NL194214C

NL194214C - Stelsel voor het kalibreren van hydrofoongroepen.

Info

Publication number: NL194214C
Application number: NL9200926A
Authority: NL
Inventors: Cato Bjelland; Jan-Age Langeland
Original assignee: Geco As
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 2001-09-04
Also published as: FR2677838B1; NL194214B; DE4217624A1; NO173035C; GB2256273A; GB2256273B; US5210718A; NO912112L; GB9211438D0; NO173035B; NO912112D0; FR2677838A1; NL9200926A

Description

1 194214

Stelsel voor het kalibreren van hydrofoongroepen

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het kalibreren van hydrofoongroepen in seismische sleepbare acquisitiekabels of secties daarvan, omvattende een afdichtbare houder met een meetkamer 5 dienende voor het daarin plaatsen van de hydrofoongroepen; een geluidsbron voor het opwekken van een drukgolf in een medium in de meetkamer; een in het medium geplaatste referentie-opnemer; en analysemiddelen die met de hydrofoongroepen en de referentie-opnemer verbonden zijn.

Een dergelijk stelsel is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US-A-4.205.394. Het bekende stelsel is in vakkringen bekend onder de naam ’’KAVAC”. De meetkamer van het bekende stelsel heeft in hoofdzaak 10 de vorm van een doos met een volume van ongeveer 2,5 m3. De sleepkabel, of een gedeelte daarvan, wordt in de vorm van het cijfer acht op de bodem van de meetkamer gedeponeerd. De uiteinden van de meetkabel worden op afdichtende wijze naar buiten geleid en daar met analysemiddelen verbonden. In een door een deksel gevormde bovenwand van de meetkamer zijn zes lage-tonenluidsprekers aangebracht. De kalibratie van hydrofoongroepen vindt plaats bij ongeveer 15 Hz. Het kalibreren wordt echter gehinderd door 15 een aantal bezwaren, zoals resonantie in de begrenzingswaarden van de meetkamer en door onvoldoende afdichting, wat leidt tot een dipooleffect bij lage frequenties. Hierdoor kan geen uniform geluidsveld verkregen worden. Omdat het bekende stelsel bovendien groot en onhandelbaar is vergroot dit de kans op het verkrijgen van onjuiste metingen.

Het bekende stelsel biedt geen redelijke oplossing voor het probleem van het kalibreren van hydrofoons 20 in seismische acquisitiekabels. Het bekende stelsel is in het bijzonder bedoeld voor het individueel kalibreren van hydrofoons, wat een procedure is die niet alleen het kalibreren tijdrovend en duur maakt, maar die het ook moeilijk maakt consistente meetomstandigheden te verkrijgen, wat leidt tot onnauwkeurige kalibratie.

De uitvinding beoogt de bezwaren van het bekende stelsel op te heffen.

25 Het stelsel van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding als kenmerk dat de meetkamer wordt gevormd door de holte van een Helmholzresonator en dat de geluidsbron kan worden aangedreven met een witte-ruissignaal of een signaal met een frequentie dichtbij of op de resonanfie-frequentie van de resonator voor het daarbij opwekken van een isotropisch akoestisch drukveld in het medium.

30 Hierdoor wordt een nauwkeurige kalibratie van hydrofoongroepen in gehele secties van seismische acquisitiekabels of gehele seismische acquisitiekabels onder exact dezelfde omstandigheden mogelijk gemaakt, terwijl de werkwijze bovendien snel en goedkoop uit te voeren is. Verder wordt verzekerd dat de kalibratie in een gelijkmatig en uniform geluidsveld uitgevoerd wordt, wat gunstig is voor de nauwkeurigheid van de kalibratie.

35

De uitvinding wordt hierna toegelicht met verwijzing naar de tekening, waarin: figuur 1 een schematische voorstelling toont van het kalibratiestelsel volgens de uitvinding; en figuur 2 een schematische voorstelling toont van de rangschikking van een luidspreker in het kalibratiestelsel volgens de uitvinding.

