阅读说明：本技术 海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器 (Underwater sound positioning and underwater sound detection integrated sensor for ocean seismic node ) 是由 任文静 薛立武 王浩 袁辰 卢涛 魏启 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器,该传感器固定在海洋地震节点上,包括：声学压电陶瓷管、隔离层、检波压电陶瓷管；声学压电陶瓷管与一固定在海洋地震节点上的应答器电路连接,用于接收呼叫声波信号,将呼叫声波信号转换为呼叫电信号,并发送呼叫电信号至应答器电路；接收应答器电路发送的响应电信号,将响应电信号转换为响应声波信号后进行发送；检波压电陶瓷管与海洋地震节点上的采集电路连接,用于采集地震信号,并发送地震信号至采集电路；隔离层位于声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管之间,用于隔离声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管。本发明可以简化海洋地震节点的结构,提高施工作业的效率。(The invention discloses an integral sensor of underwater acoustic positioning and underwater acoustic detection of a marine seismic node, which is fixed on the marine seismic node and comprises: the acoustic piezoelectric ceramic tube, the isolation layer and the detection piezoelectric ceramic tube; the acoustic piezoelectric ceramic tube is connected with a transponder circuit fixed on a marine seismic node and used for receiving a calling sound wave signal, converting the calling sound wave signal into a calling electric signal and sending the calling electric signal to the transponder circuit; receiving a response electric signal sent by the transponder circuit, converting the response electric signal into a response sound wave signal and then sending the response sound wave signal; the detection piezoelectric ceramic tube is connected with an acquisition circuit on a marine earthquake node and used for acquiring earthquake signals and sending the earthquake signals to the acquisition circuit; the isolation layer is positioned between the acoustic piezoelectric ceramic tube and the detection piezoelectric ceramic tube and used for isolating the acoustic piezoelectric ceramic tube from the detection piezoelectric ceramic tube. The invention can simplify the structure of the marine seismic node and improve the efficiency of construction operation.)

海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器

技术领域

本发明涉及海洋地球物理勘探技术领域，特别涉及一种海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器。

背景技术

近年来，海洋油气资源逐渐成为国际能源争夺的焦点，海上油气勘探也成为油气勘探技术领域的研究热点。OBN(Ocean Bottom Node)海洋地震节点设备正在成为海上油气勘探的主流采集设备。该设备的作业方法是将海洋地震节点投放在海底采集数据，采集完成后回收海洋地震节点并进行数据下载处理。

传统的海洋地震节点在全密封结构中安装压电检波器，检测海底震动的水声信号，同时在投放海洋地震节点时人工在船舶的甲板上外挂应答器，应答器需要独立的密封结构。船舶上的主控机通过水声换能器以一定的时间周期发射询问信号，安装在海洋地震节点上的应答器接收后发回响应信号，主控机根据询问信号与响应信号精确定位海洋地震节点在水底的大地坐标。但是，在船舶的甲板上外挂应答器这种方法在施工作业时效率较低，同时存在安全隐患。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器，用以简化海洋地震节点的结构，提高施工作业的效率，该传感器固定在海洋地震节点上，包括：声学压电陶瓷管、隔离层、检波压电陶瓷管；

其中，声学压电陶瓷管，与一固定在海洋地震节点上的应答器电路连接，用于接收呼叫声波信号，将呼叫声波信号转换为呼叫电信号，并发送呼叫电信号至应答器电路；接收应答器电路发送的响应电信号，将响应电信号转换为响应声波信号后进行发送；

检波压电陶瓷管，与海洋地震节点上的采集电路连接，用于采集地震信号，并发送地震信号至采集电路；

隔离层，位于声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管之间，用于隔离声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管。

本发明实施例通过：声学压电陶瓷管将呼叫声波信号转换为呼叫电信号并发送呼叫电信号至应答器电路，将应答器电路发送的响应电信号转换为响应声波信号后进行发送，能够实现海洋地震节点定位过程中的信号转换；检波压电陶瓷管能够精准采集地震信号；将声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管集成在一个装置中，尺寸较小，能够在简化海洋地震节点的结构的基础上实现声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管同时工作；隔离层隔离声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管，能够保证声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管之间互不干扰，本发明可以提高海洋地震节点施工作业的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器，用以简化海洋地震节点的结构，提高施工作业的效率，该传感器固定在海洋地震节点上，包括：声学压电陶瓷管01、隔离层02、检波压电陶瓷管03；

