СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В СЕЙСМИЧЕСКОМ КАБЕЛЕ, СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА И МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ
METHOD FOR MONITORING ELECTRICAL POWER SUPPLY LINE COMPRISED IN SEISMIC CABLE, CORRESPONDING SYSTEM AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оборудованию для сейсморазведки и, в частности, к сейсмическим кабелям, предназначенным для разведки углеводородов.
Более конкретно, изобретение относится к технологии контроля линии электропитания, содержащейся в сейсмическом кабеле.
Настоящее изобретение может применяться, в частности, но не исключительно, в морской сейсморазведке.
Уровень техники
Проблемы, существующие в области морской сейсморазведки, более подробно описаны ниже в настоящем документе. Конечно, изобретение не ограничивается конкретной областью его применения, но представляет интерес для любой технологии, в которой требуется решать тесно связанные или аналогичные вопросы и проблемы.
В морской сейсморазведке для операции сбора сейсмических данных на месте обычно используют сети датчиков, распределенных вдоль кабелей, для формирования линейных акустических антенн, которые также называются “косами”, или “сейсмическими косами” или “сейсмическими кабелями”. Сейсмические косы буксируются сейсмическим судном в толще воды, которая может быть более или менее глубокой.
В последующем описании под сейсмическим кабелем понимается сейсмическая коса, которую можно поддерживать на выбранной глубине ниже поверхности моря, или кабель, лежащий на морском дне, например, в морской донной конфигурации, также известный как морской донный сейсморазведочный кабель (ОВС) для регистрации данных на дне моря.
Способ морской сейсморазведки обычно базируется на анализе отраженных сейсмических волн. Таким образом, для сбора геофизических данных в морской среде активируют один или более погруженных сейсмических источников для того, чтобы распространялись цуги сейсмических волн. Волна давления, которая формируется сейсмическим источником, проходит через столб воды и облучает ультразвуком различные слои морского дна. Часть отраженных сейсмических волн (то есть акустические сигналы) затем обнаруживается датчиками (например, гидрофонами, геофонами, акселерометрами или т.п.), распределенными по всей длине сейсмических кабелей. Эти акустические сигналы обрабатываются и передаются через телеметрию из сейсмических кабелей в центральный блок, расположенный на сейсмическом судне, где они сохраняются.
Как показано на фиг. 1, сеть сейсмических кабелей 100-104 буксируется сейсмическим судном 115. Сейсмический кабель 100 обычно содержит множество контроллеров 20, таких как телеметрические модули, расположенные вдоль сейсмического кабеля 100. Часть кабеля, которая содержится между двумя контроллерами 20, образует участок кабеля. Каждый участок кабеля непосредственно разделен на множество кабельных секций, каждая из которых содержит множество сейсмических датчиков, таких как гидрофоны, или геофоны или акселерометры, размещенные вдоль секции и адаптированные для обнаружения акустических сигналов. Сейсмический кабель 100, показанный на фиг. 1, содержит, например, два участка кабеля P1 и P2, каждый из которых содержит три кабельные секции S1-S3, содержащие сейсмические датчики для сбора данных. Сейсмические датчики обозначены поз. 10 на фиг. 2, которая подробно иллюстрирует блок, обозначенный поз. А на фиг. 1, то есть участок P2 сейсмического кабеля, обозначенного поз. 100. Каждая кабельная секция S1-S3 может дополнительно содержать множество узлов (на фигурах не показано), распределенных вдоль кабеля с интервалами, которые не обязательно являются регулярными.
Эти узлы соединены с контроллерами через электрические провода (на фигурах не показано). Более конкретно, все узлы расположены последовательно вдоль электрических проводов от головной секции сейсмического кабеля до хвостовой секции сейсмического кабеля, причем контроллеры распределены между группами узлов на электрических проводах. Узел адаптирован для сбора сейсмических данных, подаваемых из заданного ассоциированного набора датчиков 10 и оцифровки перед их отправкой через контроллеры 20 в центральный блок, расположенный на сейсмическом судне.
Контроллеры установлены вдоль сейсмического кабеля, и каждый в отдельности ассоциирован по меньшей мере с одним из узлов, причем каждый контроллер обеспечивает подачу питания и синхронизацию узлов, с которыми он ассоциирован. Более конкретно, контроллеры осуществляют сбор данных, поступающих из множества узлов. Затем контроллеры направляют собранные данные, принятые из узлов и от датчиков по линиям передачи данных (таким как телеметрическая линия 40) для передачи данных из или в контроллеры 20 и для маршрутизации указанных данных по направлению к судну-регистратору 115.
Теперь более подробно будет объяснено, какие функции выполняются каждым узлом и каждым контроллером.
Каждый узел состоит из четырех основных компонентов:
- измерительный блок;
- блок обработки;
- блок приемопередатчика; и
- блок питания.
Блоки чувствительных элементов обычно состоят из двух подблоков: датчиков и аналого-цифровых преобразователей (АЦП).
Аналоговые сигналы, вырабатываемые датчиками на основе наблюдаемого явления, преобразуются в цифровые сигналы с помощью АЦП и затем подаются в блок обработки. Блок обработки, который, как правило, ассоциирован с небольшим запоминающим устройством для буферизации, управляет процедурами, которые вызывают взаимодействие узлов с другими узлами, чтобы выполнять поставленные задачи зондирования. Блок приемопередатчика обеспечивает соединение узла с сетью.
Если датчики представляют собой аналоговые датчики (например, геофон или гидрофон), то каждый узел выполняет аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих от датчиков. Если датчики являются цифровыми (например, датчики представляют собой микромеханической акселерометр), то соответствующий узел не выполняет преобразование. Затем эти данные отправляются в центральный блок обработки данных, расположенный на борту судна-регистратора 115, через сеть линий передачи данных. Более конкретно, каждый узел имеет возможность для сбора данных и маршрутизации данных обратно в контроллер 20. Данные обычно отправляются из узлов в центральный блок обработки с помощью контроллеров 20.
