроллеру секции.

Предпочтительно объединить контроллеры секций в локальную сеть совместно с компьютером, находящимся на борту судна, буксирующего сейсмоакустическую антенну.

Использование в качестве грузонесущих элементов армирующего слоя и выполнение шланговой оболочки, по меньшей мере, из двух слоев, между которыми установлен армирующий слой, позволяет уменьшить диаметр секций буксируемой сейсмоакустической антенны и ее массу. В прототипе наличие грузонесущих элементов, выполненных в виде тросов, автоматически увеличивает диаметр секций сейсмоакустической антенны и массу антенны, вследствие чего возрастает уровень шумов буксировки, определяемый площадью поверхности шланговой оболочки и вибрацией тросов. Из практики и опытных испытаний буксируемых антенн известно, что уменьшение диаметра шланговой оболочки в 1,5 раза обеспечивает уменьшение гидродинамических шумов минимум в два раза, а массу и натяжение также почти в два раза с уменьшением вибрационных шумов не менее, чем на 6-10 дб.

В уровне техники неизвестны буксируемые сейсмоакустические антенны, в которых шланговые оболочки имеют в качестве грузонесущих элементов упрочняющую армирующую сетку, а шланговая оболочка выполнена, по меньшей мере, из двух слоев, между которыми установлена упрочняющая армирующая сетка.

Следовательно, заявляемая полезная модель удовлетворяет условию патентоспособности полезной модели - «новизна».

Заявляемая полезная модель может быть широко использована в области гидроакустики и акустического приборостроения, следовательно, удовлетворяет условию патентоспособности полезной модели - «промышленная применимость».

На фиг. 1 изображено продольное сечение секции заявляемой буксируемой сейсмоакустической антенны.

На фиг. 2 - представлено поперечное сечение секции по А-А.

Заявляемая буксируемая сейсмоакустическая антенна состоит из приемной секции и последовательно соединенных одной или нескольких секций. Приемная секция (фиг. 1) содержит втулку 1, скрепленную резьбовым соединением с наконечником 2 и при помощи хомутов 6 со шланговой оболочкой 5. Последующие секции, в отличие от приемной секции, выполнены без наконечника. Внутри каждой секции расположены предварительный усилитель 4, сейсмоприемник 3, аналого-цифровой преобразователь 7, коммутатор 8 и контроллер 9, соединенные между собой, и компьютером (на чертежах не показан), находящимся на борту судна, буксирующего сейсмоакустическую антенну с помощью двух групп сигнальных проводов 14, 15 (фиг. 2). При этом коммутатор каждой секции соединен последовательно с коммутатором последующей секции, один вход коммутатора подключен к линии передачи данных, идущей от предыдущей секции, второй вход подключен к линии, соединенной с коммутатором последующей секции, а третий вход коммутатора подключен к контроллеру секции.

Шланговая оболочка 5 выполнена, по меньшей мере, в виде двух слоев - внешнего полимерного слоя 10 и внутреннего полимерного слоя 13, между которыми расположен выполняющий функции грузонесущих элементов армирующий слой, состоящий из расположенных вдоль оси полимерных или, например, кевларовых нитей 11 и армирующей цилиндрической сетки 12.

Внутренний объем каждой секции заполнен жидким наполнителем, например, маслом или гелем, или полимерным наполнителем 17 с плотностью, меньшей, чем плотность воды, Через внутренний объем каждой секции проходит первая группа сигнальных проводов 15, представляющих симметрично расположенные высокоскоростные двунаправленные линии, соединяющие предусилители 4, сейсмоприемники 3, контроллеры и коммутаторы каждой из секций с компьютером судна, буксирующего сейсмоакустическую антенну, (на чертежах не показан). В центральной части каждой секции, имеется вторая группа сигнальных проводов 16, соединяющая секции. Между первой 15 и второй 16 группой сигнальных проводов в каждой из секций размещен сейсмоприемник, например, сейсмоприемник давления 14. Контроллер 9 каждой секции соединен через первую группу сигнальных проводов 15 и коммутатор 8 с бортовым компьютером (на чертежах не показан). Коммутатор каждой секции 8 выполнен с возможностью обеспечения соединения контроллеров каждой из секций с бортовым компьютером. Между собой секции соединены герметичными электрическими разъемами (на чертежах не показаны).

