DK144606B - Tryktransducer med kontinuert opbygning til seismisk prospektering isaer under vand - Google Patents

Description

i 144S06

Den foreliggende opfindelse angår en tryktransducer med kontinuert langstrakt opbygning til seismisk prospektering, især under vand, som omfatter mindst én følsom enhed med to elektroder anbragt på hver sin side af et de-5 formerbart element, der har en permanent elektrisk polarisation.

Fra USA patentskrift nr. 2.649.579 kendes en detektor for seismiske bølger af den kapacitive type, som er anvendelig til seismisk jordundersøgelse. Den omfatter et lo langstrakt lukket og fladt hylster udstyret med to modstående samhørende overflader indenfor to bøjelige elektroder, der holdes adskilt fra hinanden ved hjælp af luft, som indblæses i hylstret. Seismiske bevægelser, som er overført til jordoverfladen, hvorpå detektoren hviler, ændrer de to 15 elektroders afstand og frembringer en elektrisk spænding mellem dem. De to elektroder kan være polariserede ved, at de er forbundet med en spændingsgenerators klemmer.

Fra USA patentskrift nr. 3.736.436 kendes en bøjelig tryktransducer, som er indrettet til anbringelse på et 2o stift underlag og bl.a. er bestemt til anvendelse ved måling på aerodynamiske flader. Den kendte konstruktion omfatter to elektroder på hver sin side af en enhed bestående af en elektretfolie og et massivt elastisk lag, som erstatter luftspalten i tidligere elektrettransducere. Da et 25 sådant massivt, homogent og elastisk bånd er i hovedsagen usammentrykkeligt, vil en påvirkning på den ene side af båndet resultere i en samtidig variation af båndets bredde, hvilket ikke hindrer anvendelsen til måling af påvirkninger, som udøves i en enkelt retning. Konstruktionen er 3o imidlertid uegnet til måling af tryk i f.eks. en væske, da et tryk er en isotrop størrelse, hvorfor sidefladerne af et bånd, der er underkastet trykket, ligeledes bliver sammentrykket. Et elastisk bånd er derfor ufølsomt for virkningerne af et sådant tryk.

35 Formålet med den foreliggende opfindelse er at til vejebringe en tryktransducer af den indledningsvis angivne art, som er anvendelig til målinger af trykvariationer for- 144606 2 årsaget af seismiske vibrationer i havet såvel som på landjorden.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved, at hver følsom enhed mellem elektroderne har et sammentrykkeligt og elek-5 trisk isolerende element, som er indrettet til at undergå betydelige volumenændringer i afhængighed af det påførte tryk. De angivne volumenændringer er af en størrelse, der afviger væsentligt fra de små volumenreduktioner, som selv principielt usammentrykkelige elastomere materialer får lo ved trykpåvirkninger. En sådan udførelse frembyder tydelige teknologiske fordele, da tykkelsen og strukturen af båndet, som danner det sammentrykkelige element, let kan kontrolleres og reguleres under fabrikationen, og følgelig kan der let opnås en konstruktion af en føleenhed med konstant tyk-15 kelse og med ensartet opbygning og følsomhed. Anvendelsen af et sammentrykkeligt element anbragt sammen med et elek-tretelement mellem to elektroder er særlig fordelagtig, da det herved bliver muligt at udføre en bøjelig og sammenrullelig transducer med stor længde, som er egnet til at 2o måle isotrope påvirkninger, f.eks. i vand.