其中，声学压电陶瓷管01，与一固定在海洋地震节点上的应答器电路连接，用于接收呼叫声波信号，将呼叫声波信号转换为呼叫电信号，并发送呼叫电信号至应答器电路；接收应答器电路发送的响应电信号，将响应电信号转换为响应声波信号后进行发送；

检波压电陶瓷管03，与海洋地震节点上的采集电路连接，用于采集地震信号，并发送地震信号至采集电路；

隔离层02，位于声学压电陶瓷管01与检波压电陶瓷管03之间，用于隔离声学压电陶瓷管01与检波压电陶瓷管02。

如图1所示，本发明通过：声学压电陶瓷管将呼叫声波信号转换为呼叫电信号并发送呼叫电信号至应答器电路，将应答器电路发送的响应电信号转换为响应声波信号后进行发送，能够实现海洋地震节点定位过程中的信号转换；检波压电陶瓷管能够精准采集地震信号；将声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管集成在一个装置中，尺寸较小，能够在简化海洋地震节点的结构的基础上实现声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管同时工作；隔离层隔离声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管，能够保证声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管之间互不干扰，本发明可以提高海洋地震节点施工作业的效率。

具体实施时，声学压电陶瓷管01，与一固定在海洋地震节点上的应答器连接，用于接收呼叫声波信号，将呼叫声波信号转换为呼叫电信号，并发送呼叫电信号至应答器电路；接收应答器发送的响应电信号，将响应电信号转换为响应声波信号后进行发送。

海洋地震节点铺设在海底进行数据采集，受到海流、船速等影响，海洋地震节点在海底的位置难以与预设的投放位置相同，这样会严重影响数据采集的精度，因此需要对海洋地震节点进行精准定位。船舶上安装有主控机和GPS定位设备，通过主控机与固定在海洋地震节点上的应答器之间的声纳通信所得到的的声纳信号走时可以确定主控机与海洋地震节点之间的距离，结合GPS定位设备采集的船舶坐标，进而确定海洋地震节点在水底的坐标。

声学压电陶瓷管01可以采用压电陶瓷管，与固定在海洋地震节点上的应答器连接，可以接收船舶上的主控机发送的呼叫声波信号，将呼叫声波信号转换为呼叫电信号，并发送呼叫电信号至应答器，声学压电陶瓷管01接收呼叫声波信号的频率可以为38kHz～48kHz，在接收频带范围内的接收灵敏度大于-205dB/V，接收衰减起伏小于±1dB。声学压电陶瓷管01还可以接收应答器发送的响应电信号，将响应电信号转换为响应声波信号后发送至船舶上的主控机，声学压电陶瓷管01发送响应声波信号的频率可以为32kHz～37kHz，在发射频带内的发射响应不低于135dB，发射衰减小于3dB，接收信号水平无指向性，发送信号垂直平面180°范围内无指向性，在水深500m、温度-5℃～+70℃范围内可以正常工作。声学压电陶瓷管01布置在整个传感器的最外侧，可以保证发射响应声波信号不受遮挡。

具体实施时，检波压电陶瓷管03，与海洋地震节点上的采集电路连接，用于采集地震信号，并发送地震信号至采集电路。

检波压电陶瓷管03采用低频，高灵敏度的压电陶瓷管，在3Hz～10kHz的宽频段中具有良好的接收性能，可以装配在海洋地震节点上，进行各类深海声波检测和海洋石油勘探，电压灵敏度-201.00dB(ref：1V/μPa)，随频率变化小于或等于±1.5dB，随深度变化小于或等于1.5dB，接收信号水平无指向性，发射信号垂直平面180°范围内无指向性，在水深1000m、温度-5℃～+70℃范围内可以正常工作。

