NO171084B - Anordning for mottagning av akustiske boelger i vann - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning for mottagning av akustiske bølger i vann og er mer spesielt rettet mot en mot-tageranordning som omfatter et flertall mottagere som under operasjon er plassert på forskjellige dybdenivåer.

Anordningen ifølge oppfinnelsen finner sine anvendelser på det oseanografiske område, for akustisk deteksjon eller f.eks. til seismiske undersøkelser til havs.

På oseanografiens område er det kjent å benytte radiobøyer omfattende et flytelegeme tilforordnet et radiosenderutstyr forbundet med en eller flere neddykkede sensorer, så som hydrofoner. Sensorene bæres enten av en kabel med ballast eller av en søyle eller et rør, som er innrettet til å holde seg i en hovedsakelig vertikal stilling og er som oftest forankret på sjøbunnen. Slike bøyer er f. eks. beskrevet i U.S. Patentene 3 405 558/ 3 488 783 eller 3 541 498.

Visse seismiske undersøkelses-operasjoner, f.eks. ved refraksjon, omfatter anvendelse av en radiobøye med en opphengt sensor eller transduser, så som en hydrofon, innrettet til å detektere de akustiske bølger som refrakteres av de forskjellige underjordiske lag, som respons på seismiske impulser utsendt fra en marin kilde som slepes bak et fartøy. Bøyen anbringes i vannet og fartøyet fjerner seg fra denne. Den seismiske kilde som dette fører med seg påvirkes periodisk. De bølger som oppfanges blir overført over radio til en registreringsstasjon på fartøyet.

En bøye av denne type er f.eks. beskrevet i U.S Patent

3 671 928.

Anvendelse av en eller flere radiobøyer som efterlates fritt bak et seismisk fartøy innebærer mange ulemper.

På grunn av eventuelle strømmer er det mange ganger vanskelig å bestemme bøyenes nøyaktige posisjoner i suksessive tidspunkter når den seismiske kilde utløses. Det er også ofte vanskelig å lokalisere dem når de seismiske undersøkelses-operas joner er fullført, og når dette er mulig er det mange ganger nødvendig å foreta lange manøvre for å hente inn bøyene.

I mange tilfeller foretrekkes det å benytte radiobøyer med en enkelt transmisjonskanal og forsynt med et temmelig enkelt og lite kostbart elektronisk utstyr, hvilket innebærer at bøyene kan efterlates ved avslutningen av operasjonene hvis omstendighetene ikke tilsier at de skal hentes inn.

Videre vil radiobøyer som ikke er forankret, være utsatt for brenningenes bevegelser og de opphengte transduser-elementer utsettes for vertikale forskyvninger som frembringer bakgrunnsstøy. Midler til dempning som ofte brukes i forbindelse med den kabel som bærer transduserelementene, har bare en begrenset virkning og bidrar til å gjøre radiobøyene mer kompliserte og vanskeligere å sette ut i vannet. En annen ulempe ved radiobøyene som har tilknytning til det foregående, gjelder deres omfang, spesielt når de omfatter et flertall transdusere med innbyrdes avstand fra hverandre og festet på et forholdsvis langt neddykket parti. Transport av en slik bøye fra et sted til et annet er vanskelig som følge av at det ofte er nødvendig å løfte den helt opp av vannet.

Fra US patent nr. 4 298 964 er kjent en langstrakt akustisk bøye-anordning som er slepbar i néddykket tilstand og innrettet for å bli oppreist til vertikal stilling, for i en relativt stor dybde å folde ut en sammenleggbar støttestruktur som bærer flere sensorer.

Anordningen kan gå fra en stilling som er passende for slep (horisontal stilling) til en vertikal stilling hvor de neddykkede sensorsettene er i en tilstand hvor de kan fungere. Mellom disse to tilstander må det imidlertid foregå en rekke lange og kompliserte operasjoner. Den totale varighet av den nødvendige igangsettelses-følgen er dermed nokså lang, og det er nødvendig med tilførsel av elektrisk kraft for utrulling av forskjellige tromler som inneholdes i anordningen.

Det å føre anordningen tilbake til sin opprinnelige tilstand etter at den har vært neddykket og utfoldet, er en enda mer vanskelig og kompleks operasjon, og den struktur med sammenleggbare armer som beskrives i patentet, lar seg ikke enkelt låne til gjentatte operasjoner med utstrekning og sammenfolding.