40

Het stelsel volgens de uitvinding is gebaseerd op het gebruik van een Helmholzresonator. Een Helmholzresonator is een holte met een opening. Wanneer een bij de opening van de holte aangebrachte geluidsbron aangedreven wordt met een frequentie dichtbij de resonantiefrequentie van de holte wordt in de holte een uniform geluidsdrukveld verkregen. Er moet opgemerkt worden dat de Helmholzresonator opgevat moet 45 worden als een individueel aangedreven oscillator, dat wil zeggen dat de resonantie in de holte geen gevolg is van staande golven tussen de wanden van de holte.

De Helmholzresonator in het kalibratiestelsel volgens de uitvinding is ontworpen als een vat met een hals in de vorm van een akoestische hoorn. Aan het einde van de akoestische hoorn is een geluidsbron in de vorm van een kleine lagetonenluidspreker bevestigd. Het gebruik van een akoestische hoorn vergroot het 50 effect bij lage frequenties. Bovendien verschaft de akoestische hoorn impedantie-aanpassing tussen de impedantie van het medium (lucht) in de resonator en de impedantie van de luidspreker. Bij de resonantiefrequentie beweegt de lucht in de akoestische hoorn in fase met de geluidsbron en treedt geen golfvoortplanting op. De lucht in de hoorn beweegt als een massa-element en de resonantie is dezelfde als in een enkele-harmonische oscillator. Het vat, dat wil zeggen de holte, van de Helmholzresonator is voldoende 55 groot ontworpen om secties van een seismische acquisitiekabel of een gehele seismische acquisitiekabel in een speciale rangschikking in het vat, bijvoorbeeld een kabelhaspel, te bevatten. Alle hydrofoons die binnen het vat geplaatst worden zullen dan aan dezelfde geluidsdrukniveau rond de resonantiefrequentie van de 194214 2

Helmholzresonator blootgesteld worden. De gevoeligheid van de verschillende hydrofoons in de groep kan dan bepaald worden door het vergelijken van de uitgangssignalen met een binnen de houder aangebrachte bekende referentiemeeteenheid.

In een uitvoeringsvorm van het kalibratiestelsel volgens de uitvinding werd een akoestische hoorn 5 gebruikt met een kritische frequentie van 124 Hz. De fasesnelheid van de golven in de vloeistof die het akoestische medium in de hoorn vormt is een functie van de golffrequentie en wordt oneindig wanneer de frequentie lager wordt dan de kritische frequentie. Wanneer de fasesnelheid oneindig wordt betekent dit dat alle gedeelten van de vloeistof in het medium in fasen bewegen. Hierdoor vindt geen voortplanting van de akoestische golven plaats wanneer de resonantiefrequentie lager is dan de kritische frequentie. Er kan 10 daarom een redelijke veronderstelling gemaakt worden dat de lucht in de hoorn in fase met de geluidsbron beweegt wanneer de resonantiefrequentie van de Helmholzresonator lager is dan de genoemde kritische frequentie. Er moet opgemerkt worden dat de resonantiefrequentie niet afhankelijk is van de vorm van de resonator. Hogere resonanties kunnen ook optreden als gevolg van staande golven in de ruimte van de holte. Omdat de Helmholzresonator een gevolg is van een oscillatie van de vloeistof in de akoestische 75 hoorn betekent dit dat de hogere resonantiefrequenties niet harmonisch met de Helmholzresonator geassocieerd zijn.