Каждый контроллер выполняет различные функции, включающие:
- электропитание узлов через высоковольтные цепи питания;
- синхронизацию данных;
- извлечение данных из узлов по электрическим проводам;
- локальное сохранение данных для буферизации сейсмических данных;
- маршрутизацию данных через линии передачи данных (например, оптическую телеметрическую линию 40) в направлении судна-регистратора 115;
- сопряжение с судном-регистратором 115 (обработка команд, полученных от судна-регистратора 115);
- предварительную обработку данных, поступающих от узлов.
Таким образом, узлы и контроллеры разработаны только для выполнения функций обработки сигналов. Другими словами, узлы и контроллеры постепенно возвращают сейсмические данные в центральный блок обработки.
Линии электропитания обеспечивают питание контроллеров и датчиков высоким напряжением (таким как напряжение приблизительно 300 В - 1000 В), чтобы ограничить уровень тока в указанных линиях электропитания.
Модуль каждого контроллера преобразует высокое напряжение, принятое из линии электропитания, в низкое напряжение для двунаправленного электропитания сейсмических датчиков через линии электропитания. Как уже объяснено, контроллеры также извлекают и обрабатывают данные, поступающие от сейсмических датчиков, подсоединенных на каждой стороне, через электрические провода и производят операцию сопряжения между датчиками и линиями 40 передачи данных путем направления данных, принятых от датчиков, по линиям 40 передачи данных.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
2
В примере, показанном на фиг. 2, каждая кабельная секция S1-S3 имеет соединитель на каждом из концов, а именно: соединители O1, O1 для секции S1, соединители O2, O2 для секции S2 и соединители O3, О3 для секции S3. Каждый контроллер 20 и 20 имеет соединитель на каждом из концов, а именно: соединители Om, Om для контроллера 20 и соединители Os, OS для контроллера 20. Соединитель заданной секции адаптирован для соединения с соединителем секции, расположенной рядом с указанной заданной секцией, или с соединителем контроллера, расположенного рядом с указанной заданной секцией, чтобы обеспечить электрическое и/или оптическое соединение при подключении.
На фиг. 2 показана конфигурация типичного сейсмического кабеля, который содержит:
- линию 40 передачи данных (которая также называется телеметрической линией), проходящую вдоль сейсмического кабеля 100, для передачи данных из и в контроллеры 20,
- высоковольтную линию 50 электропитания, проходящую вдоль сейсмического кабеля 100, для подачи электропитания на контроллеры 20, размещенные на кабеле 100.
Линия 40 передачи данных, как правило, состоит из набора электрических медных проводов для передачи электрических сигналов и/или набора оптических волокон для передачи оптических сигналов из или в контроллер 20. Данные, передаваемые по линии 40 передачи данных, относятся к группе, включающей в себя: сейсмические данные, поступающие от датчиков 10, и данные управления, поступающие из узлов (например, результаты тестирования датчиков), данные управления, поступающие из главного контроллера в подчиненный контроллер и/или из подчиненного контроллера в главный контроллер (например, ток утечки контроллера, чрезмерное потребление контроллера).
1
2
1
Линия 50 электропитания обеспечивает подачу питания на каскадные пары главного и подчиненного контроллера 20 на участках линии 50 электропитания. В общем, главный контроллер пары из главного и подчиненного контроллеров отвечает за контроль участка линии электропитания, который расположен между этой парой главного и подчиненного контроллеров. Например, на участке P2 сейсмического кабеля, иллюстрированного на фиг. 2, главный контроллер 20 отвечает за управление подачей электропитания на подчиненный контроллер 20. Главный контроллер 20 также контролирует электропитание узлов, размещенных вдоль участка P2 кабеля.
2
1
Следует отметить, что главный контроллер управляет подачей питания на подчиненный контроллер, который может размещаться перед (то есть на стороне судна, как иллюстрировано на фиг. 2) или после (то есть на стороне конца сейсмического кабеля) и необязательно в непосредственной близости от главного контроллера. В примере, показанном на фиг. 2, подчиненный контроллер 20 размещается в непосредственной близости от главного контроллера 20 таким образом, чтобы подача питания осуществлялась для двух ближайших последовательных главных и подчиненных контроллеров. Это, конечно, является конкретным вариантом осуществления изобретения.
В морской сейсморазведке, из-за длины сейсмического кабеля, питание контроллеров осуществляется высоким напряжением из сейсмического судна (которое составляет обычно между 300 и 900 В) через линию 50 электропитания, которая создает проблемы безопасности.
1
2
1
2
2
1
В целях предотвращения возможных рисков поражения электрическим током или физического повреждения в случае, когда сейсмический кабель повреждается или обрывается, каждый участок сейсмической кабеля 100, который содержится между главным контроллером 20 и подчиненным контроллером 20, снабжен контуром безопасности, который при необходимости позволяет прекратить подачу высокого напряжения. Как показано на фиг. 2, контур SL безопасности состоит из пары двух электрических медных проводов 61, 62, которые содержатся между главным 20 и подчиненным 20 контроллерами. Пара электрических медных проводов 61 и 62 соединены через элемент 63 полного сопротивления со специфическим значением полного сопротивления, которое содержится в подчиненном контроллере 20. Измерительный блок 64, который размещается в главном контроллере 20, адаптирован для выполнения измерения полного сопротивления.
1
2
Если полное сопротивление, измеренное с помощью измерительного блока 64 равно указанному специфическому значению 63 полного сопротивления, это означает, что контур безопасности замкнут.В этом случае, главный контроллер 20 может передавать (или продолжает передавать) высокое напряжение в подчиненный контроллер 20 через участок линии 50 электропитания, который содержится между этими двумя контроллерами.
1
2
Если полное сопротивление стремится к бесконечности, это означает, что контур безопасности разомкнут, и поэтому сейсмический кабель 100 разомкнут или поврежден. В этом случае, главный контроллер 20 должен прекратить (или не запускать) подачу электропитания на подчиненный контроллер 20, чтобы обеспечить проведение ремонтных работ (извлечение сейсмического кабеля, определение местоположения неисправности или повреждения, замена поврежденного участка или элементов кабеля и т.д.).
Однако это известное решение имеет ряд недостатков. Использование контура безопасности, основанного на измерении полного электрического сопротивления, требует две дополнительные электрические медные линии на каждый провод электропитания (линия сетевого электропитания обычно содержит набор из двух проводов электропитания), что имеет значительное влияние на общий вес и размер сейсмического кабеля, а также на размер соединителей.