Det skal videre bemerkes at alle sensorene ifølge US-patentet er gruppert på de utstrekkbare armene, og de befinner seg således alle på omtrent samme neddykkingsdybde når anordningen er i utfoldet tilstand. En slik anbringelse passer meget dårlig når det gjelder seismisk prospektering i havet, hvor mottaking av bølger vanligvis foregår med flere hydrofoner som er fordelt med regulære intervaller langs en seismisk streamer. Anordningen oppviser også andre ulemper når det gjelder seismisk prospektering, nemlig at det ikke finnes noen dempe-anordning mellom den flottør som benyttes og det legemet som holder sensorene. Dermed detekterer sensorene også stige- og synkebevegelser med dønninger, og dette resulterer i en bakgrunnsstøy som er permanent og kan blandes med de nyttige seismiske signalene som kommer tilbake fra dyptliggende reflektorer og har svak amplitude.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å unngå de foran omtalte ulemper.

Oppfinnelsen omfatter en anordning for mottaking av akustiske bølger i vann ved flere forskjellige dybdenivåer, og anordningen omfatter et skjult rørformet element med stor lengde i forhold til amplituden av en dønning, og med glatt ytre overflate som også er transparent for akustiske bølger. Det rørformede elementet innbefatter nær sin ene ende et lukket kammer inneholdende oppdriftsorganer, og flere sensoranordninger er anbrakt langs og fast i forhold til det rørformede elementet for å motta akustiske bølger gjennom den ytre overflaten. En kabelanordning forbinder det rørformede elementet med et fartøy, og kabelanordningen omfatter overføringslinjer for å forbinde sensoranordningene med registreringsinnretninger på fartøyet. En ballastanordning og profilerte stabiliseringsfinner er festet nær en motsatt ende av det rørformede elementet, idet massefordelingen for det hule, rørformede elementet, oppdriftsorganene og arealet og anordningen av stabiliseringsfinnene er slik at det rørformede elementet flyter vertikalt i vannet i en statisk, stabil stilling, og ligger i en hovedsakelig horisontal stilling når det taues av et fartøy under påvirkning av hydrodynamiske krefter på stabiliseringsfinnene. Anordningen kjennetegnes særskilt ved at den omfatter et måleelement for kabelens neddykkingsdybde, hvilket måleelement er forbundet gjennom kabelen med et styresystem innrettet til å forhindre fartøyet fra å anvende slepe-drag når det rørformede elementet er orientert vertikalt i vannet.

Plasseringen av de forskjellige mottagere og tilhørende ledningstråder i det indre gjør det lettere å utforme et langstrakt element med jevn eller glatt overflate, som særlig på grunn av sin lengde er meget lite følsomt for svingninger som skyldes bølger eller dønninger. Følgelig oppstår det bare meget svak bakgrunnsstøy av hydrodynamisk opprinnelse som overlagres med de signaler som blir mottatt av mottagerne.

Dessuten vil fordelingen av masser og bruken av balanse-eller styrefinner gjøre det mulig å slepe anordningen uten vanskelighet fra ett målested til et annet og å anbringe det raskt i vertikal stilling, hvilket er meget nyttig i mange anvendelser, særlig for seismiske undersøkelsesoperasjoner, slik det vil fremgå mer i detalj av den følgende beskrivelse av en spesiell utførelsesform gitt som rent eksempel under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 viser skjematisk et rørformet element i vertikal

stabil stilling i vann,

Fig. 2 viser skjematisk en seksjon av det rørformede

element i hvilket det er montert hydrofongrupper,

Fig. 3 viser skjematisk en koblingsanordning for to

seksjoner av det rørformede element, og

Fig. 4 viser det rørformede element i liggende stilling i vannet mens det slepes av et overflatefartøy.

Som det fremgår av figur 1 omfatter anordningen ifølge oppfinnelsen et rørformet element 1 laget av et plastmateriale som er gjennomtrengelig for akustiske bølger. Det rørformede element er nær en første ende forsynt med et festeorgan 2 for en kabel 3 som er forbundet med et slepefartøy 4. En ballastvekt L er festet ved den motsatte ende. I nærheten av denne er det videre montert profilerte stabilisatorfinner 5.

