Brevet FR2677838A1 — publié le 19921218

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La demanderesse a de plus utilisé, pour les hydrophones individuels d'étalonnage, un système d'étalonnage dénommé "Distofon", basé sur l'utilisation d'un calibreur d'hydrophone de type 4223 de Bruel & Kjaer Avec ce système, on a obtenu une précision de 0,5 d B lors de l'étalonnage des hydrophones Il permet d'effectuer l'étalonnage d'hydrophones dans la plage de fréquence allant de 30 à 300 Hz. La demanderesse a également développé un système pour effectuer l'étalonnage de sections entières ou de groupes d'hydrophones, dénommés "KAVAC". Ce système est basé sur la description de l'US-A- 4 290 123 et comprend six haut-parleurs de graves, montés dans le couvercle d'une chambre d'un volume d'à peu près 2,5 mi L'étalonnage des groupes d'hydrophones est effectué dans le système "KAVAC", à environ 15 M Hz, mais il est grèvé d'un grand nombre d'inconvénients, tels que la manifestation de résonance dans les parois de la chambre et un manque d'étanchéité, ayant pour conséquence un effet de dipôle aux basses fréquences. Ceci signifie qu'il est impossible d'obtenir un champ sonore uniforme Etant donné que le système "KAVAC" est également volumineux et peu maniable, il y a un risque beaucoup plus grand d'obtenir des mesures incorrectes. Dans la mesure oi les autres systèmes d'étalonnage mentionnés ci-dessus sont concernés, aucun d'entre eux n'offre une solution rationnelle au problème de l'étalonnage des hydrophones dans les flûtes sismiques Ils sont principalement supposés servir à l'étalonnage d'hydrophones, opéré individuellement, une procédure qui rend l'étalonnage non seulement longue et coûteuse, mais également le rend difficile dans l'obtention de conditions de mesure conséquentes, de sorte qu'on tend vers un manque de précision de l'étalonnage. Le but de la présente invention est par conséquent de proposer un système d'étalonnage qui permet d'opérer un étalonnage précis des groupes d'hydrophones, dans des sections entières de flûtes sismiques ou des flûtes sismiques entières, dans des conditions de similitudes exactes, qui sont au même moment rapides et économiques Un autre but du procédé selon la présente invention est d'assurer que l'étalonnage est effectué dans un champ sonore régulier et uniforme Un autre objet de la présente invention est de proposer un système d'étalonnage pour mettre en oeuvre le procédé, de façon a atteindre le but mentionné ci-dessus ainsi que d'autres. Les buts mentionnés ci-dessus sont atteints, selon l'invention, par un procédé caractérisé par l'utilisation d'un résonateur de Helmholz, la flûte sismique ou ses sections étant disposées dans la cavité du résonateur et reliées, par l'intermédiaire d'un sélecteur de groupe d'hydrophones, à un analyseur de signaux, en ce qu'une source sonore, prévue dans le résonateur de Helmholz, est pilotée par un signal de bruit blanc ou à une fréquence proche de la fréquence de résonance du résonateur, créant ainsi un champ de pression acoustique isotropique dans le résonateur, et en ce que la sensibilité des hydrophones individuels dans le groupe d'hydrophones respectif qui doit être étalonné est déterminée en faisant passer les signaux d'hydrophones dans l'analyseur de signaux, o ils sont comparés à un signal de référence provenant d'un transducteur de référence prévu dans le résonateur Ils sont atteints également par un système d'étalonnage caractérisé en ce qu'il comprend un résonateur de Helmholz, qui se présente sous la forme d'un récipient en forme de tambour, pourvu sur le côté d'un col en forme d'entonnoir, conçu comme un cornet acoustique et créant une adaptation d'impédance entre le récipient, qui constitue une cavité de résonance, et un transducteur électrodynamique, qui se présente sous la forme d'un haut parleur qui constitue la source sonore, prévue à l'extrémité du cornet, et en ce que dans le récipient est prévu un microphone de mesure, conjointement avec un dispositif de stockage d'une section de fl Ote sismique