ДОННАЯ КАБЕЛЬНАЯ АНТЕННА ДЛЯ МОНИТОРИНГА СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ НА ШЕЛЬФЕ
BOTTOM CABLE ANTENNA FOR MONITORING OFFSHORE SEISMOACOUSTIC EMISSION

Изобретение относится к области гидро- и геоакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве донной кабельной антенны для проведения исследований и мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе в обеспечение инженерно-геофизических работ на морском дне.
Известно устройство гидроакустической кабельной антенны, содержащее подводный кабель, гидрофонные модули, соединенные последовательно подводным кабелем через определенные интервалы между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с одним из концов подводного кабеля, внутри которого расположен силовой элемент в виде фала с концевым телом, датчики курса и глубины, антенные модули в виде расположенных вдоль оси гидрофонов из пьезокерамики, соединенные с блоком фильтрации и усиления, блоки частотного или временного уплотнения и линию связи (Ю.А. Корякин и др. ФГУП «ЦНИИ» Морфизприбор», Корабельная гидроакустическая техника, С.-Пб, изд-во «Наука», 2004 г., стр.191-193).
Недостатками известного устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики, а также необходимость буксирования антенны для передачи информации.
Известна донная гидроакустическая кабельная антенна, содержащая многожильный кабель с подключенными N пьезопреобразователями, выходы которых подключены к N предварительным усилителям, а также генератор тестового сигнала, подключенный к входам N пьезопреобразователей гидроакустической антенны, отличающаяся тем, что дополнительно содержит N электрических эквивалентов, каждый из которых выполнен в виде неполяризованного элемента пьезопреобразователя, а каждый предварительный усилитель выполнен по схеме дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к пьезопреобразователю, а инвертирующий вход - к электрическому эквиваленту, при этом пьезопреобразователи, электрические эквиваленты и предварительные усилители объединены в съемные модули, а в многожильный кабель вмонтированы унифицированные посадочные места с возможностью подключения к ним съемных модулей (Патент РФ №2201041, МПК G01S 15/00, 2000 г.).
Недостатками известного устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики, а также необходимость буксирования антенны для передачи информации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является донная кабельная антенна для мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе, содержащая подводный кабель, гидрофонные модули, соединенные подводным кабелем через определенные интервалы расстояния между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с одним из концов подводного кабеля, при этом каждый из гидрофонных модулей представляет собой две гидроакустические антенны, соединенные с надводной аппаратурой сбора и преобразования с противоположных сторон этой аппаратуры вдоль подводного кабеля (Патент России №2324200, МПК G01S 7/52, приоритет 02.02.2006 г.).
Недостатками данного устройства являются низкая помехозащищенность из-за сильных шумов, вызванных трением антенны о грунт.
Техническим результатом изобретения является увеличение помехозащищенности за счет исключения трения антенны о грунт.
Технический результат достигается за счет того, что донная кабельная антенна для мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе, содержащая подводный кабель, гидрофонные модули, соединенные подводным кабелем через определенные интервалы расстояния между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования, соединенную с одним из концов подводного кабеля, снабжена якорным фиксатором, закрепленным на противоположном конце подводного кабеля, дополнительными грузами, закрепленными на подводном кабеле между соответствующими гидрофонными модулями, и поплавковыми подвесками, закрепленными на подводном кабеле в окрестностях соответствующих гидрофонных модулей, при этом гидрофонные модули выполнены в виде приемников давления.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически представлено предлагаемое устройство.
Донная кабельная антенна для мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе содержит подводный кабель 1, гидрофонные модули 2 в виде приемников давления, соединенные подводным кабелем 1 через определенные интервалы расстояния между собой, надводную аппаратуру сбора и преобразования 3, соединенную с одним из концов подводного кабеля 1, якорный фиксатор 4, закрепленный на противоположном конце подводного кабеля 1, дополнительные грузы 5, закрепленные на подводном кабеле 1 между соответствующими гидрофонными модулями 2, и поплавковые подвески 6, закрепленные на подводном кабеле в окрестностях соответствующих гидрофонных модулей 2.
Устройство работает следующим образом.
При расположении антенны в воде подводный кабель 1 удерживается на дне дополнительными грузами 5, при этом поплавковые подвески 6 обеспечивают поднятие гидрофонных модулей 2 над поверхностью дна. Размеры поплавковых подвесок 6 и массы грузов 5 выбираются (рассчитываются) таким образом, чтобы в развернутом состоянии гидрофонные модули 2, выполненные в виде приемников давления, располагались примерно на 0.5 м выше поверхности дна. Общая фиксация антенны на дне осуществляется якорным фиксатором 4, а все зафиксированные сигналы с датчиков давления 2 через кабель 1 поступают на надводную аппаратуру сбора и преобразования 3.
Отдельная антенна для мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе имеет длину от 500 м до 1 км и содержит от 25 до 50 датчиков давления, расположенных равномерно с интервалом не более 20 м. Рабочий диапазон частот антенны 3-300 Гц. Диапазон частот определяется целевой глубиной и затуханием звука в земной коре и соответствует диапазону частот, который практически используются в методе вертикального сейсмического профилирования
Использование приемников давления вместо двух гидроакустических антенн существенно снижает стоимость донной антенны и одновременно снимает проблемы, связанные с качеством контакта датчика с грунтом, устраняя сопутствующие такому контакту шумы. При этом за счет большого числа таких датчиков решается проблема выделения волн различной поляризации по их кинематическим характеристикам.
В качестве приемника давления может использоваться цилиндрический пьезоэлемент, встроенный в кабель, который содержит грузонесущий кевларовый трос, необходимое число сигнальных витых пар и силовых токопроводящих жил, продольную герметизацию и полиуретановую оболочку (на чертеже не показаны).