BRPI1014261B1 - Dispositivo de controle - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE CONTROLE. Dispositivo de controle (10,50) para controlar a posição de um cabo instrumento, recebendo na água, tal como um cabo de registro marinho sísmico e/ou um conjunto de cabos instrumentados rebocados (arranjo do cabo de registro), com a possibilidade de controlar os cabos instrumentados individuais, tanto na forma, como na posição, em relação aos outros cabos instrumentados e as correntes transversais contrapostas, e/ou outras forças dinâmicas que afetem um conjunto rebocado por uma embarcação de pesquisa sísmica, que controla o dispositivo (10,50), que é provido com um ou mais meios acústicos, tais como elementos acústicos transmissores/ receptores (40) arranjados nas, ou integrados às asas (11,52), do corpo principal (12,53) ou alojamento de motor e de engrenagem de acionamento (51), do dispositivo de controle, para determinação da posição e da distância.

Description

[001] A invenção diz respeito a um dispositivo de controle para oposicionamento de um cabo instrumentado rebocado na água, tal como um cabo de registro marinho sísmico, e/ou a disposição de um cabo instrumentado rebocado (disposição do cabo de registro), no qual o dispositivo de controle é provido com meios acústicos em conexão com uma ou mais asas, corpo principal ou outros locais adequados para a determinação da posição e da variação, de acordo com o preâmbulo de reivindicação 1.

Fundamentos

[002] Um cabo instrumentado sísmico (cabo de registro) é umaestrutura alongada em forma de cabo (frequentemente, com um comprimento de milhares de metros) que compreende a disposição de cabos hidrofônicos e associados com um equipamento elétrico ao longo do seu comprimento, e o qual é utilizado em pesquisas sísmicas marinhas, para realizar a pesquisa sísmica marinha em 3D/4D, sendo uma pluralidade destes elementos de cabos rebocada por uma embarcação de pesquisa sísmica. Os sinais acústicos produzidos pelas fontes sísmicas são direcionados para baixo, através da água e para dentro do mar mais profundo, onde eles são refletidos a partir dos vários estratos. Os sinais refletidos são recebidos e, em seguida, digitalizados e processados para constituir uma representação dos estratos geológicos na área que está sendo pesquisada.

[003] Os cabos instrumentados são, tipicamente, rebocados em umaprofundidade constante de cerca de cinco a dez metros, para facilitar a remoção das indesejadas reflexões “falsas” a partir da superfície da água. Para manter os cabos instrumentados em uma profundidade constante, dispositivos de controle conhecidos como “birds” são afixados a cada cabo instrumentado em intervalos de 200 a 300 metros.

[004] As variações em profundidade de baixa frequência e osdeslocamentos laterais são inevitáveis. As principais razões para as variações em profundidade dos cabos instrumentados são as ondas longas e periódicas. Em geral, o pior caso é a situação em que há frentes de ondas na mesma direção, assim como, movimentações laterais do cabo instrumentado que são, na maioria dos casos, devidas às componentes das correntes perpendiculares à direção das ondas. No caso de ambas as ondas longas marinhas e correntes transversais, o risco de um emaranhamento do cabo de registro é, portanto, ampliado.

[005] A tensão do cabo instrumentado se reduz de formaproporcional à distância do ponto de reboque. Desta forma, o movimento vertical e horizontal de baixa frequência do cabo instrumentado tende a ter amplitudes maiores próximo à cauda. Entretanto, as forças que atuam de forma perpendicular ao cabo instrumentado não são uniformemente distribuídas ao longo do mesmo, modificando-se ao longo do tempo, à medida que o conjunto rebocado se desloca para frente.

[006] Durante uma pesquisa sísmica, os cabos instrumentadosdevem permanecer retos e paralelos um ao outro, igualmente afastados e na mesma profundidade. Entretanto, após a implantação dos cabos instrumentados, tipicamente, é necessário que a embarcação cruze em linha reta por pelo menos três comprimentos do cabo instrumentado antes que o conjunto de cabos com instrumentos se aproxime deste arranjo ideal e a pesquisa tenha início. Este aumento de tempo é somado ao da realização da pesquisa e, desta forma, aumenta o custo da mesma. Entretanto, em decorrência das correntes marítimas, os cabos instrumentados frequentemente deixam de cumprir com precisão o caminho da embarcação de pesquisa sísmica, desviando-se, algumas vezes deste caminho em um ângulo conhecido como ângulo de planeio. Isto pode afetar de modo adverso a cobertura da pesquisa, exigindo, frequentemente, que algumas partes da pesquisa sejam repetidas. Em circunstâncias realmente ruins, os cabos instrumentados podem ficar embaraçados, em especial na cauda dos cabos instrumentados, o que pode provocar grandes danos e perdas financeiras consideráveis.

[007] A U.S. 6.011.752 (Loran, D. Ambs et AL.) descreve ummódulo de controle de posição de cabo sísmico instrumentado que possui um corpo com uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, e um furo ao longo do mesmo a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade para receber um cabo de registro sísmico ao longo do mesmo; pelo menos uma superfície de controle; pelo menos um recesso, no qual é inicialmente disposta pelo menos uma superfície de controle móvel, conectada com o corpo, para movimentação a partir de, e, para dentro de pelos menos um recesso; e, para um movimento, quando estendida partir do corpo, para ajuste da atitude.

[008] A U.S, 6.671.223 82 (Bittleson, Simon Hastings) descreve umdispositivo de controle ou “bird” para controlar a posição de um cabo marinho sísmico instrumentado, que é provido de um corpo alongado e parcialmente flexível, projetado para ser elétrica e mecanicamente conectado em série com o cabo instrumentado. Em uma forma preferencial, o dispositivo de controle possui duas asas opostas que são independentemente controláveis, para controlar a posição lateral dos cabos instrumentados, assim como, sua profundidade.

[009] Além do mais, sabe-se de um uso de métodos de controle doscabos instrumentados (cabos de registro) que compreende a utilização de dispositivos, tais como, receptores de GPS, bússolas magnéticas, transmissores acústicos, hidrofones tradicionais, ou receptores acústicos, particularmente dedicados à determinação da posição. A utilização de bússolas montadas externamente possui a desvantagem de que elas, algumas vezes, são perdidas ou danificadas, devido ao fato de que os cabos ficam embaraçados ou em conexão com outras situações de colisão, e as bússolas produzem ruído de fluxo para os cabos instrumentados sísmicos adjacentes. Além disto, as bússolas são energizadas por baterias que têm que ser substituídas em determinados intervalos de tempo, e as bússolas têm que ser calibradas, consertadas e substituídas, resultando em um aumento de custos e de consumo de tempo.

[0010] A partir da U.S. 5.761.153 sabe-se da utilização tanto de bússolas magnéticas, como de unidades de transmissor/receptor, mas estes são também localizados no lado externo, o que os torna vulneráveis a danos, conforme acima mencionado, em relação à utilização de bússolas.

[0011] A partir de U.S. 4.992.890, sabe-se da utilização de unidades acústicas de transmissor/receptor, arranjadas ao longo de todo o cabo instrumentado. A posição é determinada pela triangulação dos tempos de transmissão (e, assim, das distâncias) entre os elementos transmissores/receptores para formar uma rede em triângulo, na qual duas porções conhecidas são utilizadas, preferencialmente, a posição da embarcação e a de um flutuador; ao passo que a unidade de transmissor/receptor é a terceira posição que é calculada na rede em triângulo. Este método resulta em problemas, caso ocorra uma falha mecânica ou elétrica nos cabos do hidrofone ou em outros locais do sistema. Esta publicação também mostra problemas, conforme foi acima descrito, relativos às unidades de receptor/transmissor montadas do lado externo.

[0012] A partir da U.S. 4.912.682, sabe-se do uso de transmissores sonares ultra-sônicos que são posicionados ao longo de um cabo instrumentado, e de receptores sísmicos que são posicionados ao longo do cabo instrumentado, de forma a haver três receptores para cada transmissor. Entretanto, esta publicação não resolve o problema das desvantagens mencionadas para as publicações acima.