reliée à l'analyseur de signaux, par l'intermédiaire dudit sélecteur de groupe d'hydrophones. D'autres caractéristiques du procédé d'étalonnage sont caractérisées en ce que: le microphone de mesure à sensibilité connue est utilisé comme transducteur de référence, la sensibilité des hydrophones est déterminée en mesurant le signal de plage de fréquence provenant, d'une part, du microphone de mesure et, d'autre part, des différents hydrophones situés dans le groupe, les mesures sont effectuées à une fréquence égale à la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz, la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz est modifiée par variation de la géométrie de la cavité du résonateur, les mesures sont effectuées à une fréquence qui fournit un niveau de pression sonore maximum dans le résonateur. D'autres caractéristiques du système d'étalonnage sont caractérisées en ce que: le cornet acoustique présente une géométrie variable, de manière à faire varier la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz, la cavité du résonateur de Helmholz présente un volume variable, de manière à faire varier la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz. la cavité du résonateur de Helmholz est adaptée pour être remplie d'un liquide. L'invention va être expliquée ci-dessous plus en détail, à la lumière de la description du système d'étalonnage, tel qu'installê et utilisé dans le mode de réalisation du procédé selon l'invention, en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique du système d'étalonnage selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique de l'agencement d'un haut-parleur installé dans le système d'étalonnage selon l'invention. Dans le procédé selon la présente invention est utilisé un système d'étalonnage basé sur un résonateur de Helmholz Un résonateur de Helmholz est une cavité dotée d'une ouverture Lorsqu'une source sonore prévue à l'entrée de la cavité est pilotée à une fréquence proche de la fréquence de résonance de la cavité, on obtient un champ de pression sonore uniforme dans la cavité Il est à noter que le résonateur de Helmholz devrait être considéré comme un oscillateur à pilotage individuel, c'est-à-dire que la résonance manifeste dans la cavité n'est pas due à des ondes stationnaires évoluant entre les parois de la cavité. Le résonateur de Helmholz monté dans le système d'étalonnage selon la présente invention est conçu comme un récipient comportant un col ayant la forme d'un cornet acoustique A l'extrémité du cornet acoustique est monté une source sonore ayant la forme d'un petit haut-parleur de basses L'utilisation d'un cornet acoustique augmente l'effet aux basses fréquences De plus, le cornet acoustique produit une adaptation d'impédance entre l'impédance du milieu (air) dans le résonateur et l'impédance du haut- parleur A la fréquence de résonance, l'air situé dans le cornet acoustique se déplace en phase avec la source sonore et il ne se produit aucune propagation des ondes L'air situé dans le cornet se déplace comme un élément massif et la résonance est la même que pour un oscillateur harmonique simple Le récipient du résonateur de Helmholz, c'est-à-dire une cavité, est conçu suffisamment volumineux pour contenir des sections de flûte sismique, ou une flûte sismique entière, dans un dispositif spécial à l'intérieur du récipient, par exemple une bobine à câble Tous les hydrophones placés ensuite à l'intérieur du récipient vont être exposés au même niveau de pression sonore, autour de la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz La sensibilité des différents hydrophones dans le groupe peut être ensuite déterminée par comparaison des signaux de sortie à l'aide d'un dispositif de mesure de référence connu, prévu à l'intérieur du récipient. Dans un mode de réalisation du système d'étalonnage selon l'invention, un cornet acoustique a été utilisé avec une fréquence critique de 124 Hz La vitesse de phase des ondes dans le fluide qui constitue le milieu acoustique situé dans le cornet est une fonction