由深度激活的传感器开关和方法
由深度激活的传感器开关和方法
【专利摘要】本发明涉及一种由深度激活的传感器开关和方法。所述开关包含：波纹管，所述波纹管具有闭合端、侧面部分和开口端，其中所述侧面部分连接所述闭合端到所述开口端，所述闭合端包含导电表面，并且所述侧面部分充当弹簧；基底插塞，所述基底插塞包含第一侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的侧面上的第二输入触点和第二输出触点；以及插塞，所述插塞位于所述波纹管的所述开口端中并且经配置以形成腔室，在所述腔室内部提供了所述第二输入触点和所述第二输出触点。当压力大于作用在所述导电表面上的预定压力(P)时，所述导电表面使所述第二输入触点和所述第二输出触点短路。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本文所揭示的标的物的实施例大体上涉及方法和系统并且更确切地说涉及用于 在超过给定深度时的海洋地球物理学勘测的地震勘探设备的自动关闭的机构和技术。 由深度激活的传感器开关和方法
【背景技术】
[0002] 反射地震学是一种用于确定地球中的地下层的一部分的特性的地球物理学勘测 的方法，其信息尤其有助于石油和天然气工业。海洋反射地震学是基于发送能量波到地球 中的控制震源的使用。通过测量反射回到多个接收器所需的时间，有可能估计引起此类反 射的特征的深度和/或组成。这些特征可以与地下的碳氢化合物的沉积物相关联。
[0003] 对于海洋应用，震源是如图1中所说明的沿方向X在一定深度处由船舶拖曳的。来 自震源(空气枪、水枪、振动源等)的声波在所有方向中传播。图1示出了在较浅的深度处被 拖曳在船舶101的后方的波源阵列104。波源阵列104可以连接到浮体102以在给定深度 处漂浮并且还通过脐部111连接到船舶101用于接收，例如，电信号和/或压缩空气。当波 源阵列被激活时，声波能量耦接到水中并且传播到地球中，其中一部分能量从海洋底部113 并且从岩层界面112 (具有改变的声波阻抗的岩石层）中部分地反射回来。沿拖缆105定 位的传感器或接收器106是用于记录反射能量的。此类接收器可以包含水听器、地音探测 仪和/或加速计。所述接收器可以封装在流体填充的或实心拖缆105中，所述拖缆还在较 浅的深度处由船舶拖曳。
[0004] 目前，典型的是一个船舶来拖曳采用转向器的多条拖缆以确保拖缆以固定距离分 离。为了维持拖缆与波源之间的适当的间隔，船舶通常以大约4海里/小时（2m/s )的速率 连续地前向移动。在一些情况下，可以控制拖缆的位置使得所有接收器在共同的深度处，或 者在其他情况下控制每条拖缆中的接收器以遵循特定的深度分布。
[0005] 现代拖缆配备有压敏浮筒、罗盘和GPS接收器浮标。压敏浮筒是配备有翼形部或 鳍片的装置，并且所述压敏浮筒以一定间隔隔开的并且是与船舶连通的以控制拖缆深度和 横向空间位置。或者，接收器可以是静止的并且放置在海底作为自主节点，或者放置在海洋 底部电缆中。
[0006] 取决于传感器类型，传回的能量被记录为每个接收器位置处的作为时间的函数的 压力、速度或加速度变化。在多个波源和接收器位置处获得的组合记录可以用于形成地球 的地下特征的图像。由反射地震学形成的图像可用于指示石油和/或天然气储藏所的定位 结构。
[0007] 然而，上述技术不仅可以用于确定地下的图像，而且还可以用于确定出现在水中 的物体，例如，鲸鱼、海豚、潜水艇等。由于所述地震勘探采集系统的双重使用，并且为了防 止商业地震勘探系统被用于军事领域，存在国内的和国际的法规要求每个水听器配备有压 敏开关，当水听器达到大于35m的深度时所述开关会关闭水听器。
[0008] -直以来满足这些要求的此类压敏开关的有效设计并不容易。希望的是此类开关 是便宜的，尤其是因为现今的地震勘探测量操作使用多根拖缆，每根拖缆可能具有数百的 必须各自具有深度限制装置的水听器。开关闭合处的压力不能大体上偏离希望的深度设 置，因为水听器以较大的阵列操作，并且水听器中的一些的过早的停用可能降低阵列的性 能或者甚至需要测量的暂停，这需要较高的费用。
[0009] De Groot等人在美国专利6, 318,497中揭示了一种包含基底部件的压敏开关，所 述基底部件具有由电绝缘材料形成的安装表面，所述专利以引用的方式全文并入本文中。 两个电极安装在基底部件上，其中每个电极具有导电的接触表面。柔性的波纹隔膜的边缘 以密封的方式紧固到安装表面中，其中其导电中心部分覆盖电极的接触表面。所述多个波 纹暴露于外部压力下。当开关暴露于大气压下时，隔膜的中心部分并不接触所述电极的接 触表面，但是当开关暴露于大于大气压的压力下时，此中心部分被迫使与两个接触表面发 生接触，因此电连接两个电极。
[0010] De Groot等人所揭示的开关具有某些缺点。所述波纹隔膜不必要地复杂的，需要 高度精确的质量控制，这增大了整个单元的成本。并且，波纹隔膜必须是非常小心地设置 的。另外，波纹隔膜的配置中的微小的变化会导致与之接触的开关的导电元件发生故障。
[0011] 因此，仍然需要一种简单便宜的轻质压敏开关用于安装在水听器电缆以及其他应 用中，所述开关消除了波纹隔膜。本发明的深度限制开关是针对解决所属领域中的这些以 及其他需要的。
【发明内容】
[0012] 根据一个实施例，存在用于海洋地震勘探传感器的开关。所述开关包含：波纹管， 所述波纹管具有闭合端、闭合侧面部分和开口端，其中所述侧面部分连接闭合端到开口端， 所述闭合端包含导电表面，并且所述侧面部分充当弹簧；基底插塞，所述基底插塞包含第一 侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的侧面上的第二输入触点和第二输出触 点，其中所述第一输入触点是通过第一跳线电连接到第二输入触点的，并且所述第一输出 触点是通过第二跳线电连接到所述第二输出触点的；以及插塞，所述插塞位于所述波纹管 的开口端中并且经配置以形成腔室，第二输入触点和第二输出触点位于所述腔室内部，其 中所述腔室是由波纹管和基底插塞形成的。当压力大于作用在导电表面上的预定压力（P) 时，导电表面使第二输入触点和第二输出触点短路。
[0013] 在此实施例中，波纹管的侧面部分可以是波纹状的。
[0014] 波纹管的侧面部分可以面朝基底插塞的侧面部分，在所述侧面部分上不存在电气 触点。
[0015] 在一个特定实施例中，波纹管的侧面部分无法接触第二输入和输出触点。
[0016] 所述导电表面可以是完全平坦的。
[0017] 导电表面与基底插塞的第二侧面之间的间隙Η可以是例如基于侧面部分的弹簧 常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在导电表面上时，间隙Η为零。
[0018] 根据此实施例的开关可以进一步包含：
[0019] 电连接到第一输入触点的输入信号导线；以及电连接到第一输出触点的输出信号 导线，所述输入信号导线和所述输出信号导线是例如连接到地震勘探传感器的。
[0020] 所述开关可以进一步包括覆盖基底插塞和波纹管的一部分以用于密封腔室的密 封剂。
[0021] 根据另一实施例，存在用于海洋地震勘探传感器的开关并且所述开关包含：波纹 管，所述波纹管具有第一开口端、侧面部分和第二开口端，其中所述侧面部分连接第一开口 端到第二开口端，并且所述侧面部分充当弹簧；基底插塞，所述基底插塞位于第二开口端中 并且包含第一侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的第二侧面上的第二输入 触点和第二输出触点，其中所述第一输入触点是通过第一跳线电连接到第二输入触点的， 并且所述第一输出触点是通过第二跳线电连接到所述第二输出触点的；以及端塞，所述端 塞位于所述波纹管的第一开口端中并且经配置以包含面向第二输入触点和第二输出触点 的电极；以及插塞，所述插塞位于所述波纹管的开口端中并且经配置以与波纹管和基底插 塞形成腔室，并且第二输入触点和第二输出触点位于所述腔室内部。当压力大于作用在端 塞上的预定压力（P)时，电极使第二输入触点和第二输出触点短路。
[0022] 在此实施例中，波纹管的侧面部分可以是波纹状的。
[0023] 波纹管的侧面部分面朝例如基底插塞的侧面部分，在所述侧面部分上不存在电气 触点。