In de hiervoor genoemde uitvoeringsvorm van het kalibratiestelsel volgens de uitvinding was de totale bewegende massa, dat wil zeggen de lucht in de hoorn en de luidsprekerconus, 0,067 kg. De stijfheid van de luidsprekerconus was 768 N/m en de stijfheid als gevolg van volumesamendrukking 7 N/m. Dit gaf een 20 totale effectieve stijfheid van 775 N/m. De resonantiefrequentie van het kalibratiestelsel als Helmholzresonator wordt hierbij verkregen uit de vierkantswortel van de verhouding tussen de totale effectieve stijfheid en de totale beweegbare massa, wat in de uitvoeringsvorm in het onderhavige geval een resonantiefrequentie van 17 Hz gaf. Dit is duidelijk ver beneden de kritische frequentie van de akoestische hoorn die berekend was op 124 Hz. Er kan dus veilig gezegd worden dat de lucht in de akoestische hoorn in fase met de 25 geluidsbron beweegt. Er moet echter opgemerkt worden dat het nodig kan zijn een meer geperfectioneerd model van het kalibratiestelsel te gebruiken voor het berekenen van de exacte resonantiefrequentie.

Met verwijzing naar figuur 1 zal nu een uitvoeringsvorm van het kalibratiestelsel toegelicht worden. Er is een zogenaamde "huid”-tank 1 getoond voor het verschaffen van een geschikte holte. Dit is een vat dat eigenlijk ontworpen is om de binnenkant van de seismische acquisitiekabel in de acquisitiekabelhuid te 30 trekken. De tank 1 bestaat uit staal en heeft een typische wanddikte van ongeveer 2 cm. Het is ontworpen om een grote druk te weerstaan en is daarom stijf en luchtdicht. De tank is trommelvormig en bestaat uit een bovenste en een onderste helft. Binnen de tank bevindt zich een trommel of haspel 4 waarop de seismische acquisitiekabel 11 of acquisitiekabelsecties gewonden is respectievelijk zijn. In de bovenste helft is de tank verbonden met een hoornvormige hals die de akoestische hoorn van de Helmholzresonator 35 vormt. Aan het einde van de hoorn 2 is een luidspreker 3 bevestigd die de geluidsbron vormt. Het gecombineerde stelsel tank 1, hoorn 2 en luidspreker 3 vormt nu een Helmholzresonator. Als referentiemeeteenheid is binnen de holte een condensatormicrofoon 5 aangebracht. De microfoon 5 kan, bijvoorbeeld, zijn van het type Brül & Kjaer 4133 en is verbonden met een signaalanalysator 6 die, bijvoorbeeld, kan zijn van het type Brül & Kjaer 2032. De signaalgenerator in de signaalanalysator 6 is via een 40 vermogensversterker 7 met de luidspreker 3 verbonden. De microfoon 5 wordt aangedreven vanuit een tussen de signaalanalysator 6 en de microfoon 5 aangebrachte geschikte vermogensvoeding 8. Bovendien is de signaalanalysator 6 via een kiezer 9 voor de hydrofoongroepen 10 met de hydrofoongroepen 10 verbonden.

Wanneer de metingen gemaakt worden, worden de seismische acquisitiekabels 11 of de acquisitiekabel-45 secties op de haspel 4 of de trommel binnen het vat gewonden en worden de hydrofoongroepen 10 als aangegeven met de signaalanalysator 6 verbonden. De luidspreker 3 wordt aangedreven met een witte-ruissignaal of met een signaal met een frequentie dichtbij of op de resonantiefrequentie vein de resonator. In de resonator wordt nu een isotropisch akoestisch drukveld opgewekt en de gevoeligheid van de hydrofoons in de respectievelijke te kalibreren hydrofoongroep 10 kan gevonden worden door het 50 vergelijken van de signalen met een bekende referentie binnen het vat 1. De metingen kunnen nu uitgevoerd worden bij een frequentie die of gelijk is aan de resonantiefrequentie van de Helmholzresonator of bij een frequentie die een maximum geluidsdrukniveau in de resonator opwekt. De amplituden van de uitgangssignalen van de hydrofoons in de relevante groep worden gemeten en vergeleken met de amplitude van het uitgangssignaal van de referentiemicrofoon 5 die een bekende gevoeligheid heeft. Hierdoor kan de 55 gevoeligheid van de hydrofoons bepaald worden door vergelijking met de amplitude van het uitgangssignaal van de referentiemicrofoon 5.