Задачи изобретения
Изобретение, по меньшей мере в одном варианте осуществления, направлено прежде всего на преодоление этих различных недостатков уровня техники.
Более конкретно, задача по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы создать технологию контроля линии электропитания, содержащейся в сейсмическом кабеле, которая позволяет избежать использования электрического контура безопасности.
Дополнительной задачей по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы создать технологию такого рода, которая позволила бы выполнить сейсмической кабель с облегченной конструкцией и уменьшенными размерами.
Другая задача по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы создать технологию такого рода, которая предлагает эффективный по стоимости сейсмической кабель.
Дополнительная задача по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в том, чтобы создать технологию такого рода, которая опирается исключительно на классическую архитектуру используемого сейсмического кабеля.
Сущность изобретения
Конкретный вариант осуществления изобретения предлагает способ контроля линии электропитания, которая содержится в сейсмическом кабеле и продолжается вдоль указанного сейсмического кабеля, причем сейсмический кабель дополнительно содержит:
- множество сейсмических датчиков, размещенных вдоль сейсмического кабеля,
- множество контроллеров, размещенных вдоль сейсмического кабеля,
- оптическую линию передачи, продолжающуюся вдоль указанного сейсмического кабеля для передачи информационных сигналов из или в указанные контроллеры,
причем линия электропитания обеспечивает питание по меньшей мере одной пары главного и подчиненного контроллеров.
Способ характеризуется тем, что для по меньшей мере одной заданной пары главного и подчиненного контроллеров, главный контроллер выполняет этап контроля участка указанной линии электропитания, который содержится между указанным главным и подчиненным контроллерами, с использованием оптического контура, установленного на участке указанной оптической линии передачи, который содержится между указанным главным и подчиненным контроллерами. Оптический контур начинается от главного контроллера и проходит через подчиненный контроллер.
Таким образом, изобретение позволяет, с учетом преимущества оптической архитектуры, обеспеченной в сейсмическом кабеле, выполнить чисто оптический контроль линии электропитания. Действительно, изобретение опирается на умелое использование оптической линии передачи, которая обычно применяется для передачи оптических сигналов для осуществления новой функции, которая заключается в проверке правильного функционирования линии электропитания. В этой связи, оптический контур устанавливается на участке оптической линии передачи, который содержится между парой главного и подчиненного контроллеров, чтобы проверить правильное функционирование участка линии электропитания, который содержится между указанной парой контроллеров, и тем самым избежать любого возможного случайного воздействия высокого напряжения в случае обрыва линии электропитания. Таким образом, благодаря этой оптической конфигурации, система контроля согласно изобретению не требует какого-либо традиционного электрического контура для обеспечения контроля линии электропитании. Таким образом, это позволяет уменьшить вес морской сейсмической косы и предлагает эффективный по стоимости сейсмический кабель.
Следует отметить, что главный контроллер управляет подачей питания на подчиненный контроллер, который можно разместить перед или после главного контроллера и рядом или нет с главным контроллером.
Согласно конкретному признаку главный контроллер дополнительно выполняет этапы, на которых:
- излучают оптический тестовый сигнал через участок указанной оптической линии передачи, которая содержится между указанными главным и подчиненным контроллерами,
- принимают оптический обратный сигнал, который возникает, предположительно, в результате отражения указанного тестового сигнала от подчиненного контроллера,
причем указанный этап контроля участка указанной линии электропитания выполняется в зависимости от указанного обратного сигнала.
Таким образом, принцип изобретения опирается на измерение, с помощью главного контроллера, отражения оптического сигнала от подчиненного контроллера для того, чтобы гарантировать то, что линия электропитания не оборвана. Принцип направлен на проверку того, что сейсмический кабель не оборван, путем проверки того, что участок оптической линии передачи, который содержится между двумя контроллерами, не оборван.
Согласно конкретному признаку главный контроллер дополнительно выполняет:
- этап определения фактического времени распространения, которое проходит между моментом времени излучения указанного оптического тестового сигнала и моментом времени приема указанного оптического обратного сигнала;
- первый этап сравнения фактического времени распространения с первым контрольным временем распространения, который зависит от предварительно определенного расстояния, разделяющего главный и подчиненный контроллеры;
- этап получения первой части информации контроля в зависимости от результата указанного первого этапа сравнения.
Таким образом, эту первую часть контрольной информации можно использовать для обнаружения по умолчанию линии электропитания:
- если фактическое время распространения идентично первому контрольному времени распространения, это означает, что участок линии электропитания, который содержится между главным и подчиненным контроллерами, работает правильно. Другими словами, участок линии электропитания рассматривается как не оборванный или не поврежденный;
- если фактическое время распространения отличается от первого контрольного времени распространения, это означает, что участок линии электропитания имеет повреждение. Другими словами, участок линии электропитания рассматривается как оборванный, разъединенный или поврежденный.
Согласно особенно предпочтительному признаку, указанная по меньшей мере одна заданная пара главного и подчиненного контроллеров, которые разделены участком кабеля, содержащим множество кабельных секций, причем каждая кабельная секция имеет оптический соединитель на обоих концах указанной кабельной секции, главный контроллер дополнительно выполняет, если фактическое время распространения отличается от первого контрольного времени распространения:
- второй этап сравнения фактического времени распространения по меньшей мере с одним вторым контрольным временем распространения, каждое из которых зависит от предварительного определенного расстояния, разделяющего указанный главный контроллер и один из указанных оптических соединителей участка кабеля;
- второй этап получения второй части контрольной информации в зависимости от результата второго этапа сравнения.
Эта вторая часть контрольной информации позволяет обнаружить местоположение повреждения линии электропитания. Таким образом, в отличие от традиционного способа контроля, способ согласно изобретению позволяет узнать, в какой кабельной секции участка кабеля произошло повреждение. Это позволяет проводить работы по предотвращению аварийной ситуации и техническое обслуживание на линии электропитания гораздо легче и быстрее. В основе этого лежит использование оптических соединителей вдоль сейсмического кабеля, установка оптического подконтура, который начинается от главного контроллера и проходит через последний соединитель, который отражает сигнал, что обеспечивает полезную дополнительную информацию о местоположении повреждения, обнаруженного в сейсмическом кабеле.