Ved hensigtsmæssige udførelsesformer for tryktransduceren ifølge opfindelsen har det sammentrykkelige element et bøjeligt lag udført af et elastomert materiale forsynet med hulrum eller af et vævet materiale. Det elastomere el-25 ler vævede materiale tilvejebringer herved elasticiteten, og den i hulrummene indeholdte luft tilvejebringer sammen-trykkeligheden og muliggør derved de betydelige volumenreduktioner, når tryk påføres på isotrop måde.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under 3o henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en skematisk gengivelse af en første udførelsesform for tryktransduceren ifølge opfindelsen i flad udformning, fig. 2 en skematisk gengivelse af en anden udførel-35 sesform for transduceren i flad udformning, fig. 3 et snitbillede af transduceren ifølge fig. 2, fig. 4 et snitbillede af en tredie udførelsesform 3 144606 for transduceren i form af stabler med samme polaritet, fig. 5 et snitbillede af en fjerde udførelsesform for transduceren udformet som stabler 5 af elementer med modsat polaritet, fig. 6 en skematisk gengivelse af en variant af transduceren indeholdende to følsomme elementer, der er forbundet ved deres elektroder, med samme polaritet, holdt fast fra lo begge sider med et isolerende bånd og se rieforbundet , fig. 7 en variant af transduceren, ifølge hvilken de følsomme elementer har samme placering som i fig. 6, idet elektroderne er parallel-15 forbundne, fig. 8 et snitbillede af en femte udførelsesform for transduceren, hvor de forskellige elementer har cylindrisk form, fig. 9 et snitbillede af en sjette udførelsesform 2o for opfindelsen, hvor en af elektroderne og de to elementer er viklet om en cylindrisk elektrode, fig. lo en skematisk gengivelse af en syvende udførelsesform for transduceren indeholdende 25 enheder af den i figurerne 1 og 2 viste ty pe opviklet i spiral fra modsat retning, fig. 11 en skematisk gengivelse af en udførelsesform for den i figurerne 1 eller 2 viste enhed, specielt tilpasset til anvendelse på 3o landjorden, fig. 12 en skematisk gengivelse af en variant af den i figurerne 1 eller 2 viste enhed med en varierende tykkelse og fig. 13 en skematisk gengivelse af en transducer af 35 den i fig. 9 viste type med de to elementer og den ene af elektroderne omviklet med vindinger med forskellig stigning.

4 144606

Den i fig. 1 viste transducer omfatter en enhed 1' af tre langstrakte flade elementer, hvis længde er meget større end deres bredde. Den indeholder en første elektrode bestående af et metalbånd eller en metalfletning 2, hvor-5 med et element 3 udført af elektrisk isolerende materiale er i fast forbindelse. Opbygningen af dette element (eller det materiale, som danner det) er valgt på en sådan måde, at det er sammentrykkeligt, dvs. at dets rumfang varierer, når det udsættes for tryk. Som et ikke-begrænsende eksemlo pel kan man vælge et isolerende element i form af et gitter, f.eks. et bånd, der er perforeret eller fremkommet ved vævning.

Det isolerende element er dækket af et deformerbart element 4, som har en permanent elektrisk polarisation.

15 Man kan f.eks. vælge et element udført af et materiale af den type, som er kendt under navnet elektret. Dette materiale fås f.eks. ved at polarisere bånd med en tykkelse mellem 8 og 25 mikron og udført af et plastmateriale af typen polypropylen, P.T.F.E., polyethylenterephthalat etc. Denne 2o polarisation opnås ved elektronisk bombardement ved anvendelse af et elektrisk felt, idet materialet opvarmes til nær blødgøringspunktet, ved corona-effekt, ultraviolet bestråling etc.

Elektretbåndet er selv dækket af et metalliseret 25 lag 5, der udgør en anden elektrode.

Når mekaniske tryk udøves på stablen af de tre elementer 2,3 og 4, flytter elektretbåndet sig i forhold til elektroderne,og det interne elektriske felt, som polariserer det, inducerer elektriske ladninger på disse. Man iagt-3o tager altså variationer i den elektriske spænding mellem de to elektroder.

Ikke viste elektriske ledere forbinder elektroderne med apparatur til registrering af de spændingsvariationer, som detekteres ved hjælp af en transformator eller en 35 forstærker, som ligeledes ikke er vist.

I den i figurerne 2 og 3 viste udførelsesform omfatter enheden 1 en stabel bestående af et elektretbånd 4, 5 144606 hvis flader begge er adskilt fra de to flade metalbånd 2-, 6, der virker som elektroder,af to bånd 3a og 3b svarende til det i fig. 1 viste bånd 3. Stablen kan være dækket af et isolerende hylster 17 af bøjeligt materiale.

5 Ifølge den tredie udførelsesform, som er vist i fig. 4, kan man med fordel stable tre enheder ΙΑ, IB og IC, som er identiske med den i fig. 3 viste enhed 1, og mere generelt et eller andet antal af disse enheder, og forbinde dem i serie. Transducerens følsomhed vokser, medens lo dens kapacitet formindskes.

Andre udførelsesformer for transduceren mindsker de ulemper, der skyldes bøjning. Når en bøjelig transducer bøjes, undergår visse zoner udvidelse og andre sammentrykning. Elektriske ladninger opstår i disse zoner og forstyr-15 rer den seismiske information.

Ifølge den i fig. 5 viste udførelsesform er to transducerender af den i figurerne 2 eller 3 viste type forbundet og anbragt på hver sin side af et bånd 18 af bøjeligt isolerende materiale. I det tilfælde, hvor transducerenhe-2o derne beliggende på hver sin side af det isolerende bånd 18 ikke er stift forbundet dermed, undergår de samtidig samme bøjning og leverer ladninger med samme fortegn, hvis deres polaritet er orienteret på samme måde. For at fjerne disse ladninger er det dog bekvemt at vende polariteten 25 som vist i fig. 5.