Det rørformede element 1 omfatter f.eks. seks seksjoner

Tl, T2...T6 som er innbyrdes sammenkoblet. De tre seksjoner Tl, T2, T3 som er nærmest den første ende inneholder flyteorganer (ikke vist). De tre motsatte seksjoner T4, T5, T6 inneholder akustiske mottagere R. Hver av disse omfatter (fig. 2) et rør i hvis indre det er anbrakt et flertall hydrofoner 6 som er elektrisk sammenkoblet ved hjelp av ledninger 7. Ifølge en spesiell utførelsesform kan hver aktiv seksjon av det rørformede element 1 omfatte to mottagere R som hver består av en sammenkobling av seks til tolv hydrofoner.

En elektrisk konnektor 8 er festet til motstående ender av hver seksjon. En flerlederkabel 9 er lagt i det indre av hver av disse. Kabelens forskjellige ledninger sammenkobler i det minste en del av finnene på to endekonnektorer 8. I hver av de aktive seksjoner T4 - T6 er de elektriske ledninger 7 som er tilforordnet forskjellige mottagere R, forbundet med den ene av endene på en konnektor 8. Forbindelsen med med de forskjellige ledere eller ledninger i flerlederkabelen 9 skjer i den nevnte konnektor.

Densiteten av de aktive seksjoner er større enn vannets densitet.

En rørformet hylse 10 er presset inn i det indre av ende-partiene av hver seksjon T i det rørformede element 1

(fig. 3).

Hver slik hylse omfatter ett hode 11 med større diameter enn seksjonens diameter og er utformet med ett sirkulært spor 12.

Sammenkobling av hylser på to tilstøtende seksjoner T av det rørformede element 1 foretas ved hjelp av to skål-halvdeler 13, 14 som på sine innvendige flater er forsynt med to riller 15. De to skåler 13, 14 klemmes mot hverandre slik at hodene på de to hylser omsluttes, idet rillene 15 trer inn i sporene 12. De holdes på plass av to mansjetter 16 som kan gli utvendig på de to seksjoner T og som ved monteringen skyves mot hverandre inntil de fullstendig dekker over skj øtestykkene.

Formen og tverrsnittet av mansjettene velges slik at den hydrodynamiske støy reduseres til et minimum.

De elektriske konnektorer 8 er beliggende i det indre av hylsene 10. Når det foretas sammenkobling av to tilstøtende seksjoner bindes pinnene eller kontaktene på de elektriske endekonnektorer før man monterer skålene 13, 14 og overdekningen av disse ved hjelp av mansjettene 16.

Flerlederkabelen 9 strekker seg langs hele lengden av det rørformede element og er ved den første ende av dette forbundet med elektriske ledninger som ligger i slepekabelen 3. De signaler som oppsamles av de forskjellige mottagere R kan overføres til et lager- eller registreringssystem installert på fartøyet (ikke vist) og kan eventuelt overføres direkte til en registreringsstasjon.

Fordelingen av masser mellom de forskjellige seksjoner Tl - T6 og anbringelsen av ballastvekten L (fig. 1) gjør at når det slepende fartøy stanser, vil det rørformede element rette seg opp til vertikal stilling og vil være nesten fullstendig neddykket. Formen og dimensjonene av finnene 4 er beregnet slik at slepekraften frembringer en stor hydrodynamisk kraft som hever det bakre parti av anordningen og stabiliserer den mot rotasjon når slepefartøyet beveger seg (fig. 4). Den form som det rørformede legeme har sikrer et meget lite hydrodynamisk drag.

Det rørformede element har en tilstrekkelig stor lengde til at elementets bevegelser under påvirkning av bølger og dønninger er neglisjerbare når det befinner seg i vertikal og stasjonær stilling. Lengden av elementet kan variere fra noen titall meter til flere hundre meter avhengig av det antall seksjoner som elementet består av.

Å sette anordningen i operasjon er meget enkelt. Fartøyet sleper det rørformede element (fig. 4) til det valgte sted for anvendelse av elementet og stanser der. Når slepekabelen 3 er blitt tilstrekkelig slakk vil det rørformede element rette seg helt opp til vertikal stilling (fig. 1) og stabilisere seg.

Så kan målingene utføres på forskjellige dybdenivåer ved hjelp av mottagerne R. Det kan f.eks. dreie seg om deteksjon av refrakterte signaler under utførelse av seismiske

undersøkelses-operasj oner.

