МОРСКОЕ СЕЙСМОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК G01V1/16 G01V1/38 

Изобретение относится к геофизическим приемным устройствам, предназначенным для выполнения сейсморазведочных работ на морских, озерных и речных акваториях, а более конкретно к сейсмоприемным устройствам (сейсмокосам).

Известна морская секционная коса (сейсмоприемное устройство), содержащая шланг, в котором размещены пьезоприемники, согласующие устройства и соединительные провода, включенные на вход сейсмостанции, а также устройство контроля каналов, выполненное в виде кабеля пьезоэлектрического или электретного типа, размещенного внутри шланга вдоль каждой секции сейемокосы (см. авт. св. N 1012168, кл. G 01 V 1/16).

Недостатками таких устройств является наличие у них больших электромагнитных помех по сравнению с оптоволоконными приемными системами.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому устройству являются сейсмоприемные устройства, представляющие собой секционный шланг, разделенный на приборные и бесприборные (удлинительные и амортизационные) секции. Амортизационные секции снижают динамическую ударную нагрузку на приемную часть сейсмокосы и соединяют линии секций. Удлинительные секции с помощью волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) соединяют приемную измерительную систему сейсмокосы с сейсмостанцией, расположенной на борту судна. В приборных секциях расположены оптические датчики, оптический фидер с ответвителями, по которому подается от источника лазерного излучения исходная световая волна на датчики, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), которые соединяют оптические датчики погруппно между собой и с сейсмостанцией на борту судна. Буксировка сейсмокосы осуществляется с помощью буксировочного троса, находящегося в приборных и бесприборных секциях. Плавучесть сейсмокосы задается за счет заполнения приборных секций поплавковым заполнителем (см. журнал "SEATECHNOLGY", май 1994 г., стр. 31-37).

Недостатками таких сейсмокос является большое количество волоконно-оптических линий связи, зависящих от количества каналов сейсмоприемной косы. В таких косах весогабаритные размеры пропорциональны количеству каналов, что на практике ограничивает канальность таких кос. Недостатком таких сейсмокос является также отсутствие оперативного контроля оптического сейсмического измерительного канала на оптических методах.

Целью изобретения является создание сейсмоприемного устройства, позволяющего повысить эффективность сейсмической приемной системы за счет увеличения канальности и оперативного оптического контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в морское сейсмоприемное устройство, содержащее сейсмостанцию, лазерный источник оптической энергии, бесприборные и приборные секции, заполненные поплавковым наполнителем, включающие грузонесуший трос, волоконно-оптические линии связи, оптический фидер, соединенный в приборных секциях через ответвители с оптическими датчиками, включенные погруппно, фотодетекторы, включенные на вход сейсмостанции, введены блок контроля и блок сопряжения, включающий m электронно-оптических демультиплексоров и k фильтров интерполяции, включенные на вход сейсмостанции, а в каждую приборную секцию введены первые электронно- оптические коммутаторы, первые m входов которых соединены с выходами датчиков, a m первых выходов соединены с m первыми входами электронно-оптических демультиплексоров, второй вход - с первым выходом дешифратора, третий вход - с вторым выходом сейсмостанции, с вторым входом дешифратора и третьими входами электронно-оптических демультиплексоров, первые входы дешифраторов соединены с первым выходом сейсмостанции и с вторыми входами демультиплексоров, входы оптических датчиков соединены с первым и вторым выходами блока контроля, первый вход которого подключен к лазерному источнику оптической энергии, второй вход - с четвертым выходом сейсмостанции, третий вход - с третьим выходом сейсмостанции. Блок контроля содержит управляемый генератор оптических колебаний и второй электронно-оптический коммутатор, первый вход второго электронно-оптического коммутатора, являющийся первым входом блока контроля, подключен к лазерному источнику оптической энергии.

