专利名称：多分量声波传感器和方法
技术领域：
本发明总体上涉及感应一种流体载声波的分量:压力和最多三个正交质点运动分量。更具体地，本发明涉及一种用于感应对该传感器安装件没有响应的声波的传感器。此夕卜，本发明涉及感应对流经该传感器的声介质流没有响应的声波。本发明可被应用于感应海洋环境内的声音。因此，本发明可应用于海洋地震勘探，并且更具体地应用于降低拖在勘探船后的传感器中或位于海底的传感器中不期望的地震反射的影响即流体载声波反射影响的设备和方法。
背景技术：
在拖曳式海洋地震勘探中，在近海面的一个船舶后拖拽着一个水听器阵列。这些水听器位于多根通常被称为拖缆的传感器电缆中。同样拖在近海面的一个震源周期性地发射声能。该声能通过海洋向下传播，从底层地质结构反射，并且通过海洋向上返回到该水听器阵列。该水听器阵列记录这些来自海床向上传播的地震声压波。随后，将该水听器的记录处理成为若干张该底层地质结构的地震图像。声阻抗为压力与质点速度的比值并且等于该声介质内密度P与声速c之积P C。任何时候产生的反射都会改变声波遇到的声阻抗。声阻抗变化越大，反射的能量越多。由于空气和水的声阻抗差别很大，因此海面是一个近似理想的声能反射器。从海底或感兴趣目标返回之后，该能量再次由海面反射回该水听器阵列。由于水听器具有全向空间响应，因此水听器阵列记录重影响应，该重影响应是从海面反射并最后到达延时到达的地震声波，且由于直接反射而颠倒极性。该重影是向下传播的地震声波，当添加到希望的波形上时，该地震声波会有损记录的地震图像。该重影在水听器响应的频谱中产生一个陷波，f p_=c/2d，其中c是声速，并且d是水听器阵列深度。按照惯例，地震水听器阵列被拖曳在10米或更浅的深度。在10米深度，该陷波频率(fpg波)为75HZ。对于高地震图像分辨率，一个频率响应必须扩展到IOOHz之外。因此，水听器阵列有时会被拖曳在较浅的深度以提高一张地震图像的分辨率。该重影引起的反射还可延续到海底或其他强反射物，并向上返回再次干扰期望的反射波并降低图像质量。这些反射通常被称为多次波。由于来自该海面的噪声干扰了期望的地震信号，因此在浅水中拖曳是有问题的。此外，该海面附近的循环水流会在拖缆外壳处加大流噪声。这些影响随天气变坏而恶化，有时会导致船员中断操作，直到天气变好。拖曳越深，海面噪声和天气影响越小。如果可以消除这些重影陷波影响，则令人希望的是在更深处拖曳。海底或海床，该海床上传感器内置的系统通过普遍共知的技术(如p-z总和)来抑制重影。在声波中，该压力P是个标量，而该粒子速度u是个矢量。一个水听器采用正全向空间响应来记录地震声波压力P。垂直定向的地震检波器或加速计采用对向上信号的正响应和对向下信号的负响应来记录地震声波质点速度Uz的垂直分量。在P-Z求和中，该速度信号由海水的声阻抗P C来衡量，并添加到该压力信号。如果使用一个加速计，可集成其输出以获得速度信号，或可以区分该水听器压力信号，如此以来，可以更好的与加速计光谱匹配。这可生成具有对该向上传播波的全响应和对向下传播波的零响应以抑制重影和多次波的复合传感器。在由Monk等人发明的美国专利号为6，539，308的专利中描述了一种实现单一去重影痕迹的信号调节和信号整合方法。由于不是该期望信号导致的因素，当该声质点速度传感器或加速计不受多余的运动影响时，该技术和类似技术有效。当有强大的底部电流时，这类多余的加速度常见于部署在海浪带或区域的海床系统中。目前，使用水听器和质点运动传感器的组合来降低地震拖缆中的重影和多次波影响已经引起了大家的兴趣。因为拖缆受到由拖曳或海面效应引起的加速度比由期望的地震反射引起的加速度大，所以操作一根地震拖缆中的质点运动传感器存在问题。此外，这些多余的加速度与期望的地震反射响应位于相同的频谱带中。