МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН И СПОСОБЫ

1. Датчик движения частиц подводных акустических волн, содержащий:
жесткий корпус, имеющий периферию, вокруг которой дифрагирует подводная акустическая волна;
датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны, соединенный с жестким корпусом, реагирующий на дифрагированную акустическую волну и дополнительно формирующий выходной сигнал первого датчика, который соответствует движению частиц акустической волны, и движению жесткого корпуса; и
датчик движения жесткого корпуса, прикрепленный к жесткому корпусу, формирующий выходной сигнал второго датчика, который соответствует почти полностью движению жесткого корпуса.
2. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1, дополнительно содержащий средство для объединения выходных сигналов первого и второго датчиков с формированием в результате отклика на движение частиц акустической волны за исключением движения жесткого корпуса.
3. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны содержит ряд датчиков давления, длина которых превышает характеристическую длину вихрей, образованных турбулентным потоком, для обеспечения их нечувствительности к псевдодавлению турбулентного потока, проходящего мимо датчика движения частиц подводных акустических волн.
4. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны содержит:
ряд датчиков давления акустических волн, установленных в жестком корпусе, причем датчики давления акустических волн имеют индивидуальные частотные отклики; и
средство для объединения индивидуальных частотных откликов с формированием в результате выходного сигнала первого датчика;
причем индивидуальные частотные отклики датчиков давления акустических волн согласованы в пределах рабочего диапазона частот, чтобы ослаблять отклик выходного сигнала первого датчика на давление акустической волны до более низкого уровня, чем отклик на движение частиц акустической волны.
5. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.4, где индивидуальные частотные отклики датчиков давления акустических волн согласованы по амплитуде и фазе в пределах диапазона рабочих частот с точностью до ±0,1%.
6. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.4, где средство для объединения индивидуальных частотных откликов вычитает частотные отклики пар датчиков давления акустических волн с формированием в результате дифференциального частотного отклика для каждой из пар, образующего выходной сигнал первого датчика.
7. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1, где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны содержит:
ряд датчиков давления акустических волн, каждый из которых формирует отдельный сигнал датчика давления;
средство для вычисления взаимных корреляций между каждым из отдельных сигналов датчиков давления и сложным сигналом давления, отображающим сумму отдельных сигналов датчиков давления, с получением в результате поправок по амплитуде и фазе, вносимых в каждый из отдельных сигналов датчиков давления.
8. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где жесткий корпус имеет центральную продольную ось симметрии и акустические волны дифрагируют вокруг периферии и где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны работает как датчик градиента давления вдоль центральной продольной оси симметрии и как двухосный датчик градиента давления дифрагированной волны вдоль двух ортогональных осей, перпендикулярных центральной продольной оси симметрии.
9. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны содержит ряд датчиков давления акустических волн, скомпонованных в виде пар расположенных в одну линию в продольном направлении датчиков давления акустических волн, расставленных с равными интервалами по окружности вокруг периферии жесткого корпуса.
10. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны и датчик движения жесткого корпуса являются трехосными датчиками, реагирующими на движение вдоль одной или более ортогональных осей.
11. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны содержит ряд датчиков давления акустических волн в равноудаленных друг от друга местах вокруг периферии жесткого корпуса.
12. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где жесткий корпус содержит выемку для размещения в ней датчика движения жесткого корпуса изолированно от дифрагированной акустической волны.
13. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где датчик движения жесткого корпуса имеет частотный отклик, включающий постоянный ток, для считывания гравитации.
14. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, дополнительно содержащий датчик ориентации, совмещенный с датчиком движения жесткого корпуса.
15. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где жесткий корпус расположен в автономном подводном регистрирующем устройстве.
16. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1 или 2, где жесткий корпус расположен в автономном подводном транспортном средстве, движущемся через водное пространство.
17. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.1, где жесткий корпус является в основном цилиндрическим с наружной периферией и центральной продольной осью симметрии и углублениями, открывающимися к наружной периферии в местах, расположенных по окружности на удалении друг от друга, причем датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны дополнительно содержит ряд датчиков давления акустических волн, каждый из которых постоянно находится в одном из углублений.
18. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.17, где углубления расположены вокруг периферии с равными интервалами.
19. Датчик движения частиц подводных акустических волн по п.17, где углубления расположены попарно с интервалом относительно друг друга в продольном направлении.
20. Система обнаружения подводных акустических волн, содержащая подводный кабель и датчик движения частиц акустических волн по любому из пп.1-14 и 17-19, соединенный с подводным кабелем.
21. Система обнаружения подводных акустических волн по п.20, где датчик движения частиц подводных акустических волн содержит средство для объединения выходных сигналов первого и второго датчиков с формированием в результате отклика на движение частиц акустической волны за исключением движения жесткого корпуса, причем средство для объединения удалено от жесткого корпуса.
22. Система обнаружения подводных акустических волн по п.20, где жесткий корпус размещен в подводном кабеле.
23. Система обнаружения подводных акустических волн по п.20, дополнительно содержащая внешнее устройство, прикрепленное к подводному кабелю, причем жесткий корпус расположен во внешнем устройстве.
24. Система обнаружения подводных акустических волн по п.23, где подводный кабель представляет собой буксируемую сейсмоприемную косу, а внешнее устройство представляет собой устройство позиционирования кабеля.
25. Система обнаружения подводных акустических волн по п.20, где подводный кабель представляет собой буксируемую сейсмоприемную косу и дополнительно содержит устройство позиционирования кабеля, прикрепленное к буксируемой сейсмоприемной косе и имеющее управляющую лопасть, причем датчик градиента давления и движения частиц акустической волны расположен в управляющей лопасти.
26. Система обнаружения подводных акустических волн по п.20, где подводный кабель представляет собой буксирный трос или кабель и дополнительно содержит крепежные приспособления для закрепления жесткого корпуса к буксирному тросу или кабелю в местах, расположенных на удалении друг от друга вдоль длины буксирного троса или кабеля.
27. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны, содержащий:
жесткий корпус, имеющий периферию, окружающую центральную продольную ось симметрии, и первую группу углублений, расположенных с интервалом по окружности и открывающихся к периферии, и вторую группу углублений, расположенных с интервалом по окружности вокруг периферии и смещенных в продольном направлении по отношению к первой группе;
ряд датчиков давления, причем каждый из датчиков давления постоянно находится в одном из углублений первой и второй групп;
при этом жесткий корпус дифрагирует подводные акустические волны вокруг периферии жесткого корпуса.
28. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны по п.27, где жесткий корпус имеет цилиндрическую периферию.
29. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны по п.27 или 28, где углубления и датчики давления являются удлиненными в направлении продольной оси симметрии.
30. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны по п.27 или 28, где углубления расположены по окружности на равном удалении друг от друга вокруг периферии.
31. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны по п.27 или 28, где жесткий корпус, кроме того, выполнен с внутренней выемкой, предназначенной для размещения в ней датчика движения, соединенного с жестким корпусом.
32. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны по п.27 или 28, где жесткий корпус, кроме того, выполнен с продольными каналами, предназначенными для размещения в них буксирного кабеля.
33. Датчик градиента давления дифрагированной подводной акустической волны по п.27 или 28, где акустические волны дифрагируют вокруг жесткого корпуса и датчики давления скомпонованы так, что они работают как датчики градиента давления вдоль центральной продольной оси симметрии и как двухосные датчики градиента давления дифрагированной акустической волны вдоль двух ортогональных осей, перпендикулярных центральной продольной оси симметрии.