Работает буксируемая сейсмоакустическая антенна следующим образом:

Судно-буксировщик буксирует излучатель и заглубленную на определенный уровень сейсмоакустическую антенну. Перед началом и в процессе работы из компьютера, находящегося на борту, в контроллер 9 каждой секции загружаются параметры сбора данных: количество выборок на канал, частота дискретизации, длительность задержки начала сбора информации. Гидроакустический сигнал излучается излучателем, отражается от поверхности дна и возбуждает в каждой секции гидроакустические колебания, которые усиливаются предусилителем 4, воспринимаются сейсмоприемником 3 и преобразуются в электрический аналоговый сигнал, который подается на вход аналого-цифрового преобразователя 7. Для запуска процесса сбора данных компьютер, находящийся на борту, формирует импульс запуска, и контроллер каждой секции 9 начинает прием данных, поступающих с цифрового выхода аналого-цифрового преобразователя 7 через коммутатор 8. По окончании оцифровки заданного числа выборок в памяти контроллера формируется массив полученных данных. В различных вариантах реализации контроллер 9 может осуществлять предварительную обработку полученной информации.

По мере готовности массивов данных во всех секциях компьютер судна, начинает поочередно принимать массивы данных и формировать общий массив данных с последующей записью его в память. Информация с контроллера 9 передается внутри секции через первую группу сигнальных проводов 15, а далее через другие секции по второй группе сигнальных проводов поступает в компьютер, находящий на борту.

Управление параметрами процесса сбора данных, передача данных из памяти контроллера каждой секции осуществляется по высокоскоростным двунаправленным линиям передачи первой группы сигнальных проводов 15. Для этого линия передачи данных подключается к контроллеру 9 через коммутатор 8, один из входов которого подключается к линии, идущей от предыдущей секции, второй вход коммутатора 8 подключается к линии, идущей к последующей секции, а третий вход подключается к контроллеру 9. Таким образом, контроллеры секций 9 и компьютер, находящий на борту, оказываются объединенными в локальную сеть, в которой контроллер 9 каждой секции функционирует под своим IP-адресом.

После завершения процесса сбора данных электрическое питание с аналого-цифрового преобразователя 7, коммутатора 8 и контроллера каждой секции снимается и буксируемая сейсмоакустическая антенна поднимается на борт судна-буксировщика и наматывается на барабан.

Выполнение шланговой оболочки из двух и более слоев, между которыми расположен армирующий слой, выполненный из полимерных или кевларовых нитей с высокой разрывной прочностью, позволяет уменьшить массу и габариты (диаметр) антенны, а, следовательно, ее натяжение, уровень гидродинамических, вибрационных шумов и электромагнитного фона. При практической реализации уменьшение диаметра шланговой оболочки в 1,5 раза привело к уменьшению массы антенны и натяжения в два раза, снижению уровня гидродинамических шумов на 6 дб. (в два раза), вибрационных шумов на 6-10 дб. (в два раза и более). При этом также значительно уменьшаются масса и габаритные размеры барабанов для намотки буксируемой сейсмоакустической антенны.

Источники:

1. Патент US №4984218;

2. Патент US №3893065;

3. Патент US №4160229;

4. Патент РФ №2136019

Claims (8)

1. Буксируемая сейсмоакустическая антенна, содержащая шланговую оболочку с размещенными в ней грузонесущими элементами, сейсмоприемниками, соединенными с предварительными усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, подключенными к контроллерам и коммутаторам, отличающаяся тем, что шланговая оболочка выполнена, по меньшей мере, из двух слоев, между которыми в качестве грузонесущих элементов расположен армирующий слой.

2. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что армирующий слой выполнен из полимерных или кевларовых нитей с разрывной прочностью 0-35 кН·м, и армирующей цилиндрической сетки.

3. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в виде одной или нескольких секций.

4. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что каждая из секций от внутреннего слоя оболочки заполнена жидким или полимерным заполнителем с плотностью, меньшей, чем плотность воды.

5. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что в качестве жидкого заполнителя выбирают масло или гель.

6. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что она содержит высокоскоростную двунаправленную линию передачи данных, выполненную с возможностью соединения с контроллерами секций через коммутаторы секций.

7. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что коммутатор каждой секции соединен последовательно с коммутатором последующей секции, при этом один вход коммутатора подключен к линии передачи данных, идущей от предыдущей секции, второй вход подключен к линии, соединенной с коммутатором последующей секции, а третий вход коммутатора подключен к контроллеру секции.

8. Буксируемая сейсмоакустическая антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что контроллеры секций объединены в локальную сеть совместно с компьютером, находящимся на борту судна, буксирующего сейсмоакустическую антенну.

Images