地震拖缆及海底地震电缆经历从0度到360度的所有侧倾角和适度的螺旋角。为实现垂直定向的地震检波器，海底系统已经使用:(a) —个万向动圈式地震检波器；(b) —个3-分量、全倾斜动圈式地震检波器，该检波器具有与该传感器无关的姿态感知和计算以求解与重力有关的测量；以及(c) 一个3-分量、微电机系统(MEMS)加速计，该加速计具有与该传感器无关的内部姿态感知和计算以求解与重力有关的测量。授予Rouquette的美国专利号7，167，413在一根地震拖缆中使用一个加速计声波质点运动传感器来抑制重影-陷波效应。Rouquette使用一个质量-弹簧隔振系统来降低电缆动态运动对该加速计和一个负载传感器系统的影响以测量和抑制该加速计上残留的电缆运动感应噪声。Rouquette系统依赖众所周知的机械关系，该关系不能与制造公差、老化和环境状况保持一致。Rouquette使用一个信号处理适应算法来推导该质量_弹簧系统与作用于该原地加速计上的加速度的关系。由流经该传感器的声介质湍流引起的加速计的动态摇动应作为该电缆动态运动同样对待，并且从该声波质点运动测量上除去。Rouquette描述了一种复杂的机械电子系统。由Tenghamn等人发明的美国专利号7，239，577描述了一种使用声波质点速度传感器抑制重影陷波的设备和方法。Tenghamn等人讲授了流体阻尼、万向架固式地震检波器的使用。本领域众所周知的是选择封装该地震检波器的流体来提供悬挂在其平衡架上的传感器的阻尼。然而，本领域众所周知而在Tenghamn等人中没有描述的是质量-弹簧隔振系统可降低电缆动态对该地震检波器响应的影响。但Tenghamn等人没有解决由流经该传感器的声介质的湍流引起的地震检波器动态摇动。在地震检波器响应中，由电缆动态和流经该传感器的声介质的湍流引起的加速计动态振动不易与声波质点运动区别开来。期望的地震波质点运动被Tenghamn等人的电缆动态运动和瑞流感应运动所掩盖。由Vaage等人发明的美国专利号7，359，283描述了一种组合压力传感器和质点运动传感器来解决电缆动态运动和湍流对质点运动传感器的影响的方法。在该方法中，不使用某一频率fo以下的质点运动传感器的响应，而只是从压力传感器响应和已知的压力传感器深度来估计。这些被抑制的频率为所期望的拖缆的动态运动和流经该传感器的声介质的湍流摇动该传感器用频率。在更低的感兴趣频率上，估计响应具有差的信噪比。某一频率以下的这种抑制不是最优的，因为它还抑制了重要低频段中的有用信号，在该低频段内可能存在深度目标地震数据。虽然所提及的专利都描述了抑制使用多分量声波测量的地震拖缆内的重影陷波，但都未能充分解释传感器安装、通过声介质的传感器拖拽以及多分量声传感器上的声介质运动的影响。所有这些专利还缺乏生成高保真、具有低至感兴趣的最低频率的良好信噪比的感应声波组分。发明概述这些缺点可由体现本发明特点的水下声波质点运动感应器来解决。该声波质点运动传感器包括:一个具有外围的刚性体，水下声波在该外围周围衍射；一个耦接到该刚性体的衍射压力梯度声波质点运动传感器；以及一个刚性体运动传感器。该衍射压力梯度声波质点运动传感器感应该衍射声波并且进一步产生对声波质点运动和刚性体运动进行响应的一个第一传感器输出信号。附装到该刚性体上的刚性体运动传感器产生几乎与刚性体运动完全相对应的一个第二传感器输出信号。在各种水下系统中，该刚性体可以直接耦接到一根水下电缆，或耦接到附装到一根水下电缆的外部装置上，或者耦接到一个自主水下运载车。本发明的另一个方面中，一种体现本发明的特征的水下衍射压力梯度传感器包括:一个具有外围的刚性体，该外围环绕一根中心纵轴；第一组在该外围周围圆周地间隔开并向该外围开放的凹口 ；以及第二组在该外围周围圆周地间隔开的凹口。该第二组凹口纵向偏移于该第一组凹口。每个凹口内都驻留有一个压力传感器。