На фиг. 1 показан общий вид сейсмоприемного устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Морское сейсмоприемное устройство содержит расположенные на борту судна сейсмостанцию 1, блок сопряжения 2, блок контроля 3 и лазерный источник оптической энергии 4. Закрепленные через бесприборные секции 5 на грузонесущем тросе 6 приборные шланговые секции 7 и заполненные поплавковым наполнителем, включающие оптический фидер 8 с ответвителями 9 и оптические датчики 10. Выходы датчиков 10 соединены параллельно в группы, образуя m каналов, которые волоконно-оптическими линиями связи 11 соединены с первыми m входами электронно-оптических коммутаторов 12. М первых выходов электронно-оптических коммутаторов 12 через волоконно-оптические линии связи 13 соединены с m первыми входами электронно-оптических демультиплексоров 14. Количество m входов/выходов в коммутаторах 12 определяется оптимальным использованием сквозных волоконно-оптических линий связи в секции, зависящих от принимаемых длин сейсмических секций, от длин измерительных баз секций и от количества используемых электронно-оптических коммутаторов в секции. Количество входов/выходов m в электронно-оптических коммутаторах в секции зависит от вышеуказанных величин, а также и от технологии проведения сейсмических работ. Количество секций (n) в морской сейсмокосе зависит от канальности (k) сейсмокосы.

Количество электронно-оптических демультиплексоров 14 в блоке сопряжения равно количеству оптических входов/выходов коммутатора 12. Количество выходов на электронно-оптическом демультиплексоре 14 соответствует количеству коммутаторов 12 в сейсмокосе 7. В данном варианте, представленном на фиг. 2, в приборной секции используется один электронно-оптический коммутатор с m оптическими входами/выходами, в блоке сопряжения - m электронно-оптических демультиплексоров, каждый из которых содержит n выходов; для данного варианта d = n, k = m•n. На практике значение m принимается 4, 8, 12, 16, 32, канальность кос(k) достигает до 1000 каналов.

Данные управления, характеризующие номер коммутатора 12, с первых выходов сейсмостанции по электрическим линиям 15 поступают на вторые входы электронно-оптических демультиплексоров 14 и первые входы дешифраторов 16, первый выход которых поступает на второй вход электронно-оптических коммутаторов 12. Сигналы синхронизации по электрической линии 17 со второго выхода сейсмостанции поступают на второй вход дешифраторов 16, на третий вход коммутаторов 12 и на третий вход электронно-оптических демультиплексоров 14. Данные с n выходов демультиплексоров 14 поступают по ВОЛС 19 на вход фотодетекторов 18, выход которых электрическими проводниками 21 соединен с входами фильтров интерполяции 20 и с входами сейсмостанции 1. Выходы фильтров интерполяции 20 соединены электрическими проводниками 22 с входами сейсмостанции 1.

Входы оптических датчиков n секций соединены оптическим фидером 8 с ответвителями 9 с первым и вторым выходами второго электронно-оптического коммутатора 23, первый вход которого подключен ВОЛС 24 к лазерному источнику оптической энергии 4, второй вход соединен через ВОЛС 25 к генератору оптических колебаний 26, вход которого электрической связью 27 соединен с четвертым выходом сейсмостанции 1, третий вход второго электронно-оптического коммутатора 23 соединен электрической линией 28 с третьим выходом сейсмостанции 1.

Блок контроля содержит электронно-оптический коммутатор 23, который вторым входом соединен с генератором оптических колебаний 26 через ВОЛС 25 и вторым выходом электронно-оптического коммутатора 23 через ВОЛС 29 соединен с входным фидером 8. Управляющий третий вход коммутатора 23 соединен электрическим проводником 28 с третьим выходом сейсмостанции 1 и четвертый выход сейсмостанции 1 электрическим соединением 27 соединен с генератором оптических колебаний 26.

Устройство работает следующим образом.