[0024] 在一个特定实施例中，波纹管的侧面部分无法接触第二输入和输出触点。
[0025] 电极与基底插塞的第二侧面之间的间隙Η可以是例如基于波纹管的侧面部分的 弹簧常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在导电表面上时，间隙Η为零。
[0026] 所述开关可以进一步包括电连接到第一输入触点的输入信号导线和电连接到第 一输出触点的输出信号导线，所述输入信号导线和所述输出信号导线是例如连接到地震勘 探传感器的。
[0027] 根据又一实施例，存在用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包含：金属盖， 所述金属盖具有将顶部表面连接到具有开口的主体的弹簧区域，其中所述弹簧区域所具有 的直径大于所述主体的直径；以及插塞，所述插塞定位在金属盖的内部以闭合开口并且其 经配置以容纳多个触点。当压力施加在顶部表面上时，弹簧区域发生变形以允许顶部表面 朝向插塞移动，并且当预定压力（Ρ)施加到顶部表面上时，弹簧区域发生变形以允许顶部表 面接触多个触点中的两个。
[0028] 当多个触点中的两个通过顶部表面接触时，对应的地震勘探传感器可以发生短 路。
[0029] 所述多个触点可以包含第一输入和输出触点、第二输入和输出触点以及跳线，所 述跳线将第一输入触点连接到第二输入触点并且将第一输出触点连接到第二输出触点。
[0030] 举例来说，插塞的侧面部分面朝所述主体和弹簧区域这两者。所述弹簧区域可以 是单个的隆起。
[0031] 所述金属盖可以是圆柱形的，并且所述单个的隆起可以完全围绕所述金属盖延 伸。
[0032] 所述开关可以进一步包括密封剂，其经配置以密闭地隔离形成在所述金属盖与密 封插塞之间的腔室。
[0033] 举例来说，所述顶部表面是完全平坦的。
[0034] 顶部表面与密封插塞的第二侧面之间的中心间隙Η可以是例如基于弹簧区域的 弹簧常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在顶部表面上时，间隙Η为零。
[0035] 所述开关可以进一步包括电连接到第一输入触点的输入信号导线和电连接到第 一输出触点的输出信号导线，所述输入信号导线和所述输出信号导线是例如连接到地震勘 探传感器的。
[0036] 根据另一实施例，存在用于在海洋地震勘探测量期间关闭地震勘探传感器的方 法。所述方法包含：在小于阈值水深的预定水深处拖曳地震勘探传感器；用地震勘探传感 器记录地震勘探数据；以及当地震勘探传感器的当前深度大于阈值水深时在水下用接近地 震勘探传感器的开关自动关闭地震勘探传感器。所述开关具有波纹管和导电部分，并且所 述导电部分经校准以接触两个触点垫片从而当水压在大于阈值水深的深度处作用于波纹 管时关闭地震勘探传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 并入说明书中并且构成说明书的一部分的【专利附图】
【附图说明】了一个或多个实施例，并且连 同描述一起解释了这些实施例。在附图中：
[0038] -图1说明了传统的海洋地震勘探测量系统；
[0039] -图2是根据一个示例性实施例的开关的示意图；
[0040] -图3是根据另一示例性实施例的开关的示意图；
[0041] -图4A是根据一个示例性实施例的图2或图3的开关的全貌图；
[0042] -图4B是根据一个示例性实施例的图2的开关的截面图；
[0043] -图5是根据一个不例性实施例的另一开关的不意图；
[0044] -图6是根据一个不例性实施例的又一开关的不意图；
[0045] -图7是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关的全貌图；
[0046] -图8是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关中的一个的后视图；
[0047] -图9是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关中的一个的另一全 貌图；
[0048] -图10是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关中的一个的截面 图；
[0049] -图11是根据一个示例性实施例的传感器固持器以及相对于地震勘探传感器的 开关的安置的示意图；以及
[0050] -图12是根据一个示例性实施例的用于切换具有开关的地震勘探传感器的方法 的流程图。
【具体实施方式】
[0051] 示例性实施例的以下描述涉及附图。在不同附图中，相同参考标号表示相同或类 似的元件。以下详细描述并不限制本发明。实际上，本发明的范围是由所附权利要求书界 定的。为了简单起见，以下实施例是相对于附接到水听器并且通过压力激活的开关讨论的。 然而，接下来将要讨论的开关并不局限于地震勘探环境，而是可以应用于必须在一定压力 下自动关闭的其他结构。
[0052] 说明书中各处提到"一个实施例"或"一实施例"意味着结合一个实施例描述的特 定特征、结构或特性包含在所揭示的标的物的至少一个实施例中。因此，术语"在一个实施 例中"或"在一实施例中"在说明书各处的出现并不一定需要指代相同实施例。另外，在一 个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
[0053] 根据在图2中说明的一个示例性实施例，压敏开关10可以包含波纹管元件12,所 述波纹管元件具有闭合端12A和由密封插塞14密封的开口端12C。侧面部分12B将闭合端 12A连接到开口端12C。侧面部分12B可以制造成具有一个或多个波纹，如图2中所说明。 波纹管12的侧面部分12B可以提供精确的弹簧率，使得在进行切换的压力下可以很好地对 其期望的功能进行预测。密封插塞可以由输入信号导线16穿透并且由输出信号导线18穿 透。信号导线16和18是密封的，使得空气或其他气体无法进入或逸出腔室12D。密封插塞 14可以放置为邻接接触基底插塞20,以保持基底插塞捕获在波纹管元件12的凹部22中。 密封插塞可以胶合或通过其他方法固定到波纹管12的侧面。视情况，密封插塞可以胶合或 通过其他方法固定到基底插塞的底部部分。
[0054] 出于稍后将要讨论的原因，基底插塞20可以由电绝缘材料制成。在一个实施例 中，基底插塞20是印刷电路板（PCB)，所述印刷电路板具有在相对的面部20A和20B上的电 气触点。举例来说，在基底插塞的面部20A上，第一输入触点垫片24放置在密封插塞14与 基底插塞20之间，用于与输入信号导线16电气接触。类似地，在基底插塞的面部20A上， 第一输出触点垫片26放置在密封插塞与基底插塞之间，用于与输出信号导线18电气接触。 第一输入触点垫片与输入跳线28以电气方式连通，所述跳线终止于面部20B上的第二输入 触点垫片30中。第一输出触点垫片26与输入跳线32以电气方式连通，所述跳线终止于也 在面部20B上的第二输出触点垫片34中。两个面部20A和20B可以彼此相对。
[0055] 在一个实施例中，面向密封插塞14的面部20A的区域是大于面部20B的区域的。 举例来说，如图2中所说明，基底插塞20可以具有T形形状，其中较大部分20C面向密封插 塞14。基底插塞的其他形状也是可能的。基底插塞20的狭窄部分20D与波纹管12的侧面 部分12B形成间隙G。当压力P压缩波纹管12并且侧面部分12B由于压缩而扩展时，此间 隙容纳侧面部分12B。侧面部分12B的波纹的尺寸h的选择可以基于用于波纹管12的材料 的强度并且也可以基于开关关闭对应的传感器S的希望深度。波纹管12由导电材料制成， 例如，金属或其他材料。侧面部分12B的波纹的数目可以发生改变，例如，在一和十之间。
