專利名稱：分布式海洋地震勘探拖纜的制作方法
技術領域：
本發明涉及地球物理勘探時使用的拖纜，特別涉及一種拖曳式海洋地震勘探拖纜。
背景技術：
海洋地震勘探拖纜是海洋地震勘探的重要組成部分之一。多年來，海洋地震勘探行業一直依靠充液式拖纜，主要有SERCEL公司的RDA拖纜和I/O公司的海洋勘探拖纜。這種拖纜主要用于對地震產生的水聲信號進行采集，并將數據傳送到船上的記錄和處理系統。
液體拖纜需要根據海水溫度和/或鹽分的變化來調整拖纜中液體的內型和數量，這樣實際作業時常影響拖纜定位的精確性，同時充液式拖纜外套易斷裂或撕裂造成所充液體泄漏，腐蝕拖纜中的電子元器件。需要提供一種實心固體拖纜來加以替代。
另外，海洋勘探拖纜中與數據采集傳輸相關的各種傳感器、數字包及傳輸線的設置也與拖纜對數據采集和傳送的性能直接相關，在實心固體拖纜中如何布置這些元器件和傳輸線，也是一個重要的問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種分布式海洋地震勘探拖纜，它由裝在拖纜中的軟質固體材料浮動支撐，即使在外保護套破裂的情況下仍能漂浮使用，能適應各種海洋環境。
本發明的分布式海洋地震勘探拖纜包括外保護套和設置在其內部的一組電纜、位于護套內部并沿長度方向依次設置的傳感器和數字包、以及在外保護套與電纜、傳感器、數字包之間充滿的軟質固體填料。
進一步的，本發明拖纜還可以具有以下特點每個數字包由一塊數字板和多塊采集板采用分布式二級結構所構成，數字板用于收集采集板的輸出數據并打包上傳給前級數字包，并進行拖纜傳輸過程中的電源轉換和獲取實時狀態信息，數字板之間通過光纖串接，每個數字板分別通過數據線連接多個采集板；每個采集板與多個水聲傳感器相連，負責對水聲傳感器傳來的模擬信號進行采樣和A/D轉換以及濾波處理后，輸出數據到所述收集板。
進一步的，本發明拖纜還可以具有以下特點每個數字板與多個采集板相連接，這些采集板均分成兩組，分別位于該數字板的兩端且呈對稱設置；與每個采集板相連接的多個傳感器也可均分成兩組，并分別位于該采集板的兩端且呈對稱設置。
由上可知，本發明的分布式海洋地震勘探拖纜由裝在拖纜中的軟質固體材料浮動支撐。它是一種實心的海洋地震勘探拖纜，因而在外保護套破裂的情況下仍能漂浮使用，且能適應各種海洋環境，提高定位的精確性。連續護套的采用使得拖纜裝置呈流線型。
進一步地，本發明拖纜中數字包的采集板和數字板屬于對稱設計，拖纜安裝時不需要區分方向，使得船上現場操作方便，提高了作業時效；且數字包采用分布式二級結構設計，使得傳輸板兩端的抽頭大大減少，有利于拖纜的封裝設計，而且地震檢波器與采集板距離近，降低由拖纜部件的相對運動產生的傳感器噪音。
圖1是本發明實施例拖纜的橫截面示意圖。
圖2為本發明實施例拖纜的結構示意圖。
圖3為圖1中一小段拖纜的局部結構示意圖。
圖4為本發明實施例拖纜數字包的分布式二級結構圖。
圖5為本發明實施例數字包的級聯方式圖。
圖6為本發明實施例數字包數據傳輸的示意圖。
具體實施例方式
本實施例固體拖纜是一種由裝在拖纜中的軟質固體材料浮動支撐的拖曳式海洋地震勘探拖纜。該拖纜的每段長度為100米，如圖1和圖2所示，該拖纜包括外保護套10和設置在其內部的電纜3、位于外保護套內部的傳感器和數字包7、以及軟質固體填料1，在外保護套1與電纜3、傳感器和數字包7之間充滿有軟質固體填料。軟質固體填料為聚氨酯彈性體。所述的傳感器包括壓電陶瓷傳感器(一種水聲傳感器，或叫水聽器)，該傳感器外面還澆鑄有聚氨酯材料外殼。電纜3包括數據傳輸線、電力導線、光纖以及包圍在數據傳輸線、電力導線和光纖外面的保護套。在拖攬內部沿護套的長度方向設置有抗張力的凱伏拉纖維繩2，在拖攬內部沿長度方向間隔設置有起框架固定作用的浮子8。
在上述結構中，聚氨酯外保護套10對整個拖纜起到封裝與保護作用。用聚氨酯彈性體作為固體拖纜的填充體，其具有良好透聲性能，具有0.75g/cm3比重。聚氨酯彈性體充滿于外保護套與電纜、各種元件之間。外保護套是采用具有良好耐磨、抗拉、耐腐蝕性能的聚氨酯彈性體制成，它使水不會滲入地震勘探拖纜裝置中。如圖3所示，拖纜內每隔6.25mm設有一個浮子8，對拖纜內部器件起框架固定作用。