de la fréquence ondulatoire et devient infinie lorsque la fréquence est inférieure r la fréquence critique Lorsque la vitesse de phase devient infinie, ceci signifie que tous les éléments du fluide situé dans le milieu se déplacent en phase Par consequent, il n'y a pas propagation des ondes acoustiques lorsque la fréquence de résonance est inférieure à la fréquence critique Une supposition raisonnable peut être émise, disant que l'air situé dans le cornet se déplace en phase avec la source sonore si la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz est inférieure à la fréquence critique évoquée Il est à noter que la fréquence de résonance ne dépend pas de la forme du résonateur Des résonances supérieures peuvent également se produire suite aux ondes stationnaires présente dans l'espace de la cavité Etant donné que la résonance de Helmholz est due à une oscillation du fluide dans le cornet acoustique, ceci signifie que les fréquences de résonance plus élevées ne sont pas associées harmoniquement à la résonance de Helmholz. Dans le mode de réalisation mentionné ci-dessus du système d'étalonnage selon l'invention, la masse totale en mouvement, c'est-à- dire l'air situé dans le cornet et le cône du haut-parleur était de 0, 067 kg La rigidité du cône du haut-parleur était de 768 N/m et la rigidité due à la compression du volume était de 7 N/m. Ceci donnait une rigidité efficace totale de 775 N/m. La fréquence de résonance du système d'étalonnage se présentant tel que le résonateur de Helmholz est de cette manière obtenue à partir de la racine carrée du rapport établi entre la rigidité efficace totale et la masse totale en mouvement, ce qui dans le mode de réalisation du cas présent, a donné une fréquence de résonance de 17 Hz Ceci est situé clairement au- dessous de la fréquence critique du cornet acoustique qui a été calculé comme étant égale à 124 Hz Ainsi, il n'y a pas de danger à dire que l'air situé dans le cornet acoustique se déplace en phase avec la deuxième source Il est à noter cependant qu'il peut être nécessaire d'utiliser un modèle plus sophistiqué de système d'étalonnage, de manière à calculer la fréquence de résonance exacte. Un mode de réalisation du système d'étalonnage va à présent être décrit plus en détail en référence à la figure 1 Ce que l'on appelle un réservoir "peau'" 1 a été représenté pour constituer une cavité appropriée. C'est un réservoir qui est en fait conçu pour tirer l'intérieur de la flute sismique à l'intérieur la peau de la flute Le réservoir 1 est en acier et sont épaisseur de paroi typique est d'à peu près 2 cm Il est dimensionné pour résister à une pression élevée et est ainsi rigide et étanche à l'air Le réservoir est en forme de tambour et consiste en une moitié supérieure et une moitié inférieure A l'intérieur du réservoir est situé un tambour ou bobine 4, sur laquelle la flute sismique 11 ou les sections de flûte sont enroulées Dans la moitié supérieure, le réservoir est relié à un col en forme de cornet, qui constitue le cornet acoustique 2 du résonateur de Helmholz A l'extrémité du cornet 2 est monté un haut-parleur 3, qui constitue la source sonore L'ensemble du système formé par la combinaison du réservoir 1, du cornet 2 et du haut-parleur 3 constitue à présent un résonateur de Helmholz Un microphone capacitif 5 est prévu à l'intérieur de la cavité, à titre de dispositif de mesure de référence Le microphone 5 peut par exemple être du type Brul & Kjaer 4133 et est relié à un analyseur de signaux 6 qui peut, par exemple être du type Bruel & Kjaer 2032 Le générateur de signaux situé dans l'analyseur de signaux 6 est relié au haut-parleur 3, par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance 7 Le microphone 5 est piloté depuis une alimentation électrique 8 appropriée, disposée entre l'analyseur de signaux 6 et le microphone 5 De plus, l'analyseur de signaux 6 est relié aux groupes d'hydrophones 10, par l'intermédiaire d'un sélecteur 9 assurant la liaison aux groupes d'hydrophone 10. Lorsque les mesures sont effectuées, la