[0056] 波纹管12的顶部表面12A包括导电表面36,所述导电表面可以是大体上平坦的并 且具有突起36A，如附图中所说明。所述突起可以形成为接触所述触点垫片30和34。在一 个示例性实施例中，导电表面36可以是平坦的不具有突起的（例如，光滑的在其表面中不 具有角度变化)。然而，如稍后所说明，导电表面36除平面部分之外可以具有凹陷、其他突 起或非平坦轮廓以增大接触压力。当操作时，凹陷或其他突起与平面部分整体地移动，即， 凹陷或其他突起无法如同在波纹表面的情况下那样相对于平面部分移动。波纹管12的内 部和基底插塞20的外部形成了腔室12D。如稍后讨论的，腔室12D可以密闭地闭合，因此， 在希望的压力下包封(例如）空气。除空气之外其他气体可以用于填充腔室12D。
[0057] 当压敏开关10暴露于大气压下时，波纹管12位于其松弛位置，并且导电表面36 不与第二输入触点垫片30和第二输出触点垫片34电气接触。当开关10浸没在水下并且 因此经受水下流体静力学压力时，波纹管12变为压缩的，S卩，波纹的尺寸h减小并且表面36 与基底插塞20的面部20B之间的间隙Η也减小。当开关达到希望的深度（例如，35m)时， 间隙Η可以变为零，S卩，导电表面36接触所述触点垫片30和34。换句话说，导电表面36 与基底插塞的顶侧20B之间的间隙Η是基于波纹管12的侧面部分12B的弹簧常数计算的， 并且对于预定的外部压力（P)，间隙Η变为零。此动作使触点垫片30和34发生短路，进而 在整个地震勘探传感器S (例如，水听器)上发生短路，所述地震勘探传感器包含信号线17。 在整个水听器S上发生短路有效地针对该给定深度停用了水听器。然而，当拖缆在短路深 度以上移动时，开关打开传感器S，并且因此传感器S可以再次用于地震勘探记录。换句话 说，短路仅在外部压力高于预定值时持续。
[0058] 开关10可以在设置在预定压力（所述压力可以对应于35m的水柱施加的压力）下 的高压腔室中组装。以此方式，选定的压力被捕获在波纹管12内，所述压力结合波纹管弹 簧常数一起设置开关将起作用以使水听器发生短路的流体静力学压力。随着开关的组装， 密封珠子38可以围绕密封插塞14形成，以预定压力进行密封。换句话说，腔室12D是由密 封珠子38密闭地密封的。因此，图2的实施例包含，除其他优点之外的，波纹管形成一体式 主体以保持选定的压力并且单个的简单的珠子有效地密封整个机构的优点。此实施例还提 供了能够承受较高的过压状态的优点。
[0059] 图3描绘了开关40的另一实施例。开关40包含波纹管元件42,所述波纹管元件 在一个端部42C处由密封插塞44密封并且在其另一端部42A处由端塞45密封。对于图2 的装置，波纹管元件42具有充当弹簧机构的侧面部分42B (例如，波纹或起伏部分)，所述侧 面部分与现有开关相比提供了更加精确的弹簧率，使得可以对开关进行其期望的作用的压 力进行较好的预测。密封插塞由输入信号导线46穿透并且由输出信号导线48穿透。密封 插塞44放置为邻接接触基底插塞50,以将基底插塞保持为捕获在波纹管元件42的凹部52 中。基底插塞50和端塞45都可以具有T形形状，如同在附图中所说明的。当然，所属领域 的技术人员能够理解也可以实施其他的形状。端塞可以由任何绝缘体材料制成，而基底插 塞50可以制成类似于基底插塞20,如在图2中所说明的。
[0060] 第一输入触点垫片54放置在密封插塞44与基底插塞50之间的介面处(在基底插 塞50的下部面部50A上)，用于与输入信号导线46电气接触。类似地，第一输出触点垫片 56放置在密封插塞与基底插塞之间的介面处(在基底插塞50的上部面部50B上)，用于与输 出信号导线48电气接触。第一输入触点垫片与输入跳线58以电气方式连通，所述跳线终 止在基底插塞50的顶部表面50B上的第二输入触点垫片60中。第一输出触点垫片56与 输入跳线62以电气方式连通，所述跳线终止于也在基底插塞50的顶部表面上的第二输出 触点垫片64中。
[0061] 端塞45由密封珠子72密封在波纹管42的上部凹槽70内。视情况，顶板73可以 位于端塞45上方。顶板73可以由金属材料制成。电极(短路触点)74可以位于端塞45的 底部表面上以面朝基底插塞50。电极74可以是完全平坦的，或者可以具有一个或多个突 起，以更好地接触对应的垫片。
[0062] 当压敏开关40暴露于大气压下时，波纹管42位于其松弛位置，并且短路触点74 不与第二输入触点垫片60和第二输出触点垫片64电气接触。然而，当开关40浸没并且因 此经受水下流体静力学压力时，波纹管42得到压缩直到短路触点74接触触点垫片60和64 (即，间隙Η减小到零）为止。这使整个触点垫片60和64发生短路，从而使整个水听器(未 图示）发生短路并且将它停用。
[0063] 开关40还优选地组装在设置在预定压力下的高压腔室中。这在波纹管42内捕获 了选定的压力，其自动地设置开关将起作用以使水听器发生短路的流体静力学压力。随着 开关的组装，密封珠子68围绕密封插塞形成，密封在预定压力下，密封珠子72也是如此。图 3的实施例包含，除其他优点之外，此实施例的波纹管元件的生产是不太昂贵的并且提供了 更加稳固的触点匹配功能的优点。
[0064] 在图4A中说明了开关10或开关40的全貌图，图4A示出了经配置以收纳基底插 塞20、50的波纹管12、42。垫片30、34、60、64是在插塞的上部面部中可见的。图48示出了 开关10的切面(截面)。
[0065] 图5描绘了压敏开关80的另一实施例。所述开关包括成形的金属盖82,所述金 属盖具有径向向外延伸的胀铆84。所述金属盖可以是圆柱形的，并且所述胀铆(或隆起)可 以完全围绕金属盖延伸。在一个应用中，存在单个胀铆或隆起。所述盖包含界定主体直径 的圆柱形主体91。可以想像出用于金属盖和主体的其他形状，例如，椭圆形等。应注意胀 铆84所具有的直径大于圆柱形主体91的直径。胀铆84充当支撑盖82的顶部表面86的 弹簧机构，并且所述胀铆径向延伸超过主体直径。在压力下，顶部表面86向下按压，并且胀 铆84向内弯曲，使得顶部表面86朝向密封插塞88移动。密封插塞88放置在盖82内并且 由密封珠子90密封，因此在盖82与密封插塞88之间形成密闭地闭合的腔室82A。底部输 入触点92形成在密封插塞88的底部上，并且触点92是电耦接到输入跳线94的，所述跳线 连接到上部输入触点96。类似地，底部输出触点98形成在密封插塞88的底部上并且连接 到输出跳线100并且随后连接到上部输出触点102。上部输入触点96和输出触点102形成 在密封插塞88的顶部表面88A上并且面朝顶部表面86。触点92连接到输入信号导线104 并且触点98连接到输出信号导线106。信号导线104和106连接到地震勘探传感器，例如， 水听器，类似在图2中所说明的实施例。
[0066] 密封插塞88在盖82内的定位确定了开关的设置点，因为顶部表面86与触点96 和102之间的距离确定了顶部表面86需要行进以发生接触的距离。图5的实施例包含在 顶部表面86的下侧上的一组向下突出的接触点104。在一个实施例中，存在三个此类接触 点104,以与触点96和102发生接触。三个接触点确保了匹配的表面之间的平衡的接触。 图6的实施例是以类似方式构造的，但是无需接触点，S卩，顶部表面86是完全平坦的(光滑 的)。
[0067] 分析已经示出顶部表面的最佳厚度大约是0. 15mm或大约.006"。针对图5和图6 中所说明的结构的偏转(对应于图2和图3中的间隙H)是大约0. 38mm，大约.015"，以获得 希望的3. 1巴的切换压力（45磅/平方英寸)，这对应于大约31m的深度。应注意当前的法 规要求水听器被制造为在大约35m处为无效的。为了不超出此深度，本发明的实施例使用 用于短路水听器的31m的深度。然而，根据每个国家的法规可以使用其他深度。所述开关 可以轻易地承受25巴（362磅/平方英寸)的过压状态，无需在开关中的任何地方超过屈服 强度，即，开关被设计为使得装置的过压将不会增大其操作范围。在上文所论述的任何实施 例中的顶部表面可以由铍铜合金制成，然而也可以使用金属以减少费用。
[0068] 在图7中示出了上文相对于图5和图6所论述的开关的全貌图。示出了具有顶部 表面86和弹簧机构(胀铆）84的金属盖82。应注意此实施例示出了单个胀铆84。其具有 易于制造的优点。示出了具有两个触点96和102的密封插塞88,所述两个触点彼此分离 并且每个触点分别与对应的跳线94和100连通。在图7中示出了触点96和102的形状为 半圆形。然而，如图8中所示可以使用其他形状。图9示出了金属盖82的内部和密封插塞 88的底部表面，露出底部输入触点92和输出触点98。示出了密封插塞88由两个部分88A 和88B制成，例如，一个导电和一个不导电，使得到输出触点92和98的信号彼此分离。图 10不出了开关80的截面图。