Исходная оптическая энергия с лазерного источника 4 через ВОЛС 24 и электронно-оптический коммутатор 23, закоммутированного в режим "Работа", управляющим сигналом по линии 28 от сейсмостанции 1, подается на оптический фидер 8 и ответвители 9, через которые исходная оптическая энергия подается на вход оптических сейсмодатчиков 10. На выходах сгруппированных оптических сейсмодатчиков 10 формируются оптические значения, пропорциональные сейсмическим данным. Оптические сейсмические значения с датчиков 10 через ВОЛС 11 и выбранные электронно-оптические коммутаторы 12 поступают по ВОЛС 13 на вход электронно-оптических демультиплексоров 14. Выбор электронно-оптических коммутаторов 12 осуществляется по импульсу синхронизации, подаваемому от сейсмостанции по электрической линии 17 и данным номера коммутатора по линии 15, которые дешифрируются на дешифраторах 16; импульс распознавания с одного из выбранного дешифратора 16 подается на электронно-оптичекий коммутатор 12, который коммутирует заданные оптические сейсмические каналы. С помощью управляющих сигналов по электрическим линиям 15 и сигналов синхронизации по электрической линии 17 выполняется поканальное разделение данных на выходах электронно-оптических демультиплексоров 14, которые поступают от m сейсмических каналов, скоммутированных в секции (группы) и от n секции (групп). Оптические значения с выходов электронно-оптических демультиплексоров 14 поступают по ВОЛС 19 на фотодетекторы 18, которые преобразуют оптические значения в электрические. Выходы фотодетекторов 18, количество которых равно количеству каналов в сейсмокосе k=m•n, соединяются электрическими проводниками 21 через первый выход блока сопряжения 2 с сейсмостанцией, работающих на аналого-цифровых преобразователях (АЦП), время преобразования которых многократно меньше времени квантования сейсмических данных, как правило t< 30 mcsec, с разрядной сеткой 14-16 разрядов [5]. Для измерения сейсмических данных с точностью до значений 10⁶, т. е. разрядной сеткой не менее 20 двоичных знаков, применяются сейсмостанции с АЦП на 24 разряда на базе Дельта-сигма преобразователях [6], по быстродействию они соизмеримы с периодом квантования измеряемых сейсмических данных 0.5,1,2 msec и устанавливаются такие АЦП в каждый сейсмический измерительный канал. При использовании сейсмостанций с АЦП на базе Дельта-сигма преобразователях электрические данные с выхода фотодетекторов 18 поступают через соединительные провода 21 на фильтры интерполяции 20, выходы которых соединятся через второй выход блока сопряжения 2 с входами сейсмостанций 1. На фильтрах интерполяции происходит восстановление исходных сейсмических данных. Согласно теореме Котельникова [4] для восстановления непрерывного сейсмического сигнала с учетом допустимых искажений интервал отсчетов должен быть вдвое меньше t < 1/2•f ( где f - наибольшая частота измеряемого сигнала). Скорости измерения оптоволоконных устройств и скорости работ электронно-оптических устройств позволяют многократно уменьшить допустимый интервал отсчетов для сейсмокос до 1000 каналов при частотах квантования аналоговых сейсмических сигналов 125 Гц, 250 Гц, при последовательном опросе датчиков [3]. На практике в морской сейсморазведке наиболее чаще применяются сейсмокосы 120-480 каналов.

Блок контроля содержит электронно-оптический коммутатор 23, соединенный с оптическим генератором 26, ВОЛС 24, ВОЛС 25, ВОЛС 29 и линию управления 28 режимов "Тестирование" или "Работа" и электрическое соединение генератора оптических колебаний 27 с сейсмостанцией 1.

Коммутатор 23, управляемый по линии 28, в режиме "Тестирование" отсоединяет оптический фидер 8 от источника оптической энергии 25, подключенного через ВОЛС 24, соединяет генератор оптических гармонических колебаний 26 через ВОЛС 25, коммутатор 23 и ВОЛС 29 с оптическим фидером 8, оптические гармонические колебания поступают на оптические датчики 10. Выбор проверяемой секции (группы) определяется номером коммутатора 12, который определяется данными по линии 15 и сигналов синхронизации 17. Номер проверяемой группы каналов определяется дешифратором 16. Режимы колебаний оптического генератора 26 задаются от сейсмостанции 1 по линии 27.