Согласно первому примерному варианту осуществления главный контроллер дополнительно выполняет этапы, на которых:
- обрабатывают указанную первую часть информации контроля и/или указанную вторую часть информации контроля,
- принимают положительное или отрицательное решение относительно прекращения питания указанного подчиненного контроллера через участок указанной линии электропитания, в зависимости от результата указанного этапа обработки.
Таким образом, в данном варианте осуществления локальную обработку информации контроля можно выполнять на уровне подчиненного уровне контроллера, чтобы принять решение относительно прекращения подачи питания на подчиненный контроллер указанного участка линии электропитания.
Согласно второму примерному варианту осуществления главный контроллер дополнительно выполняет этап отправки указанной первой части информации контроля и/или указанной второй части информации контроля в систему дистанционного управления, которая сопровождается идентификатором указанного главного контроллера для того, чтобы принять положительное или отрицательное решение относительно прекращения подачи питания на указанную линию электропитания.
В данном примерном варианте осуществления обработку данных контрольной информации можно выполнять в удаленном местоположении, например, с помощью системы управления, размещенной на борту судна (буксирующего сейсмический кабель), чтобы принять решение относительно прекращения подачи питания на линию электропитания. Идентификатор позволяет системе управления идентифицировать рассматриваемый главный контроллер и, таким образом, участок рассматриваемой линии электропитания.
В другом варианте осуществления изобретение относится к системе контроля линии электропитания, которая содержится в сейсмическом кабеле и продолжается вдоль указанного сейсмического кабеля, указанного сейсмического кабеля, причем указанный сейсмический кабель дополнительно содержит:
- множество сейсмических датчиков, размещенных вдоль сейсмического кабеля,
- множество контроллеров, размещенных вдоль сейсмического кабеля,
- оптическую линию передачи, продолжающуюся вдоль указанного сейсмического кабеля для передачи информационных сигналов из или в указанные контроллеры,
причем указанная линия электропитания обеспечивает покаскадное питание последовательности пар главного и подчиненного контроллеров в порядке следования участков указанной линии электропитания.
Система характеризуется тем, что содержит по меньшей мере для одной заданной пары главного и подчиненного контроллеров:
- оптическое средство, выполненное с возможностью взаимодействия с участком указанной оптической линии передачи, которая содержится между указанным главным и подчиненным контроллерами для того, чтобы сформировать оптический контур, начинающийся от главного контроллера и проходящий через подчиненный контроллер,
- средство контроля, использующее указанный оптический контур для контроля участка указанной линии электропитания, которая содержится между главным и подчиненным контроллерами.
Таким образом, данный конкретный вариант осуществления опирается в целом на новый и изобретательский подход, использующий преимущество оптической линии передачи, которая обычно используется для передачи оптических сигналов, чтобы реализовать оптический контур, позволяющий проверять правильное функционирование линии электропитания. Действительно, принцип изобретения заключается в проверке того, оборван ли сейсмический кабель, путем проверки того, не оборван ли участок оптической линии передачи, который содержится между двумя контроллерами. Таким образом, благодаря этой оптической конфигурации, система контроля согласно изобретению не требует какого-либо выделенного электрического контура контроля для обеспечения контроля линия электропитания. Это позволяет обеспечить простую и эффективную по стоимости реализацию системы контроля.
Согласно конкретному признаку указанное оптическое средство содержит:
- на стороне главного контроллера:
- оптический источник, выполненный с возможностью выработки оптического тестового сигнала, проходящего через участок указанной оптической линии передачи,
- оптический датчик, выполненный с возможностью приема оптического обратного сигнала, который возникает, предположительно, в результате отражения указанного оптического тестового сигнала от средства отражения оптического сигнала, которое содержится в подчиненном контроллере,
- на стороне подчиненного контроллера:
- указанное средство отражения оптического сигнала, выполненное с возможностью отражения указанного оптического тестового сигнала, поступающего из главного контроллера.
Оптический контур предназначен для проверки того, не оборван ли сейсмической кабель, путем проверки того, не оборван ли участок оптической линии передачи, который содержится между двумя контроллерами. Данный принцип базируется на измерении, с помощью главного контроллера, отражения оптического сигнала от подчиненного контроллера для того, чтобы гарантировать, что линия электропитания не оборвана.
Согласно конкретному признаку указанное средство контроля содержит средство для обработки оптического обратного сигнала, принятого с помощью оптического датчика.
Согласно конкретному признаку указанное средство отражения оптического сигнала содержит устройство, имеющее коэффициент обратных потерь, который выше, чем -15 дБ.
Согласно конкретному признаку указанное средство отражения оптического сигнала содержит устройство, принадлежащее к следующей группе:
- оптическое отражающее зеркало;
- отсоединенный оптический соединитель с физическим контактом, образованным посредством скола сердцевины волокна под прямым углом.
Этот список не является исчерпывающим.
Отражающее зеркало можно получить посредством оптического волокна, чей конец отполирован, чтобы действовать как зеркало, отражающее оптический сигнал от оптического источника под углом приблизительно 180 градусов вдоль оси волокна. В более широком смысле средство отражения оптического сигнала может представлять собой любое устройство, которое содержит по меньшей мере частично отражающую поверхность.
Согласно конкретному признаку указанная по меньшей мере одна заданная пара главного и подчиненного контроллеров разделены участком кабеля, содержащем множество кабельных секций, причем каждая кабельная секция содержит оптический соединитель на обоих концах указанной кабельной секции, имеющей коэффициент обратных потерь выше -15 дБ, когда он отсоединен.
Таким образом, отсоединенный оптический соединитель обнаруживается в зависимости от своего коэффициента обратных потерь, что позволяет легко определить местоположение неисправной кабельной секции.
Более конкретно, каждый оптический соединитель представляет собой оптический соединитель с физическим контактом, образованным посредством скола сердцевины волокна под прямым углом. Этот вид соединителей является дешевым. Физический контакт, образованный посредством скола сердцевины волокна под прямым углом, означает, что зона контакта каждого соединяемого соединителя полируется без учета угла.
Согласно конкретному признаку сейсмический кабель относится к группе, содержащей:
- сейсмическую косу;
- морской донный кабель.