進一步地，本實施例拖纜中的數據采集傳輸系統包括各種傳感器、數字包以及電纜。
圖4為數字包的分布式二級結構圖。一塊數字包是由數字板6和八塊采集板4采用分布式二級結構所構成，減少了數字板兩端的抽頭，該結構中壓電陶瓷傳感器距離采集板比較近，可以減少采集噪音，系統指標集中于采集板有利于系統的優化集成。
如圖2所示，數據包采用分布式二級結構。每段拖纜長度為100m，每段拖纜中設有一個數字包，每個數字包負責一段拖纜的數據采集傳輸，其與八個采集板連接，這些采集板平均分成兩組，分別位于該數字板的兩端且呈對稱設置，兩兩相隔12.5米。
每個采集板4負責對四路壓電陶瓷傳感器傳來的模擬信號進行采樣和A/D轉換以及FIR濾波處理后獲得輸出數據，八塊完全相同的采集板4構成數字包的前端采樣級。如圖3所示，每個采集板與4個壓電陶瓷傳感器相連接，這些壓電陶瓷傳感器分成兩組，分別位于該采集板的兩端且呈對稱設置，每兩個傳感器相隔3.125米。由于上述結構是一種對稱結構，兩端可以互換使用。
如圖4所示，數字板6是狀態板12與收集板13的總稱，狀態板12與收集板13的尺寸完全一致，系統裝配時，將收集板13與狀態板12疊合固定在一起組成數字包的數字板6，它們構成數字包的數字傳輸裝置。
收集板13負責收集八塊采集板4共32路壓電陶瓷傳感器的輸出數據，收集板13與每塊采集板4之間通過兩對差分線和兩根電源線相連接。采集板4獲得的傳感器的傳輸數據通過數據線傳給數字包的收集板13，在收集板一并進行打包上傳給前級數字包。
狀態板12進行拖纜傳輸過程中的電源轉換并獲取實時狀態信息。收集板13與狀態板12之間通過20芯扁平軟線互連。狀態板收集水鳥控制線圈、張力、水溫、拖纜深度控制單元等的狀態信息，并將其送到收集板13，通過RS-485串行電纜上傳。其中水鳥控制線圈5通過其與掛接在拖纜上的水鳥進行通訊，改變水鳥的翅膀來對拖纜定位深度、角度等進行監控和調整，如圖2所示。
數字板之間串接有光纖15和RS-485串行電纜14。RS-485串行電纜14進行狀態信息的上傳和命令的下傳，光纖15進行采集打包后的數據傳輸。電力導線實際是給電纜供電的電源線，是單獨走線的直通線。由于水下拖纜長度大于6000米，這樣供電電源就不能夠太低，本發明中采用150～175V的直流電源對拖纜進行供電。電源通過多級DC-DC轉換27獲得狀態板12的工作電壓12V，同時通過轉換器向采集板4提供12V電壓，各個采集板4再將12V轉換為5V、+3.3V、-3.3V供電壓板上的電路使用。
參見圖5數字包的級聯方式圖。本實施方式中，所有數字包的結構完全相同，工作中系統自動根據距離物探船的遠近由近及遠的順序對數字包進行編號。其中，0#數字包，又稱頭包或者最前級數字包，通過一個協議轉換器與船上的記錄與處理系統相連。最后級數字包通過軟件命令關閉輸入光纖。參見圖2和圖3，通過光纖每級數字包將當前段的采集數據加入包頭信息并和所有后級上傳數據打包合并后傳給前級數字包，同時，數字包處理通過RS-485串行拖纜線由前級向后級轉發下行命令以及由后級向前級傳輸狀態信息。拖纜中需要對數字包的運行狀態進行動態監控，數字包通過RS-485串行拖纜上傳數字包序列號、水溫、拖纜深度、拖纜張力等狀態信息。這些狀態信息由狀態板和收集板上的狀態信息控制模塊進行控制和管理，當數字包接收到船上記錄與處理系統發來的“上傳狀態信息”命令后，通過RS-485串行拖纜將狀態信息上傳到記錄與處理系統中以進行監控。
參見圖6數字包數據傳輸的示意圖。每個數字包的八塊采集板4獲得壓電陶瓷傳感器7的共計32路輸出信號后經過收集板13與后級上傳的數據進行合并，并加上狀態板12的實時監控的數字包以及拖纜深度、水鳥控制、張力檢測等狀態信息后進行打包上傳給前級數據包，直到上傳到0#數據包供船上采集處理系統進行記帶、實時數據顯示等工作。