[0013] A U.S. 6.839.302 descreve uma solução para os problemas mencionados acima, sugerindo uma seção especial que pode ser montada entre as seções tradicionais do cabo instrumentado. Entretanto, trata-se de uma solução cara e demandante e pode, além disto, resultar em uma redundância e qualidade limitadas de dados, uma vez que ela limita o local em que as unidades de transmissor/receptor podem ser posicionadas.

[0014] Na U.S. 7.376.048, é descrito um sistema que visa resolver todos os problemas com a solução acima. A U.S. 7.376.045 descreve um sistema compreendendo diversos transmissores acústicos montados dentro dos cabos instrumentados e arranjados para transmitir sinais de banda larga possuindo uma baixa correlação cruzada entre os sinais dos diferentes transmissores; diversos receptores acústicos montados dentro dos cabos instrumentados e arranjados para receber sinais a partir dos transmissores; pelo menos um processador arranjado para fazer a correlação cruzada dos sinais recebidos pelos receptores, possuindo cópias dos sinais dos transmissores para determinar as identidades dos transmissores dos sinais recebidos e para determinar os tempos de propagação dos sinais recebidos; e um processador principal arranjado para transformar o tempo de propagação em distâncias entre os transmissores e receptores identificados; e para determinar as posições relativas dos cabos instrumentados com base nas distâncias. Uma desvantagem substancial da U.S. 7.376.045 é o fato de requerer o arranjo de elementos transmissores/receptores no cabo instrumentado, o que demanda espaço em um cabo instrumentado. Outra desvantagem é o fato de seções inteiras de cabo terem que ser substituídas, no caso de falhas mecânicas ou elétricas, nos elementos transmissores/receptores. Além disto, a distância de um ponto em que a posição é calculada será diferente daquela em que a posição do dispositivo de controle é arranjada, algo que pode resultar na falta de precisão do controle do cabo instrumentado.

[0015] Além do mais, os dispositivos de controle e os métodos de controle acima mencionados apresentam várias outras desvantagens. Um dispositivo de controle pendendo sob o cabo instrumentado produz um ruído substancial, uma vez que estes são rebocados através da água. O ruído interfere com os sinais refletidos detectados pelos cabos dos hidrofones nos cabos instrumentados. Alguns dispositivos de controle compreendem um par de asas ou lemes que são montados em uma estrutura rotatória, incluindo um cabo instrumentado sísmico, para gerar uma força de suspensão em uma direção específica. Trata-se de uma construção de um mecanismo eletro- mecânico relativamente caro e relativamente complexo muito vulnerável em operações submarinas.

Objetivo

[0016] O objetivo da invenção é prover um dispositivo de controle (sistema) que possa remover inteira ou parcialmente as desvantagens da técnica anterior. Além do mais, outro objetivo é prover um dispositivo de controle provido de meios acústicos para a determinação precisa da posição e de alcance preciso varia para o cabo instrumentado, disposição dos cabos e/ou dispositivos de controle.

A invenção

[0017] Um dispositivo de controle de acordo com a invenção é aqui descrito na reivindicação 1. As características preferenciais e os detalhes do dispositivo de controle são descritos nas reivindicações 2 a 12.

[0018] Um dispositivo para controlar um cabo instrumentado ou uma disposição de cabo, tal como um cabo de registro sísmico, em especial um cabo de registro de múltiplas seções, de acordo com a presente invenção, é baseado no dispositivo de controle descrito nos Pedidos de Registro de Patente da Noruega NO 20080145, NO 20083830, e NO 20063182. As publicações NO 20080145 e NO 20083830 descrevem dispositivos de controle formados de um corpo principal e pelo menos três asas, conhecidas como asas inteligentes, ou pelo menos três alojamentos de motor e de engrenagens de acionamento providos de asas. O termo asa inteligente é utilizado para ilustrar que a asa, as fontes de energia (baterias), os meios de controle, os meios de acionamento e os sensores são integrados em uma e única unidade, designada asa inteligente, cuja asa pode ser facilmente acoplada e destacada. A alternativa incluindo alojamento de motor e de engrenagens de acionamento é usada para ilustrar que o suprimento de energia (baterias), meios de controle, meios de acionamento e sensores são integrados em uma mesma e única unidade, referida como alojamento de motor e de engrenagens de acionamento que é provido de uma asa, cujo alojamento de motor e de engrenagens de acionamento forma uma unidade destacável que pode ser facilmente acoplada e destacada. A NO 20063182 descreve um dispositivo de controle em que a fonte de energia (baterias), o meio de controle e o meio de acionamento são arranjados no corpo principal, ao passo que as asas fixas ou removíveis são arranjadas no corpo.

[0019] O corpo principal é, preferencialmente, alongado e substancialmente tubular e, é, nas suas extremidades, provido de meios de conexão mecânica e elétrica a serem arranjados em série entre duas seções adjacentes de um cabo instrumentado. Além do mais, o corpo principal é, em posições adaptadas, provido de meios de aperto e de conexão para as asas inteligentes, cujo corpo principal é adaptado para as respectivas alternativas.

[0020] O dispositivo de controle inclui preferencialmente, conforme mencionado acima, pelo menos três destas asas espertas, três alojamentos de motores e de engrenagem de acionamento providos com uma asa ou apenas três asas, distribuídas uniformemente ao redor do corpo principal.

[0021] A descrição a seguir toma como base o dispositivo de controle descrito na NO 20080145 e NO 20083830, particularmente a NO 200830830. As asas espertas são preferencialmente duplas, em forma de uma peça de fixação e uma peça de asa, em que a peça de fixação é adaptada para conexão ao corpo principal através de meios adaptados de fixação e de conexão. A peça de asa, que aloja mecânica, eletrônica, meios de controle e sensores é conectada à peça de fixação por meio de um eixo e a peça da asa se estende perpendicularmente à peça de fixação e, consequentemente, ao corpo principal. A peça da asa inclui um alojamento externo de proteção, preferencialmente de plástico sólido, alojamento este que é formado por duas partes que são montadas a uma unidade que possui uma forma de asa/leme, tendo uma largura afunilando-se para fora do corpo principal, em direção à extremidade da peça da asa.

[0022] A peça de fixação possui uma forma que é adaptada aos meios de fixação e de conexão do corpo principal para um acoplamento removível, e pode ser considerada uma conexão de estalo rápida. Além do mais, a peça de fixação inclui meios de conexão para conectar a asa esperta eletronicamente e para os sinais do cabo instrumentado/corpo principal. Estes meios de conexão podem ser uma conexão mecânica ou em forma de uma transmissão da comunicação sem fio/sem contato, isto é, de sinais/dados e de energia, entre o corpo principal e as asas. Não haverá necessidade, então, de conexões mecânicas para energia e comunicação entre o corpo principal e as asas, não havendo, assim, risco de vazamento. Esta solução precisa apenas de uma fixação mecânica das asas ao corpo principal.

[0023] Além do mais, a transmissão sem fio/sem contato de energia e/ou de comunicação pode ser utilizada para liberar as asas ou os alojamentos de motor e de engrenagem de acionamento providos de asas do corpo principal sem a utilização de ferramentas. Isto permite ainda a possibilidade de remoção remota das asas ou dos alojamentos de motor e de engrenagem de acionamento providos com as asas. Pelo fato de o dispositivo de controle ser provido de comunicação sem fio/sem contato, a comunicação com a unidade externa será possível também para calibragem e diagnóstico, por exemplo, no convés de popa de uma embarcação.

[0024] Cada peça da asa, tanto para a asa esperta quanto para a alternativa com alojamentos de motor e de engrenagem do acionamento providos de asas em uma unidade, podem ser giradas ao redor de um eixo que se estende transversalmente ao cabo instrumentado, e as asas responderão aos sinais de controle e aos meios de sensor para o ajuste, de modo independente, do respectivo ângulo de posicionamento da mencionada asa, para, desta forma, controlar a posição lateral e vertical do cabo instrumentado. Adicionalmente, o dispositivo de controle inclui um meio de sensor, tal como, um sensor de rolagem arranjado no corpo principal para determinar a posição rotacional do cabo instrumentado e do corpo principal em um plano perpendicular ao eixo longitudinal do cabo instrumentado. O dispositivo de controle é preferencialmente, também, provido de um sensor de profundidade, como, por exemplo, um sensor de pressão, localizado no corpo principal.