В другом варианте осуществления изобретение относится к компьютерному программному продукту, содержащему инструкции программного кода для осуществления вышеуказанного способа (в любом из его различных вариантов осуществления) при исполнении указанной программы на компьютере или процессором.
В другом варианте осуществления изобретение относится к невременному машиночитаемому носителю информации, на котором хранится программа, которая при исполнении на компьютере или процессором побуждает компьютер или процессор выполнять вышеуказанный способ (в любом из его различных вариантов осуществления).
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества вариантов осуществления изобретения станут более очевидными из последующего описания, приведенного посредством иллюстративных и неисчерпывающих примеров, и из прилагаемых чертежей, на которых:
на фиг. 1, уже описанной со ссылкой на уровень техники, показан пример сети сейсмических кабелей, буксируемых сейсмическим судном;
на фиг. 2, уже описанной со ссылкой на уровень техники, подробно иллюстрирована классическая конструкция участка сейсмического кабеля (фиг. 1);
на фиг. 3 показана схематическая иллюстрация системы в виде функциональных блоков согласно конкретному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 4 показан пример хронограмм, показывающих эволюцию во времени оптического уровня излучения и приема, измеренного с помощью главного контроллера, для иллюстрации принципа обнаружения местоположения повреждения на линии электропитания, которое содержится между главным контроллером и подчиненным контроллером;
на фиг. 5 показана блок-схема последовательности операций конкретного варианта осуществления способа согласно изобретению, который выполняет главный контроллер;
на фиг. 6 показана упрощенная структура контроллера согласно конкретному варианту осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
На всех фигурах настоящего документа, идентичные элементы и этапы обозначаются одинаковыми ссылочными позициями. Изобретение основывается на использовании оптического контура безопасности для выполнения контроля линии электропитания в пределах сейсмического кабеля.
Сейсмический кабель согласно изобретению содержит:
- множество сейсмических датчиков, размещенных вдоль сейсмического кабеля,
- множество контроллеров, размещенных вдоль сейсмического кабеля,
- электрическую линию передачи (не показано на фиг. 3-6), продолжающуюся вдоль сейсмического кабеля для передачи электрических информационных сигналов между контроллерами и узлами,
- оптическую линию передачи, продолжающуюся вдоль сейсмического кабеля для передачи оптических информационных сигналов из или в контроллеры и из или на сейсмическое судно,
- линию электропитания, подающую питание на контроллеры.
Электрическая линия передачи типично содержит по меньшей мере одну пару медных проводов. Они обеспечивают передачу электроразведочные данных, содержащих, в частности, но не исключительно, сейсмические данные и тестовые данные, между контроллерами и узлами. Электрическая линия передачи дополнительно используется для питания узлов, размещенных на кабеле с низковольтным питанием.
x
Оптическая линия передачи типично содержит одно или несколько оптических волокон, которые передают оптические данные, содержащие, в частности, но не исключительно, сейсмические данные и управляющие данные из главного контроллера в подчиненный контроллер и/или из подчиненного контроллера в главный контроллер. Оптическая линия передачи типично взаимодействует с оптическим источником света (который в дальнейшем упоминается как “T”), который содержится в главном контроллере, и с оптическим приемником света (который в дальнейшем упоминается как “Rx”), который содержится в подчиненном контроллере, который используются, соответственно, для передачи и приема оптических данных.
1
2
1
2
На фиг. 3 показан конкретный вариант осуществления системы контроля согласно изобретению, реализованный в виде участка 220 сейсмического кабеля, например, сейсмического кабеля 100, показанного на фиг. 1 Участок 220 сейсмического кабеля содержится между главным контроллером C и подчиненным контроллером C, причем главный контроллер C управляет питанием подчиненного контроллера C.
10
20
30
p
Участок 220 сейсмического кабеля разделен на множество последовательных кабельных секций, предназначенных для сбора данных, обозначенных S, S, S, …S. Каждая кабельная секция может содержать множество узлов (на фигурах не показаны), распределенных вдоль кабеля с интервалами, которые не обязательно регулярными. Как объяснено выше, узел выполнен с возможностью сбора сейсмических данных, поступающих из заданного ассоциированного набора датчиков 210 и оцифровки их перед отправкой их, через контроллеры, в центральный блок, расположенный на сейсмическом судне. Сейсмические датчики 210, такие как гидрофоны, или геофоны или акселерометры, размещаются вдоль секции и выполнены с возможностью обнаружения акустических сигналов.
10
1
2
20
1
2
30
1
2
P
1
2
Каждая кабельная секция на обоих концах содержит оптический соединитель, выполненный с возможностью обеспечения механического и оптического межсоединения с другой кабельной секцией или с контроллером. Кабельная секция S имеет оптические соединители O1O, O10. Кабельная секция S имеет оптические соединители O2O, O2O. Кабельная секция S имеет оптические соединители O3O, О3О. Кабельная секция S имеет оптические соединители OP, OP.
1
1
2
2
1
2
2
1
10
1
1
2
p
2
Главный контроллер C имеет соединитель на каждом из своих концов, а именно соединители OM, OM. Подчиненный контроллер C имеет соединитель на каждом из своих концов, а именно соединители OS, OS. Соединитель OM выполнен с возможностью соединения с соединителем O1O первой секции S участка 220 кабеля, тогда как соединитель OM выполнен с возможностью соединения с соединителем секции другого участка кабеля, не показанного на фигуре. Соединитель OS выполнен с возможностью соединения с соединителем Op последней секции S участка 220 кабеля, тогда как соединитель OS выполнен с возможностью соединения с соединителем секции другого участка кабеля, не показанного на фигуре.
Ниже предполагается, что два соединенных соединителя (двух секций или контроллера и секции) образуют пару соединителей.
Согласно преимущественному признаку оптические соединители представляют собой тип соединителей, который имеет коэффициент обратных потерь выше, чем -15 дБ, когда они отсоединены (или не соединены). Например, каждый оптический соединитель, показанный на фиг. 3, представляет собой оптические соединители с физическим контактом, образованным посредством скола сердцевины волокна под прямым углом (для физического контакта, образованного посредством скола сердцевины волокна под прямым углом, полировка зоны контакта между двумя соединенными соединителями выполняется без учета угла, в противоположность соединителям APC (“угловой физический контакт”), где полировка зоны контакта между двумя соединителями выполняется под углом 8 или 9 градусов. APC-соединители имеют обратные потери менее -30 дБ даже в том случае, если оптический соединитель разъединен).