该刚性体衍射该刚性体的外围周围的水下声波。本发明的另一个方面中，一种用于确定体现本发明的特征的流体介质内的对声波的响应的方法包括:(a)从安置在流体介质内的刚性体的外围处的多个压力传感器采集声压信号并衍射该外围周围的声波；(b)从这些声压信号中生成压力梯度信号，包括对声波的响应、由该刚性体的运动引起的响应以及由流经该刚性体内的压力传感器的流体介质的流动引起的响应；(C)采集刚性体运动信号，其中运动传感器耦接到该刚性体；(d)产生运动传感器信号，包括该刚性体引起的响应以及由流经该运动传感器的流体介质的流动引起的响应；以及(e)组合这些压力梯度信号和运动传感器信号，以产生一个输出信号，该输出信号包括对声波的响应并且独立于该刚性体的运动或流经该压力和运动传感器的流体介质的流动相对应的信号的响应。可以将与这些传感器采集的信号或按照本方法产生的信号中的某些信号相对应的数据存储在计算机可读存储介质内，供后续处理使用。仍然在本发明的在另一方面中，一种体现本发明的特征的水下传感器包括一个压力梯度声波质点运动传感器，该压力梯度声波质点运动传感器包括多个安置在固定相对位置处的声波压力传感器。每个声波压力传感器都有单个的频率响应，这些响应被组合以产生一种压力梯度频率响应。这些声波压力传感器的单个频率响应在操作频率范围上匹配足够密切，从而将对声波压力的压力梯度频率响应衰减至对声波质点运动的压力梯度频率响应以下。在本发明的在另一方面中，一种体现本发明的特征的水下传感器包括:一个刚性安装体，该刚性安装体具有一个外部外围和多个位于规则间隔位置处并向该外围开放的凹口 ；以及多个接收在这些规则间隔位置处的凹口内的压力传感器，从而形成一个压力梯度传感器。这些压力传感器的频率响应与操作频率范围上的幅度和相位相匹配。在本发明的在另一方面中，一种用于制造具有体现本发明的特征的质点运动传感器的性能能力的水下压力梯度声波传感器的方法包括:(a)从在多个间隔位置处附装到刚性体上的第一和第二声波压力传感器米集第一和第二压力信号；(b)根据该第一和第二压力信号的差产生一个信号；以及(C)在一个操作频率范围上匹配的第一和第二压力信号的频率响应，以将该压力梯度信号内对声波压力的响应衰减至对声波质点运动的响应以下。附图简要说明通过参照以下描述、所附权利要求和附图可更好的理解本发明的这些方面和特征，其中:
图1包括了体现本发明的特征的一种类型的流体载声波的多分量传感器的侧视图和两个横断面图。图2包括了具有4个压力传感器的另一种类型的多分量传感器的一个侧视图和一个横断面图。图3包括了具有4个更长的压力传感器的另一种类型的多分量传感器的一个侧视图和一个横断面图。图4包括了只具有3个压力传感器的另一种类型的多分量传感器的一个侧视图和一个横断面图。图5为一个流程图，展示了一种可用于图1至图4中的传感器并用于感应流体载声波的多分量的方法。图6为为一个框图，展示了一种可用于图1至图4的传感器中的数据处理设备。图7为图1至图4中沿其长度在多个离散位置处的水下电缆封装传感器的一部分的一个侧视图。图8为一根拖拽拖缆的一部分的一个侧面正视图，该拖缆具有沿图1至图4中的拖缆和封装传感器的长度可旋转地在多个离散位置附装的定位控制装置。图9为同轴安装在多个拖缆段之间并且如图1至图4将传感器封装在其中心体内的电缆定位装置的一个侧视图或平面图。图10为同轴安装在多个拖缆段之间并如图1至图4将传感器封装在其某个操纵片内的电缆定位装置的一个侧视图或平面图。图11为如图1至图4沿拖绳或电缆在多个间隔位置处附装的传感器的一个侧视图。图12为用于图1中的多分量传感器内的压力传感器的一种类型的数据采集和信号处理系统的框图。图13为用于图1中的多分量传感器内的压力传感器的使用更少的模数转换器的一种类型的数据采集和信号处理系统的框图。