[0025] Por meio da utilização do dispositivo de controle um cabo de registro de seções múltiplas, incluindo uma linha de energia elétrica, os meios de controle são, pelo menos parcialmente, arranjados para receber energia elétrica a partir de uma linha de energia elétrica. Quando o cabo instrumentado inclui também uma linha de controle, os meios de controle são preferencialmente arranjados para receber sinais de comunicação a partir da linha de controle.

[0026] Para evitar o mau funcionamento do cabo instrumentado no caso de danos mecânicos do dispositivo de controle (por exemplo, vazamentos), a alimentação através do conector entre as seções do cabo é separada da dos mecanismos das asas, dos meios de controle e dos sensores.

[0027] O dispositivo de controle inclui motores elétricos, preferencialmente também uma engrenagem e uma embreagem e pode, também, incluir meios para medir a posição rotacional do cabo instrumentado e meios de controle, e meios para medir a profundidade e meios para medir a posição mútua entre os cabos instrumentados / dispositivos de controle.

[0028] O meio de controle é preferencialmente arranjado no alojamento da asa esperta ou no alojamento de motor e de engrenagem de acionamento, através de meios adequados.

[0029] Uma estratégia de controle preferencial aplicada ao dispositivo de controle de acordo com a invenção não está baseada em uma manobra tradicional de “inclinar para virar” em que a posição rotativa é determinada a partir de uma combinação de forças laterais e verticais comandadas, as quais, de modo geral, variam continuamente. Ao contrário, o dispositivo de controle é controlado para uma posição rotativa predefinida, dada exclusivamente pela força lateral comandada, que, em geral, é estática durante longos períodos de tempo. A suspensão é aproximadamente proporcional à área do plano das asas, com o quadrado da velocidade através da água, e com o ângulo de fixação da asa, que é controlável por meio de um meio de controle.

[0030] O dispositivo de controle vai ser operado com base em mensagens de comando/ configurações por meio do cabo instrumentado a partir de uma unidade de controle embarcada, na embarcação que realiza a operação.

[0031] Conforme antes mencionado, as asas espertas ou alojamento de motor e de engrenagem de acionamento, providos com as asas são arranjadas de um modo removível no corpo principal, e os dispositivos de controle são, preferencialmente, distribuídos ao longo de todo o comprimento do cabo, preferencialmente, com aproximadamente a mesma distância uns dos outros.

[0032] Os dispositivos de controle são arranjados para controlar tanto o movimento vertical quanto o movimento lateral, preferencialmente, de modo simultâneo. O meio de controle pode produzir uma suspensão, comandada por meio de acionadores (motores). A asa esperta e os alojamentos de motor e de engrenagens de acionamento providos de asas são, preferencialmente, arranjados de modo simétrico ao redor do eixo longitudinal do cabo instrumentado e do corpo principal.

[0033] O método de controle acima descrito é apenas um de vários métodos de controle que podem ser implementados para um cabo instrumentado que é provido com dispositivos de controle, de acordo com a presente invenção, que é descrita, dentre outros, no pedido de registro de patente do Solicitante NO 20063182.

[0034] Entretanto, o método descrito acima para controlar os respectivos dispositivos de controle é uma apresentação simplificada de como um cabo instrumentado rebocado, ou uma disposição de cabo é controlada. O controle da disposição de cabos é altamente complicado e não é suficiente controlar apenas os respectivos cabos, mas, adicionalmente é necessário saber a posição do(s) cabo(s) instrumentado(s) e a posição precisa dos dispositivos de controle, para alcançar um controle ótimo dos cabos instrumentados e da disposição dos cabos.

[0035] Neste sentido um dispositivo de controle, de acordo com a invenção, inclui um ou mais elementos acústicos transmissores/receptores (transdutor), elementos estes que são preferencialmente integrados no, ou arranjados em uma ou mais asas do dispositivo de controle, integradas a ou arranjadas em um ou mais alojamentos de motor e de engrenagens de acionador, ou integrados no, e, arranjados no próprio corpo principal. Os elementos transmissores/receptores são, preferencialmente, uma unidade bidirecional, mas podem, também, ser divididos em transmissor e receptor

[0036] Desta maneira, os meios acústicos são arranjados em uma plataforma estabilizada (rolagem, profundidade) que provê maior precisão quando comparada com a que pode ser alcançada pela utilização da técnica anterior, na qual os transmissores e receptores acústicos são arranjados no próprio cabo ou entre seções do cabo.

[0037] Ao arranjar os meios acústicos em conexão com o próprio dispositivo de controle, uma posição precisa do dispositivo de controle e/ou dos cabos instrumentados rebocados pode ser alcançada. Isto vai resultar em melhores condições de controle do cabo rebocado ou de uma disposição de cabos, uma vez que há um pequeno braço a partir de um ponto de medição até o ponto de referência desejado para o dispositivo de controle, ao contrário da técnica anterior, em que os transmissores e receptores acústicos estão localizados dentro do cabo ou em seções do cabo, e, desta forma, provêm pontos de medição diferentes do local em que o dispositivo de controle irá aplicar controle sobre a direção do cabo.

[0038] A presente invenção provê uma construção compacta que possui poucas peças, quando comparada com a da técnica anterior, e os transmissores e receptores acústicos não têm que ser implementados no cabo, o que resulta em uma substancial economia de espaço no cabo, que tem que possuir um tamanho determinado.

[0039] Conforme foi acima mencionado, os elementos transmissores/receptores são preferencialmente bi-direcionais. Os elementos transmissores/receptores são preferencialmente elementos transmissores/receptores de banda larga que são arranjados para transmitir/receber sinais DSSS (DSSS- Direct Sequence Spaced Spectrum). Além do mais os elementos transmissores/receptores são arranjados para receber, simultaneamente, um número de sinais codificados. Preferencialmente os elementos transmissores/receptores possuem um número de canais Doppler para realizar um processamento ótimo, no que diz respeito ao Doppler. Preferencialmente, os elementos transmissores/receptores incluem um conjunto de filtros, para casar com cada canal de Doppler.

[0040] Por meio da presente invenção uma área de cobertura desejada pode ser combinada com um mínimo de energia acústica transmitida e o melhor mascaramento possível da indesejada energia acústica recebida. Além do mais, o arranjo dos elementos transmissores/receptores em conexão com o dispositivo de controle vai resultar em que o elemento transmissor/receptor é simétrico ao redor de um plano, o que resulta em um desenho compacto do elemento transmissor/receptor (transdutor).

[0041] Várias soluções do elemento transmissor/receptor podem ser concebidas, como, por exemplo, um elemento em sanduíche possuindo uma fixação no meio do elemento ativo e uma ‘cabeça’ em cada direção, ou aquela em que o elemento de transmissor/receptor é o elemento ativo do tipo de “composto” fundido em um material plástico adequado.

[0042] O fato de que o elemento de transmissor/receptor é arranjado em conexão com, por exemplo, uma asa do dispositivo de controle, ou alojamento de motor e de engrenagens de acionamento, além de removível, o torna simples de calibrar e de substituir ou de reparar os elementos transmissores/receptores defeituosos naquelas asas, ou os alojamentos de motores e de engrenagens de acionamento podem ser facilmente removíveis do dispositivo de controle. Ao se utilizar a técnica anterior, o pior caso de cenário vai exigir a substituição de seções inteiras do cabo instrumentado se os transmissores e receptores estiverem estragados.

[0043] Ao utilizar o dispositivo de controle que possui um ou mais elementos transmissores/receptores, pode-se alcançar uma faixa acústica, para a medição simultânea de um número de distâncias, entre o transmissor e o receptor, localizadas em uma plataforma estabilizada, isto é, um dispositivo de controle, em conexão com um cabo instrumentado.

[0044] A plataforma estabilizada permite a utilização de transmissores e receptores de direção controlada, que vão prover uma sensitividade substancialmente melhorada, uma influência reduzida de ruídos e uma interferência multi-direcional. Os elementos transmissores/receptores são preferencialmente arranjados para dois feixes/sinais acústicos, que apontam no mesmo plano, mas em direções opostas. Os sinais do transmissor/receptor possuem também sensitividade ao longo de todo o cabo instrumentado, para permitir medições online, isto é, medições ao longo do cabo instrumentado. A faixa vai ser processada para determinar a posição relativa dos elementos transmissores/receptores no cabo instrumentado, isto é, na posição do dispositivo de controle.