[0069] 上文所论述的开关可以在水听器内部的某一位置处，因此无法轻易地将它们破坏 或移除。举例来说，图11示出了固持元件S和开关10的水听器200,例如，在拖缆内部的水 听器载体206的相同位置处。在图11中说明的水听器200具有四个组件S。然而，水听器 可以具有较少或更多组件。另外，所述开关可以实施为控制一个以上传感器，例如，多个传 感器。在一个应用中，所述开关并不是靠近提供的或提供在与传感器相同的壳体中。举例 来说，所述传感器可以提供在沿拖缆的第一位置处，并且所述开关可以提供在沿所述拖缆 的不同于第一位置的第二位置处。
[0070] 接下来将讨论当到达希望的深度时可以实施的用于关闭地震勘探传感器的方法。 如图12中所说明，所述方法包含在小于阈值水深的预定水深处拖曳地震勘探传感器的步 骤1200、用地震勘探传感器记录地震勘探数据的步骤1202,以及当地震勘探传感器的当前 深度大于阈值水深时在水下用定位在地震勘探传感器附近的开关自动关闭地震勘探传感 器的步骤1204。所述开关可以是上文所论述的任何开关。
[0071] 所揭示的示例性实施例提供了开关以及当达到海洋环境下的预定深度时用于关 闭（短路）地震勘探传感器的方法。应理解此描述并非意图限制本发明。相反，所述示例性 实施例意图涵盖替代方案、修改和等效物，所述内容包含在所附权利要求书界定的本发明 的精神和范围内。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所主 张的发明的全面理解。然而，所属领域的技术人员应理解各个实施例可以在无需此类具体 细节的情况下实践。
[0072] 虽然本发明的示例性实施例的特征和元件是在特定组合的实施例中描述的，但是 每个特征或元件可以单独使用，无需所述实施例的其它特征和元件，或者可以按具有或不 具有本文所揭示的其他特征和元件的各种组合来使用。
[0073] 此书面描述使用了所揭示的标的物的实例以使得所属领域的技术人员能够实践 本发明，包含制作和使用任何装置或系统并且执行任何并入方法。标的物的可获专利的范 围由权利要求书定义，并且可以包含所属领域的技术人员构想出的其他实例。此类其他实 例是意图涵盖在权利要求书的范围内的。
【权利要求】
1. 一种用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包括： 波纹管，所述波纹管具有闭合端、闭合的侧面部分和开口端，其中所述侧面部分连接所 述闭合端到所述开口端，所述闭合端包含导电表面，并且所述侧面部分充当弹簧； 基底插塞，所述基底插塞包含第一侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的 侧面上的第二输入触点和第二输出触点，其中所述第一输入触点是通过第一跳线电连接到 所述第二输入触点的，并且所述第一输出触点是通过第二跳线电连接到所述第二输出触点 的；以及 插塞，所述插塞位于所述波纹管的所述开口端中并且经配置以形成腔室，所述第二输 入触点和所述第二输出触点位于所述腔室内部，其中所述腔室是由所述波纹管和所述基底 插塞形成的， 其中当压力大于作用在所述导电表面上的预定压力（P)时，所述导电表面使所述第二 输入触点和所述第二输出触点短路。
2. 根据权利要求1所述的开关，其中所述导电表面是完全平坦的。
3. 根据权利要求1所述的开关，其中所述导电表面与所述基底插塞的所述第二侧面之 间的间隙Η是基于所述侧面部分的弹簧常数计算的，因此当预定的外部压力（P)作用在所 述导电表面上时，所述间隙Η为零。
4. 根据权利要求1所述的开关，其进一步包括： 电连接到所述第一输入触点的输入信号导线；以及 电连接到所述第一输出触点的输出信号导线， 其中所述输入信号导线和所述输出信号导线连接到地震勘探传感器。
5. -种用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包括： 波纹管，所述波纹管具有第一开口端、侧面部分和第二开口端，其中所述侧面部分连接 所述第一开口端到所述第二开口端，并且所述侧面部分充当弹簧； 基底插塞，所述基底插塞位于所述第二开口端中并且包含第一侧面上的第一输入触点 和第一输出触点以及相对的第二侧面上的第二输入触点和第二输出触点，其中所述第一输 入触点是通过第一跳线电连接到所述第二输入触点的，并且所述第一输出触点是通过第二 跳线电连接到所述第二输出触点的； 端塞，所述端塞位于所述波纹管的所述第一开口端中并且经配置以包含面朝所述第二 输入触点和所述第二输出触点的电极；以及 插塞，所述插塞位于所述波纹管的所述开口端中并且经配置以与所述波纹管和所述基 底插塞形成腔室，并且所述第二输入触点和所述第二输出触点位于所述腔室内部， 其中当压力大于作用在所述端塞上的预定压力（Ρ)时，所述电极使所述第二输入触点 和所述第二输出触点短路。
6. 根据权利要求1或5所述的开关，其中所述波纹管的所述侧面部分是波纹状的。
7. 根据权利要求1或5所述的开关，其中所述波纹管的所述侧面部分面朝所述基底插 塞的侧面部分，在所述侧面部分上不存在电气触点。
8. 根据权利要求1或5所述的开关，其中所述波纹管的所述侧面部分无法接触所述第 二输入和输出触点。
9. 根据权利要求5所述的开关，其中所述电极与所述基底插塞的所述第二侧面之间的 间隙Η是基于所述波纹管的所述侧面部分的弹簧常数计算的，因此当预定压力（P)作用在 所述导电表面上时，所述间隙Η为零。
10. -种用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包括： 金属盖，所述金属盖具有连接顶部表面到具有开口的主体的弹簧区域，其中所述弹簧 区域所具有的直径大于所述主体的直径；以及 插塞，所述插塞定位在所述金属盖的内部以闭合所述开口并且经配置以容纳多个触 点， 其中当压力施加到所述顶部表面时，所述弹簧区域发生变形以允许所述顶部表面朝向 所述插塞移动；以及 当预定压力（Ρ)施加到所述顶部表面时，所述弹簧区域发生变形以允许所述顶部表面 接触所述多个触点中的两个。
11. 根据权利要求10所述的开关，其中当所述多个触点中的两个通过所述顶部表面接 触时，对应的地震勘探传感器发生短路。
12. 根据权利要求10所述的开关，其中所述多个触点包含第一输入和输出触点、第二 输入和输出触点以及跳线，所述跳线将所述第一输入触点连接到所述第二输入触点并且将 所述第一输出触点连接到所述第二输出触点。
13. 根据权利要求10所述的开关，其中所述插塞的侧面部分面朝所述主体和所述弹簧 区域这两者。
14. 根据权利要求10所述的开关，其中所述弹簧区域是单个的隆起，并且其中所述金 属盖是圆柱形的并且所述单个的隆起完全围绕所述金属盖延伸。
15. 根据权利要求10所述的开关，其中所述顶部表面是完全平坦的。
16. 根据权利要求10所述的开关，其中所述顶部表面与所述密封插塞的所述第二侧面 之间的中心间隙Η是基于所述弹簧区域的弹簧常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在所 述顶部表面上时，所述间隙Η为零。
17. 根据权利要求1、5或10所述的开关，其进一步包括： 电连接到所述第一输入触点的输入信号导线；以及 电连接到所述第一输出触点的输出信号导线， 其中所述输入信号导线和所述输出信号导线连接到地震勘探传感器。
18. -种用于在海洋地震勘探测量期间关闭地震勘探传感器的方法，所述方法包括： 在小于阈值水深的预定水深处拖曳所述地震勘探传感器； 用所述地震勘探传感器记录地震勘探数据；以及 当所述地震勘探传感器的当前深度大于所述阈值水深时在水下用接近所述地震勘探 传感器的开关自动关闭所述地震勘探传感器， 其中所述开关具有波纹管和导电部分，并且所述导电部分经校准以接触两个触点垫片 从而当水压在大于阈值水深的深度处作用于所述波纹管时关闭所述地震勘探传感器。
【文档编号】H01H35/32GK104112624SQ201410157866
