IT201900014055A1 - DEVICE FOR THE EMISSION OF ACOUSTIC PULSES. - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO PER L’EMISSIONE DI IMPULSI ACUSTICI DEVICE FOR THE EMISSION OF ACOUSTIC PULSES
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici particolarmente adatto per l’impiego in apparati ecometrici, ad esempio in apparati ecometrici per esplorazioni sottomarine e di acque interne. The present invention refers to a device for the emission of acoustic pulses particularly suitable for use in ecometric equipment, for example in ecometric equipment for underwater and inland water exploration.
Come noto, un apparato ecometrico per esplorazioni sottomarine e di acque interne comprende generalmente un dispositivo atto a generare impulsi acustici che si propagano in acqua fino colpire il suolo sottomarino, penetrando negli strati sino a profondità variabili in funzione della loro permeabilità e delle caratteristiche del segnale acustico. As is known, an ecometric apparatus for submarine and inland water exploration generally comprises a device capable of generating acoustic pulses that propagate in the water until they hit the submarine soil, penetrating the layers up to varying depths according to their permeability and the characteristics of the signal. acoustic.
In tal modo, è possibile ottenere una “mappatura acustica” del suolo sottomarino che consente di studiarne composizione e struttura, ad esempio anche al fine di individuare eventuali giacimenti di idrocarburi sepolti. In this way, it is possible to obtain an “acoustic mapping” of the submarine soil which allows to study its composition and structure, for example also in order to identify any buried hydrocarbon deposits.
Sono noti da tempo dispositivi per l’emissione di impulsi acustici, comunemente denominati di tipo “sparker”, che comprendono una o più coppie di elettrodi destinati ad essere immersi in acqua ed elettricamente collegati ad una sorgente di potenza elettrica. Devices for the emission of acoustic pulses, commonly referred to as the "sparker" type, have been known for some time, which include one or more pairs of electrodes intended to be immersed in water and electrically connected to a source of electrical power.
Nell’uso di tali dispositivi, la sorgente di potenza elettrica fornisce energia elettrica agli elettrodi suddetti in modo tale da indurre una scarica elettrica tra quest’ultimi e la conseguente trasformazione nello stato di plasma (una cosiddetta “bolla di plasma”) di acqua in corrispondenza di un volume in prossimità degli elettrodi suddetti. In the use of these devices, the source of electrical power supplies electrical energy to the above electrodes in such a way as to induce an electric discharge between the latter and the consequent transformation into the plasma state (a so-called "plasma bubble") of water in correspondence to a volume in the vicinity of the aforesaid electrodes.
La formazione ed il successivo repentino collasso o implosione di tale “bolla di plasma” generano un’onda acustica impulsiva che si propaga in acqua per raggiungere il suolo sottomarino ed essere riflessa o rifratta dagli strati di quest’ultimo. The formation and subsequent sudden collapse or implosion of this "plasma bubble" generate an impulsive acoustic wave that propagates in the water to reach the underwater soil and be reflected or refracted by the latter's layers.
I dispositivi di tipo “sparker”, attualmente disponibili, non consentono di controllare in modo soddisfacente la forma d’onda (durata e ampiezza d’impulso) e la direzione di propagazione degli impulsi acustici emessi. Ciò si riflette in una qualità relativamente ridotta (ad esempio con valori di risoluzione verticale molto superiori ad 1 m) delle “immagini acustiche” del suolo sottomarino ottenibili grazie alla riflessione e ricezione degli impulsi acustici trasmessi. Il compito precipuo della presente invenzione è fornire un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici per apparati ecometrici che consenta di superare gli inconvenienti dell’arte nota, sopra evidenziati. The devices of the "sparker" type, currently available, do not allow satisfactory control of the waveform (duration and pulse width) and the direction of propagation of the acoustic pulses emitted. This is reflected in a relatively low quality (for example with vertical resolution values much higher than 1 m) of the “acoustic images” of the underwater soil that can be obtained thanks to the reflection and reception of the transmitted acoustic impulses. The main task of the present invention is to provide a device for the emission of acoustic pulses for ecometric apparatuses that allows to overcome the drawbacks of the prior art, highlighted above.
Nell’ambito di tale compito, uno scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici in grado di emettere impulsi acustici aventi qualità elevata in termini di durata e ampiezza. As part of this task, an object of the present invention is to provide a device for the emission of acoustic pulses capable of emitting acoustic pulses of high quality in terms of duration and amplitude.
Un ulteriore scopo dell’invenzione è fornire un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici in grado di emettere impulsi acustici aventi direzione di propagazione facilmente controllabile. A further purpose of the invention is to provide a device for the emission of acoustic pulses capable of emitting acoustic pulses having an easily controllable direction of propagation.
Un ulteriore scopo dell’invenzione è fornire un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici con potenza elevata, ad esempio nell’ordine delle decine di KJ. A further purpose of the invention is to provide a device for emitting acoustic pulses with high power, for example in the order of tens of KJ.
Un ulteriore scopo dell’invenzione è fornire un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici di relativamente semplice installazione sul campo ed agevole utilizzo pratico. A further purpose of the invention is to provide a device for the emission of acoustic pulses that is relatively simple to install in the field and easy to use in practice.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici che sia facile ed economico da realizzare a livello industriale. A further object of the present invention is to provide a device for the emission of acoustic pulses that is easy and economical to manufacture at an industrial level.
Questo compito e questi scopi, nonché altri scopi che appariranno evidenti dalla successiva descrizione e dai disegni allegati, sono realizzati, secondo l’invenzione, da un dispositivo per l’emissione di impulsi acustici, secondo la rivendicazione 1 e le relative rivendicazioni dipendenti, proposte nel seguito. This aim and these objects, as well as other objects which will become evident from the following description and the attached drawings, are achieved, according to the invention, by a device for the emission of acoustic pulses, according to claim 1 and the related dependent claims, proposed in the sequel.