图14为如图1至图4封装传感器的自主水下记录装置的侧视图。详细说明图1中，体现本发明的特征的传感器100为圆柱形，从而将其适配为在沿传感器的长轴即X轴方向流经该传感器的流体声介质内使用。流体为一种气体或一种液体。空气动力形状或流体动力形状可应用于该传感器体的前后，以使流经该传感器的声介质的流动成流线型，并且使该传感器体接近用于声波衍射的无限长圆柱体模型。在一种水或液体声学应用中，该流可以为水流、液体流、穿过水的传感器的拖拽或任何其他引起液体声介质流经该传感器的安排。在一种液体声学应用中，压力传感器104为水听器，优选地为压电水听器。
在一种空气或气体声学应用中，该流可以为风、气体流、穿过空气的传感器的拖拽或任何其他引起该气体声介质流经该传感器的安排。在一种空气声学应用中，这些压力传感器104为传声器，优选地为电容传声器。虽然本传感器的操作原理适用于任何流体声介质，但本披露的剩余部分描述了该液体声介质内的传感器，例如，尤其是水。位置上被定义为压力传感器S1 - S8的压力传感器104、104’产生声压信号P1 - p8。各压力传感器可被实现作为一个单一元件或安装在刚性体102内的一组元件，这样该声波能够在该传感器安装体周围衍射，而不穿过该传感器安装体。该刚性体可以为任何方便于该应用的形状，但在以下示例中被描绘为具有一个纵轴103和一个外部外围105的圆柱形。本实施例中的压力传感器具有一个远远大于其厚度和宽度或它们的直径的长度，并且这些压力传感器各自都被安装在在该刚性体的外围周围规则地间隔开并向该其开放的凹口 123内。贯穿本说明书中，与安装体相关的“刚性”是指该压力感应器安装体的外表面和该安装体内的压力传感器的位置不会由于声波或者施加在该传感器安装体上的机械力引起的任何及所有应力而发生明显位移、应变或变形。这些安装在该安装体内的传感器的相对位置被该体的刚性固定住。与该刚性传感器安装体内的压力传感器协同定位的是一种第二类型的传感器120，即一种测量该刚性传感器体的运动的运动传感器，该运动传感器对声波不透明。该运动传感器可以是任何对运动有响应的传感器，即，位移、速度或加速度。加速计、地震波探测器、地震仪、加速度敏感传声器、加速度敏感水听器、类似此类传感器组或不同此类传感器的组合是其他运动传感器实现的示例。该运动传感器120产生一个响应该刚性传感器安装体的运动的传感器信号abm，该运动传感器机械耦接到该刚性传感器安装体。在该优选实施例中，abm为加速度矢量，该加速度矢量的三个正交分量为abmx、abmy以及abmz。该运动传感器120可被安装在该传感器安装体内的一个或多个空腔内(如中央空腔124)并且与质点运动隔离开。因此，该运动传感器作为一个刚性体运动传感器而不是作为一个质点运动传感器而发挥作用。该空腔可以具有任何保护该传感器安装体的刚性的形状。由于该传感器体的动态旋转的可能性，若该传感器应用有要求，与该运动传感器120相关联的方向传感器122用于确定与重力矢量有关的传感器测量的方向。多轴传感器(比如，具有对直流作出响应的MEMS加速计)将传感器体运动感应和单个装置中的方向感应组合在一起。传统坐标转换计算装置可用于确定与重力有关的传感器测量的方向。若已知方向的一个轴并且不需要沿着该轴的传感器体运动，则该运动传感器120可以是一个两轴单元。两轴方向传感器122可用于拖曳传感器中，针对该拖曳传感器由其他装置(比如导航系统)来确定与该传感器拖缆平行的纵轴。另一个替代方案是与该运动传感器组合使用的单独的方向传感器。该方向传感器122可以被安装在该传感器体内的具有任意形状的空腔124中，这种形状保护该传感器安装体的刚性。在任何情况下，贯穿本说明书，来自所使用的传感器120的传感器信号指的是传感器体相关、与重力相关相对的测量。用于这些压力传感器和运动传感器的信号调节电子设备可以封装在该传感器体内的具有任意形状的这个或这些空腔124内，这种形状保护该传感器安装体的刚性。通过该传感器体的通道126方便了该传感器的应用。这些通道可以具有保护该传感器安装体的刚性的任意形状。这些通道126可以携带多根拖拽电缆127、电线或其他可用于部署该传感器的装置。对声波压力的传感器响应如下