Следует отметить, что каждая кабельная секция содержит сейсмические датчики и узлы, распределенные вдоль кабеля с интервалами, которые необязательно являются регулярными. Узел выполнен с возможностью сбора и обработки сейсмических данных, поступающих из заданного набора датчиков 210, для дальнейшей отправки их в центральный блок, расположенный на сейсмическом судне посредством контроллеров. Узлы не показаны на фигурах во избежание излишнего их усложнения.
Участок 220 сейсмического кабеля дополнительно содержит участок оптической линии передачи, обозначенной поз. 240, и участок линии электропитания, обозначенной поз. 250.
1
2
1
2
Принцип работы изобретения основан на добавлении оптического средства, выполненного с возможностью взаимодействия с участком 220 оптической линии передачи, который содержится между парой главного и подчиненного контроллеров C, C для того, чтобы образовался оптический контур, начинающийся от главного контроллера C и проходящий через подчиненный контроллер C. Оптическое средство согласно изобретению содержит:
1
- на стороне главного контроллера (C):
x
- оптический источник 310 (который также обозначен на фигуре как “T”), выполненный с возможностью выработки оптического тестового сигнала 315 через, передаваемого через участок оптической линии передачи,
x
2
- оптический датчик 320 (который на фигуре также обозначен как “R”), такой как фотодиод, выполненный с возможностью приема оптического обратного сигнала 325, полученного, предположительно, в результате отражения оптического тестового сигнала от средства 360 отражения оптического сигнала, которое содержится в подчиненном контроллере C,
2
- делитель 330 светового пучка, размещенный между оптическим источником 310 и участком 240 оптической линии передачи для отклонения обратного сигнала, поступающего из подчиненного контроллера C, на оптический датчик 320,
2
- на стороне подчиненного контроллера (C):
1
- средство 360 отражения оптического сигнала (например, такое как оптическое отражающее зеркало или отсоединенный волоконно-оптический соединитель), размещенное на конце оптической линии, для отражения оптического тестового сигнала, поступающего из главного контроллера C,
1
- делитель 350 светового пучка, размещенный между участком 240 оптической линии передачи и оптическим приемником 340 для отклонения от тестового сигнала, поступающего из главного контроллера C, на средство 360 отражения оптического сигнала.
1
2
1
Оптический контур предназначен для работы следующим образом. В процессе работы оптический источник 310, который содержится в главном контроллере C, подает световой импульс 315 с известной амплитудой, действующий как тестовый сигнал, поверх участка 240 оптической линии передачи. Если участок 220 кабеля не имеет дефекта (то есть не является оборванным или поврежденным), световой импульс 315 проходит через участок 240 оптической линии передачи в направлении подчиненного контроллера C, отклоняется посредством делителя 350 светового пучка для того, чтобы быть направить его на оптическое отражающее зеркало 360. Световой импульс 315, отраженный от зеркала 360, образует обратный сигнал, который затем подается по участку 240 оптической линии передачи через делитель 350 светового пучка. Обратный сигнал 325 проходит через участок 240 оптической линии передачи в направлении главного контроллера C и отклоняется с помощью делителя 330 светового пучка для того, чтобы он был направлен на оптический датчик 320.
1
1
2
Главный контроллер C дополнительно содержит блок 380 контроля, который использует оптический контур, образованный на участке 240 оптической линии передачи, чтобы контролировать участок 250 линии электропитания, который содержится между главным C и подчиненным C контроллерами. Если оптический контур обнаруживается как замкнутый, блок 380 контроля считает, что участок 250 линии электропитания не имеет дефекта Если оптический контур обнаруживается как разомкнутый, блок 380 контроля рассматривает участок 250 линии электропитания как поврежденный.
Поэтому принцип изобретения состоит в проверке, благодаря оптическому контуру, того, является ли сейсмический кабель оборванным или поврежденным, путем проверки того, что участок оптической линии передачи не перерезан.
Контроль линии электропитания осуществляется посредством обработки обратного оптического сигнала, подробно описанного ниже в отношении фиг. 4 и 5. Блок обработки, который содержится в блоке 380 контроля, выполняет эту обработку обратного сигнала.
Оптический циркулятор предпочтительно используется в качестве делителя светового пучка, когда оптическая линия передачи базируется на двунаправленной связи по одной волоконной схеме, и ответвитель (взаимодействующий с устройством развязки) предпочтительно используется в качестве делителя светового пучка, когда оптическая линия передачи базируется на схеме однонаправленной связи.
1
На фиг. 5 изображена блок-схема последовательности операций конкретного варианта осуществления способа согласно изобретению, осуществляемого главным контроллером C (фиг. 3). В частности, этот алгоритм объединяет выполнение различных этапов, необходимых контроля участка 250 линии электропитания сейсмического кабеля.
-Использование оптического контура (в дальнейшем упоминается как “UOL”)
1
1
2
1
На этапе 51 главный контроллер C посылает, посредством оптического источника 310, оптический тестовый сигнал 315 контроллера через участок 240 оптической линии передачи между главным контроллером C и подчиненным контроллером C. Пример тестового сигнала, подаваемого контроллером C, представлен на хронограмме (A), показанной на фиг. 4.
1
2
1
На этапе 52 главный контроллер C принимает, посредством оптического датчика 320, оптический обратный сигнал 325. Предполагается, что этот обратный сигнал 325 возникает в результате отражения оптического тестового сигнала 315 от подчиненного контроллера и, более конкретно, от оптического отражающего зеркала 360, которое содержится в подчиненном контроллере C. Пример обратного сигнала, принятого контроллером C, представлен на хронограмме (B), показанной на фиг. 4. Обратный сигнал, иллюстрированный здесь, представляет собой опорный оптический сигнал, который возникает в результате отражения оптического тестового сигнала от отражающего зеркала 360, размещенного на конце оптической линии. Отражающее зеркало 360 имеет типично коэффициент обратных потерь обычно выше, чем -15 дБ.