[0045] Os elementos transmissores/receptores foram mencionados acima como preferencialmente combinados, tanto para transmissão, como para recepção do pulso acústico. Além do mais, o elemento transmissor/receptor possui uma sensibilidade de focalização na direção do cabo instrumentado. Isto resulta em uma sensitividade consideravelmente mais alta para o transmissor, nos cabos localizados em ambos os lados, e desta forma, reduz a força do sinal requeridoóe reduz a influência do ruído na interferência multi-direcional.

[0046] A plataforma de estabilização, isto é, o dispositivo de controle, será então integrado à, ou arranjado na asa que mantém a direção dos feixes/sinais acústicos no plano horizontal das asas do dispositivo de controle.

[0047] Os elementos transmissores/receptores são arranjados para utilização dos sinais do espectro espalhados na banda larga, tais como os sinais DSSS, que são particularmente desenhados para prover uma auto- correlação alta para as sequencias de sinais a serem detectados, inclusive propriedades de baixa correlação cruzada para outras sequencias. O receptor pode detectar e diferenciar um grande número de sequencias de sinais diferentes. O sistema de faixa também inclui o processamento do Doppler.

[0048] Além destas vantagens acima mencionadas, o dispositivo de controle pode facilmente ser instalado e desinstalado em um cabo instrumentado. Isto é alcançado, especialmente pela asa, meios de controle, meio de acionamento, suprimento de energia e os elementos acústicos transmissores/receptores são providos como unidade removível. Quando o cabo instrumentado tiver que ser bobinado em um tambor, as asas espertas ou o alojamento de motor e de engrenagens de acionamento providos de asas podem ser facilmente removidos e, desta forma, não provocam nenhum problema durante o seu recolhimento no tambor. Outra vantagem da presente invenção é o fato de que, se os meios de acionamento, os elementos acústicos transmissores/receptores, ou qualquer outra coisa estiverem funcionando mal, ou estiverem danificando a asa esperta, ou o alojamento de motor e de engrenagens de acionamento provido de asas podem ser facilmente substituídos e substituir todo o dispositivo de controle ou substituir seções inteiras do cabo instrumentado.

[0049] Na asa esperta ou alojamento de motor e de engrenagens de acionamento provido de asas, contendo a maior parte dos eletrônicos, sensores, fornecimento de energia, meios de acionamento e meios acústicos pode-se, adicionalmente ao que foi mencionado acima, alcançar um projeto compacto que possui um número menor de peças do que o da técnica anterior. Além do mais, uma vantagem da presente invenção é que o dispositivo de controle pode ser arranjado para a transmissão sem fio/sem contato de dados e de energia, algo que vai ser uma vantagem substancial.

[0050] Além disto, detalhes vantajosos e características da invenção ficarão claros a partir das descrições dos exemplos que se seguem.

Exemplos

[0051] A invenção é descrita a seguir em maior detalhe tendo por referência os desenhos, nos quais:

[0052] Figura 1a e 1b mostram um primeiro modo de realização e um segundo modo de realização do dispositivo de controle para conexão entre duas seções de aços, sem acústicos.

[0053] Figura 2a mostra uma asa, para um dispositivo de controle, das Figuras 1a ou 1b provida com elementos acústicos transmissores/receptores.

[0054] Figura 2b mostra uma vista parcialmente cortada, na qual são mostrados detalhes da peça da asa do dispositivo de controle, de acordo com a Figura 1a, provida com elementos acústicos transmissores/receptores.

[0055] Figuras 3a-b mostram detalhes dos elementos acústicos de transmissores/receptores.

[0056] Figura 4 mostra um cartão de circuito universal de transponder para os elementos transmissores/receptores/dispositivos de controle.

[0057] Figura 5 mostra detalhes de um meio para transmissão sem fio/sem contato de comunicação e/ou energia.

[0058] A Figura 1a mostra um primeiro modo de realização de um dispositivo de controle 10, a ser conectado em série, entre duas seções de cabo adjacentes de um cabo/cabo de registro, com seções múltiplas. O dispositivo de controle 10, de acordo com o primeiro modo de realização, inclui três asas similares 11, conhecidas como asas espertas, que são distribuídas uniformemente ao redor de um corpo principal 12, e que é o conhecido “bird” de três eixos. No exemplo ilustrado com as três asas espertas 11, entre as asas 11 há um ângulo de 120°. Além disto, as asas espertas incluem, preferencialmente, uma proteção 29, arranjada para as asas por meio de meios adequados ou integrada na asa. A proteção possui uma forma essencialmente alongada e elíptica com o interior e a superfície externa, superfície esta que tem uma forma e um tamanho similares à forma transversal da asa. A proteção está na superfície interna provida com um elemento protuberante que possui uma forma similar à da seção transversal da asa, e um tamanho adaptado para mover-se nos recessos essencialmente retangulares, arranjados no corpo principal. A finalidade da proteção é impedir que objetos na água, a exemplo de algas, cordas, plástico, dentre outros materiais se depositem entre as asas e o corpo principal. O corpo principal 12 é essencialmente um alojamento tubular aerodinâmico alongado, que nas suas extremidades inclui um meio de conexão 14a e 14b adaptado para conexão elétrica e mecânica, em série, em um cabo instrumentado com seções múltiplas, do tipo que é rebocado em uma embarcação de pesquisa sísmica. Os meios de conexão 14a-b são, por este motivo, adaptados para pontos de conexão similares (não mostrados) em cada extremidade da seção do cabo, cujos pontos de conexão usualmente são utilizados para conectar duas seções de cabos adjacentes.

[0059] Além do mais, o corpo principal 12 inclui um meio de fixação especialmente conformado, e um meio de conexão, para conectar com as asas espertas 11, tanto mecânica, como eletricamente. O corpo principal 12 é provido com cartões de circuito impresso e eletrônicos para a comunicação com uma unidade de controle externo, por meio de um fio de controle do cabo. O corpo principal 12 é, preferencialmente, arranjado de forma a que a alimentação através dos condutores entre as seções do cabo, é separada da dos mecanismos da asa, do meio de acionamento, do meio de controle, dos sensores e dos meios acústicos (descritos mais abaixo). Isto, para evitar o mau funcionamento, no caso de danos mecânicos do dispositivo de controle, como, por exemplo, vazamentos.

[0060] O corpo principal 12 inclui, ainda, preferencialmente, um sensor de rolo (não mostrado) e/ou um medidor de profundidade (não mostrado), preferencialmente, em forma de um sensor de pressão.

[0061] Faz-se agora referência à Fig. 1b, a qual mostra um dispositivo de controle 50, de acordo com um segundo modo de realização. O dispositivo de controle 50, de acordo com o segundo modo de realização, é formado por um corpo principal 53 provido com um alojamento removível de motor e de engrenagens de acionamento 51 que é, novamente, provido de asas 52. O alojamento de motor e de engrenagem de acionamento são arranjados para conectar do fio de energia e ao fio de energia por meio das conexões no corpo principal.

[0062] Faz-se, agora, referência à Figura 2a que mostra uma vista externa da asa 11, asa esperta, ou asa 52 para o alojamento de motor e de engrenagens de acionamento 51, e, em especial, à Figura 2b, que mostra uma vista parcialmente cortada de uma asa esperta 11, de acordo cm a invenção. O dispositivo de controle 10, como foi mencionado acima, provido com três asas espertas 11, ou lemes, cujas asas espertas 11 se estendem perpendicularmente ao eixo longitudinal do corpo principal 12 e em conformidade com o cabo instrumentado. As asas espertas 11 são, preferencialmente, formadas por duas peças, uma peça de asa 20 e uma peça de aperto 30. A peça de aperto 30 é adaptada para a fixação e conexão ao corpo principal 12, por meio de seus meios de aperto e conexão. Os meios de aperto e conexão e a peça de aperto 30 são, preferencialmente, formados para prover uma conexão de estalo rápida, tanto mecânica como eletricamente, a qual é explicada em detalhes adicionais mais adiante. A peça de asa 20, que acomoda o meio de acionamento 22, a fonte de energia 23 (baterias) e os possíveis sensores (não mostrados) são conectados com a peça de aperto 30, por meio de um eixo 24, e, a peça da asa 20 se estende, assim, perpendicularmente para fora da peça de aperto 30 e em conformidade com o corpo principal 12. A peça da asa 20 inclui um alojamento externo, preferencialmente de plásticos sólidos, sendo o mencionado alojamento, preferencialmente, formado por duas peças que são interconectadas a uma unidade em forma de asa/ forma de leme, que possui uma largura cônica fora do corpo principal 12, na direção da extremidade da peça da asa 20.