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】保罗·温特兹勒 申请人:瑟塞尔股份有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种由深度激活的传感器开关和方法。所述开关包含：波纹管，所述波纹管具有闭合端、侧面部分和开口端，其中所述侧面部分连接所述闭合端到所述开口端，所述闭合端包含导电表面，并且所述侧面部分充当弹簧；基底插塞，所述基底插塞包含第一侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的侧面上的第二输入触点和第二输出触点；以及插塞，所述插塞位于所述波纹管的所述开口端中并且经配置以形成腔室，在所述腔室内部提供了所述第二输入触点和所述第二输出触点。当压力大于作用在所述导电表面上的预定压力(P)时，所述导电表面使所述第二输入触点和所述第二输出触点短路。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本文所揭示的标的物的实施例大体上涉及方法和系统并且更确切地说涉及用于 在超过给定深度时的海洋地球物理学勘测的地震勘探设备的自动关闭的机构和技术。 由深度激活的传感器开关和方法
【背景技术】
[0002] 反射地震学是一种用于确定地球中的地下层的一部分的特性的地球物理学勘测 的方法，其信息尤其有助于石油和天然气工业。海洋反射地震学是基于发送能量波到地球 中的控制震源的使用。通过测量反射回到多个接收器所需的时间，有可能估计引起此类反 射的特征的深度和/或组成。这些特征可以与地下的碳氢化合物的沉积物相关联。
[0003] 对于海洋应用，震源是如图1中所说明的沿方向X在一定深度处由船舶拖曳的。来 自震源(空气枪、水枪、振动源等)的声波在所有方向中传播。图1示出了在较浅的深度处被 拖曳在船舶101的后方的波源阵列104。波源阵列104可以连接到浮体102以在给定深度 处漂浮并且还通过脐部111连接到船舶101用于接收，例如，电信号和/或压缩空气。当波 源阵列被激活时，声波能量耦接到水中并且传播到地球中，其中一部分能量从海洋底部113 并且从岩层界面112 (具有改变的声波阻抗的岩石层）中部分地反射回来。沿拖缆105定 位的传感器或接收器106是用于记录反射能量的。此类接收器可以包含水听器、地音探测 仪和/或加速计。所述接收器可以封装在流体填充的或实心拖缆105中，所述拖缆还在较 浅的深度处由船舶拖曳。
[0004] 目前，典型的是一个船舶来拖曳采用转向器的多条拖缆以确保拖缆以固定距离分 离。为了维持拖缆与波源之间的适当的间隔，船舶通常以大约4海里/小时（2m/s )的速率 连续地前向移动。在一些情况下，可以控制拖缆的位置使得所有接收器在共同的深度处，或 者在其他情况下控制每条拖缆中的接收器以遵循特定的深度分布。
[0005] 现代拖缆配备有压敏浮筒、罗盘和GPS接收器浮标。压敏浮筒是配备有翼形部或 鳍片的装置，并且所述压敏浮筒以一定间隔隔开的并且是与船舶连通的以控制拖缆深度和 横向空间位置。或者，接收器可以是静止的并且放置在海底作为自主节点，或者放置在海洋 底部电缆中。
[0006] 取决于传感器类型，传回的能量被记录为每个接收器位置处的作为时间的函数的 压力、速度或加速度变化。在多个波源和接收器位置处获得的组合记录可以用于形成地球 的地下特征的图像。由反射地震学形成的图像可用于指示石油和/或天然气储藏所的定位 结构。
[0007] 然而，上述技术不仅可以用于确定地下的图像，而且还可以用于确定出现在水中 的物体，例如，鲸鱼、海豚、潜水艇等。由于所述地震勘探采集系统的双重使用，并且为了防 止商业地震勘探系统被用于军事领域，存在国内的和国际的法规要求每个水听器配备有压 敏开关，当水听器达到大于35m的深度时所述开关会关闭水听器。
[0008] -直以来满足这些要求的此类压敏开关的有效设计并不容易。希望的是此类开关 是便宜的，尤其是因为现今的地震勘探测量操作使用多根拖缆，每根拖缆可能具有数百的 必须各自具有深度限制装置的水听器。开关闭合处的压力不能大体上偏离希望的深度设 置，因为水听器以较大的阵列操作，并且水听器中的一些的过早的停用可能降低阵列的性 能或者甚至需要测量的暂停，这需要较高的费用。
[0009] De Groot等人在美国专利6, 318,497中揭示了一种包含基底部件的压敏开关，所 述基底部件具有由电绝缘材料形成的安装表面，所述专利以引用的方式全文并入本文中。 两个电极安装在基底部件上，其中每个电极具有导电的接触表面。柔性的波纹隔膜的边缘 以密封的方式紧固到安装表面中，其中其导电中心部分覆盖电极的接触表面。所述多个波 纹暴露于外部压力下。当开关暴露于大气压下时，隔膜的中心部分并不接触所述电极的接 触表面，但是当开关暴露于大于大气压的压力下时，此中心部分被迫使与两个接触表面发 生接触，因此电连接两个电极。
[0010] De Groot等人所揭示的开关具有某些缺点。所述波纹隔膜不必要地复杂的，需要 高度精确的质量控制，这增大了整个单元的成本。并且，波纹隔膜必须是非常小心地设置 的。另外，波纹隔膜的配置中的微小的变化会导致与之接触的开关的导电元件发生故障。
[0011] 因此，仍然需要一种简单便宜的轻质压敏开关用于安装在水听器电缆以及其他应 用中，所述开关消除了波纹隔膜。本发明的深度限制开关是针对解决所属领域中的这些以 及其他需要的。
【发明内容】
[0012] 根据一个实施例，存在用于海洋地震勘探传感器的开关。所述开关包含：波纹管， 所述波纹管具有闭合端、闭合侧面部分和开口端，其中所述侧面部分连接闭合端到开口端， 所述闭合端包含导电表面，并且所述侧面部分充当弹簧；基底插塞，所述基底插塞包含第一 侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的侧面上的第二输入触点和第二输出触 点，其中所述第一输入触点是通过第一跳线电连接到第二输入触点的，并且所述第一输出 触点是通过第二跳线电连接到所述第二输出触点的；以及插塞，所述插塞位于所述波纹管 的开口端中并且经配置以形成腔室，第二输入触点和第二输出触点位于所述腔室内部，其 中所述腔室是由波纹管和基底插塞形成的。当压力大于作用在导电表面上的预定压力（P) 时，导电表面使第二输入触点和第二输出触点短路。
[0013] 在此实施例中，波纹管的侧面部分可以是波纹状的。
[0014] 波纹管的侧面部分可以面朝基底插塞的侧面部分，在所述侧面部分上不存在电气 触点。
[0015] 在一个特定实施例中，波纹管的侧面部分无法接触第二输入和输出触点。
[0016] 所述导电表面可以是完全平坦的。
[0017] 导电表面与基底插塞的第二侧面之间的间隙Η可以是例如基于侧面部分的弹簧 常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在导电表面上时，间隙Η为零。
[0018] 根据此实施例的开关可以进一步包含：
[0019] 电连接到第一输入触点的输入信号导线；以及电连接到第一输出触点的输出信号 导线，所述输入信号导线和所述输出信号导线是例如连接到地震勘探传感器的。
[0020] 所述开关可以进一步包括覆盖基底插塞和波纹管的一部分以用于密封腔室的密 封剂。
[0021] 根据另一实施例，存在用于海洋地震勘探传感器的开关并且所述开关包含：波纹 管，所述波纹管具有第一开口端、侧面部分和第二开口端，其中所述侧面部分连接第一开口 端到第二开口端，并且所述侧面部分充当弹簧；基底插塞，所述基底插塞位于第二开口端中 并且包含第一侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的第二侧面上的第二输入 触点和第二输出触点，其中所述第一输入触点是通过第一跳线电连接到第二输入触点的， 并且所述第一输出触点是通过第二跳线电连接到所述第二输出触点的；以及端塞，所述端 塞位于所述波纹管的第一开口端中并且经配置以包含面向第二输入触点和第二输出触点 的电极；以及插塞，所述插塞位于所述波纹管的开口端中并且经配置以与波纹管和基底插 塞形成腔室，并且第二输入触点和第二输出触点位于所述腔室内部。当压力大于作用在端 塞上的预定压力（P)时，电极使第二输入触点和第二输出触点短路。
