CN102933984B - 传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于监测石油储藏的传感器布置，其包括：传感器阵列（1），包括多个位于待监测的区域上的传感器单元（5）；探询器单元（30），包括用于发送光信号的发射器（402）、用于从传感器单元获取关于储藏的数据的接收器单元、用于解调所接收的信号的解调器（418）以及用于记录所解调的信号的记录器（420）。该布置包括用于将信号传输至传感器阵列的上行链路光缆（408）和用于将信号从阵列传输至接收器的下行链路光缆（410）。光缆中的至少一个具有光放大器（412、414）。该布置使探询器能够远离阵列，例如远离150km或更远，而无需在阵列处提供相当大的功率。

Description

传感器阵列

技术领域

本发明涉及传感器阵列，具体涉及位于传感器阵列难以进入的环境中的传感器阵列。本发明尤其适合于海下地震传感器阵列，但是应当理解，本发明可以与其它类型的传感器一起使用。

背景技术

海下地震传感器阵列广泛应用于海底下面油储藏和气储藏的勘探和监测。在这些地震监测技术中，由测震仪和/或水听器构成的阵列作为传感器组件被部署在海底并且用于探测反射的地震波，并且对结果进行分析，以提供与海底下面的地质结构的性质和状态有关以及与这些结构内部的油或气的存在有关的信息。

以光纤传感器为基础的地震传感器阵列为这些应用提供特别的益处。通常，沿多条光缆布置大量传感器（例如，16,000个或更多），多条光缆彼此间隔开以形成在大面积（例如100平方公里或更大）上方延伸的两维阵列。在可称为“4C”传感器单元的一种形式的布置中，三个地震振动传感器与一个水听器一起沿正交的方向布置，以形成光感应单元（OSU），并且多个光感应单元以隔开的间隔（例如，20米到100米的范围内）沿光线路放置。多条线路（例如30条，但是可以采用更多或更少）可以从位于海底的集线器起沿大体彼此平行的方向延伸且彼此间隔开（例如间隔100米到500米），从而形成阵列。集线器可以通过光缆与位于勘探或生产平台上的探询器连接，探询器通过光反射测量法监测传感器。在工作时，探询器沿光缆发送光脉冲，其中光脉冲在集线器处被分裂，然后光脉冲沿单独的线路被发送至光传感器单元。振动传感器可以包括一段围绕柔性线圈架缠绕的光纤，从而形成线圈，并且光线路可以包含反射器，例如由使与线路（优选地位于传感器的上游和下游）耦接的光纤终止的镜子形成的反射器。当外部压力改变时，光纤的线圈被压缩或被释放，从而改变了线圈中光纤的长度。如果沿光纤发送信号，则信号在每个镜子处沿线路被部分反射回来，使得信号（例如信号中依赖于反射器间的距离的相移）受任何地震活动的影响。以此方式，通过观察传感器阵列对由探询器产生的光脉冲的响应，可以探测由阵列附近的空气枪或其它爆炸引起的任何机械冲击。在2007年6月8日提交的UK专利申请No.2,339,941中公开了这种形式的光缆，该UK专利申请的公开内容通过引用并入本文。

由于大量的传感器单元的原因，沿光线路发送的信号常常会被多路复用，通常既被时分多路复用又被波分多路复用。

因此，本系统的探询器通常包括具有光开关和多个（例如16个）用于形成光信号的激光器的发射器以及用于接收和处理被反射的光信号的接收器。接收器将需要对从传感器阵列的多个光线路到达的多个波分多路复用流和时分多路复用流进行多路分解，将光信号转换为电信号，将电信号数字化并向前传输或存储电信号。

光学系统的主要益处是不需要水下电子设备，从而提高了系统的水下部件的可靠性并且降低了成本和复杂性。然而，这意味着为操作该系统所需的所有电子设备集中在探询器单元中（与电子设备分布在整个海底阵列上的电气地震传感器阵列中不同）。因此，系统的探询器通常会具有显著的复杂度，例如导致其占据多个典型地具有3立方米体积的电子设备柜的复杂性，并且会需要相当大的电源，例如一个高达12kW的电源。该尺寸和功率的要求可能导致问题，尤其是对于可利用的空间和功率有限的较小平台来说，并且在某些情况中，尤其是阵列位于深水中的情况、可能不存在局部平台并且需要从海底执行所有操作。在这种情况下，探询器的维修和维护表现出相当大的问题。