In una sua definizione generale, il dispositivo per l’emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, comprende una struttura di contenimento avente almeno una parete reversibilmente deformabile (preferibilmente elasticamente deformabile) e destinata ad essere posta in contatto con un mezzo di propagazione degli impulsi acustici (ad esempio acqua di mare). In a general definition, the device for the emission of acoustic pulses, according to the invention, comprises a containment structure having at least one reversibly deformable wall (preferably elastically deformable) and intended to be placed in contact with a means of propagation of the acoustic pulses (for example sea water).
La struttura di contenimento è predisposta in modo da definire, almeno parzialmente, un volume interno del dispositivo segregato rispetto al suddetto mezzo di propagazione degli impulsi acustici. The containment structure is arranged in such a way as to define, at least partially, an internal volume of the device which is segregated with respect to the aforementioned means of propagation of the acoustic impulses.
Detto volume interno è riempito, almeno parzialmente, con un mezzo conduttivo allo stato di fluido (preferibilmente di liquido) avente conducibilità elettrica controllata inferiore od uguale a 10 mS, alla temperatura di 20 °C. Said internal volume is filled, at least partially, with a conductive medium in the fluid state (preferably of liquid) having a controlled electrical conductivity lower than or equal to 10 mS, at a temperature of 20 ° C.
Il dispositivo, secondo l’invenzione, comprende inoltre un gruppo di generazione degli impulsi acustici comprendente almeno una coppia di elettrodi che include un primo elettrodo (o elettrodo di catodo) ed un secondo elettrodo (o elettrodo di anodo) distanziati tra loro. I suddetti primo e secondo elettrodo sono predisposti in modo da essere in contatto con detto mezzo conduttivo e distanziati tra loro. Lo spazio di separazione tra detti primo e secondo elettrodo è pertanto occupato da detto mezzo conduttivo. The device, according to the invention, also comprises an acoustic pulse generation unit comprising at least one pair of electrodes which includes a first electrode (or cathode electrode) and a second electrode (or anode electrode) spaced apart. The aforesaid first and second electrodes are arranged so as to be in contact with said conductive means and spaced from each other. The separation space between said first and second electrodes is therefore occupied by said conductive means.
Secondo l’invenzione, i suddetti primo e secondo elettrodo sono elettricamente collegabili ad una sorgente di potenza e sono atti a ricevere energia elettrica (ad esempio un impulso di corrente) dalla sorgente di potenza suddetta in modo si generi una scarica elettrica tra detti primo e secondo elettrodo e, conseguentemente, si generi un impulso acustico. Quest’ultimo si trasmette da detto mezzo conduttivo a detto mezzo di propagazione degli impulsi acustici attraverso la parete deformabile della struttura di contenimento. According to the invention, the aforesaid first and second electrodes are electrically connectable to a power source and are adapted to receive electrical energy (for example a current pulse) from the aforesaid power source so that an electric discharge is generated between said first and second electrode and, consequently, an acoustic impulse is generated. The latter is transmitted from said conductive medium to said means of propagation of the acoustic impulses through the deformable wall of the containment structure.
Preferibilmente, il suddetto mezzo conduttivo ha conducibilità elettrica inferiore od uguale a 8 mS, alla temperatura di 20 °C. Preferably, the aforesaid conductive medium has an electrical conductivity lower than or equal to 8 mS, at a temperature of 20 ° C.
Preferibilmente, il suddetto mezzo conduttivo è allo stato liquido ed è costituito da una soluzione di acqua e cloruro di sodio, con una concentrazione di cloruro di sodio inferiore od uguale a 10 g/litro. Preferably, the aforesaid conductive medium is in the liquid state and consists of a solution of water and sodium chloride, with a sodium chloride concentration lower than or equal to 10 g / liter.
Preferibilmente, il suddetto mezzo conduttivo è costituito da una soluzione di acqua e cloruro di sodio, con una concentrazione di cloruro di sodio inferiore od uguale a 5 g/litro. Preferably, the aforesaid conductive medium consists of a solution of water and sodium chloride, with a sodium chloride concentration lower than or equal to 5 g / liter.
Preferibilmente, in detto gruppo di generazione degli impulsi acustici, almeno uno tra i suddetti primo e secondo elettrodo (o elettrodo di anodo) è realizzato in rame. Preferably, in said group for generating the acoustic pulses, at least one of the aforementioned first and second electrodes (or anode electrodes) is made of copper.
Preferibilmente, in detto gruppo di generazione degli impulsi acustici, il suddetto secondo elettrodo (o elettrodo di anodo) ha una forma allargata rispetto a detto primo elettrodo (o elettrodo di catodo). Preferably, in said group for generating the acoustic pulses, the aforementioned second electrode (or anode electrode) has an enlarged shape with respect to said first electrode (or cathode electrode).
Secondo una forma realizzativa preferita, detto secondo elettrodo (o elettrodo di anodo) ha la forma di un paraboloide di rotazione, vantaggiosamente con concavità rivolta verso la parete deformabile di detta struttura di contenimento. Detto primo elettrodo (o elettrodo di catodo) ha forma allungata ed è predisposto lungo l’asse principale di simmetria di detto paraboloide. Secondo tale forma realizzativa, la struttura di contenimento comprende un foglio deformabile in materiale plastico accoppiato al secondo elettrodo in corrispondenza di un bordo libero di detto paraboloide in modo da definire, in cooperazione con detto secondo elettrodo, un volume interno per contenere detto mezzo conduttivo. According to a preferred embodiment, said second electrode (or anode electrode) has the shape of a rotation paraboloid, advantageously with a concavity facing the deformable wall of said containment structure. Said first electrode (or cathode electrode) has an elongated shape and is arranged along the main axis of symmetry of said paraboloid. According to this embodiment, the containment structure comprises a deformable sheet of plastic material coupled to the second electrode at a free edge of said paraboloid so as to define, in cooperation with said second electrode, an internal volume for containing said conductive medium.
In un ulteriore aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un apparato ecometrico comprendente il dispositivo per l’emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione. In a further aspect, the present invention refers to an ecometric apparatus comprising the device for the emission of acoustic pulses, according to the invention.