[0022] 在此实施例中，波纹管的侧面部分可以是波纹状的。
[0023] 波纹管的侧面部分面朝例如基底插塞的侧面部分，在所述侧面部分上不存在电气 触点。
[0024] 在一个特定实施例中，波纹管的侧面部分无法接触第二输入和输出触点。
[0025] 电极与基底插塞的第二侧面之间的间隙Η可以是例如基于波纹管的侧面部分的 弹簧常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在导电表面上时，间隙Η为零。
[0026] 所述开关可以进一步包括电连接到第一输入触点的输入信号导线和电连接到第 一输出触点的输出信号导线，所述输入信号导线和所述输出信号导线是例如连接到地震勘 探传感器的。
[0027] 根据又一实施例，存在用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包含：金属盖， 所述金属盖具有将顶部表面连接到具有开口的主体的弹簧区域，其中所述弹簧区域所具有 的直径大于所述主体的直径；以及插塞，所述插塞定位在金属盖的内部以闭合开口并且其 经配置以容纳多个触点。当压力施加在顶部表面上时，弹簧区域发生变形以允许顶部表面 朝向插塞移动，并且当预定压力（Ρ)施加到顶部表面上时，弹簧区域发生变形以允许顶部表 面接触多个触点中的两个。
[0028] 当多个触点中的两个通过顶部表面接触时，对应的地震勘探传感器可以发生短 路。
[0029] 所述多个触点可以包含第一输入和输出触点、第二输入和输出触点以及跳线，所 述跳线将第一输入触点连接到第二输入触点并且将第一输出触点连接到第二输出触点。
[0030] 举例来说，插塞的侧面部分面朝所述主体和弹簧区域这两者。所述弹簧区域可以 是单个的隆起。
[0031] 所述金属盖可以是圆柱形的，并且所述单个的隆起可以完全围绕所述金属盖延 伸。
[0032] 所述开关可以进一步包括密封剂，其经配置以密闭地隔离形成在所述金属盖与密 封插塞之间的腔室。
[0033] 举例来说，所述顶部表面是完全平坦的。
[0034] 顶部表面与密封插塞的第二侧面之间的中心间隙Η可以是例如基于弹簧区域的 弹簧常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在顶部表面上时，间隙Η为零。
[0035] 所述开关可以进一步包括电连接到第一输入触点的输入信号导线和电连接到第 一输出触点的输出信号导线，所述输入信号导线和所述输出信号导线是例如连接到地震勘 探传感器的。
[0036] 根据另一实施例，存在用于在海洋地震勘探测量期间关闭地震勘探传感器的方 法。所述方法包含：在小于阈值水深的预定水深处拖曳地震勘探传感器；用地震勘探传感 器记录地震勘探数据；以及当地震勘探传感器的当前深度大于阈值水深时在水下用接近地 震勘探传感器的开关自动关闭地震勘探传感器。所述开关具有波纹管和导电部分，并且所 述导电部分经校准以接触两个触点垫片从而当水压在大于阈值水深的深度处作用于波纹 管时关闭地震勘探传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 并入说明书中并且构成说明书的一部分的【专利附图】
【附图说明】了一个或多个实施例，并且连 同描述一起解释了这些实施例。在附图中：
[0038] -图1说明了传统的海洋地震勘探测量系统；
[0039] -图2是根据一个示例性实施例的开关的示意图；
[0040] -图3是根据另一示例性实施例的开关的示意图；
[0041] -图4A是根据一个示例性实施例的图2或图3的开关的全貌图；
[0042] -图4B是根据一个示例性实施例的图2的开关的截面图；
[0043] -图5是根据一个不例性实施例的另一开关的不意图；
[0044] -图6是根据一个不例性实施例的又一开关的不意图；
[0045] -图7是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关的全貌图；
[0046] -图8是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关中的一个的后视图；
[0047] -图9是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关中的一个的另一全 貌图；
[0048] -图10是根据一个示例性实施例的在图5或图6中说明的开关中的一个的截面 图；
[0049] -图11是根据一个示例性实施例的传感器固持器以及相对于地震勘探传感器的 开关的安置的示意图；以及
[0050] -图12是根据一个示例性实施例的用于切换具有开关的地震勘探传感器的方法 的流程图。
【具体实施方式】
[0051] 示例性实施例的以下描述涉及附图。在不同附图中，相同参考标号表示相同或类 似的元件。以下详细描述并不限制本发明。实际上，本发明的范围是由所附权利要求书界 定的。为了简单起见，以下实施例是相对于附接到水听器并且通过压力激活的开关讨论的。 然而，接下来将要讨论的开关并不局限于地震勘探环境，而是可以应用于必须在一定压力 下自动关闭的其他结构。
[0052] 说明书中各处提到"一个实施例"或"一实施例"意味着结合一个实施例描述的特 定特征、结构或特性包含在所揭示的标的物的至少一个实施例中。因此，术语"在一个实施 例中"或"在一实施例中"在说明书各处的出现并不一定需要指代相同实施例。另外，在一 个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
[0053] 根据在图2中说明的一个示例性实施例，压敏开关10可以包含波纹管元件12,所 述波纹管元件具有闭合端12A和由密封插塞14密封的开口端12C。侧面部分12B将闭合端 12A连接到开口端12C。侧面部分12B可以制造成具有一个或多个波纹，如图2中所说明。 波纹管12的侧面部分12B可以提供精确的弹簧率，使得在进行切换的压力下可以很好地对 其期望的功能进行预测。密封插塞可以由输入信号导线16穿透并且由输出信号导线18穿 透。信号导线16和18是密封的，使得空气或其他气体无法进入或逸出腔室12D。密封插塞 14可以放置为邻接接触基底插塞20,以保持基底插塞捕获在波纹管元件12的凹部22中。 密封插塞可以胶合或通过其他方法固定到波纹管12的侧面。视情况，密封插塞可以胶合或 通过其他方法固定到基底插塞的底部部分。
[0054] 出于稍后将要讨论的原因，基底插塞20可以由电绝缘材料制成。在一个实施例 中，基底插塞20是印刷电路板（PCB)，所述印刷电路板具有在相对的面部20A和20B上的电 气触点。举例来说，在基底插塞的面部20A上，第一输入触点垫片24放置在密封插塞14与 基底插塞20之间，用于与输入信号导线16电气接触。类似地，在基底插塞的面部20A上， 第一输出触点垫片26放置在密封插塞与基底插塞之间，用于与输出信号导线18电气接触。 第一输入触点垫片与输入跳线28以电气方式连通，所述跳线终止于面部20B上的第二输入 触点垫片30中。第一输出触点垫片26与输入跳线32以电气方式连通，所述跳线终止于也 在面部20B上的第二输出触点垫片34中。两个面部20A和20B可以彼此相对。
[0055] 在一个实施例中，面向密封插塞14的面部20A的区域是大于面部20B的区域的。 举例来说，如图2中所说明，基底插塞20可以具有T形形状，其中较大部分20C面向密封插 塞14。基底插塞的其他形状也是可能的。基底插塞20的狭窄部分20D与波纹管12的侧面 部分12B形成间隙G。当压力P压缩波纹管12并且侧面部分12B由于压缩而扩展时，此间 隙容纳侧面部分12B。侧面部分12B的波纹的尺寸h的选择可以基于用于波纹管12的材料 的强度并且也可以基于开关关闭对应的传感器S的希望深度。波纹管12由导电材料制成， 例如，金属或其他材料。侧面部分12B的波纹的数目可以发生改变，例如，在一和十之间。