[0063] Os meios de acionamento são, preferencialmente, um ou mais motores elétricos que, ainda, preferencialmente, são conectados com uma engrenagem 26 que, ainda, preferencialmente, é conectada com o eixo 24, por meio de um engate 27. Nem a engrenagem, nem o engate são necessários, mas, vão constituir uma vantagem em relação ao controle do sistema e à vida útil do dispositivo de controle. Os meios de acionamento 22 são providos de energia através de condutores no cabo instrumentado, por meio de pelo menos uma bateria do buffer recarregável 23, para uma energia de backup, para o caso de perda de energia e para evitar a sobrecarga de energia do sistema do cabo instrumentado.

[0064] Os meios de acionamento são conectados à peça da asa 20, de uma forma adequada e, preferencialmente, incluem luvas nos locais fixos dos eixos e rolamentos 28, para alcançar um eixo 24 e para garantir uma resistência, na rotação do eixo 24, tão baixa quanto possível.

[0065] A peça de aperto 30 possui, conforme foi acima mencionado, uma forma que é adaptada para o meio de conexão 15 do corpo principal 12, para uma fixação removível, e pode ser considerada uma conexão de estalo rápida A peça de aperto 30 inclui meios de conexão para conectar a asa esperta eletricamente, e para os sinais do cabo/corpo principal 12, através dos meios de conexão adaptados no corpo principal 12.

[0066] Cada peça de asa 20 (e proteção 29) pode, então, girar ao redor de um eixo que se estende transversalmente ao cabo instrumentado, e as asas 11 vão responder aos sinais de controle e aos meios de sensor, para o ajuste independente da respectiva posição angular da mencionada peça de asa 20, para, desta maneira, controlar a posição lateral e vertical do cabo instrumentado.

[0067] Em um modo de realização preferencial, o dispositivo de controle 11 é, vantajosamente, adaptado para a transmissão sem fio/sem conexão da comunicação, isto é, de sinais/dados e/ou de energia entre o corpo principal 12 e as asas 11; preferencialmente, tanto a comunicação quanto a energia. Em um modo de realização adaptado para transmissão sem fio/sem contato da comunicação e/ou da energia, entre o corpo principal 12 e as asas 11, o corpo principal 12 e as asas 11 não precisam incluir conexões mecânicas para as conexões de eletricidade e para o controle dos sinais.

[0068] A transmissão sem fio da comunicação e/ou energia é alcançada naqueles meios 110 para a transmissão sem fio da energia e/ou da comunicação, que são adaptados para serem arranjados em conexão com o eixo 24 e com o corpo principal 12, respectivamente. Os meios 110 de transmissão sem fio e/ou de comunicação, mostrados em detalhes na Figura 5 são preferencialmente similares, tanto à asa 11, quanto ao corpo principal 12, e arranjados em cada respectiva asa 11, e, correspondentemente, arranjada em cada asa 11, nos locais adequados no corpo principal 12; de forma que os meios 110 para a transmissão sem fio no corpo principal 12 e na asa 11 são arranjados uns contra os outros, preferencialmente com o menor espaçamento possível; preferencialmente, no eixo de rotação da asa 11, em relação com o corpo principal 12.

[0069] Os meios 110 para transmissão sem fio incluem um núcleo 120, uma ou mais bobinas 121, cartões de circuito impresso 122, conexões coaxiais 123 e um encapsulamento 124.

[0070] O núcleo 120 é, preferencialmente, um núcleo de ferrita ou similar, que é, preferencialmente, em uma forma substancial de disco, com profundidade/largura predeterminada, e, preferencialmente, possui um recesso substancialmente circular em um dos lados para acomodar as bobinas 121. A(s) bobina(s) são enroladas com o fio adaptado e com um número de voltas, para otimizar a eficiência na transmissão da energia/sinais/dados. Além disto, o diâmetro/tamanho do núcleo 120 será decisivo para o nível de eficiência do sistema e, desta forma, deve ser adaptado para alcançar o nível real de eficiência.

[0071] Se for apropriado, os mencionados meios 110 de comunicação sem fio podem ainda incluir uma placa de buffer 125 arranjada entre o núcleo 120 e o cartão dos eletrônicos 122 para evitar curto circuito; e, a placa do buffer 125 é preferencialmente provida com orifícios guia para o cartão de circuito 122.

[0072] Além do mais, as bobina(s) 121 e o núcleo 120, incluindo a placa de buffer 125, se for utilizada, são fundidos em um único encapsulamento 124, de um material que possua uma baixa penetração de água, baixa absorção de água, coeficiente dielétrico baixo e uma alta resistência ao tempo (tratado contra a radiação de UV), a exemplo do poliuretano.

[0073] Uma vantagem de utilizar uma placa de buffer é que o encapsulamento /fundição da placa de buffer 125 entre o núcleo 120 e o cartão dos eletrônicos 122, também protege contra curto- circuitos, mas, isto pode também ser alcançado pela substituição da placa de buffer 125, com um encapsulamento, o que pode ser escolhido na maioria dos casos.

[0074] O encapsulamento 124 é preferencialmente fundido em um tipo especial de epóxi para garantir um aperto alto para os componentes. A fundição do encapsulamento 124 é, preferencialmente, realizada em uma câmara de vácuo para remover bolhas de ar e garantir propriedades de pressão melhores.

[0075] Um meio 110 para a transmissão sem fio é arranjado de forma que o cartão de circuitos impressos 122 fique voltado para dentro contra o eixo da engrenagem 24, da asa 11 e o interior do corpo principal 12, de forma que a núcleo 120 e as bobinas 12 são arranjados, uns contra os outros, para os meios 110 de transmissão sem fio/sem contato na asa 11 e no corpo principal 12.

[0076] O cartão de circuito impresso 122 é arranjado nos/provido com controles eletrônicos, adaptados para o encapsulamento 124 com o núcleo 120 e as bobinas 121 e, opcionalmente, com a placa de buffer 125; e, inclui eletrônicos para a comunicação/tratamento de sinais, sendo o mencionado cartão de circuito impresso 122 arranjado adjacente ao encapsulamento 124, contra a placa de buffer 125, quando utilizada. O cartão de circuito 122 inclui ainda, preferencialmente, uma conexão coaxial 123 e uma conexão para sinais de rádio. Além do mais, o cartão de circuito impresso 122 inclui um ou mais plugues das bobinas para conexão com os fios das bobinas. Além do mais o cartão de circuito 122 inclui conexões para “plugues de eletrônicos” para o carregador/alimentação de circuito no cartão de circuito da asa 11 e no cartão de circuito do corpo principal 12; e, conexões para “plugues de eletrônicos” para o chip de rádio no cartão de circuito da asa 11 e no cartão de circuito do corpo principal 12. Deve-se mencionar que os diferentes contatos/conexões acima descritos podem ser soldados diretamente no cartão de circuito.

[0077] Desta maneira, foi criada uma transmissão sem fio/sem contato da energia e da comunicação, em que a(s) bobina(s) 121 são utilizadas tanto para a transmissão de energia quanto como antena para comunicação. Na qual a transmissão da energia e da comunicação é realizada em diferentes frequências, frequências estas que são preferencialmente afastadas umas da outras, e, assim, não interferem umas com as outras.

[0078] Desta maneira foi provida uma transmissão sem fio/sem contato entre o corpo principal 12 e a asa 11, transmissão sem fio/sem contato esta que pode ser tanto unidirecional, como bidirecional; o que resulta em um sistema muitas vezes mais robusto para a operação em ambientes difíceis, como aqueles nos quais os cabos instrumentados (cabos de registro) usualmente operam. Além do mais, as asas 11 não são mecanicamente conectadas com o cabo instrumentado no corpo principal 12, eletricamente, ou para sinais; o que resulta em condições operacionais mais estáveis para todo o sistema e menores riscos de mau funcionamento.