Er moet opgemerkt worden dat de geluidsdruk in de Helmholzresonator afhankelijk is van het volume van

Claims

10 Een andere oplossing zal het variëren van het volume van de holte of het vat 1 zijn door wijziging van de geometrische afmetingen ervan. Een praktische manier om dit te bereiken zou, bijvoorbeeld, zijn het gedeeltelijk vullen van het vat of de holte met een vloeistof, zoals water, tijdens het meetproces. Het zou ook nuttig kunnen zijn de geometrie van de hoorn 2 te wijzigen en voor een deskundige zal het duidelijk zijn dat dit op verschillende manieren gedaan kan worden. De luidspreker 3 of de geluidsbron kan, bijvoorbeeld, 15 met een instelbare flens 12 aan de hoorn 2 bevestigd zijn voor het daarbij kunnen instellen van de lengte van de hoorn. Bij het stelsel voor het kalibreren van hydrofoongroepen volgens de uitvinding wordt daarom door middel van een Helmholzresonator een uniform geluidsveld verkregen dat nauwkeurige kalibratie van de hydrofoongroepen 10 in gehele secties of een gehele seismische acquisitiekabel 11 mogelijk maakt. In het laatste 20 geval moet het vat 1 natuurlijk voldoend grote afmetingen hebben om de acquisitiekabellengte op te nemen. Het is nuttig gebleken om als resonator een vat 1 in de vorm van een reeds bestaande tank te gebruiken, te weten een zogenaamde ”huid’’-tank voor seismische acquisitiekabels, die met eenvoudige wijzigingen als Helmholzresonator uitgevoerd kan worden. De kalibratie wordt uitgevoerd door het bekrachtigen van de geluidsbron, dat wil zeggen de luidspreker 3, bij een frequentie die ongeveer gelijk is aan de Helmholzreso-25 nantie. Dit heeft ertoe geleid dat het gehele stelsel als een enkele-harmonische oscillator oscilleert en een bijna isotroop geluidsdrukveld in de tank verkregen wordt, met andere woorden, dat er slechts kleine variaties in het geluidsdrukniveau voor verschillende posities binnen de holte zullen zijn. 30 Conclusies

1. Stelsel voor het kalibreren van hydrofoongroepen in seismische sleepbare acquisitiekabels of secties daarvan, omvattende een afdichtbare houder met een meetkamer dienende voor het daarin plaatsen van de hydrofoongroepen; een geluidsbron voor het opwekken van een drukgolf in een medium in de meetkamer; 35 een in het medium geplaatste referentie-opnemer; en analysemiddelen die met de hydrofoongroepen en de referentie-opnemer verbonden zijn, met het kenmerk, dat de meetkamer wordt gevormd door de holte van een Helmholzresonator en dat de geluidsbron kan worden aangedreven met een witte-ruissignaal of een signaal met een frequentie dichtbij of op de resonantiefrequentie van de resonator voor het daarbij opwekken van een isotropisch akoestisch drukveld in het medium.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de Helmholzresonator omvat een trommelvormig vat met daarin een resonantieholte en met aan de zijkant daarvan een trechtervormige hals, die in verbinding staat met de resonantieholte en die een akoestische hoorn vormt, waarbij aan het einde van de akoestische hoorn de geluidsbron is aangebracht en waarbij de akoestische hoorn een impedantieaanpassing vormt tussen de resonantieholte en de geluidshoom.

3. Stelsel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de akoestische hoorn een instelbare geometrie heeft voor het variëren van de resonantiefrequentie van de Helmholzresonator.

4. Stelsel volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de resonantieholte een instelbaar volume heeft voor het variëren van de resonantiefrequentie van de Helmholzresonator. Hierbij 1 blad tekening