Preferibilmente, tale apparato ecometrico è un apparato ecometrico per esplorazioni sottomarine e di acque interne. Preferably, this ecometric apparatus is an ecometric apparatus for submarine and inland water exploration.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo per l’emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, potranno essere meglio percepiti facendo riferimento alla descrizione data di seguito ed alle allegate figure, fornite a scopo puramente illustrativo e non limitativo, in cui: - la figura 1 illustra schematicamente il dispositivo di emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione; e Further characteristics and advantages of the device for the emission of acoustic pulses, according to the invention, can be better perceived by referring to the description given below and to the attached figures, provided for purely illustrative and non-limiting purposes, in which: - the figure 1 schematically illustrates the device for emitting acoustic pulses, according to the invention; And
- le figure 2-3 illustrano schematicamente una forma realizzativa del dispositivo di emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione; e - Figures 2-3 schematically illustrate an embodiment of the device for emitting acoustic pulses, according to the invention; And
- la figura 4 illustrata schematicamente alcune misure sperimentali relative al funzionamento del dispositivo di emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, nella forma realizzativa delle figure 2-3. - Figure 4 schematically illustrates some experimental measurements relating to the operation of the device for emitting acoustic pulses, according to the invention, in the embodiment of Figures 2-3.
Con riferimento alle citate figure, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo 1 per l’emissione di impulsi acustici. With reference to the aforementioned figures, the present invention refers to a device 1 for the emission of acoustic pulses.
Il dispositivo 1 è particolarmente adatto per l’impiego in apparati ecometrici destinati ad eseguire la prospezione di suolo sottomarino o subacqueo in generale e sarà descritto con particolare riferimento a tale tipo di applicazioni per evidenti ragioni di brevità e, comunque, senza volerne limitare l’ambito applicativo. The device 1 is particularly suitable for use in ecometric apparatuses intended to carry out the prospection of submarine or underwater soil in general and will be described with particular reference to this type of application for obvious reasons of brevity and, in any case, without wanting to limit its scope. application scope.
Il dispositivo 1 può, infatti, trovare impiego in apparati ecometrici di qualunque tipo, ad esempio in apparati ecometrici per applicazioni industriali, militari, medicali, e così via. The device 1 can, in fact, find use in ecometric apparatuses of any type, for example in ecometric apparatuses for industrial, military, medical applications, and so on.
Con riferimento alle citate figure, il dispositivo 1 comprende preferibilmente una struttura di supporto 4 atta a sorreggere e mantenere in posizione alcuni componenti del dispositivo stesso. With reference to the aforementioned figures, the device 1 preferably comprises a support structure 4 adapted to support and maintain in position some components of the device itself.
Secondo alcune forme realizzative dell’invenzione, ad esempio quando il dispositivo 1 è destinato ad essere impiegato in un apparato ecometrico per esplorazioni sottomarine e di acque interne, la struttura di supporto 4 può vantaggiosamente comprendere od essere collegata ad uno o più elementi galleggianti 40 o simili. According to some embodiments of the invention, for example when the device 1 is intended to be used in an ecometric apparatus for underwater and inland water exploration, the support structure 4 can advantageously comprise or be connected to one or more floating elements 40 or similar.
Secondo l’invenzione, il dispositivo 1 comprende un gruppo di generazione 3 degli impulsi acustici avente almeno una coppia di elettrodi che include un primo elettrodo 31 ed un secondo elettrodo 32 distanziati tra loro. According to the invention, the device 1 comprises an acoustic pulse generation unit 3 having at least one pair of electrodes which includes a first electrode 31 and a second electrode 32 spaced apart.
Nel funzionamento del dispositivo 1, il primo elettrodo 31 (o elettrodo di catodo) è vantaggiosamente destinato ad essere posto ad una tensione elettrica positiva mentre il secondo elettrodo 32 (o elettrodo di anodo) è destinato ad essere posto a massa o ad un’analoga tensione di riferimento. In the operation of the device 1, the first electrode 31 (or cathode electrode) is advantageously intended to be placed at a positive electric voltage while the second electrode 32 (or anode electrode) is intended to be grounded or to an analogous reference voltage.
Preferibilmente, il gruppo di generazione degli impulsi acustici 3 è operativamente collegato alla struttura di supporto 4, ad esempio predisponendo opportuni elementi (non illustrati) di connessione meccanica ed isolamento elettrico (non illustrati). Preferably, the acoustic impulse generation unit 3 is operatively connected to the support structure 4, for example by providing suitable elements (not shown) for mechanical connection and electrical insulation (not shown).
In linea di principio, il primo e secondo elettrodo 31, 32 possono avere forma qualunque, secondo le esigenze. In principle, the first and second electrodes 31, 32 can have any shape, according to requirements.
Preferibilmente, il secondo elettrodo 32 ha una forma allargata rispetto al primo elettrodo 31, ad esempio come nella configurazione preferita illustrata nelle figure 2-3. Preferably, the second electrode 32 has an enlarged shape with respect to the first electrode 31, for example as in the preferred configuration illustrated in Figures 2-3.
Preferibilmente, il primo elettrodo 31 ha una forma allungata con dimensione trasversale sostanzialmente puntiforme (cioè molto ridotta o trascurabile rispetto alla lunghezza). Preferably, the first electrode 31 has an elongated shape with a substantially point-like transverse dimension (i.e. very small or negligible with respect to length).
Secondo l’invenzione, il dispositivo 1 comprende una struttura di contenimento 2 che può essere operativamente collegata alla struttura di supporto 4 e/o al gruppo di generazione degli impulsi 3. According to the invention, the device 1 comprises a containment structure 2 which can be operatively connected to the support structure 4 and / or to the pulse generation unit 3.
La struttura di contenimento 2 comprende almeno una parete 21 meccanicamente deformabile in modo reversibile e destinata ad essere posta in contatto con un mezzo di propagazione (non illustrato) degli impulsi acustici. The containment structure 2 comprises at least one wall 21 mechanically deformable in a reversible way and intended to be placed in contact with a propagation medium (not shown) of the acoustic pulses.
Nell’impiego in un apparato ecometrico per esplorazioni sottomarine e di acque interne, la struttura di contenimento 2 può essere immersa almeno parzialmente, in modo che la parete deformabile 21 sia a contatto con l’acqua marina o lacustre (che, in questo caso, costituisce il mezzo di propagazione degli impulsi acustici). When used in an ecometric apparatus for underwater and inland water exploration, the containment structure 2 can be immersed at least partially, so that the deformable wall 21 is in contact with sea or lake water (which, in this case, constitutes the means of propagation of acoustic impulses).