发明内容

根据一个方面，本发明提供一种用于监测储藏的传感器布置，所述传感器布置包括：

传感器阵列，包括多个位于待监测的区域上的传感器单元；用于从所述传感器单元获取关于所述储藏的数据的探询器单元，所述探询器单元包括接收器单元和用于向所述传感器阵列发送光信号的发射器，所述接收器单元包括用于响应于所发送的光信号从所述阵列接收调制光信号（通常是相位调制的光信号）的接收器、用于解调所接收的调制光信号的解调器以及用于记录所解调的信号的记录器；上行链路光缆，用于将所述光信号从所述发射器传输至所述传感器阵列；以及下行链路光缆，用于将所述调制光信号从所述阵列传输至所述接收器；所述上行链路光缆和所述下行链路光缆中的至少一个光缆优选地（但不是必须地）具有用于光脉冲的放大和/或所述光信号的放大的光放大器。

通常，光信号将以一系列脉冲的形式从发射器发送至阵列，并且以所发送的脉冲的波长中的每个波长观测来自阵列的光信号。然而，其它多路复用方案可以与波长复用一起使用，其它多路复用方案不涉及以脉冲方式发送光信号，例如US专利No.6,982,925中描述的频分多路复用。在下文中，有时候可使用术语“发送的光信号”来代替“脉冲”。

根据本发明的最广方面，术语“放大器”可以包括任何能够放大从阵列至探询器或从探询器至阵列的光信号的装置，并且可以例如包括再生器，在再生器中光信号被转换为电信号，然后放大电信号并且生成新的光信号。然而，借助光放大器（例如，掺铒的光纤放大器（EDFA））直接放大光信号是优选的，因为这些相对简单并且不需要在水下在放大点处提供任何电力即可实现，但是如果需要，放大器可以被供电。所使用的任何放大器还可以是分布式光放大器，分布式光放大器沿探询器和阵列间的链路的任一部分或全部持续地放大光信号。

本发明具有的优点是，其不需要在仅可以提供小平台（如果有的话）的阵列附近提供探询器所需的复杂电子设备和相当大的电源。因此，根据本发明的一个方面，整个探询器可以位于远离所述阵列的位置，从而需要既在上行链路线缆中又在下行链路线缆中提供一个或多个放大器。上述上行链路线缆和下行链路线缆可以具有至少100km的长度，例如长达500km，并且可以具有沿它们的长度以至少30km的间隔（优选地以100km至150km的间隔）隔开的放大器。整个探询器可以位于岸上或位于大的邻近平台上，在此处发射器和/或接收器可以位于干燥的外界条件内。根据该方面，本发明提供一种用于监测储藏的传感器布置，所述传感器布置包括：用于获取关于所述储藏的数据的探询器单元，所述探询器单元包括用于向传感器阵列发送光信号的发射器，所述传感器阵列包括多个位于待监测的所述储藏的区域上的传感器单元；接收器单元，所述接收器单元包括用于响应于所发送的光信号从所述阵列接收调制光信号的接收器、用于解调所接收的光信号的解调器以及用于记录所解调的信号的记录器；上行链路光缆，用于从所述发射器接收所述光信号并且将所述光信号传输至所述传感器阵列；以及下行链路光缆，用于将所述调制光信号从所述阵列传输至所述接收器；所述上行链路光缆和所述下行链路光缆中的至少一个光缆具有用于所发送的光信号的放大和/或来自所述阵列的所述调制光信号的放大的光放大器。

上行链路光缆和/或下行链路光缆将通常需要包含一个或多个放大器，优选地一个或多个光放大器，或者具有分布式的光放大。这可以通过提供分立的放大器（优选地在集线器附近）并且包括沿上行链路光缆或下行链路光缆延伸的用于向所述放大器提供电力的电缆来实现。然而优选地，所述放大器是远程的光泵浦放大器，在其中光泵位于岸上或位于适合的平台上，并且泵浦光纤沿上行链路光缆或下行链路光缆部分地或全部地延伸，使得光信号可以从岸上或从其它合适的位置中发送出，以泵浦位于集线器附近或位于沿上行链路或下行链路的任意点处的放大器。可替代地，泵浦信号可以沿已有的上行链路光纤或下行链路光纤中的一个光纤发送。