权利要求
1.一种水下声波质点运动传感器，包括: 一个具有外围的刚性体，一种水下声波在该外围周围衍射； 一个衍射压力梯度声波质点运动传感器，该衍射压力梯度声波质点运动传感器耦接至该刚性体以感应该衍射的声波并进一步产生一个第一传感器输出信号，该第一传感器输出信号对声波质点运动和刚性体运动进行响应；以及 一个附装到该刚性体上的刚性体运动传感器，该刚性体运动传感器产生一个第二传感器输出信号，该第二传感器输出信号几乎与刚性体运动完全相对应。
2.如权利要求1所述的水下声波质点运动传感器，进一步包括用于组合该第一和第二传感器输出信号以产生一个对不包括刚性体运动在内的声波质点运动的响应的装置。
3.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器包括多个压力传感器，该多个压力传感器具有大于湍流形成的湍流漩涡的特征长度的长度，以便对流经该水下声波质点运动传感器的湍流的拟压力没有响应。
4.如权利要求1或2所述的水下声波质点运动传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器包括: 多个安装在该刚性体内的声波压力传感器，这些声波压力传感器具有单个频率响应；以及 用于组合这些单个频率响应以产生该第一传感器输出信号的装置； 其中，这些声波压力传感器的单个频率响应在一个操作频率范围上匹配，以将该第一传感器输出信号内对声波压力的响应衰减至对声波质点运动的响应以下。
5.如权利要求4所述的水下声波质点运动传感器，其中，这些声波压力传感器的单个频率响应的幅度和相位在该操作频率范围上匹配至±0.1%以内。
6.如权利要求4所述的水下声波质点运动传感器，其中，用于组合这些单个频率响应的装置减去这些声波压力传感器对的频率响应，以便为各传感器对产生一种差分频率响应以产生该第一传感器输出信号。
7.如权利要求1所述的水下声波质点运动传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器包括: 多个声波压力传感器，每个传感器产生一个单个压力传感器信号； 用于计算各单个压力传感器信号与一个表示这些单个压力传感器信号之和的复合压力信号之间的互关联的装置，以推导要应用至各单个压力传感器信号上的幅度和相位校正。
8.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性体具有一个中心纵轴且声波在该外围周围衍射，并且其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器作为一个压力梯度传感器沿该中心纵轴操作且作为一个双轴衍射压力梯度传感器沿两根与该中心纵轴正交的正交轴操作。
9.如权利要求1或2所述的水下声波质点运动传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器包括多个成对安排、纵向对齐、在该刚性体的外围周围圆周地间隔开的声波压力传感器。
10.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器和该刚性体运动传感器为沿一个或多个正交轴对运动有响应的三轴传感器。
11.如权利要求1或2所述的水下声波质点运动传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器包括多个位于该刚性体的外围周围规则隔开位置处的声波压力传感器。