Preferibilmente, la parete deformabile 21 della struttura di contenimento 2 è realizzata in modo da essere meccanicamente deformabile in modo reversibile (ad esempio elasticamente deformabile) rispetto ad un’onda di pressione proveniente dall’interno del dispositivo 1. Preferably, the deformable wall 21 of the containment structure 2 is made in such a way as to be mechanically deformable in a reversible way (for example elastically deformable) with respect to a pressure wave coming from inside the device 1.
Preferibilmente, almeno la parete deformabile 21 della struttura di contenimento 2 è realizzata in un materiale elettricamente isolante. Preferably, at least the deformable wall 21 of the containment structure 2 is made of an electrically insulating material.
Preferibilmente, in particolare quando il dispositivo 1 è destinato ad essere impiegato in un apparato ecometrico per esplorazioni sottomarine e di acque interne, la struttura di contenimento 2 è vantaggiosamente realizzata in un materiale impermeabile, almeno in corrispondenza delle sue parti destinate ad entrare in contatto con l’acqua. Preferably, in particular when the device 1 is intended to be used in an ecometric apparatus for underwater and inland water exploration, the containment structure 2 is advantageously made of an impermeable material, at least in correspondence with its parts intended to come into contact with the water.
In generale, la struttura di contenimento 2 è atta a definire, almeno parzialmente, un volume interno 20 del dispositivo segregato rispetto al mezzo di propagazione degli impulsi acustici. In linea di principio, la struttura di contenimento 2 può avere forma qualunque, secondo le esigenze. In general, the containment structure 2 is able to define, at least partially, an internal volume 20 of the device segregated with respect to the means of propagation of the acoustic pulses. In principle, the containment structure 2 can have any shape, according to requirements.
Come meglio illustrato nel seguito, secondo alcune forme realizzative dell’invenzione (figura 2), la struttura di contenimento 2 definisce il volume interno 20 in cooperazione con parti del gruppo di generazione degli impulsi 3, in particolare con il secondo elettrodo 32 (elettrodo di anodo) di quest’ultimo. As better illustrated below, according to some embodiments of the invention (Figure 2), the containment structure 2 defines the internal volume 20 in cooperation with parts of the pulse generation unit 3, in particular with the second electrode 32 ( anode) of the latter.
Secondo altre forme realizzative dell’invenzione (non illustrate), la struttura di contenimento 2 è costituita da un contenitore a sé stante o definisce il volume interno 20 in cooperazione con parti (elettricamente isolanti) della struttura di supporto 4. According to other embodiments of the invention (not shown), the containment structure 2 consists of a separate container or defines the internal volume 20 in cooperation with (electrically insulating) parts of the support structure 4.
Secondo l’invenzione, il suddetto volume interno 20 (definito, almeno in parte, dalla struttura di contenimento 20) è riempito, almeno parzialmente, con un mezzo conduttivo 200 avente conducibilità elettrica controllata. According to the invention, the aforementioned internal volume 20 (defined, at least in part, by the containment structure 20) is filled, at least partially, with a conductive medium 200 having controlled electrical conductivity.
Vantaggiosamente, il mezzo conduttivo 200 è allo stato di fluido, preferibilmente di liquido. Secondo l’invenzione, il primo e secondo elettrodo 31, 32 sono predisposti in modo da essere in contatto con il mezzo conduttivo 200 ed in modo che lo spazio di separazione tra detti elettrodi sia occupato da detto mezzo conduttivo. In tal modo, il mezzo conduttivo 20 è destinato ad essere soggetto ad un campo elettrico tra gli elettrodi 31, 32, quando a quest’ultimi è applicato un differenziale di tensione elettrica. Advantageously, the conductive medium 200 is in the state of fluid, preferably of liquid. According to the invention, the first and second electrodes 31, 32 are arranged so as to be in contact with the conductive medium 200 and so that the separation space between said electrodes is occupied by said conductive medium. In this way, the conductive means 20 is intended to be subjected to an electric field between the electrodes 31, 32, when an electrical voltage differential is applied to the latter.
Secondo alcune forme realizzative dell’invenzione (figura 1), gli elettrodi 31, 32 sono predisposti all’interno del volume interno 20 in modo da essere immersi nel mezzo conduttivo 200. According to some embodiments of the invention (Figure 1), the electrodes 31, 32 are arranged inside the internal volume 20 so as to be immersed in the conductive medium 200.
Secondo alcune forme realizzative dell’invenzione (figura 2), il primo elettrodo 31 (elettrodo di catodo) è vantaggiosamente predisposto all’interno del volume interno 20 in modo da essere immerso nel mezzo conduttivo 200 mentre il secondo elettrodo 32 (elettrodo di anodo) delimita il volume interno 20 in cooperazione con la struttura di contenimento 2 ed è pertanto posto a contatto con il mezzo conduttivo stesso. According to some embodiments of the invention (Figure 2), the first electrode 31 (cathode electrode) is advantageously arranged inside the internal volume 20 so as to be immersed in the conductive medium 200 while the second electrode 32 (anode electrode) it delimits the internal volume 20 in cooperation with the containment structure 2 and is therefore placed in contact with the conductive medium itself.
Preferibilmente, almeno uno di detti primo e secondo elettrodo 31, 32 è realizzato in rame. Secondo ulteriori forme realizzative preferite, entrambi gli elettrodi 31, 32 sono realizzati in rame. Preferably, at least one of said first and second electrodes 31, 32 is made of copper. According to further preferred embodiments, both electrodes 31, 32 are made of copper.
Secondo l’invenzione, il mezzo conduttivo 200 ha conducibilità elettrica inferiore od uguale a 10 mS ad una temperatura di riferimento di 20 °C. According to the invention, the conductive medium 200 has electrical conductivity less than or equal to 10 mS at a reference temperature of 20 ° C.