具体实施时，隔离层02位于声学压电陶瓷管01与检波压电陶瓷管03之间，用于隔离声学压电陶瓷管01与检波压电陶瓷管02。

隔离层02可以采用软质弹性材料制作，在声学压电陶瓷管01发射响应声波信号时，隔离层02可以隔离响应声波信号对检波压电陶瓷管02采集地震信号造成的干扰。

在一个实施例中，海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器还可以包括：变压器04，用于调节声学压电陶瓷管01的输出阻抗。

具体实施时，变压器04的主要作用是变阻，变压器04与声学压电陶瓷管01串联，起到阻抗匹配和提高信号发射的功率的作用，变压器04的变比可以是1：10。

在一个实施例中，海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器还可以包括：定位输入信号线07，用于连接声学压电陶瓷管01与变压器04的输入端。

在一个实施例中，海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器还可以包括：定位输出信号线08，用于连接变压器04的输出端与应答器。

具体实施时，将定位输入信号线07的一端连接变压器04的次级输入端，变压器04的次级输出端连接一根导线连作为定位输出信号线08的正极，定位输入信号线07的另一端作为定位输出信号线08的负极。定位输入信号线07可以焊接在声学压电陶瓷管01管壁的镜像位置，将声学压电陶瓷管01输出的呼叫电信号传输至变压器04的次级输入端，变压器04将呼叫电信号进行变阻，定位输出信号线08将经过变阻后的呼叫电信号传输至海洋地震节点上的应答器。定位输出信号线08也可以接收应答器发送的响应电信号，将响应电信号传输至变压器04，变压器04将响应电信号进行变阻，定位输入信号线07将经过变阻后的响应电信号传输至声学压电陶瓷管01。

在一个实施例中，海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器还可以包括：检波输出信号线09，用于连接检波压电陶瓷管03与采集电路。

具体实施时，检波输出信号线09与检波压电陶瓷管03和海洋地震节点上的采集电路分别连接，定位输入信号线09可以焊接在检波压电陶瓷管03管壁的镜像位置，将检波压电陶瓷管03输出的电压信号传输至采集电路。

在一个实施例中，海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器还可以包括：密封层05，用于密封声学压电陶瓷管01、隔离层02以及检波压电陶瓷管03。

在一个实施例中，密封层05的材料包括聚氨酯橡胶。

具体实施时，如图1所示，密封层05位于检波压电陶瓷管03与变压器04之间，采用聚氨酯橡胶灌注，可以将声学压电陶瓷管01、隔离层02以及检波压电陶瓷管03进行密封，实现声学压电陶瓷管01与检波压电陶瓷管03的水密及透声，提高信号采集的精度。

在一个实施例中，声学压电陶瓷管01靠近密封层05的底部。

具体实施时，将声学压电陶瓷管01布置在靠近密封层05的底部的位置，可以保证声学压电陶瓷管01在发射响应声波信号时不受遮挡。

在一个实施例中，海洋地震节点的水声定位和水声检波一体化传感器还可以包括：水密框架06，水密框架06的顶部与海洋地震节点连接，水密框架06的底部与密封层05的顶部连接。

在一个实施例中，水密框架06的材料包括注塑材料。

具体实施时，水密框架06可以采用注塑材料，将水密框架06的顶部与海洋地震节点连接，将水密框架06的底部与密封层05的顶部连接，可以采用聚氨酯橡胶进行灌注，实现传感器的水密及透声。

综上所述，本发明通过：声学压电陶瓷管将呼叫声波信号转换为呼叫电信号并发送呼叫电信号至应答器电路，将应答器电路发送的响应电信号转换为响应声波信号后进行发送，能够实现海洋地震节点定位过程中的信号转换；检波压电陶瓷管能够精准采集地震信号；将声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管集成在一个装置中，尺寸较小，能够在简化海洋地震节点的结构的基础上实现声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管同时工作；隔离层隔离声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管，能够保证声学压电陶瓷管与检波压电陶瓷管之间互不干扰，本发明可以提高海洋地震节点施工作业的效率，适用于海洋地震节点声学定位、水下信号检测、油气管道定位与维护、水下机器人导航、水下施工监控与定位、水下兵器轨迹的测量及鱼雷潜艇轨迹侦查等多个勘探领域。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。