1
Главный контроллер C обрабатывает затем оптический обратный сигнал 325.
1
ref
На этапе 53 главный контроллер C определяет фактическое время (T), которое проходит между моментом излучения 315 тестового сигнала и моментом оптического обратного сигнала 325, для того чтобы сравнить его с контрольным временем первого типа, которое в дальнейшем называется T.
ref
1
2
1
Под контрольным временем первого типа T понимается ожидаемое время распространения, необходимое для распространения оптического сигнала по оптическому контуру, начиная с главного контроллера C, проходя через подчиненный контроллер C и возвращаясь обратно в главный контроллер C.
ref
В общем виде, оптический контур характеризуется контрольным временем первого типа T который определяется следующим образом:
,
1
2
где L - расстояние между контроллерами C и С;
n - коэффициент преломления рассматриваемого оптического волокна в оптической линии передачи;
8
c - скорость света в среде с коэффициентом преломления n (обычно c=3⋅10 м/сек).
1
ref
На этапе 54 главный контроллер C производит проверку того, чтобы убедиться, равно ли фактическое время T, определенное на предыдущем этапе, контрольному времени первого типа T.
ref
1
1
2
Если фактическое время T равно контрольному времени первого типа T главный контроллер C считает, что участок 250 линии электропитания не имеет повреждения. Действительно, положительный результат этапа проверки означает, что оптический контур замкнут и главный контроллер C контроллер может передавать или продолжает передавать высокое напряжение в подчиненный контроллер C через участок 250 электрической линии.
ref
1
1
2
2
Если фактическое время T отличается от контрольного времени первого типа T главный контроллер C считает, что участок 250 в линии электропитания является оборванным или поврежденным. Действительно, отрицательный результат этапа проверки означает, что оптический контур разомкнут, и главный контроллер C контроллера должен прекратить подачу питания на подчиненный контроллер C или не передавать высокое напряжение на подчиненный контроллер C через участок 250 электрической линии.
1
На этапе 55 главный контроллер C вырабатывает первую часть контрольной информации в зависимости от результата, полученного на этапе 54:
в случае положительного результата (T=T”ref”), линия электропитания детектируется как рабочая,
в случае отрицательного результата (T≠T”ref”), линия электропитания детектируется как поврежденная.
Другими словами, эта первая часть контрольной информации используется для того, чтобы узнать, рассматривается ли участок 250 линии электропитания как поврежденный или неповрежденный.
- Использование оптического подцикла (называемого “UOS”)
2
2
1
1
2
1
2
2
1
3
2
1
4
2
1
m
Отрицательный результат, полученный на этапе 54, означает, что либо оптический обратный сигнал не был обнаружен оптическим датчиком 320, либо оптический обратный сигнал 325, обнаруженный оптическим датчиком 320, не является результатом отражения оптического тестового сигнала 315 от подчиненного контроллера C, но результатами отражения оптического тестового сигнала 315 от одной из пар соединенных оптических соединителей (OM-O10 (называемых P); O10-O20 (называемых P); O20-O30 (называемых P); O30-O40 (называемых P) …Op-OS (называемых P)) участка 220 кабеля. В обоих случаях, участок 250 линии электропередачи считается оборванным или поврежденным.
1
x
На этапе 56 главный контроллер C производит сравнение между фактическим временем T, определенным на этапе 53 (то есть периодом времени, который проходит между моментом времени излучения тестового сигнала 315 и моментом времени приема оптического обратного сигнала 325) и контрольными временами второго типа, которые в дальнейшем упоминаются как контрольные времена T.
x
1
x
1
Под контрольным временем второго типа T понимается время распространения, необходимое для распространения оптического сигнала по оптическому подконтуру, начиная от главного контроллера C, проходя через пару оптических соединителей P и возвращаясь обратно в главный контроллер C.
Обычно оптический подконтур характеризуется контрольным временем второго типа Tx, который определяется следующим образом:
,
x
1
где L - расстояние между контроллером C и оптическим соединителем с индексом x, где 1≤x≤m, причем x - целое число, значение которого находится в интервале от 1 до m, которое представляет собой число пар, соединенных оптических соединителей, размещенных на участке оптической линии передачи;
n - коэффициент преломления рассматриваемого оптического волокна в оптической линии передачи;
8
c - скорость света в среде с коэффициентом преломления n (обычно c=3⋅10 м/сек).
Действительно, когда оптический соединитель с физическим контактом, образованным посредством скола сердцевины волокна под прямым углом, отсоединяется от участка 240 оптической линии передачи, последний имеет способность отражения по меньшей мере частично оптического тестового сигнала 315, отправленного с помощью оптического источника 310.
1
Следует отметить, что с другими типами оптических соединителей, таких как соединители с угловым физическим контактом (APC-соединители) или соединители для расширенного луча, сигнал, отраженный от соединителя, является очень низким (<-50 дБ или -30 дБ), который является другим для обнаружения со стандартными компонентами, используемыми для передачи, это значение является таким же, когда соединитель соединяется или отсоединяется. Следует отметить, что оптический обратный сигнал, который будет учитываться главным контроллером C1 для обработки сигнала, является результатом отражения от последнего оптического соединителя, размещенного подчиненным вдоль участка оптической линии передачи. В связи с наличием множества оптических соединителей и, следовательно, множества обратных сигналов, важно отметить, что только последний обратный сигнал, принятый контроллером C, принимается во внимание при обработке.
1
1
2
x
1
2
x
Хронограмма (C), показанная на фиг. 4, иллюстрирует уровень приема оптических обратных сигналов, принятых с помощью главного контроллера C, и который возникает в результате отражений тестового сигнала 315 на парах оптических соединителей P, P…P. Сигналы 401 и 402 возникают в результате отражения тестового сигнала от пар соединенных оптических соединителей P, P, соответственно. Обратный сигнал 403 является последним обратным сигналом, принятым оптическим датчиком 320. Он возникает в результате отражения тестового сигнала от пары оптических соединителей P, которая представляет собой последний подчиненный соединитель, способный отражать оптический сигнал.