Preferibilmente, il mezzo conduttivo 200 ha conducibilità elettrica inferiore o uguale a 8 mS, alla temperatura di 20 °C. Preferably, the conductive medium 200 has an electrical conductivity lower than or equal to 8 mS, at the temperature of 20 ° C.
Secondo una forma realizzativa preferita dell’invenzione, il mezzo conduttivo 200 è allo stato di liquido. According to a preferred embodiment of the invention, the conductive medium 200 is in the liquid state.
Preferibilmente, il mezzo conduttivo 200 è costituito da una soluzione di acqua e cloruro di sodio, con una concentrazione di cloruro di sodio inferiore o uguale a 10 g/litro. Preferably, the conductive medium 200 consists of a solution of water and sodium chloride, with a sodium chloride concentration lower than or equal to 10 g / liter.
Ancora più preferibilmente, il mezzo conduttivo 200 è costituito da una soluzione di acqua e cloruro di sodio, con una concentrazione di cloruro di sodio inferiore o uguale a 5 g/litro. Secondo l’invenzione, gli elettrodi 31, 32 del gruppo di generazione degli impulsi acustici 3 sono elettricamente collegabili ad una sorgente di potenza elettrica 6. Even more preferably, the conductive medium 200 consists of a solution of water and sodium chloride, with a sodium chloride concentration lower than or equal to 5 g / liter. According to the invention, the electrodes 31, 32 of the acoustic pulse generation unit 3 are electrically connectable to an electrical power source 6.
La sorgente di potenza elettrica 6 è atta a fornire una quantità impulsiva di energia elettrica (impulso di corrente) agli elettrodi 31, 32 del dispositivo 1. The electrical power source 6 is adapted to supply an impulsive quantity of electrical energy (current pulse) to the electrodes 31, 32 of the device 1.
Quando gli elettrodi suddetti ricevono tensione dalla sorgente di potenza 6, si forma una scarica elettrica tra gli elettrodi stessi e, di conseguenza, si genera un impulso acustico che si trasmette dal mezzo conduttivo 20 al suddetto mezzo di propagazione degli impulsi acustici attraverso la parete deformabile 21 della struttura di contenimento 2. When the aforesaid electrodes receive voltage from the power source 6, an electric discharge is formed between the electrodes themselves and, consequently, an acoustic impulse is generated which is transmitted from the conductive medium 20 to the aforementioned means of propagation of the acoustic impulses through the deformable wall. 21 of the containment structure 2.
La suddetta scarica elettrica, infatti, provoca la formazione di una regione allo stato di plasma nel mezzo conduttivo 200 in corrispondenza degli elettrodi 31, 32. The aforesaid electric discharge, in fact, causes the formation of a region in the plasma state in the conductive medium 200 in correspondence with the electrodes 31, 32.
Tale regione di mezzo conduttivo allo stato di plasma si espande durante la scarica elettrica e collassa repentinamente quando la scarica elettrica si esaurisce al termine dell’impulso di energia elettrica fornito dalla sorgente di potenza 6. This region of conductive medium in the plasma state expands during the electrical discharge and collapses suddenly when the electrical discharge is exhausted at the end of the electrical energy impulse provided by the power source 6.
Il processo di formazione, espansione e successivo collasso di tale regione di mezzo conduttivo allo stato di plasma genera un impulso acustico che si trasmette al mezzo di propagazione degli impulsi acustici attraverso la parete deformabile 21. The process of formation, expansion and subsequent collapse of this region of conductive medium in the plasma state generates an acoustic impulse which is transmitted to the propagation medium of the acoustic impulses through the deformable wall 21.
Preferibilmente, la sorgente di potenza elettrica 6 comprende un terminale positivo T1 elettricamente collegabile al primo elettrodo 31 (elettrodo di catodo) ed un terminale negativo T2 elettricamente collegabile al secondo elettrodo 32 (elettrodo di anodo). Preferably, the electric power source 6 comprises a positive terminal T1 electrically connectable to the first electrode 31 (cathode electrode) and a negative terminal T2 electrically connectable to the second electrode 32 (anode electrode).
In linea di principio, la sorgente di potenza 6 non è inclusa nel dispositivo 1. Essa può essere vantaggiosamente predisposta sul campo di impiego del dispositivo 1 per assicurarne il funzionamento. In principle, the power source 6 is not included in the device 1. It can be advantageously arranged on the field of use of the device 1 to ensure its operation.
Secondo alcune forme realizzative dell’invenzione, però, la sorgente di potenza 6 potrebbe essere parte del dispositivo 1 e trasportabile con esso. According to some embodiments of the invention, however, the power source 6 could be part of the device 1 and transportable with it.
In generale, la sorgente di potenza 6 può essere di tipo capacitivo. Ad esempio, essa può comprendere un banco di condensatori di potenza. In general, the power source 6 can be of the capacitive type. For example, it may comprise a bank of power capacitors.
Nelle figure 2-3 si mostra una forma realizzativa preferita del dispositivo 1 per l’emissione di impulsi acustici, secondo l’invenzione. Figures 2-3 show a preferred embodiment of the device 1 for emitting acoustic pulses, according to the invention.
Secondo tale forma realizzativa in figura 2, il primo elettrodo 31 (elettrodo di catodo) è costituito da un elemento elettricamente conduttivo allungato (preferibilmente in rame o tungsteno o altro metallo ad elevata conducibilità elettrica ed elevata resistenza alla corrosione), ad esempio un elemento cilindrico conduttivo con basi sostanzialmente puntiformi (cioè con dimensioni molto ridotte o trascurabili rispetto alla lunghezza dell’elemento cilindrico stesso). According to this embodiment in Figure 2, the first electrode 31 (cathode electrode) consists of an elongated electrically conductive element (preferably made of copper or tungsten or other metal with high electrical conductivity and high corrosion resistance), for example a cylindrical element conductive with substantially point-like bases (i.e. with very small or negligible dimensions compared to the length of the cylindrical element itself).
Il primo elettrodo 31 comprende una prima estremità libera 311 ed una seconda estremità 312, opposta alla suddetta prima estremità 311 ed elettricamente collegabile al terminale positivo della sorgente di potenza 6. The first electrode 31 comprises a first free end 311 and a second end 312, opposite the aforementioned first end 311 and electrically connectable to the positive terminal of the power source 6.