12.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性体包括一个用于接收与该衍射的声波隔离的刚性体运动传感器的空腔。
13.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性体运动传感器具有一种包括用于感应重力的直流的频率响应。
14.以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，进一步包括一个与该刚性体运动传感器协同定位的方向传感器。
15.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性体被安置在一个自主水下记录装置内。
16.如以上任一权利要求所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性体被安置在一个在水中行进的自主水下运载车内。
17.如权利要求1所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性体通常为圆柱形，带有一个外部外围和一个中心纵轴以及多个位于圆周地间隔位置处的向该外部外围开放的凹口，该衍射压力梯度声波质点运动传感器进一步包括多个声波压力传感器，每个声波压力传感器位于这些凹口的其中一个凹口内。
18.如权利要求19所述的水下声波质点运动传感器，其中，这些凹口在该外围周围等距地间隔开。
19.如权利要求19所述的水下声波质点运动传感器，其中，这些凹口被纵向间隔成对安排。
20.一种水下传感器系统，包括一根水下电缆和耦接到该水下电缆的如权利要求1-14和17-19中任意一项所述的一个声波质点运动传感器。
21.如权利要求20所述的水下传感器系统，其中，该水下声波质点运动传感器包括用于组合该第一和第二传感器输出信号以产生一种对不包括刚性体运动在内的声波质点运动的响应的装置，其中用于组合的装置远离该刚性体。
22.如权利要求20所述的水下传感器系统，其中，该刚性体被封装在该水下电缆内。
23.如权利要求20所述的水下传感器系统，进一步包括一个附装到该水下电缆上的外部装置，并且其中，该刚性体被安置在该外部装置内。
24.如权利要求23所述的水下传感器系统，其中，该水下电缆为一根拖拽拖缆,并且该外部装置为一个电缆定位装置。
25.如权利要求20所述的水下传感器系统，其中，该水下电缆为一根拖拽拖缆并且进一步包括一个电缆定位装置，该电缆定位装置附装到该拖拽拖缆上并且具有一个操纵片，其中该压力梯度声波质点运动传感器被安置在该操纵片内。
26.如权利要求20所述的水下传感器系统，其中，该水下电缆为一根拖绳或电缆并且进一步包括将该刚形体附装到该拖绳或电缆上的位于沿该拖绳或电缆的长度的间隔位置处的多个附装件。
27.—种水下衍射压力梯度传感器，包括: 一个刚性体，该刚性体具有一个 围绕一根中心纵轴的外围和第一组圆周地该外围周围间隔开并向该外围开放的凹口以及第二组圆周地在该外围周围间隔开并纵向偏移于该第一组凹口的凹口； 多个压力传感器，每个压力传感器位于该第一组和第二组凹口中的其中一个凹口内； 其中，该刚性体衍射该刚性体的外围周围的水下声波。
28.如权利要求27所述的水下衍射压力梯度传感器，其中，该刚性体具有一个圆柱形外围。
29.如权利要求27或28所述的水下衍射压力梯度传感器，其中，这些凹口和压力传感器沿该纵轴方向被拉长。
30.如权利要求27-29所述的水下衍射压力梯度传感器，其中，这些凹口圆周状该外围周围圆周地等距间隔开。