flûte sismique 11, ou les sections de flûte, sont enroulées sur la bobine 4 ou tambour, à l'intérieur du récipient et les groupes d'hydrophone 10 sont reliés à l'analyseur de signaux 6, comme indiqué Le haut parleur 3 est piloté avec un signal de bruit blanc ou avec un signal d'une fréquence proche de la fréquence de résonance du résonateur Dans le résonateur, un champ de pression acoustique isotropique est à présent produit et la sensibilité des hydrophones dans le groupe d'hydrophones 10 respectif en cours d'étalonnage peut être trouvée en procédant à la comparaison des signaux avec une référence connue, à l'intérieur du récipient 1 Les mesures peuvent à présent être effectuées, à une fréquence qui est soit égale à la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz soit à une fréquence qui produit un maximum de niveau de pression sonore dans le résonateur Les amplitudes des signaux de sortie provenant des hydrophones, dans le groupe concerné, sont mesurées et comparées à l'amplitude du signal de sortie provenant du microphone de référence 5, qui présente une sensibilité qui est connue La sensibilité des hydrophones peut ainsi être déterminée par comparaison avec l'amplitude des signaux de sortie du microphone de référence 5. Il est à noter que la pression sonore dans le résonateur de Helmholz dépend du volume du résonateur et, par conséquent, de la source sonore, c'est-à-dire du haut-parleur 3 et de son excitation Il faut cependant veiller à assurer que la pression sonore soit suffisante pour permettre l'étalonnage de sections d'une flûte sismique 11 Une valeur typique de niveau de la pression sonore est, par exemple, de 10 microbar rmns Le volume de la cavité va naturellement être affecté par le nombre de sections ou la longueur de la flûte sismique 11 qui est placée dans le récipient 1. Plus il y a de sections, plus la pression est élevées Il peut également être possible d'obtenir un niveau de pression sonore plus élevé en utilisant des sources sonores ayant une course plus grande, par exemple en remplaçant le haut parleur 3 par un système à piston, par exemple un piston entraîné par un moteur. Un tel système à piston peut être de nature électrodynamique et de nombreux autres types de haut- parleur peuvent être utilisés à cette fin. Une autre solution va consister à faire varier le volume de la cavité ou du récipient 1, en modifiant ses dimensions géométriques Un mode pratique d'obtenir ceci serait, par exemple, de remplir partiellement le récipient ou la cavité avec un liquide tel que de l'eau pendant le processus de mesure Il peut également être efficace d'ajuster la géométrie du cornet 2 et il est évident à l'homme de l'art que ceci peut être réalisé de différentes manières Le haut-parleur 3 ou source sonore peut, par exemple, être fixé au cornet 2 â l'aide d'une bride réglable 12, de manière â permettre d'ajuster la longueur du cornet; Dans le procédé d'étalonnage des groupes d'hydrophones selon la présente invention, par consequent, au moyen d'un résonateur de Helmholz, on obtient un champ sonore uniforme qui permet d'opérer un étalonnage précis des groupes d'hydrophones 10, en sections entières ou la flûte sismique 11 entière Dans ce dernier cas, le récipient 1 doit naturellement être de dimensions suffisamment grandes pour recevoir la longueur de la flûte Il s'est avéré avantageux d'utiliser comme résonateur un récipient 1 ayant la forme d'un réservoir déjà existant, ce que l'on appelle un réservoir "peau", pour les flûtes sismiques, réservoir qui peut être équipé en résonateur de Helmholz avec des modifications simples L'étalonnage est effectué par excitation de la source sonore, c'est- a-dire du haut-parleur 3, â une fréquence qui est â peu près égale à la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz Ceci fait que la totalité du système oscille comme un oscillateur harmonique simple et qu'on obtient un champ de pression sonore t peu près isotropique dans le réservoir, ce qui, en d'autres termes, signifie qu'il n'y aura que de faibles variations