[0056] 波纹管12的顶部表面12A包括导电表面36,所述导电表面可以是大体上平坦的并 且具有突起36A，如附图中所说明。所述突起可以形成为接触所述触点垫片30和34。在一 个示例性实施例中，导电表面36可以是平坦的不具有突起的（例如，光滑的在其表面中不 具有角度变化)。然而，如稍后所说明，导电表面36除平面部分之外可以具有凹陷、其他突 起或非平坦轮廓以增大接触压力。当操作时，凹陷或其他突起与平面部分整体地移动，即， 凹陷或其他突起无法如同在波纹表面的情况下那样相对于平面部分移动。波纹管12的内 部和基底插塞20的外部形成了腔室12D。如稍后讨论的，腔室12D可以密闭地闭合，因此， 在希望的压力下包封(例如）空气。除空气之外其他气体可以用于填充腔室12D。
[0057] 当压敏开关10暴露于大气压下时，波纹管12位于其松弛位置，并且导电表面36 不与第二输入触点垫片30和第二输出触点垫片34电气接触。当开关10浸没在水下并且 因此经受水下流体静力学压力时，波纹管12变为压缩的，S卩，波纹的尺寸h减小并且表面36 与基底插塞20的面部20B之间的间隙Η也减小。当开关达到希望的深度（例如，35m)时， 间隙Η可以变为零，S卩，导电表面36接触所述触点垫片30和34。换句话说，导电表面36 与基底插塞的顶侧20B之间的间隙Η是基于波纹管12的侧面部分12B的弹簧常数计算的， 并且对于预定的外部压力（P)，间隙Η变为零。此动作使触点垫片30和34发生短路，进而 在整个地震勘探传感器S (例如，水听器)上发生短路，所述地震勘探传感器包含信号线17。 在整个水听器S上发生短路有效地针对该给定深度停用了水听器。然而，当拖缆在短路深 度以上移动时，开关打开传感器S，并且因此传感器S可以再次用于地震勘探记录。换句话 说，短路仅在外部压力高于预定值时持续。
[0058] 开关10可以在设置在预定压力（所述压力可以对应于35m的水柱施加的压力）下 的高压腔室中组装。以此方式，选定的压力被捕获在波纹管12内，所述压力结合波纹管弹 簧常数一起设置开关将起作用以使水听器发生短路的流体静力学压力。随着开关的组装， 密封珠子38可以围绕密封插塞14形成，以预定压力进行密封。换句话说，腔室12D是由密 封珠子38密闭地密封的。因此，图2的实施例包含，除其他优点之外的，波纹管形成一体式 主体以保持选定的压力并且单个的简单的珠子有效地密封整个机构的优点。此实施例还提 供了能够承受较高的过压状态的优点。
[0059] 图3描绘了开关40的另一实施例。开关40包含波纹管元件42,所述波纹管元件 在一个端部42C处由密封插塞44密封并且在其另一端部42A处由端塞45密封。对于图2 的装置，波纹管元件42具有充当弹簧机构的侧面部分42B (例如，波纹或起伏部分)，所述侧 面部分与现有开关相比提供了更加精确的弹簧率，使得可以对开关进行其期望的作用的压 力进行较好的预测。密封插塞由输入信号导线46穿透并且由输出信号导线48穿透。密封 插塞44放置为邻接接触基底插塞50,以将基底插塞保持为捕获在波纹管元件42的凹部52 中。基底插塞50和端塞45都可以具有T形形状，如同在附图中所说明的。当然，所属领域 的技术人员能够理解也可以实施其他的形状。端塞可以由任何绝缘体材料制成，而基底插 塞50可以制成类似于基底插塞20,如在图2中所说明的。
[0060] 第一输入触点垫片54放置在密封插塞44与基底插塞50之间的介面处(在基底插 塞50的下部面部50A上)，用于与输入信号导线46电气接触。类似地，第一输出触点垫片 56放置在密封插塞与基底插塞之间的介面处(在基底插塞50的上部面部50B上)，用于与输 出信号导线48电气接触。第一输入触点垫片与输入跳线58以电气方式连通，所述跳线终 止在基底插塞50的顶部表面50B上的第二输入触点垫片60中。第一输出触点垫片56与 输入跳线62以电气方式连通，所述跳线终止于也在基底插塞50的顶部表面上的第二输出 触点垫片64中。
[0061] 端塞45由密封珠子72密封在波纹管42的上部凹槽70内。视情况，顶板73可以 位于端塞45上方。顶板73可以由金属材料制成。电极(短路触点)74可以位于端塞45的 底部表面上以面朝基底插塞50。电极74可以是完全平坦的，或者可以具有一个或多个突 起，以更好地接触对应的垫片。
[0062] 当压敏开关40暴露于大气压下时，波纹管42位于其松弛位置，并且短路触点74 不与第二输入触点垫片60和第二输出触点垫片64电气接触。然而，当开关40浸没并且因 此经受水下流体静力学压力时，波纹管42得到压缩直到短路触点74接触触点垫片60和64 (即，间隙Η减小到零）为止。这使整个触点垫片60和64发生短路，从而使整个水听器(未 图示）发生短路并且将它停用。
[0063] 开关40还优选地组装在设置在预定压力下的高压腔室中。这在波纹管42内捕获 了选定的压力，其自动地设置开关将起作用以使水听器发生短路的流体静力学压力。随着 开关的组装，密封珠子68围绕密封插塞形成，密封在预定压力下，密封珠子72也是如此。图 3的实施例包含，除其他优点之外，此实施例的波纹管元件的生产是不太昂贵的并且提供了 更加稳固的触点匹配功能的优点。
[0064] 在图4A中说明了开关10或开关40的全貌图，图4A示出了经配置以收纳基底插 塞20、50的波纹管12、42。垫片30、34、60、64是在插塞的上部面部中可见的。图48示出了 开关10的切面(截面)。
[0065] 图5描绘了压敏开关80的另一实施例。所述开关包括成形的金属盖82,所述金 属盖具有径向向外延伸的胀铆84。所述金属盖可以是圆柱形的，并且所述胀铆(或隆起)可 以完全围绕金属盖延伸。在一个应用中，存在单个胀铆或隆起。所述盖包含界定主体直径 的圆柱形主体91。可以想像出用于金属盖和主体的其他形状，例如，椭圆形等。应注意胀 铆84所具有的直径大于圆柱形主体91的直径。胀铆84充当支撑盖82的顶部表面86的 弹簧机构，并且所述胀铆径向延伸超过主体直径。在压力下，顶部表面86向下按压，并且胀 铆84向内弯曲，使得顶部表面86朝向密封插塞88移动。密封插塞88放置在盖82内并且 由密封珠子90密封，因此在盖82与密封插塞88之间形成密闭地闭合的腔室82A。底部输 入触点92形成在密封插塞88的底部上，并且触点92是电耦接到输入跳线94的，所述跳线 连接到上部输入触点96。类似地，底部输出触点98形成在密封插塞88的底部上并且连接 到输出跳线100并且随后连接到上部输出触点102。上部输入触点96和输出触点102形成 在密封插塞88的顶部表面88A上并且面朝顶部表面86。触点92连接到输入信号导线104 并且触点98连接到输出信号导线106。信号导线104和106连接到地震勘探传感器，例如， 水听器，类似在图2中所说明的实施例。
[0066] 密封插塞88在盖82内的定位确定了开关的设置点，因为顶部表面86与触点96 和102之间的距离确定了顶部表面86需要行进以发生接触的距离。图5的实施例包含在 顶部表面86的下侧上的一组向下突出的接触点104。在一个实施例中，存在三个此类接触 点104,以与触点96和102发生接触。三个接触点确保了匹配的表面之间的平衡的接触。 图6的实施例是以类似方式构造的，但是无需接触点，S卩，顶部表面86是完全平坦的(光滑 的)。
[0067] 分析已经示出顶部表面的最佳厚度大约是0. 15mm或大约.006"。针对图5和图6 中所说明的结构的偏转(对应于图2和图3中的间隙H)是大约0. 38mm，大约.015"，以获得 希望的3. 1巴的切换压力（45磅/平方英寸)，这对应于大约31m的深度。应注意当前的法 规要求水听器被制造为在大约35m处为无效的。为了不超出此深度，本发明的实施例使用 用于短路水听器的31m的深度。然而，根据每个国家的法规可以使用其他深度。所述开关 可以轻易地承受25巴（362磅/平方英寸)的过压状态，无需在开关中的任何地方超过屈服 强度，即，开关被设计为使得装置的过压将不会增大其操作范围。在上文所论述的任何实施 例中的顶部表面可以由铍铜合金制成，然而也可以使用金属以减少费用。
[0068] 在图7中示出了上文相对于图5和图6所论述的开关的全貌图。示出了具有顶部 表面86和弹簧机构(胀铆）84的金属盖82。应注意此实施例示出了单个胀铆84。其具有 易于制造的优点。示出了具有两个触点96和102的密封插塞88,所述两个触点彼此分离 并且每个触点分别与对应的跳线94和100连通。在图7中示出了触点96和102的形状为 半圆形。然而，如图8中所示可以使用其他形状。图9示出了金属盖82的内部和密封插塞 88的底部表面，露出底部输入触点92和输出触点98。示出了密封插塞88由两个部分88A 和88B制成，例如，一个导电和一个不导电，使得到输出触点92和98的信号彼此分离。图 10不出了开关80的截面图。