權利要求
1.分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于它包括外保護套和設置在其內部的電纜，位于外保護套內部的傳感器和數字包，以及在外保護套與電纜、傳感器、數字包之間充滿的軟質固體填料。
2.如權利要求1所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于每個數字包是由一塊數字板和多塊采集板采用分布式二級結構所構成，數字板用于收集采集板的輸出數據并打包上傳給前級數字包，并進行拖纜傳輸過程中的電源轉換和獲取實時狀態信息，數字板之間通過光纖串接，每個數字板分別通過數據線連接多個采集板；每個采集板與多個水聲傳感器相連，用于對水聲傳感器傳來的模擬信號進行采樣和A/D轉換以及濾波處理后，輸出數據到所述收集板。
3.如權利要求2所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于每個數字板與多個采集板相連接，這些采集板均分成兩組，分別位于該數字板的兩端且呈對稱設置。
4.如權利要求2所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于與每個采集板相連接的多個傳感器也均分成兩組，并分別位于該采集板的兩端且呈對稱設置。
5.如權利要求2所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于數字板由狀態板和收集板構成，收集板與狀態板疊合固定在一起構成數字包的數字板，收集板負責命令處理、狀態傳輸、數據合成與傳輸功能，狀態板負責狀態的預放大、時分復用、模數轉換和電源轉換功能。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于所述的軟質固體填料為聚氨酯彈性體，所述外保護套的材質為聚氨酯。
7.如權利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于所述數字板之間還串接有串行電纜線，用于進行命令的下傳和狀態信息的逐級上傳。
8.如權利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于所述的水聲傳感器為壓電陶瓷傳感器。
9.如權利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于所述電纜包括數據傳輸線、電力導線、光纖以及包圍在所述數據傳輸線、電力導線和光纖外面的保護套。
10.如權利要求1、2、3或4所述的分布式海洋地震勘探拖纜，其特征在于在拖攬內部沿護套的長度方向設置有抗張力的纖維繩，在拖攬內部沿長度方向間隔設置有起框架固定作用的浮子。
全文摘要
分布式海洋地震勘探拖纜，涉及地球物理勘探時使用的拖纜，特別涉及一種拖曳式海洋地震勘探拖纜。它包括外保護套和設置在其內部的電纜、位于外保護套內部的傳感器和數字包、以及在外保護套與電纜、傳感器、數字包之間充滿的軟質固體填料。本發明的分布式海洋地震勘探拖纜由裝在拖纜中的軟質固體材料浮動支撐。它是一種實心的海洋地震勘探拖纜，因而在外保護套破裂的情況下仍能漂浮使用，且能適應各種海洋環境，提高定位的精確性。連續護套的采用使得拖纜裝置呈流線型。
文檔編號G01V1/38GK1664619SQ20051005560
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月18日 優先權日2005年3月18日
發明者朱耀強, 陳平, 王子秋, 董立軍, 唐進, 李寧生, 陳國珍 申請人:中國科學技術大學, 中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司, 中海石油研究中心
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