По идентичности снятия данных с сейсмодатчиков можно судить о работоспособности проверяемых оптических каналов. Частотные, амплитудные и фазовые проверяемые характеристики канала задаются на оптическом генераторе от сейсмостанции.

Литература
1. Журнал "SEA TECHNOLGY" MAY 1994 г. стр. 31-37 [прототип].

2. Авторское свидетельство СССР N 1012168, кл. G 01 V 1/16, 1983 г.

3. Волоконная оптика и приборостроение/ М.М. Бусов, и др. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987 г.

4. Общий курс полевой геофизики. М., Недра, Знаменский В.В., 1989 г., стр. 374-376.

5. Цифровая сейсморазведочная станция "Прогресс-96". Информационный листок N 87-6. Саратовский межотрослевой территориальный центр научно- технической информации и пропаганды 1987 г.

6. Strata VieW exploration Seismograph,Geometrics, INC 1996 г.

Изобретение относится к области сейсмической разведки, к сейсмическим приемным устройствам. Целью изобретения является повышение эффективности сейсмической приемной системы за счет увеличения канальности и эффективности контроля. Морское сейсмоприемное устройство содержит сейсмостанцию, блок сопряжения, блок контроля 3, лазерный источник оптической энергии. Закрепленные через бесприборные секции на грузонесущем тросе приборные секции, содержащей оптический фидер с ответвителями и оптические датчики 10, волоконно-оптические линии связи, фотодетекторы. Выходы датчиков соединены в группы. Отличительной особенностью устройства является введение в приборные секции сейсмокосы электронно-оптических коммутаторов, волоконно-оптических. Блок сопряжения содержит электронно-оптические демультиплексоры, фильтры интерполяции, волоконно-оптические и электрические связи между элементами. Блок контроля содержит генератор оптических колебаний, электронно-оптический коммутатор, волоконно-оптические и электрические линии связи. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Морское сейсмоприемное устройство, содержащее сейсмостанцию, лазерный источник оптической энергии, бесприборные и приборные секции, заполненные поплавковым наполнителем, включающие грузонесущий трос, волоконно-оптические линии связи, оптический фидер, соединенный в приборных секциях через ответвители с оптическими датчиками, включенными погруппно, волоконно-оптические линии связи, фотодетекторы, включенные на вход сейсмостанции, отличающееся тем, что введены блок контроля и блок сопряжения, включающий m электронно-оптических демультиплексоров, к фотодетекторов, входы которых соединены соответственно с выходами электронно-оптических демультиплексоров, и к фильтров интерполяции, входы которых соединены с выходами фотодетекторов, а выходы подключены к входам сейсмостанции, в каждую приборную секцию введены первые электронно-оптические коммутаторы, первые m входов которых соединены с выходами датчиков, а m первых выходов соединены с m первыми входами электронно-оптических демультиплексоров, второй вход с первым выходом дешифратора, третий вход - с вторым выходом сейсмостанции, вторым входом дешифратора и третьим входом электронно-оптических демультиплексоров, первый вход дешифратора соединен с первым выходом сейсмостанции, вторым входом электронно-оптических демультиплексоров, входы оптических датчиков соединены с первым и вторым выходами блока контроля, первый вход которого подключен к лазерному источнику оптической энергии, второй вход - с четвертым выходом сейсмостанции, третий вход - с третьим выходом сейсмостанции. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля содержит генератор оптических колебаний и второй электронно-оптический коммутатор, причем первый вход второго электронно-оптического коммутатора, являющийся первым входом блока контроля подключен к лазерному источнику оптической энергии, второй вход с выходом генератора оптических колебаний, вход которого является вторым входом блока контроля, третий вход - с третьим выходом блока контроля, а выходы второго электронно-оптического коммутатора соединены с первым и вторым выходами блока контроля.