31.如权利要求27-30中任意一项所述的水下衍射压力梯度传感器，其中，该刚性体进一步包括一个用于接收耦接至该刚性体的运动传感器的内部空腔。
32.如权利要求27-31中任意一项所述的水下衍射压力梯度传感器，其中，该刚性体进一步包括多条用于接收一根 拖拽电缆的通道。
33.如权利要求27-32中任意一项所述的水下衍射压力梯度传感器，其中，这些声波在该刚性体周围衍射，并且这些压力传感器被安排作为压力梯度传感器沿该中心纵轴操作且作为双轴衍射压力梯度传感器沿两根与该中心纵轴正交的正交轴操作。
34.一种用于确定对流体介质内的声波的响应的方法，该方法包括: 采集来自安装在一个刚性体的外围处的多个压力传感器的声压信号并在该外围周围衍射声波，该刚性体被安置在一种流体介质内； 从这些声压信号产生压力梯度信号，包括对声波的响应、由该刚性体的运动引起的响应、和由流经该刚性体内的压力传感器的流体介质的流动引起的响应； 用一个耦接至该刚性体的运动传感器采集刚性体运动信号； 产生运动传感器信号，包括由该刚性体的运动引起的响应和由流经该运动传感器的流体介质的流动引起的响应；以及 组合该压力梯度和运动传感器信号以产生一个输出信号，该输出信号包括对声波的响应并基本独立于与该刚性体的运动相对应的或与流经该压力和运动传感器的流体介质的流动相对应的信号。
35.如权利要求34所述的方法，进一步包括在一个操作频率范围上匹配这些压力传感器的频率响应的幅度和相位。
36.如权利要求34或35所述的方法，进一步包括: 计算各声压信号和一个表示所有压力传感器的声压信号之和的复合压力信号之间的互关联； 从这些互关联推导幅度和相位校正；以及 将这些幅度和相位校正应用到这些声压信号上。
37.一种计算机可读数据存储介质,存储表示根据权利要求34-36中任意一项所述的方法采集或产生的声压信号、压力梯度信号、刚性体运动信号、运动传感器信号以及输出信号中的至少一种信号。
38.一种存储计算机可读指令的计算机可读存储介质，当这些指令被一个处理器实施时，实施如权利要求34-36中任意一项所述的方法。
39.一种水下传感器，包括: 一个压力梯度声波质点运动传感器，该压力梯度声波质点运动传感器包括多个被安置在固定相对位置处的声波压力传感器，这些声波压力传感器具有被组合以产生一个压力梯度频率响应的单个频率响应， 其中，这些声波压力传感器的单独频率响应在一个操作频率范围上匹配足够密切，以便将对声波压力的压力梯度频率响应衰减至对声波质点运动的压力梯度频率响应以下。
40.如权利要求39所述的水下传感器，其中，这些声波压力传感器由同一批次压电材料制造。
41.如权利要求39所述的水下传感器，进一步包括将这些声波压力传感器的输出信号的幅度和相位调节至±0.1%以内的电路。
42.如权利要求39所述的水下传感器，进一步包括一个刚性体,该刚性体衍射一种水下声波并在该刚性体的外围周围的固定相对位置处具有多个凹口，其中，这些声波压力传感器被安装在这些凹口内以便形成一个衍射压力梯度声波质点运动传感器。
43.如权利要求42所述的水下传感器，其中，这些声波压力传感器和这些凹口的尺寸保持±0.1%或更小的公差 。
44.如权利要求39-43中任意一项所述的水下传感器，进一步包括一个安装在该刚性体内的刚性体运动传感器。
45.如权利要求44所述的水下传感器，其中，该刚性体被安置在一个电缆定位装置中，该电缆定位装置耦接至一根水下电缆。
46.如权利要求44所述的水下传感器，其中，该刚性体被安置在一个自主水下记录装置内。
47.如权利要求44-46中任意一项所述的水下传感器，其中，该衍射压力梯度声波质点运动传感器产生对声波质点运动和刚性体运动进行响应的一个第一传感器输出信号，并且其中，该刚性体运动传感器产生只对刚性体运动进行响应的一个第二传感器输出信号，并且其中，该第一和第二信号被组合以产生一个不包括刚性体运动在内的声波质点运动的响应。