[0069] 上文所论述的开关可以在水听器内部的某一位置处，因此无法轻易地将它们破坏 或移除。举例来说，图11示出了固持元件S和开关10的水听器200,例如，在拖缆内部的水 听器载体206的相同位置处。在图11中说明的水听器200具有四个组件S。然而，水听器 可以具有较少或更多组件。另外，所述开关可以实施为控制一个以上传感器，例如，多个传 感器。在一个应用中，所述开关并不是靠近提供的或提供在与传感器相同的壳体中。举例 来说，所述传感器可以提供在沿拖缆的第一位置处，并且所述开关可以提供在沿所述拖缆 的不同于第一位置的第二位置处。
[0070] 接下来将讨论当到达希望的深度时可以实施的用于关闭地震勘探传感器的方法。 如图12中所说明，所述方法包含在小于阈值水深的预定水深处拖曳地震勘探传感器的步 骤1200、用地震勘探传感器记录地震勘探数据的步骤1202,以及当地震勘探传感器的当前 深度大于阈值水深时在水下用定位在地震勘探传感器附近的开关自动关闭地震勘探传感 器的步骤1204。所述开关可以是上文所论述的任何开关。
[0071] 所揭示的示例性实施例提供了开关以及当达到海洋环境下的预定深度时用于关 闭（短路）地震勘探传感器的方法。应理解此描述并非意图限制本发明。相反，所述示例性 实施例意图涵盖替代方案、修改和等效物，所述内容包含在所附权利要求书界定的本发明 的精神和范围内。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所主 张的发明的全面理解。然而，所属领域的技术人员应理解各个实施例可以在无需此类具体 细节的情况下实践。
[0072] 虽然本发明的示例性实施例的特征和元件是在特定组合的实施例中描述的，但是 每个特征或元件可以单独使用，无需所述实施例的其它特征和元件，或者可以按具有或不 具有本文所揭示的其他特征和元件的各种组合来使用。
[0073] 此书面描述使用了所揭示的标的物的实例以使得所属领域的技术人员能够实践 本发明，包含制作和使用任何装置或系统并且执行任何并入方法。标的物的可获专利的范 围由权利要求书定义，并且可以包含所属领域的技术人员构想出的其他实例。此类其他实 例是意图涵盖在权利要求书的范围内的。
【权利要求】
1. 一种用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包括： 波纹管，所述波纹管具有闭合端、闭合的侧面部分和开口端，其中所述侧面部分连接所 述闭合端到所述开口端，所述闭合端包含导电表面，并且所述侧面部分充当弹簧； 基底插塞，所述基底插塞包含第一侧面上的第一输入触点和第一输出触点以及相对的 侧面上的第二输入触点和第二输出触点，其中所述第一输入触点是通过第一跳线电连接到 所述第二输入触点的，并且所述第一输出触点是通过第二跳线电连接到所述第二输出触点 的；以及 插塞，所述插塞位于所述波纹管的所述开口端中并且经配置以形成腔室，所述第二输 入触点和所述第二输出触点位于所述腔室内部，其中所述腔室是由所述波纹管和所述基底 插塞形成的， 其中当压力大于作用在所述导电表面上的预定压力（P)时，所述导电表面使所述第二 输入触点和所述第二输出触点短路。
2. 根据权利要求1所述的开关，其中所述导电表面是完全平坦的。
3. 根据权利要求1所述的开关，其中所述导电表面与所述基底插塞的所述第二侧面之 间的间隙Η是基于所述侧面部分的弹簧常数计算的，因此当预定的外部压力（P)作用在所 述导电表面上时，所述间隙Η为零。
4. 根据权利要求1所述的开关，其进一步包括： 电连接到所述第一输入触点的输入信号导线；以及 电连接到所述第一输出触点的输出信号导线， 其中所述输入信号导线和所述输出信号导线连接到地震勘探传感器。
5. -种用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包括： 波纹管，所述波纹管具有第一开口端、侧面部分和第二开口端，其中所述侧面部分连接 所述第一开口端到所述第二开口端，并且所述侧面部分充当弹簧； 基底插塞，所述基底插塞位于所述第二开口端中并且包含第一侧面上的第一输入触点 和第一输出触点以及相对的第二侧面上的第二输入触点和第二输出触点，其中所述第一输 入触点是通过第一跳线电连接到所述第二输入触点的，并且所述第一输出触点是通过第二 跳线电连接到所述第二输出触点的； 端塞，所述端塞位于所述波纹管的所述第一开口端中并且经配置以包含面朝所述第二 输入触点和所述第二输出触点的电极；以及 插塞，所述插塞位于所述波纹管的所述开口端中并且经配置以与所述波纹管和所述基 底插塞形成腔室，并且所述第二输入触点和所述第二输出触点位于所述腔室内部， 其中当压力大于作用在所述端塞上的预定压力（Ρ)时，所述电极使所述第二输入触点 和所述第二输出触点短路。
6. 根据权利要求1或5所述的开关，其中所述波纹管的所述侧面部分是波纹状的。
7. 根据权利要求1或5所述的开关，其中所述波纹管的所述侧面部分面朝所述基底插 塞的侧面部分，在所述侧面部分上不存在电气触点。
8. 根据权利要求1或5所述的开关，其中所述波纹管的所述侧面部分无法接触所述第 二输入和输出触点。
9. 根据权利要求5所述的开关，其中所述电极与所述基底插塞的所述第二侧面之间的 间隙Η是基于所述波纹管的所述侧面部分的弹簧常数计算的，因此当预定压力（P)作用在 所述导电表面上时，所述间隙Η为零。
10. -种用于海洋地震勘探传感器的开关，所述开关包括： 金属盖，所述金属盖具有连接顶部表面到具有开口的主体的弹簧区域，其中所述弹簧 区域所具有的直径大于所述主体的直径；以及 插塞，所述插塞定位在所述金属盖的内部以闭合所述开口并且经配置以容纳多个触 点， 其中当压力施加到所述顶部表面时，所述弹簧区域发生变形以允许所述顶部表面朝向 所述插塞移动；以及 当预定压力（Ρ)施加到所述顶部表面时，所述弹簧区域发生变形以允许所述顶部表面 接触所述多个触点中的两个。
11. 根据权利要求10所述的开关，其中当所述多个触点中的两个通过所述顶部表面接 触时，对应的地震勘探传感器发生短路。
12. 根据权利要求10所述的开关，其中所述多个触点包含第一输入和输出触点、第二 输入和输出触点以及跳线，所述跳线将所述第一输入触点连接到所述第二输入触点并且将 所述第一输出触点连接到所述第二输出触点。
13. 根据权利要求10所述的开关，其中所述插塞的侧面部分面朝所述主体和所述弹簧 区域这两者。
14. 根据权利要求10所述的开关，其中所述弹簧区域是单个的隆起，并且其中所述金 属盖是圆柱形的并且所述单个的隆起完全围绕所述金属盖延伸。
15. 根据权利要求10所述的开关，其中所述顶部表面是完全平坦的。
16. 根据权利要求10所述的开关，其中所述顶部表面与所述密封插塞的所述第二侧面 之间的中心间隙Η是基于所述弹簧区域的弹簧常数计算的，因此当预定压力（Ρ)作用在所 述顶部表面上时，所述间隙Η为零。
17. 根据权利要求1、5或10所述的开关，其进一步包括： 电连接到所述第一输入触点的输入信号导线；以及 电连接到所述第一输出触点的输出信号导线， 其中所述输入信号导线和所述输出信号导线连接到地震勘探传感器。
18. -种用于在海洋地震勘探测量期间关闭地震勘探传感器的方法，所述方法包括： 在小于阈值水深的预定水深处拖曳所述地震勘探传感器； 用所述地震勘探传感器记录地震勘探数据；以及 当所述地震勘探传感器的当前深度大于所述阈值水深时在水下用接近所述地震勘探 传感器的开关自动关闭所述地震勘探传感器， 其中所述开关具有波纹管和导电部分，并且所述导电部分经校准以接触两个触点垫片 从而当水压在大于阈值水深的深度处作用于所述波纹管时关闭所述地震勘探传感器。
【文档编号】H01H35/32GK104112624SQ201410157866
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】保罗·温特兹勒 申请人:瑟塞尔股份有限公司
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