En utilsiktet stramning av kabelen kan medføre fare for å skråstille eller legge ned det rørformede element når det befinner seg i vertikal stilling, og dette kan innvirke på de akustiske målinger, dersom fartøyet beveges av vind, strømmer eller også av dønninger. Derfor omfatter anordningen med fordel innretninger til avstandsstabilisering. Disse innretninger omfatter en dybdesensor 17 (fig. 1) med ballastvekt og festet til et midtparti av kabelen 3, for å måle den dybde kabelen er neddykket til på sitt laveste parti. Sensoren 17 er koblet til en ledning i kabelen 3 og det signal som den frembringer overføres til et styresystem (ikke vist) ombord i fartøyet. I avhengighet av dette signal vil styresystemet påvirke fremdriftsmaskineriet og eventuelt roret slik at neddykningsdybden av sensoren holdes nær en forutbestemt verdi.

Det slepende fartøy kan ha liten tonnasje. Det kan med fordel benyttes en fjernstyrt motorbåt i likhet med den som er beskrevet i f.eks. fransk patentsøknad EN 84/18 590, med styring av motorbåtens bevegelser fra et hovedskip utstyrt med ett radiosystem for fjerndeteksjon og fjernstyring.

For visse anvendelser forflyttes skipet med en regel-messig bevegelse under slepning av en seismisk kilde som aktiveres periodisk. Motorbåten mottar over radio ordre om å bevege mottageranordningen fra et sted til et annet i en rekke bestemte posisjoner og der forbli i ro i tilstrekkelig tid til å oppfange ekkoer fra undergrunnslag som følge av seismiske impulser utsendt av kilden.

Motorbåtens fremdriftsmaskineri eller -organ kan f.eks. være av typen hydrojet.

I dette tilfelle arbeider motorbåtens styresystem i avhengighet av det signal som avgis av dybdesensoren 17 (fig. 1) for å regulere omdreiningshastigheten av turbinen og orienteringen av vannstråledyser i forhold til båten.

Hvis båten er en motorbåt eller patruljebåt av den type som er beskrevet i den forannevnte franske patentsøknad, blir de signaler som oppfanges av de forskjellige mottagere R i anordningen, overført gjennom forbindelseskabelen 3 til et radiotransmisjonssystem og sendes til en registreringsstasjon anbrakt på hovedskipet.

Claims (2)

1. Anordning for mottaking av akustiske bølger i vann ved flere forskjellige dybdenivåer, hvilken anordning omfatter et hult, rørformet element (1) med stor lengde i forhold til amplituden av en dønning og med glatt ytre overflate som også er transparent for akustiske bølger, idet det rørformede elementet (1) nær sin ene ende innbefatter et lukket kammer inneholdende oppdriftsorganer, videre flere sensoranordninger anbrakt langs og fast i forhold til det rørformede elementet (1) for å motta akustiske bølger gjennom den ytre overflaten, en kabelanordning (3) for å forbinde det rørformede elementet (1) med et fartøy (4), hvor kabelanordningen (3) omfatter overføringslinjer for å forbinde sensoranordningene med registreringsinnretninger på fartøyet (4), en ballastanordning (L) og profilerte stabiliseringsfinner (5) festet nær en motsatt ende av det rørformede elementet (1), idet massefordelingen for det hule, rørformede elementet (1), oppdriftsorganene og arealet og anordningen av stabiliseringsfinnene (5) er slik at det rørformede elementet (1) flyter vertikalt i vann i en statisk, stabil stilling, og ligger i en hovedsakelig horisontal stilling når det taues av et fartøy (4) under påvirkning av hydrodynamiske krefter på stabiliseringsfinnene (5), karakterisert ved at den omfatter et måleelement (17) for kabelens (3) neddykkingsdybde, hvilket måleelement (17) er forbundet gjennom kabelen (3) med et styresystem innrettet til å forhindre fartøyet (4) fra å anvende slepe-drag når det rørformede elementet (1) er orientert vertikalt i vannet.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det hule, rørformede elementet (1) omfatter flere enkeltvise seksjoner, hvor hver enkelte seksjon omfatter endestykker med hoder festet til disses respektive ender, samt anordninger for å knytte de tilstøtende seksjoner sammen med hverandre, innbefattende skallanordninger og hylseanordninger innrettet for å samarbeide med hodene på tilstøtende endestykker for å holde endestykkene i stilling i forhold til hverandre, samt elektriske kontaktanordninger for å sammenknytte elektriske ledere i hver av de enkeltvise seksjoner.