34. Способ определения отклика на акустические волны в текучей среде, включающий: прием сигналов акустического давления от ряда датчиков давления, установленных
на периферии жесткого корпуса, расположенного в текучей среде, и дифрагирование акустических волн вокруг периферии;
формирование сигналов градиента давления из сигналов акустического давления, которые включают отклики на акустические волны, отклики, вызванные движением жесткого корпуса, и отклики, вызванные прохождением текучей среды мимо датчиков давления в жестком корпусе;
прием сигналов движения жесткого корпуса датчиком движения, соединенным с жестким корпусом;
формирование сигналов датчика движения, которые включают отклики, вызванные движением жесткого корпуса, и отклики, вызванные прохождением текучей среды мимо датчика движения; и
объединение сигналов градиента давления и датчика движения с формированием в результате выходного сигнала, который включает отклик на акустические волны и является по существу независимым от сигналов, соответствующих движению жесткого корпуса или прохождению текучей среды мимо датчиков давления и движения.
35. Способ по п.34, дополнительно включающий согласование по амплитуде и фазе откликов датчиков давления в пределах рабочего диапазона частот.
36. Способ по п.34 или 35, дополнительно включающий:
вычисление взаимных корреляций между каждым из сигналов акустического давления и сложным сигналом давления, представляющим собой сумму сигналов акустического давления от всех датчиков давления; получение из взаимных корреляций поправок по амплитуде и фазе; и внесение поправок по амплитуде и фазе в сигналы акустического давления.
37. Машинно-читаемый носитель данных, хранящий данные, отображающие, по меньшей мере, один из сигналов акустического давления, сигналов градиента давления, сигналов движения жесткого корпуса, сигналов движения датчиков и выходного сигнала, принятых или сформированных в соответствии со способом по любому из пп.34-36.
38. Машинно-читаемый носитель данных, хранящий машинно-читаемые команды, которые, когда они исполняются процессором, осуществляют способ по любому из пп.34-36.
39. Датчик подводных акустических волн, содержащий:
датчик градиента давления и движения частиц акустических волн, содержащий ряд датчиков давления акустических волн, расположенных в фиксированных местоположениях относительно друг друга, при этом индивидуальные частотные отклики датчиков давления акустических волн объединены с формированием в результате частотного отклика по градиенту давления,
где индивидуальные частотные отклики датчиков давления акустических волн достаточно точно согласованы в пределах рабочего диапазона частот для ослабления частотного отклика по градиенту давления на давление акустической волны ниже значения частотного отклика по градиенту давления на движение частиц акустической волны.
40. Датчик подводных акустических волн по п.39, где датчики давления акустических волн изготовлены из одной и то же партии пьезоэлектрического материала.
41. Датчик подводных акустических волн по п.39, дополнительно содержащий обслуживающие электронные схемы для предварительного определения выходных сигналов датчиков давления акустических волн по амплитуде и фазе с погрешностью до ±0,1%.
42. Датчик подводных акустических волн по п.39, дополнительно содержащий жесткий корпус, дифрагирующий подводную акустическую волну и имеющий углубления, расположенные в фиксированных относительно друг друга местоположениях вокруг периферии жесткого корпуса, причем датчики давления акустических волн установлены в углублениях с образованием в результате дифракционного датчика градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустических волн.
43. Датчик подводных акустических волн по п.42, где размеры датчиков давления акустических волн и углублений выдержаны с точностью ±0,1% или выше.
44. Датчик подводных акустических волн по любому из пп.39-43, дополнительно содержащий датчик движения жесткого корпуса, установленный в жестком корпусе.
45. Датчик подводных акустических волн по п.44, где жесткий корпус расположен в устройстве позиционирования кабеля, соединенном с подводным кабелем.
46. Датчик подводных акустических волн по п.44, где жесткий корпус расположен в автономном подводном регистрирующем устройстве.
47. Датчик подводных акустических волн по п.44, где дифракционный датчик градиента давления дифрагированной волны и движения частиц акустической волны формирует выходной сигнал первого датчика, который соответствует движению частиц акустической волны и движению жесткого корпуса, и в котором датчик движения жесткого корпуса формирует выходной сигнал второго датчика, который соответствует только движению жесткого корпуса, и в котором первый и второй сигналы объединяются с формированием в результате отклика на движение частиц акустической волны за исключением движения жесткого корпуса.