Vantaggiosamente, il gruppo di generazione 3 degli impulsi acustici comprende un elemento isolatore cavo 33, avente anch’esso sagoma sostanzialmente cilindrica ed accoppiato coassialmente con il primo elettrodo 31 in modo da ricoprire quest’ultimo per parte della sua lunghezza ed isolarlo elettricamente rispetto all’elettrodo 32. Advantageously, the acoustic pulse generation unit 3 comprises a hollow insulator element 33, also having a substantially cylindrical shape and coupled coaxially with the first electrode 31 so as to cover the latter for part of its length and electrically isolate it with respect to the electrode 32.
Il secondo elettrodo 32 (elettrodo di anodo) è costituito da un elemento conduttivo (preferibilmente in rame) avente forma di un paraboloide di rotazione, con un punto di vertice P, un punto di fuoco F ed un asse di simmetria A passante per i punti di vertice P e di fuoco F. Il secondo elettrodo 32 comprende un bordo di accoppiamento 320 che ne delimita la concavità in posizione distale rispetto al punto di vertice P. Tale bordo di accoppiamento è meccanicamente collegato alla struttura di supporto 4 mediante opportuni mezzi di collegamento (ad esempio connettori meccanici elettricamente isolanti). The second electrode 32 (anode electrode) consists of a conductive element (preferably made of copper) having the shape of a rotation paraboloid, with a vertex point P, a focus point F and an axis of symmetry A passing through the points of vertex P and of focus F. The second electrode 32 comprises a coupling edge 320 which delimits its concavity in a distal position with respect to the vertex point P. This coupling edge is mechanically connected to the support structure 4 by means of suitable connection means (e.g. electrically insulating mechanical connectors).
Il secondo elettrodo 32 è elettricamente collegato direttamente al terminale T2 (ad esempio negativo o a massa) della sorgente di potenza 6 mediante un elemento di collegamento elettrico di tipo noto (ad esempio un morsetto elettrico), vantaggiosamente passante, almeno parzialmente, attraverso l’elemento isolatore 33. The second electrode 32 is electrically connected directly to the terminal T2 (for example negative or to ground) of the power source 6 by means of an electrical connection element of a known type (for example an electric clamp), advantageously passing, at least partially, through the element isolator 33.
Secondo la forma realizzativa di figura 2, il primo elettrodo 31 è disposto lungo l’asse di simmetria A. According to the embodiment of Figure 2, the first electrode 31 is arranged along the axis of symmetry A.
Vantaggiosamente, il primo elettrodo 31 e l’elemento isolatore 33 sono operativamente associati al secondo elettrodo 32 in corrispondenza del punto di vertice P di quest’ultimo. In particolare, sono predisposti in modo da passare attraverso un foro 321 realizzato in corrispondenza del punto di vertice P dell’elettrodo 32. Advantageously, the first electrode 31 and the insulator element 33 are operatively associated with the second electrode 32 at the vertex point P of the latter. In particular, they are designed to pass through a hole 321 made at the vertex point P of the electrode 32.
Vantaggiosamente, il primo elettrodo 31 e l’elemento isolatore 33 sono meccanicamente collegati al secondo elettrodo 32 mediante mezzi di collegamento meccanico di tipo noto (ad esempio una o più flange meccaniche – figura 3). Advantageously, the first electrode 31 and the insulator element 33 are mechanically connected to the second electrode 32 by means of mechanical connection of a known type (for example one or more mechanical flanges - figure 3).
Secondo la forma realizzativa suddetta (figura 2), la struttura di contenimento 2 è costituita da un foglio flessibile in materiale plastico accoppiato (mediante mezzi di accoppiamento meccanico di tipo noto) al secondo elettrodo 32 in corrispondenza del bordo di accoppiamento 320 di quest’ultimo. According to the aforementioned embodiment (Figure 2), the containment structure 2 is constituted by a flexible sheet of plastic material coupled (by means of mechanical coupling means of known type) to the second electrode 32 in correspondence with the coupling edge 320 of the latter. .
La struttura di contenimento 2 definisce così, in cooperazione con il secondo elettrodo 32 (elettrodo di anodo), il volume interno 20 per contenere il mezzo conduttivo 200. The containment structure 2 thus defines, in cooperation with the second electrode 32 (anode electrode), the internal volume 20 for containing the conductive medium 200.
Il funzionamento del dispositivo 1 per l’emissione di impulsi acustici, nella forma realizzativa delle figure 2-3, viene ora brevemente illustrato. The operation of the device 1 for the emission of acoustic pulses, in the embodiment of figures 2-3, is now briefly illustrated.
All’inizio di un ciclo di funzionamento, la sorgente di potenza 6 si collega elettricamente agli elettrodi 31, 32 in risposta ad un comando dell’utente. At the beginning of an operating cycle, the power source 6 is electrically connected to the electrodes 31, 32 in response to a command from the user.
La sorgente di potenza 6 fornisce un impulso di corrente avente una durata predefinita (ad esempio alcuni ms) che causa la formazione di una scarica elettrica nel mezzo conduttivo 200 tra gli elettrodi suddetti. The power source 6 supplies a current pulse having a predefined duration (for example a few ms) which causes the formation of an electric discharge in the conductive medium 200 between the aforesaid electrodes.
La scarica elettrica nel mezzo conduttivo 200 causa la formazione di una regione in cui il mezzo conduttivo 200 si trasforma allo stato di plasma. The electrical discharge in the conductive medium 200 causes the formation of a region in which the conductive medium 200 changes to the plasma state.
Per tutta la durata dell’impulso di corrente fornito dalla sorgente di potenza 6, la regione di mezzo conduttivo 200 allo stato di plasma si espande nel volume occupato dal mezzo conduttivo suddetto. For the entire duration of the current pulse provided by the power source 6, the region of the conductive medium 200 in the plasma state expands in the volume occupied by the aforementioned conductive medium.