Следует отметить, что, когда оптический соединитель с физическим контактом, образованным посредством скола сердцевины волокна под прямым углом, отсоединен, он имеет уровень обратных потерь (потери мощности оптического сигнала, возникающие в результате отражения, вызванного разрывом) (обычно выше -15 дБ), что гораздо выше, чем у такого же оптического соединителя, но соединенного (обычно равный -30 дБ).
1
2
3
m
Фактическое время T, определенное на этапе 53, затем сравнивается с контрольными временами второго типа T, T, T, …, T.
1
3
3
Если главный контроллер C обнаружил, что фактическое время T, определенное на этапе 53 для последнего принятого обратного сигнала, идентично контрольному времени второго типа T, например, это означает, что было обнаружено повреждение или обрыв, расположенный в подчиненном контроллере третьей пары оптического соединителя P (x=3) на участке 220 кабеля.
1
1
2
На этапе 57 главный контроллер C вырабатывает вторую часть информации относительно местоположения повреждения, обнаруженного на линии электропитания между двумя контроллерами C и C.
Таким образом, в данном случае принцип представляет собой обнаружение самого дальнего подчиненного оптического подконтура, не разомкнутого, для того чтобы обеспечить дополнительную часть информации о местоположении повреждения, обнаруженного в сейсмическом кабеле.
1
2
2
На этапе 58 главный контроллер C затем принимает решение относительно остановки подачи питания на подчиненный контроллер C через участок 250 линии электропитания в зависимости от первой части контрольной информации и/или второй части контрольной информации. Поэтому можно не только прекратить подачу питания на подчиненный контроллер C, если участок линии электропитания обнаружен как поврежденный, но можно также иметь часть информации о местоположении повреждения, обнаруженного на линии электропитания.
1
1
1
Следует отметить, что процесс принятия решения, который выполняется на этапе 58, можно осуществить либо с помощью главного контроллера C, как описано выше, либо с помощью дистанционной системы управления. Во втором варианте осуществления обработку данных контрольной информации можно осуществить в удаленном местоположении, например, с помощью системы управления, расположенной на борту судна 115, чтобы принять решение относительно прекращения подачи питания на линию электропитания. Однако этап отправки первой части контрольной информации и/или второй части контрольной информации в систему дистанционного управления должен выполнять контроллер C перед выполнением этапа 58. Идентификатор позволяет системе дистанционного управления идентифицировать рассматриваемый главный контроллер C, который может также отправлять контрольную информацию.
В дополнение к этому, следует отметить, что способ, описанный выше, можно выполнить либо перед началом подачи питания на линию электропитания (на уровне сейсмического кабеля или на уровне участка сейсмического кабеля), либо во время работы, например, осуществляемой с регулярным интервалом времени во время передачи данных по оптической линии передачи.
Следует отметить, что технологию контроля согласно изобретению можно осуществить с помощью главного контроллера, для которого подчиненный контроллер размещается непосредственно после (или перед) главного контроллера вдоль сейсмического кабеля. Но это можно также осуществить с помощью главного контроллера, для которого подчиненный контроллер не является непосредственно последующим (или предшествующим) контроллером, но следующим (или предшествующим) контроллером, расположенным отдельно от подчиненного контроллера на по меньшей мере один контроллер.
Следует дополнительно отметить, что технологию контроля согласно изобретению можно осуществить двунаправленным способом. Действительно подачу питания можно осуществить из главного концентратора, размещенного на оконечной стороне кабеля в направлении подчиненного концентратора, расположенного ближе к сейсмическому судну, и наоборот.
1
На фиг. 6 показана упрощенная структура устройства 70 контроля согласно конкретному варианту изобретения. Устройство 70 контроля может представлять собой блок 380 контроля, который содержится в главном контроллере C, показанного, например, на фиг. 3.
Устройство 70 контроля содержит энергонезависимую память 73 (например, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или жесткий диск), энергозависимую память 71 (например, оперативное запоминающее устройство или ОЗУ) и процессор 72. Энергонезависимая память 73 представляет собой невременный машиночитаемый носитель информации. На нем хранятся инструкции, исполняемый программный код, которые исполняются процессором 72 для того, чтобы обеспечить выполнение способа, описанного выше, в отношении фиг. 5 (способ контроля линии электропитания, которая содержится в сейсмическом кабеле).
После инициализации вышеуказанные инструкции программного кода передаются из энергонезависимой памяти 73 в энергонезависимую память 71, чтобы они были исполнены процессором 72. Энергозависимая память 71 также включает в себя регистры для хранения переменных и параметров, которые требуются для их исполнения. Процессор 72 принимает оптический обратный сигнал (поз. 74), который предположительно возникает в результате отражения тестового сигнала, от подчиненного контроллера и осуществляет контроль линии электропитания в зависимости от обратного сигнала (соответствующий этапам 52-58).
Согласно инструкциям программного кода процессор 72 исполняет инструкции программного кода, которые позволяют устройству принять решение 75, для прекращения подачи питания на линию электропитания в зависимости от обратного сигнала 74.
Все этапы вышеуказанного способа контроля можно одинаково хорошо выполнить с помощью:
- исполнения набора инструкций программного кода, исполняемых перепрограммируемой вычислительной машиной, такой как устройство типа ПК, DSP (процессор цифровых сигналов) или микроконтроллер. Эти инструкции программного кода можно хранить на невременном машиночитаемом носителе информации, который является съемным (например, гибкий диск, CD-ROM или DVD-ROM) или не съемным; или
- специализированной машины или компонента, такого как FPGA (программируемая пользователем матрица логических элементов), ASIC (специализированная интегральная микросхема) или любого специализированного компонента аппаратных средств.
Следует отметить, что изобретение не ограничивается только осуществлением на основе программного обеспечения или в форме инструкций компьютерной программы, но его можно также осуществить в форме аппаратных средств или любой форме, объединяющей часть аппаратных средств и часть программного обеспечения.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на один или более примеров, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения в форме и деталях могут быть сделаны без отклонения от объема изобретения и/или прилагаемой формулы изобретения.
Примерный вариант осуществления, описанный в данном документе выше, применим к морской сейсморазведке с использованием сейсмических кос. Изобретение, конечно, не ограничивается этой конкретной областью применения, и его можно применить к другой области применения, к такой как морская сейсмическая разведка, использующая морские донные сейсморазведочные кабели (ОВС), например, для регистрации данных на дне моря.