[0079] Faz-se, agora, referência à Figura 2a, que ilustra o dispositivo de controle 10, 50 de acordo com a invenção, provido com meios acústicos. Um dispositivo de controle 10, 50 de acordo com a invenção, inclui meios acústicos arranjados na peça da asa 10/asa 11,52, preferencialmente, como uma única unidade integrada, mas, pode também ser arranjada na peça da asa 20/asa 11,52 e qualquer outra forma adequada, como, por exemplo, afixada por meios de aperto adequados. Na descrição abaixo, o arranjo dos meios acústicos será descrito, tendo em conta o modo de realização que foi acima descrito, como a asa esperta, conforme mostrado na Figura 2b, mas, deve ficar claro que a descrição pode ser modificada, de modo muito simples, para adaptar um modo de realização removível, e um alojamento de engrenagem de acionamento 51 ou um dispositivo que possui asas removíveis, conforme mostrado na NO 20063182.

[0080] Faz-se, agora, referência à Figura 2b para uma descrição detalhada de um dispositivo de controle com meios acústicos. Os meios acústicos são, preferencialmente, conforme mostrado, integrados dentro da peça da asa 20, de forma que os meios acústicos são protegidos, e, a prover uma unidade compacta e robusta. Os meios acústicos são, preferencialmente, em forma de elementos acústicos transmissores/ receptores 40, por exemplo, em forma de transdutor. Os elementos transmissores/receptores 40 são preferencialmente uma unidade bidirecional, mas, pode também ser divididos em transmissor e receptor separados.

[0081] Vários modos de realização podem ser concebidos para o elemento transmissor/receptor 40, por exemplo, com um elemento “sanduíche", com meios de fixação no meio de um elemento ativo; e, com uma “cabeça” em cada direção, conforme mostrado na Figura 3a, ou aquele elemento transmissor/receptor 40 é um elemento do tipo “composto” fundido em um material plástico. O elemento transmissor/receptor 40 é vantajosamente arranjado em um alojamento de proteção 41, conforme mostrado na Figura 3b, cujo alojamento 41 é adaptado para ser arranjado na asa 11/peça da asa 20 do dispositivo de controle 10. O dispositivo de controle 10 é, por sua vez, provido com elementos protuberantes 42 (mostrados na Figura 2a), em cada lado da peça de asa 20, sendo os elementos protuberantes 42 providos com orifícios contínuos, adaptados para o alojamento 41, do elemento transmissor/receptor 40, para permitir um arranjo fixo do elemento transmissor/receptor 40, por meio do seu alojamento 41. Meios de vedação (não mostrados) são, por certo, preferencialmente, arranjados de forma de anéis em O, ou similares, entre o alojamento 41 e os furos contínuos dos elementos protuberantes 42, para, desta maneira, impedir a entrada de água ou de outros objetos estranhos dentro da asa 11/peça da asa 20. Os elementos protuberantes 42 da asa 11, são, preferencialmente, projetados para prover uma resistência tão baixa quanto possível para a asa 11, na água, e para prover o mais baixo ruído possível ao redor da asa 11, quando ela se desloca na água. O elemento transmissor/receptor 40 é, preferencialmente, arranjado de uma forma tal que os elementos protuberantes 42 que o elemento transmissor/receptor 40 estende-se inteiramente para fora na abertura do furo contínuo, em cada lado da asa 11.

[0082] Os elementos acústicos transmissores/receptores podem ser supridos de energia a partir do fio de energia do cabo instrumentado, preferencialmente, por meio de baterias do buffer, e comunicar com um sistema externo de controle, como por exemplo, uma APOS- Estação Operadora de Posicionamento Acústico, que usualmente é arranjada em uma embarcação de pesquisa, que controla uma operação de pesquisa, por meio do fio de controle do cabo instrumentado, seja por meio de uma conexão direta, conforme foi acima descrito, ou por outros meios 110 de transmissão de energia e de comunicação sem fio, se o dispositivo de controle 10 estiver arranjado para isto. Os elementos acústicos transmissores/receptores 40 podem, ou comunicar com o sistema de controle externo APOS, por meio de um bus de dados do cabo instrumentado, ou, juntamente com a comunicação remanescente do dispositivo de controle 10, para a comunicação do status a partir de um sensor e de informações acerca da função mecânica, e força, por meio do bus de dados, o cabo instrumentado.

[0083] Os parâmetros de controle são transferidos para o dispositivo de controle 10 para controlar o dispositivo de controle 10 na direção Y e Z. O meio de controle do dispositivo de controle 10 ajusta a peça de asa 20, para a posição correta, por meio de um meio de acionamento 22.

[0084] Para calcular estes parâmetros de controle, é necessária informação acerca da posição do cabo instrumentado, ou de cada um dos cabos na disposição de cabos; informação acerca da posição dos dispositivos de controle 10, que controlam a posição destes cabos, e, informação acerca da posição mútua em relação aos outros cabos e dispositivos de controle. Estas informações podem ser encontradas utilizando-se os elementos acústicos transmissores/receptores 40, que são arranjados nas, ou integrados às asas 11, do dispositivo de controle 10, no corpo principal ou alojamento de motor e de engrenagens de acionamento. Um dispositivo de controle 10, de acordo com a invenção, conforme mostrado na Figura 2a e 2b, inclui pelo menos um elemento transmissor/receptor 40 em uma das asas 11, mas, naturalmente, todas as asas 11 podem ser providas com elementos transmissores/receptores, se for assim desejado. Conforme foi mencionado acima, os elementos transmissores/receptores 40 são, preferencialmente, bidirecionais para prover um desenho compacto. Ao arranjar o elemento transmissor/receptor 40 em conexão com o dispositivo de controle 10, uma plataforma estabilizada (rolagem, profundidade) é alcançada, para determinação da distância e da posição, o que resulta em que é alcançada uma precisão maior do que a que é alcançada com a técnica anterior. As posições/distâncias do dispositivo de controle 10 e/ou dos cabos instrumentados podem ser determinadas com precisão, pelo fato de que há um pequeno braço do ponto de medição até o ponto de referência desejado do dispositivo de controle 10, o que resulta na melhoria das condições de controle do cabo rebocado, ou da disposição dos cabos.

[0085] Pelo fato de que os elementos transmissores/receptores 40 são arranjados na conexão com o dispositivo de controle 10, uma construção mais compacta, com um número menor de peças á alcançada, quando comparada com a da técnica anterior, e os transmissores e receptores acústicos não precisam ser implementados no cabo, algo que resulta em uma economia substancial de espaço no cabo, que possui um determinado tamanho. Os transmissores e receptores acústicos podem, naturalmente, ser implementados no cabo, e, além disto, onde se desejar.

[0086] Ao possuir o projeto, conforme mostrado na Figura 3a-b, o elemento transmissor/receptor 40 fica simetricamente colocado ao redor de um plano, isto é, de um plano horizontal, das asas 11 do dispositivo de controle 10, o que torna possível manter a direção dos dois feixes/sinais que são transmitidos no mesmo plano, mas em direções opostas.

[0087] Isto vai permitir a utilização de elementos transmissores/receptores direcionais 40; o que provê, de forma substancial, uma sensitividade maior para os elementos transmissores/receptores 40, nos cabos/dispositivos de controle, localizados em ambos os lados e, reduz, desta forma, a influencia dos ruídos e das interferências multi-direcionais.

[0088] Os feixes/sinais dos transmissores/receptores também possuem sensitividade ao longo do cabo instrumentado, para permitir as medições online, isto é, medições ao longo do cabo instrumentado.

[0089] Por meio da presente invenção, uma área de cobertura desejada pode ser combinada com uma energia acústica mínima e com o melhor mascaramento possível da energia acústica recebida. O fato de que o elemento transmissor/receptor 40 é arranjado em conexão com as asas 11 do dispositivo de controle 10, sendo as mencionadas asas 11, adicionalmente, removíveis, torna mais fácil calibrar, substituir ou reparar os elementos transmissores/receptores 10 estragados, naquela asa 11, de uma forma simples, em que pode ser removido do dispositivo de controle 10. Com a utilização da técnica anterior, o pior cenário exigirá a substituição de seções inteiras do cabo instrumentado, se os transmissores e receptores estiverem funcionando mal.