Når to transducere er i fast forbindelse med hinanden, udsættes den ene for sammenpresning og den anden for udvidelse, når de underkastes bøjning, og de leverer elektriske parasitladninger med modsat fortegn. Polariteten af 3o de to transducere skal altså i dette tilfælde have samme orientering for at parasitladningerne ophæver hinanden.

Dette tilfælde er vist i fig. 6, hvor elektroderne er serieforbundet, og i fig. 7, hvor elektroderne er parallelforbundet .

35 I den i fig. 8 viste udførelsesform har transducer enheden cylinderform. Eksempelvis indeholder den samme type opstabling af elementer som vist i fig. 1 eller 2. Fra 6 144606 centrum til omkredsen indeholder dén successivt en mid- ' terkerne 14 udført af bøjeligt isolerende plastmateriale udvendigt dækket af en bøjelig elektrode 7, som kan udgøres af en metallisering af den ydre overflade af midter-5 kernen 14, derefter af et første isolerende gitter 8, et følsomt elektretelement 9, et andet isolerende gitter lo, en anden ledende elektrode 11 og et udvendigt isolerende og bøj eligt hylster 12.

I den i fig. 9 viste udførelsesform er den enhed, lo som dannes af det isolerende gitter 3, elektretbåndet 4 og det metalliserede lag 5 (jfr. fig. 1) omviklet efter et spiralmønster med konstant stigning om en midterkerne 13 med cylinderform af ledende materiale.

Den i fig. lo viste transducer omfatter i alt væ-15 sentligt en cylindrisk isolerende kerne 14, hvor omkring en transducerenhed 15 af den i figurerne 1 eller 2 viste type er opviklet. Denne enhed er omgivet af et isolerende element, f.eks. et bånd 16 af blødt isolerende materiale, som ved opvikling er beliggende over transducerenheden 15.

2o En anden transducerenhed 17 svarende til den første enhed 15 er opviklet i spiral med den modsatte retning af den første over det isolerende bånd 16. Elektroderne for de to transducerenheder 15 og 17 er parallelt forbundet ved hjælp af bælter 19a,19b,2oa og 2ob og forbundet til en 25 ikke vist målekreds.

Den i denne udførelsesform for transduceren anvendte opbygning har den fordel, at en dobbelt kompensation for effekter forårsaget af bøjning opnås, dels ifølge det i fig. 5 viste princip ved at gøre polariteten af elektro-3o derne modsat, og dels af den grund at for en given længde af transduceren arbejder ved bøjningsbevægelse et lige stort antal af vindingsfraktioner under træk og under sammenpresning. Antallet af omviklinger er naturligvis ikke begrænsende. Mere generelt vil en eller flere transducer-35 enheder kunne være omviklet omkring kernen 14 og forbundet på den i figurerne 4 og 5 viste måde.

De udførelsesformer for transduceren, der er beskre- 7 144606 vet i det foregående, er navnlig egnede til målinger i vand.

Transduceren med kontinuert struktur ifølge opfindelsen kan imidlertid tilpasses til anvendelse på landjor-5 den som vist i fig. 11.

I dette tilfælde anvendes en transducerenhed med flad form af den i figurerne 1,2,4 eller 5 viste type, og man anbringer på en af dens overflader små klumper 21, f.eks. af bly, beregnet til at danne en reaktionskraft, som lo gør det muligt at omdanne de til transduceren overførte hastighedsvariationer for jorden til kraftvariationer, altså trykvariationer, der tilføres transduceren. Yderligere letter disse klumper transducerens berøring med jorden. Disse små klumper kan f.eks. være anbragt under det bøjelige hyl-15 ster 12, som holder dem.

Man kan ligeledes tilvejebringe transduceren på en sådan måde, at dens følsomhed i dens forskellige zoner afvej es som funktion af afstanden fra disse zoner til transducerens centrum for at forbedre dens retningsevne. Når 2o det f.eks. drejer sig om en transducerenhed med båndform, vil man kunne variere dette bånds bredde, som f.eks. vil være større ved midten af transduceren end ved dens ender (fig. 12).

Når det drejer sig om en transducer med cylinder-25 form vil man kunne lade stigningen for transducerenhedens vikling variere. Viklingens stigning vil være større ved yderenderne af transducerenheden end ved midten af denne, hvor man vil få en stærkere vindingskoncentration.