48.一种水下传感器系统，包括一根水下电缆以及耦接至该水下电缆的如权利要求39-44中任意一项所述的水下传感器。
49.如权利要求39所述的水下传感器系统，进一步包括多个数据采集信道，每个数据采集信道与这些声波压力传感器的其中一个相关联，其中，每个数据采集信道包括一个提供数字化压力信号的模数转换器。
50.如权利要求49所述的水下传感器，进一步包括一个数字信号处理器，该数字信号处理器接收来自这些模数转换器的数字化压力信号。
51.一种水下传感器，包括: 一个刚性安装体，该刚性安装体具有一个外部外围和多个位于规则间隔位置处并向该外围开放的凹口； 多个压力传感器，这些压力传感器被接收进这些位于规则间隔位置处的凹口内以便形成一个压力梯度传感器，其中，这些压力传感器频率响应的幅度和相位在一个操作频率范围上匹配。
52.如权利要求51所述的水下传感器，其中，该刚性安装体为圆柱形，带有一根中心纵轴。
53.如权利要求51或52所述的水下传感器，其中，这些凹口纵向间隔成对安排在该外围周围。
54.如权利要求51-53中任意一项所述的水下传感器,其中,这些凹口在该外围周围等距地间隔开。
55.如权利要求51-54中任意一项所述的水下传感器，进一步包括一个刚性体运动传感器，并且其中，该刚性安装体包括一个接收该刚性体运动传感器的空腔。
56.如权利要求51-55中任意一项所述的水下传感器,其中，该刚性安装体被安置在一个电缆定位装置内，该电缆定位装置耦接至一根水下电缆。
57.如权利要求51-55中任意一项所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性安装体被安置在一个自主水下记录装置内。
58.如权利要求51-55中任意一项所述的水下声波质点运动传感器，其中，该刚性安装体被安置在一个在水中行进的自主水下运载车内。
59.一种用于制作具有质点运动传感器的性能能力的水下压力梯度声波传感器的方法，该方法包括: 采集来自附装到位 于间隔分开位置处的刚性体内的第一和第二声波压力传感器的第一和第二压力信号； 从该第一和第二压力信号的差产生一个压力梯度信号；以及 在一个操作频率范围上匹配该第一和第二压力信号的频率响应以将该压力梯度信号内对声波压力的响应衰减至对声波质点运动的响应以下。
60.如权利要求59所述的方法,包括通过用同一批次压电材料制作该第一和第二声波压力传感器来匹配这些频率响应。
61.如权利要求59所述的方法，包括通过使用电路将该第一和第二声波压力传感器的第一和第二压力信号的幅度和相位调节至±0.1%以内来匹配这些频率响应。
62.如权利要求59所述的方法，包括通过将该第一和第二声波压力传感器以及这些间隔分开位置的尺寸保持在±0.1%或更小的公差来匹配这些频率响应。
63.如权利要求59-62中任意一项所述的方法，包括: 计算第一和第二压力信号各自与一个表不第一和第二压力信号之和的复合压力信号之间的互关联； 从该第一和第二互关联推导第一和第二幅度和相位校正；以及将该第一和第二幅度和相位校正应用到该第一和第二压力信号以保持该第一和第二声波压力传感器频率响应的幅度和相位匹配。
全文摘要
一种感应压力和最多三个正交质点运动分量的流体载声波的多分量传感器。该传感器对该传感器安装件的运动没有响应的。此外，该传感器对流经该传感器的声介质的湍流基本没有响应。
文档编号G01V1/18GK103168254SQ201180050235
公开日2013年6月19日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月2日
发明者罗伯特·E·洛奎特, A·W·奥利维尔, D·J·兰伯特 申请人:离子地球物理学公司