[0090] O elemento transmissor/receptor 40 é, preferencialmente, arranjado para transmitir e receber sinais de banda larga, tais como os sinais DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), sinais estes que são especialmente projetados para prover uma alta auto-correlação das sequencias dos sinais a serem detectadas, e baixas correlações cruzadas das propriedades das outras sequencias.

[0091] Além do mais, o elemento transmissor/receptor 40 é arranjado de uma forma tal que ele pode transmitir e receber, simultaneamente, por exemplo, transmitir em um canal em um tempo e receber em 8 canais em um tempo. Isto significa que o elemento transmissor/receptor 40 é arranjado para detectar simultaneamente certo número de diferentes sinais codificados. O elemento transmissor/receptor 40 possui, preferencialmente, um número de canais Doppler para o processamento ótimo no que diz respeito aos sinais de Doppler. Além do mais, um conjunto de filtros casados para cada canal de Doppler vem sendo utilizado.

[0092] A Figura 4 mostra um cartão de circuito de transponder 150 para comunicação entre um elemento transmissor/receptor 40 e um sistema de controle externo, tal como a APOS. Para permitir que o elemento transmissor/receptor 40 se comunique com um sistema de controle externo, tal como o APOS, o dispositivo de controle 10, de acordo com a invenção, inclui um cartão de circuito de transponder 150, arranjado na asa 11 por meio dos meios adequados. Deve-se observar que este arranjo de cartão de circuito de transponder 150 não está ilustrado na Figura 2b. O cartão de circuito de transponder 150 é conectado com os elementos transmissores/receptores 40 e com o fio de controle da energia do cabo instrumentado; seja diretamente, por meio de conexões mecânicas, do dispositivo de controle 11; seja por meio dos meios 110 para transmissão sem fio/sem contato da comunicação e/ou a energia do dispositivo de controle. O cartão de circuito do transponder 150 é, preferencialmente, arranjado para ser comandado para transmitir ou ler. Em um modo de realização preferencial, o cartão de circuito do transponder é dividido em três unidades/cartões para prover um desenho compacto, as quais são, respectivamente:- um cartão de processamento digital 151 para codificar sinais e controlar quando os elementos transmissores/receptores 40 devem transmitir e/ou receber o processamento de sinais, como, a filtragem ou a decodificação de sinais, e para comunicação com um sistema de controle externo, como o APOS,- um cartão de transmissor 152, para a conversão D/A, do sinal de controle, e a excitação de um elemento transmissor/receptor 40, e- um cartão de receptor 153, para a amplificação da conversão A/D do sinal recebido no elemento transmissor/receptor 40.

[0093] Todos estes cartões 151-153 são supridos de energia por meio das baterias do buffer do dispositivo de controle, mas, preferencialmente, um interruptor controlável (não mostrado) pode ser arranjado na asa 11, para controlar o suprimento de energia para estes cartões 151-153; deve-se observar que estes cartões podem ser integrados em um mesmo e único cartão, caso seja apropriado e desejável. Preferencialmente, os cartões 151-153 são separados dos cartões de circuito remanescentes do dispositivo de controle 10, mas, eles podem, se assim se quiser, ser integrados dos cartões de circuito remanescentes, do dispositivo de controle.

[0094] O sistema de controle externo, que controla os elementos transmissores/receptores 40 é, preferencialmente, uma estação de operador de posicionamento acústico (APOS). A APOS comunica-se com o elemento transmissor/receptor 40 por meio de um bus de dados do cabo instrumentado. Ao utilizar o dispositivo de controle 10 com um ou mais elementos transmissores/receptores 40, pode-se alcançar uma determinação de posição precisa, variando o cabo instrumentado, a disposição dos cabos e/ou o dispositivo de controle; e, incluindo várias medições simultâneas das distâncias entre os elementos transmissores/receptores 40, localizados na conexão com outros dispositivos de controle 10/cabos.

[0095] A seguir, a variação da determinação da posição por meio de elementos acústicos transmissores/receptores 40 será, então, descrita.

[0096] Os elementos transmissores/receptores 40 podem operar de duas formas:- som-na-água bidirecional, ou- som na água unidirecional, com a sincronização do tempo de pulso no elemento transmissor/receptor.

[0097] Os elementos transmissores/receptores 40 são, conforme acima mencionado, controlados por, por exemplo, uma APOS que transmite informações acerca de quais dispositivos de controle 10/elementos transmissores/receptores 40 devem ser lidos e transmitidos. Isto pode ser feito de várias formas:- a APOS pode transmitir pulsos de sincronização com uma precisão suficiente de tempo; ou- todos os dispositivos de controle são sincronizados e o tempo de transmissão é distribuído para o dispositivo de controle a ser interrogado e para o dispositivo de controle a ser lido.

[0098] Os elementos transmissores/receptores 40 do dispositivo de controle 10; que devem receber o sinal devem arranjar um rótulo de tempo no sinal recebido, e, em seguida, enviar a informação como “canal, rótulo de tempo, canal, rótulo de tempo, etc.” para a APOS, sob demanda. É importante que os elementos transmissores/receptores 40 tenham tempo suficiente para processar completamente o pulso de sincronização em andamento antes de o pulso de sincronização seguinte ser transmitido da APOS.

[0099] A APOS calcula as distâncias com base nas informações coletadas. O processamento dos sinais recebidos provê o tempo de propagação entre os elementos transmissores/receptores 40, e, de acordo com a distância entre estes, Estas distâncias podem, então, ser utilizadas para calcular as posições relativas dos elementos transmissores/receptores 40, de acordo com o dispositivo de controle 10 e com o cabo instrumentado.

[00100] Os sinais/pulsos acústicos que são transmitidos a partir dos elementos transmissores/receptores 40 do dispositivo de controle 10, que são comandados para transmitir, podem ser detectados pelos elementos transmissores/receptores 40 do dispositivo de controle 10 que são comandados para ler. Isto significa que os elementos transmissores/receptores 40, que são comandados para transmitir, transmitem um sinal acústico único, de acordo com uma escala de tempo predefinida, para a transmissão do elemento transmissor/receptor 40 em questão. Pelo menos outro elemento transmissor/receptor 40 detecta e transmite o sinal, durante uma janela predefinida de leitura do elemento transmissor/receptor 40. O tempo de propagação entre os dois elementos transmissores/receptores 40 pode, então, ser estimado, com base em uma diferença de tempo entre o tempo de transmissão e o tempo de recepção, calculada no outro elemento transmissor/receptor 40, do sinal transmitido a partir do elemento transmissor/receptor 40. A distância entre os dois elementos transmissores/receptores 40 pode, então ser calculada com base em perfis das velocidades do som, medidas inicialmente, o que é automaticamente levado para o sistema.

[00101] Em decorrência de o elemento transmissor/receptor poder ler os sinais acústicos, a partir de diversos elementos transmissores/receptores 40 simultaneamente, a distância para os vários elementos transmissores/receptores 40 pode ser determinada ao mesmo tempo.

[00102] A distância pode, a seguir, ser utilizada para determinar a posição relativa por meio de uma triangulação avançada. Os pontos conhecidos que são utilizados durante a triangulação avançada são, usualmente, a embarcação e os flutuadores de popa. Para que se possa realizar a triangulação avançada, a embarcação e os flutuadores da extremidade da popa são providos com elementos transmissores/receptores da mesma forma que o dispositivo de controle. Conforme mencionado na introdução, isto não é necessário se a distância da embarcação até o primeiro dispositivo de controle, no cabo instrumentado, puder ser considerada uma constante, e a distância do primeiro dispositivo de controle no cabo instrumentado até o flutuador de extremidade da popa, puder ser considerada uma constante.