48. Система обнаружения подводных акустических волн, содержащая подводный кабель и подводный датчик по любому из пп.39-44, соединенный с подводным кабелем.
49. Система обнаружения подводных акустических волн по п.48, дополнительно содержащая ряд каналов приема данных, каждый из которых связан с одним из датчиков давления акустических волн, причем каждый канал приема данных содержит аналого-цифровой преобразователь, выдающий оцифрованный сигнал давления.
50. Система обнаружения подводных акустических волн по п.49, дополнительно содержащая процессор цифровых сигналов, в который поступают оцифрованные сигналы давления с аналого-цифровых преобразователей.
51. Датчик подводных акустических волн, содержащий:
жесткий опорный корпус, имеющий наружную периферию и углубления, расположенные в равноудаленных друг от друга местах, открывающиеся к периферии;
ряд датчиков давления, размещенных в углублениях в равноудаленных друг от друга местах с образованием датчика градиента давления, причем частотные отклики датчиков давления согласованы по амплитуде и фазе в пределах рабочего диапазона частот.
52. Датчик подводных акустических волн по п.51, где жесткий опорный корпус является цилиндрическим с центральной продольной осью симметрии.
53. Датчик подводных акустических волн по п.51 или 52, где углубления расположены вокруг периферии попарно с интервалом в продольном направлении.
54. Датчик подводных акустических волн по п.51 или 52, где углубления равномерно распределены вокруг периферии.
55. Датчик подводных акустических волн по п.51 или 52, дополнительно содержащий датчик движения жесткого корпуса, причем жесткий опорный корпус выполнен с выемкой, в которой размещен датчик движения жесткого корпуса.
56. Датчик подводных акустических волн по п.51 или 52, где жесткий опорный корпус расположен в устройстве позиционирования кабеля, соединенном с подводным кабелем.
57. Датчик подводных акустических волн по п.51 или 52, где жесткий опорный корпус расположен в автономном подводном регистрирующем устройстве.
58. Датчик подводных акустических волн по п.51 или 52, где жесткий опорный корпус расположен в автономном подводном транспортном средстве, движущемся через водное пространство.
59. Способ формирования датчика градиента давления подводных акустических волн, имеющего функциональные возможности датчика движения частиц, включающий:
прием первого и второго сигналов давления от первого и второго датчиков давления акустических волн, прикрепленных к жесткому корпусу в местах, расположенных на расстоянии друг от друга;
формирование сигнала градиента давления из разности первого и второго сигналов давления; и
согласование частотных откликов первого и второго сигналов давления в пределах рабочего диапазона частот так, чтобы ослабить в сигнале градиента давления отклик на движение частиц акустической волны до более низкого значения, чем величина отклика на движение частиц акустической волны.
60. Способ по п.59, включающий согласование частотных откликов путем изготовления первого и второго датчиков давления акустических волн из одной и той же партии пьезоэлектрического материала.
61. Способ по п.59, включающий согласование частотных откликов посредством использования обслуживающих электронных схем для предварительного формирования первого и второго сигналов давления первого и второго датчиков давления акустических волн с погрешностью по амплитуде и фазе в пределах ±0,1%.
62. Способ по п.59, включающий согласование частотных откликов посредством выдерживания размеров первого и второго датчиков давления акустических волн и расположенных с интервалом относительно друг друга мест установки датчиков с точностью до ±0,1% или выше.
63. Способ по любому из пп.59-62, включающий:
вычисление первой и второй взаимных корреляций между каждым из первого и второго сигналов давления и сложным сигналом давления, характеризующим сумму первого и второго сигналов давления;
получение первой и второй поправок по амплитуде и фазе из первой и второй взаимных корреляций; и
внесение первой и второй поправок по амплитуде и фазе в первый и второй сигналы давления с обеспечением в результате поддержания согласования по амплитуде и фазе частотных откликов первого и второго датчиков давления акустических волн.