du niveau de pression sonore pour différentes positions à l'intérieur de la cavité. ÀZ Loqw Le H ap jneleuosei np aoueuos Ba @p aouanboai e L ea Le 6 a aouanbpjó aun e saenqoeóea quos sainsaw se L enb a D ue as Liaqoeieo g uo Lt ED Lpua^eae Lu O Las Gpoa Dod ( 01) adno J 6 9 L suep sqnq Ls sauoqdojpÀq squaje 9 Lp sap eqjed @ iqnep 'eq (S) aensaw sp auoqdoio Lm np elqed aunp equeue Aoid @ou@nbaij ap e 6 e Ld ap Le LI 6 Ls a L 4 ue Jnsew ua Oeu Lew Jaqp 4 s@ seuoqdo p Aq sap 91 L Lq Lsues e L enb eo ue es L goeueo z uo Lqeo Lpue A^@e LUo Les 9 p 9 oo d'S À( ) @oue 9 ó 9 ap jneaqnpsuei @mmoo Gss LL Lqn qsa enuuoo 9 aqllqksu@s E a@ns@m ap @uoqdoi Lm a L enb ao ue as Ljseq eo 1 uo Lqeo Lpua Aa Je Lu O Les9 p 9 oo-d ' Àinaeeuosai e L suep n Aaid (S) @oueja 9 ó ap inelonpsuetp unp queue Aoid aeuajajg 9 ap Leu 6 Ls un e se iedwoo quos s LL Qo '( 9) xneu 6 Ls ap Anas A Leue L suep sauoqdolpj L Mp xneu 6 Ls s@L lassed ques Leó ua e Gu Lwmegqp qsa auuo Leqp e 1 q@ Lop knb óLloadsai ( 01) S 9 uo Udoip 4,p adnoj 6 a L suep s Lenp LA Lpu L Sa UO 4 d Olp A 4 s@p 91 j Lkqsues e L anb a 3 uaae he neeuosg a L s U Ep @nb Ldoilos L ernb Lksnooe uo Lsse Jd ep dmeqo un LSULE J Ueg La O ' ina-euosg np aoueuosei @p aou@nbeió e L ap aqooid aouenbaój aun e no oue Lq ikniq ap Leu B Ls un aed @aao L d qsa ez Loqw L 9 H ap ineaeuosea a L suep an^aid (S) a Jouos aoinos 3 unnb @o D ue '(g) xneu 6 Ls ap inesÀLeue un e '( 6) sauoqdolp Aqp adnoi 6 ap Ane oe Lgs unp a 9 e Lp EL PW Ju LL J ed 'se 9 L Le A 3 @ in@qeuosai np ( 1) 9 k L^e E L suep sepsods Lp 4 uea 9 SUO Lqoe S ses no ( 11) @nbl ms Ls al OLó e L ez LoqlLe H ap aneleuos GJ unip uo L 4 es LL};n L Jed as Lglo Ge Jeo esanb L Ws Ls S Gq ULó ap suo Lqoas sap no ( 11) senb LMSLS sa 4 eml Sep suep s Gquo W sauoqdo p qp sadnov 6 ap quawweqou '( 01) sauoqdoip Aqp sedno I 6 @p e 6 e Uuo Leqgp9 p 9 oo Jd 1 0 E 0 I SNOI 1 V 3 Iq N 4 A 3 d Il Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz est modifiée par variation de la géométrie de la cavité du résonateur. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les mesures sont effectuées à une fréquence qui fournit un niveau de pression sonore maximum dans le résonateur. 7 Système d'étalonnage pour effectuer l'étalonnage de groupes d'hydrophones ( 10), notamment de groupes d'hydrophones ( 10) montés dans des fl Qtes sismiques ( 11) ou des sections de fl Qtes sismiques, dans lequel le système d'étalonnage comprend un analyseur de signaux ( 6), relié, respectivement, à une source de tension ( 8) d'un microphone de mesure ( 5), un sélecteur de groupe d'hydrophones ( 9) et un amplificateur de puissance ( 7), pour piloter une source sonore ( 3) reliée à l'analyseur de signaux ( 6), caractérisé en ce que le système d'étalonnage comprend un résonateur de Helmholz, qui se présente sous la forme d'un récipient en forme de tambour ( 1), pourvu sur le côté d'un col en forme d'entonnoir, conçu comme un cornet acoustique ( 2) et créant une adaptation d'impédance entre le récipient ( 1), qui constitue une cavité de résonance, et un transducteur électrodynamique, qui se présente sous la forme d'un haut parleur qui constitue la source sonore ( 3), prévue à l'extrémité du cornet ( 2), et en ce que dans le récipient ( 1) est prévu un microphone de mesure ( 5), conjointement avec un dispositif de stockage d'une section de fl Ote sismique ( 11) reliée à l'analyseur de signaux ( 6), par l'intermédiaire dudit sélecteur de groupe d'hydrophones ( 9). 8 Système d'étalonnage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cornet acoustique ( 2) présente une géométrie variable, de manière à faire varier la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz. 9 Système d'étalonnage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cavité ( 1) du résonateur de Helmholz présente un volume variable, de manière à faire varier la fréquence de résonance du résonateur de Helmholz. Système d'étalonnage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cavité ( 1) du résonateur de Helmholz est adaptée pour être remplie d'un liquide.