[00103] As posições absolutas de toda a disposição do cabo podem, em seguida, ser determinadas a partir das posições relativas, e dos dados de navegação da embarcação e dos flutuadores de extremidade de popa. As posições absolutas podem, então, ser comparadas com uma referência absoluta, e a diferença revela o “Erro de Trilha Cruzada” (“Cross Track Error”). O “Erro de Trilha Cruzada” vai, então, prover uma distância entre a posição real e a posição desejada, que é a distância da posição do receptor até aposição calculada do receptor, para a qual o dispositivo de controle deve ter a posição controlada em relação à mesma.

[00104] O “Erro de Trilha Cruzada” pode, então, ser utilizado pelo sistema de controle externo, tal como um STAP (Sistema de Posicionamento de Conjunto Sísmico Rebocado) (“Seismic Towed Array Positionning System”) para controlar os dispositivos de controle/cabos instrumentados. Se um som for escolhido para ser transmitido bidirecionalmente através da água, há o risco de alcançar muito pouco alcance por unidade de tempo.

[00105] O controle dos dispositivos de controle que devem transmitir, e dos que devem ser lidos, deve ser realizado pelo dispositivo de controle, o que resulta em uma estrutura de comandos complicada e em grande tráfego no canal de comunicação do cabo instrumentado, que já possui uma largura de banda limitada.

[00106] Se o som for escolhido para ser transmitido unidirecionalmente através da água, a sincronização se torna um desafio. Pode-se, assim, ter um problema oposto ao do pequeno alcance a ser reportado.

Modificações

[00107] Muito embora nas descrições acima tomem como base um dispositivo de controle, conforme o da Figura 1a, os elementos transmissores/receptores podem, da mesma forma, ser arranjados em uma ou mais asas do dispositivo de controle, conforme mostrado na Figura 2b, e, alcançar o mesmo resultado. Deve ainda ser óbvio que as características dos dois diferentes dispositivos de controle podem ser combinadas, para prover um modo de realização adicional. Deve-se ainda observar que a técnica acima descrita pode ainda ser implementada em, por exemplo, um dispositivo de controle como o descrito na NO 20064102.

[00108] Muito embora os elementos acústicos transmissores e receptores sejam descritos, em relação aos dispositivos de controle, deve ficar evidente que o sistema pode também incluir transmissores acústicos e receptores nos cabos instrumentados.

[00109] Os elementos acústicos transmissores e receptores estão, na descrição realizada, arranjados em uma asa do dispositivo de controle, mas, é também possível arranjá-los, por exemplo, no alojamento de motor ou de engrenagens do dispositivo de controle, que inclui o alojamento de motor e de engrenagem de acionamento removíveis, ou os elementos transmissores /receptores podem ser arranjados no corpo principal do dispositivo de controle. Fica, também, evidente, que o dispositivo de controle pode incluir vários elementos transmissores/receptores, em vários locais, como, por exemplo, em várias asas, tanto no corpo principal, como na asa, se for apropriado.

[00110] Os elementos transmissores/receptores podem possuir vários desenhos diferentes e não se considera que estejam limitados aos modos de realização que foram divulgados. Além do mais, fica evidente que o cartão do transponder pode ser integrado e um ou mais cartões de circuitos originais, do dispositivo de controle.

[00111] Muito embora não seja vantajoso, os elementos transmissores/receptores podem ser adaptados para serem conectados externamente no dispositivo de controle.

Claims (12)

1. Dispositivo de controle (10, 50) para controlar a posição de um cabo instrumentado rebocado na água, tal como um cabo de registro marinho sísmico ou uma disposição de cabo instrumentado rebocado com a possibilidade de controlar os cabos individuais instrumentados, tanto na forma, quanto na posição, em relação a outros cabos instrumentados e às correntes transversais contrapostas ou a outras forças dinâmicas que afetam uma disposição de reboque por uma embarcação de pesquisa sísmica, o dispositivo de controle (10, 50) incluindo:um corpo principal (12, 53),asas (11, 52) conectadas ao corpo principal (12, 53),meios de conexão (14a-b) para conexão mecânica e elétrica do dispositivo de controle (10, 50), em série, entre duas seções adjacentes do cabo instrumentado,meio de acionamento (22) para controlar a respectiva posição angular das asas (11, 52) para controle da posição lateral e vertical do cabo instrumentado,em que pelo menos uma das asas (11, 52) compreende elementos acústicos transmissores e receptores (40) configurados para medição controlada de direção de distâncias entre dispositivos de controle adjacentes (10, 50) em cabos de reboque paralelos,caracterizadopelo fato de que o elemento acústico transmissor e receptor (40) é simétrico ao redor de um plano horizontal da asa (11, 52) para transmitir dois sinais acústicos no mesmo plano, mas em direções opostas, e em que aqueles elementos acústicos transmissores e receptores (40) tem uma sensibilidade focada em direção transversal do cabo instrumentado, eem que a direção para a transmissão de dois sinais acústicos é controlável pela posição rotacional do dispositivo de controle (10, 50).

2. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as asas (11) são adaptadas para conexão elétrica e para conexão de sinal com o corpo principal (12) adaptado, ou em que as asas (11) e o corpo principal (12) são providos com meios (110) para a transmissão sem fio de energia ou sinais de comunicação para a transmissão a partir do corpo principal (12) para a asa (11), da asa (11) para o corpo principal (12) ou em ambos os sentidos, ou em que alojamentos de motor e de engrenagens de acionamento (51) do dispositivo de controle (50) são adaptados para conexão elétrica e para conexão de sinal com o corpo principal (53).

3. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos acústicos transmissores e receptores (40) são arranjados para transmitir sinais acústicos em uma ou mais direções.

4. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos acústicos transmissores e receptores (40) são controláveis de modo direcional, e possuem sensibilidade ao longo do cabo instrumentado para permitir medições ao longo do cabo instrumentado.

5. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos acústicos transmissores e receptores (40) são arranjados para transmitirem e receberem sinais de banda larga, como, por exemplo, sinais DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum,sinais estes que são especialmente projetados para prover alta autocorrelação das sequências de sinais a serem detectados, e propriedades de baixa correlação cruzada contra outras sequências.

6. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos acústicos transmissores e receptores (40) são arranjados tanto para transmitir, como para receber sinais.

7. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (10) é provido com um meio de comunicação, tal como um cartão de circuito de transponder (150), para comunicação entre um sistema de controle externo, tal como APOS, e os elementos acústicos transmissores e receptores (40).

8. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o cartão de circuito de transponder (150) está conectado aos elementos acústicos transmissores e receptores (40) e a uma linha de controle e a uma linha de energia do cabo instrumentado, ou diretamente por meio de conexões mecânicas do dispositivo de controle (10, 50) ou através de um meio (110) para a transmissão de comunicação sem fio ou energia do dispositivo de controle (10).

9. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o cartão de circuito de transponder (150) é arranjado para ser comandado para transmitir ou ler.

10. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o cartão de circuito de transponder (150) inclui três cartões:- um cartão de processamento digital (151) para a codificação de sinais e controle, quando os elementos acústicos transmissores e receptores (40) tiverem que transmitir ou receber, o processamento de sinais, tal como filtragem e decodificação de sinais, incluindo a comunicação com um sistema de controle externo tal como APOS,- um cartão de transmissor (152) para a conversão D/A do sinal de controle e a excitação no elemento acústico transmissor e receptor (40), e- um cartão de receptor (153) para a amplificação e a conversão A/D do sinal recebido no elemento acústico transmissor e receptor (40).

11. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o elemento acústico transmissor e receptor (40) é projetado em forma de elemento “sanduíche”, com um ponto de aperto no meio de um elemento ativo e uma “cabeça” em cada direção, ou em que o elemento acústico transmissor e receptor (40) é projetado como um elemento ativo do tipo “compósito”, fundido em um material plástico adequado.

12. Dispositivo de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento acústico transmissor e receptor (40) é arranjado em um alojamento de proteção (41), sendo o alojamento de proteção (41) adaptado para ser arranjado na asa (11) ou parte de asa (20) do dispositivo de controle (10), o qual é provido com elementos protuberantes (42) em cada lado da parte de asa (20), elementos protuberantes (42) estes sendo providos com orifícios contínuos sendo adaptados ao alojamento (41) para arranjo fixo do elemento acústico transmissor e receptor (40) por meio do seu alojamento (41) no mesmo.