Prove sperimentali hanno evidenziato come tale regione di mezzo conduttivo allo stato di plasma non si espanda in modo uniforme ma presenti lobi di espansione preferenziali lungo la superficie interna dell’elettrodo 32 a forma di paraboloide. Experimental tests have shown that this region of conductive medium in the plasma state does not expand uniformly but has preferential expansion lobes along the inner surface of the paraboloid-shaped electrode 32.
Al termine dell’impulso di corrente fornito dalla sorgente di potenza 6, dato che la scarica elettrica innescata non è più alimentata, la regione di mezzo conduttivo 200 allo stato di plasma collassa repentinamente. At the end of the current pulse provided by the power source 6, since the triggered electric discharge is no longer powered, the region of conductive medium 200 in the plasma state suddenly collapses.
Il processo di espansione e collasso della regione di mezzo conduttivo 200 allo stato di plasma genera un impulso acustico che si propaga verso la parete deformabile 21 e si trasmette al mezzo di propagazione degli impulsi acustici (ad esempio acqua marina) attraverso la parete deformabile 21 che si deforma elasticamente. The process of expansion and collapse of the region of conductive medium 200 in the plasma state generates an acoustic impulse which propagates towards the deformable wall 21 and is transmitted to the propagation medium of the acoustic impulses (for example sea water) through the deformable wall 21 which it deforms elastically.
Prove sperimentali hanno evidenziato come l’impulso acustico generato si propaghi sostanzialmente lungo l’asse di simmetria A dell’elettrodo 32 a forma di paraboloide (elettrodo di anodo). Experimental tests have shown how the generated acoustic pulse propagates substantially along the axis of symmetry A of the paraboloid-shaped electrode 32 (anode electrode).
Si evidenza che processo di espansione e collasso della regione di mezzo conduttivo 200 allo stato di plasma non comporta alcuna variazione sostanziale del volume complessivo del mezzo conduttivo 200. It is evident that the expansion and collapse process of the conductive medium region 200 in the plasma state does not involve any substantial variation in the overall volume of the conductive medium 200.
In figura 4, sono illustrate alcune misure realizzate durante una prova sperimentale di funzionamento del dispositivo 1 per l’emissione di impulsi acustici, nella forma realizzativa di figura 2. Figure 4 illustrates some measurements made during an experimental operation test of the device 1 for the emission of acoustic pulses, in the embodiment of figure 2.
La prova sperimentale è stata realizzata in una struttura di vasca riempita con acqua dolce nella quale il dispositivo per l’emissione di impulsi acustici è stato parzialmente immerso. Il volume interno 20 del dispositivo 1 è stato riempito con una soluzione di acqua e cloruro di sodio, con una concentrazione di cloruro di sodio inferiore a 5 g/litro. The experimental test was carried out in a tank structure filled with fresh water in which the device for the emission of acoustic pulses was partially immersed. The internal volume 20 of the device 1 was filled with a solution of water and sodium chloride, with a sodium chloride concentration lower than 5 g / liter.
La sorgente di potenza 6 (banco di condensatori) è stata predisposta in modo da fornire una tensione di 4,5 kV tra i terminali T1, T2 (e quindi agli elettrodi 31, 32). The power source 6 (bank of capacitors) has been arranged so as to supply a voltage of 4.5 kV between the terminals T1, T2 (and therefore to the electrodes 31, 32).
La curva C1 di figura 4 illustra l’andamento della corrente fornita dalla sorgente di potenza 6 (misurata con un amperometro) durante un ciclo di funzionamento del dispositivo (t=0, istante di attivazione della sorgente di potenza 6 e inizio del ciclo di funzionamento). The curve C1 of figure 4 illustrates the trend of the current supplied by the power source 6 (measured with an ammeter) during an operating cycle of the device (t = 0, instant of activation of the power source 6 and start of the operating cycle ).
E’ evidente la presenza di un impulso IC della durata di circa 2 ms centrato in corrispondenza dell’istante t=2ms. It is evident the presence of an IC pulse lasting about 2 ms centered at the instant t = 2ms.
La curva C2 di figura 4 illustra una misura audiometrica realizzata, mediante un idrofono posto a circa 1,5 m dal dispositivo 1 ed immerso nel mezzo di propagazione degli impulsi acustici (acqua dolce) in cui il dispositivo 1 è stato, a sua volta, immerso. Curve C2 of figure 4 illustrates an audiometric measurement carried out by means of a hydrophone placed about 1.5 m from the device 1 and immersed in the propagation medium of the acoustic impulses (fresh water) in which the device 1 was, in turn, absorbed.
E’ evidente la presenza di un primo impulso acustico AC1 con durata ridotta (nell’ordine di pochi s) e ampiezza elevata (dell’ordine di 80-100 dB) in prossimità dell’istante t=12 ms. Tale impulso acustico costituisce l’impulso acustico generato dal dispositivo 1 e trasmesso al mezzo di propagazione degli impulsi acustici. It is evident the presence of a first AC1 acoustic impulse with reduced duration (in the order of a few s) and high amplitude (of the order of 80-100 dB) near the instant t = 12 ms. This acoustic impulse constitutes the acoustic impulse generated by the device 1 and transmitted to the propagation medium of the acoustic impulses.
Si noti la presenza di un secondo impulso AC2 con ampiezza inferiore rispetto al primo impulso AC1, sopra menzionato. Tale impulso acustico rappresenta l’eco del primo impulso acustico AC1 generata dalla riflessione di tale impulso acustico in corrispondenza delle pareti della struttura di vasca. Note the presence of a second AC2 pulse with a lower amplitude than the first AC1 pulse, mentioned above. This acoustic impulse represents the echo of the first AC1 acoustic impulse generated by the reflection of this acoustic impulse in correspondence with the walls of the tank structure.
Il dispositivo per l’emissione degli impulsi acustici, secondo l’invenzione, presenta notevoli vantaggi rispetto all’arte nota. The device for the emission of acoustic impulses, according to the invention, has considerable advantages over the known art.
Un aspetto molto importante della presente invenzione è rappresentato dal fatto che la scarica elettrica tra gli elettrodi 31, 32 sia generata in un mezzo conduttivo 200 avente conducibilità relativamente ridotta, secondo i valori sopra indicati. A very important aspect of the present invention is represented by the fact that the electric discharge between the electrodes 31, 32 is generated in a conductive medium 200 having relatively low conductivity, according to the values indicated above.
Si è verificato come tale soluzione consenta di ottenere una migliorata qualità dell’impulso acustico generato. Quest’ultimo, infatti, a parità di potenza impiegata, presenta durata inferiore e ampiezza più elevata rispetto ad un impulso acustico generato da un dispositivo “sparker” tradizionale con gli elettrodi immersi in acqua (tipicamente con durata di vari ms). Si evidenzia che, in un mezzo conduttivo 200 con conducibilità relativamente ridotta, la regione di mezzo conduttivo allo stato di plasma si espande più lentamente rispetto ad un dispositivo “sparker “ tradizionale. Ciò consente di ridurre considerevolmente la presenza di componenti acustiche spurie generate da turbolenze della regione di plasma durante la fase di espansione. It has been verified that this solution allows to obtain an improved quality of the generated acoustic impulse. The latter, in fact, with the same power used, has a shorter duration and higher amplitude than an acoustic pulse generated by a traditional "sparker" device with the electrodes immersed in water (typically with a duration of several ms). It is pointed out that, in a conductive medium 200 with relatively low conductivity, the region of the conductive medium in the plasma state expands more slowly than in a traditional "sparker" device. This allows to considerably reduce the presence of spurious acoustic components generated by turbulence of the plasma region during the expansion phase.
Un ulteriore importante aspetto del dispositivo per la generazione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, consiste nell’impiego, nel gruppo di generazione 3 degli impulsi acustici, di elettrodi 31, 32 aventi forma diversa, con il secondo elettrodo 32 (elettrodo di anodo) avente forma allargata rispetto al primo elettrodo 31 (elettrodo di catodo). A further important aspect of the device for the generation of acoustic pulses, according to the invention, consists in the use, in the generation unit 3 of the acoustic pulses, of electrodes 31, 32 having a different shape, with the second electrode 32 (anode electrode ) having an enlarged shape with respect to the first electrode 31 (cathode electrode).
In primo luogo, tale soluzione consente di migliorare in modo significativo il controllo della direzione dell’impulso acustico generato. Ad esempio, nella forma realizzativa delle figure 2-3, la concavità dell’elettrodo di anodo 32 determina una concentrazione dell’energia acustica in una direzione specifica, in modo analogo al fenomeno di concentrazione dell’energia esplosiva tipico di una carica cava (effetto Munroe). Ciò consente di ottenere un impulso acustico fortemente direzionale, che si propaga lungo l’asse di simmetria A del paraboloide. Inoltre, la soluzione sopra illustrata consente di ottenere impulsi acustici con ampiezza ancora maggiore, a parità di potenza elettrica impiegata. Ad esempio, nella forma realizzativa delle figure 2-3, la concavità dell’elettrodo di anodo 32 determina l’espansione della regione di mezzo conduttivo 200 allo stato di plasma verso il bordo esterno 320 dell’elettrodo stesso (secondo i sopra-menzionati lobi preferenziali di espansione) incrementando il volume occupato dalla regione di mezzo conduttivo 200 allo stato di plasma e, pertanto, la potenza dell’impulso acustico generato, a parità di potenza elettrica impiegata. First of all, this solution allows to significantly improve the control of the direction of the acoustic impulse generated. For example, in the embodiment of Figures 2-3, the concavity of the anode electrode 32 determines a concentration of the acoustic energy in a specific direction, similar to the phenomenon of concentration of the explosive energy typical of a hollow charge (effect Munroe). This allows to obtain a strongly directional acoustic impulse, which propagates along the axis of symmetry A of the paraboloid. Furthermore, the solution illustrated above allows to obtain acoustic pulses with an even greater amplitude, for the same electrical power used. For example, in the embodiment of Figures 2-3, the concavity of the anode electrode 32 determines the expansion of the region of conductive medium 200 in the plasma state towards the outer edge 320 of the electrode itself (according to the above-mentioned lobes expansion preferentials) by increasing the volume occupied by the region of conductive medium 200 in the plasma state and, therefore, the power of the acoustic pulse generated, for the same electrical power used.
Il dispositivo per la generazione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, è così in grado di offrire prestazioni molto elevate per quanto riguarda la potenza e la qualità (in termini di durata e ampiezza) degli impulsi acustici generati ed il controllo della direzione di emissione di quest’ultimi. The device for generating acoustic pulses, according to the invention, is thus able to offer very high performances as regards the power and quality (in terms of duration and amplitude) of the acoustic pulses generated and the control of the emission direction. of the latter.
Se impiegato in un apparato ecometrico per esplorazioni sottomarine e di acque interne, il dispositivo per la generazione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, consente di ottenere “immagini acustiche” del suolo sottomarino di qualità molto elevata, tipicamente con valori di risoluzione inferiori a 0,2 m per quanto riguarda la risoluzione verticale. Si evidenzia come tali valori di risoluzione non siano ottenibili in alcun modo con apparati ecometrici provvisti di tradizionali dispositivi “sparker” per la generazione di impulsi acustici. If used in an ecometric apparatus for underwater and inland water exploration, the device for generating acoustic pulses, according to the invention, allows to obtain "acoustic images" of the underwater soil of very high quality, typically with resolution values lower than 0.2m for vertical resolution. It should be noted that these resolution values cannot be obtained in any way with echometric devices equipped with traditional “sparker” devices for generating acoustic impulses.
Il dispositivo per la generazione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, è di agevole impiego pratico e non richiede l’effettuazione di complesse procedure di calibrazione o messa a punto durante la sua vita operativa. The device for generating acoustic pulses, according to the invention, is easy to use in practice and does not require the performance of complex calibration or tuning procedures during its operational life.
Il dispositivo per la generazione di impulsi acustici, secondo l’invenzione, presenta una struttura molto compatta che può essere facilmente realizzata a livello industriale con componenti di tipo noto, a costi competitivi con le soluzioni disponibili dell’arte nota. The device for generating acoustic pulses, according to the invention, has a very compact structure that can be easily manufactured at an industrial level with known types of components, at competitive costs with the available solutions of the known art.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2021023548A1 (en) | 2021-02-11 |
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