在该布置中，除用于本地光放大器的相对简单的控制电子设备以外，在阵列的位置不需要提供电子设备。

根据另一方面，本发明提供一种用于监测储藏的传感器布置，所述传感器布置包括：

用于获取关于所述储藏的数据的探询器单元，所述探询器单元包括用于向传感器阵列发送光脉冲的发射器，所述传感器阵列包括多个位于待监测的所述储藏的区域上的传感器单元；

接收器单元，所述接收器单元包括用于响应于所述光脉冲从所述阵列接收光信号的接收器、用于解调所接收的光信号的解调器以及用于记录所解调的信号的记录器；

上行链路光缆，用于从所述发射器接收所述光脉冲并且将所述光脉冲传输至所述传感器阵列；以及

下行链路光缆，用于将所述光信号从所述阵列传输至所述接收器；

所述上行链路光缆和所述下行链路光缆中的至少一个光缆具有用于所述光脉冲的放大和/或所述光信号的放大的光放大器。本发明的这种形式的所有组件均位于彼此附近，因此可能位于同一管辖区域中。

根据另一方面，整个探询器位于远离阵列的位置不是必须的，而是探询器可以分隔在阵列附近的区域和远离阵列的区域间。例如，发射器可以位于离阵列近的位置，使得由发射器产生的光脉冲不通过放大即可被传输至阵列，并且接收器单元可以位于远离阵列的位置。根据发射器和接收器间的分开距离，从阵列接收的信号在被接收器单元接收以及被解调以前，可能需要被放大一次或多次。由于包括激光器、光开关以及至少一级光放大的发射器相对简单，因此其可以被制成具有高可靠性的简易、成本低的单元，并且可以位于相对较小的平台上或者甚至位于海底上。从发射器向接收器发送时序信号也将是必须的，不过这可以通过在接收器处感应经过光线路和阵列的光控制信号来实现。

所述布置的这个方面与上文提到的方面相比具有的优点是，所述布置中在发射器和接收器单元间的光纤总数近似减半，或者更确切地说，具有明显长度的可能需要放大的光纤的数量减半，使得对于任何给定程度的光放大（包括没有放大）而言，数据链路的长度（即阵列和接收器单元间的距离）与第一方面相比可以加倍。

虽然由于其仅需要包含单条光纤以及因此每30km左右仅需要包含单个放大器，所以在理论上人们可以在发射器和阵列间非常容易地延伸上行链路，但是这么做的优点是有限的，因为发射器如上文阐述的那样相对简单并且如果必要则可以位于阵列附近的海底上。接收器单元（具体是接收器单元的解调器）才是复杂的并且消耗相当数量的功率，将其放置在水下或者在小的平台上是不切实际的。因此，这些布置具有的缺点是，从阵列至接收器单元的下行链路才是相对较长的并且可能需要多个放大器级。由于正是下行链路才包含大量彼此平行延伸的光纤，所以放大器的总数仍然可能相对大。

根据本发明的第三实施例，这个缺点可以被克服，在第三实施例中，所述接收器单元被分隔在邻近部分和远程部分间，所述邻近部分位于阵列附近，所述远程部分可以位于岸上或者位于平台上并且可以经过需要放大的相对长的光线路从所述邻近部分接收所述光信号。如果所述邻近部分包含所述接收器、用于将来自所述接收器的所述光信号数字化的A/D转换器以及用于将数字信号从所述A/D转换器发送至所述解调器的通信单元，并且如果所述远程部分包含所述解调器和任何记录器，则仅仅所述接收器的从所述通信单元至所述远程部分的信号需要被放大。这些信号可以作为单个数字复用的数据流沿相对少的光纤（可能仅单条光纤）发送，使得放大器的数量可以减少。

附图说明

现在将参照附图通过示例描述本发明的几个实施例，在附图中：

图1是以与本发明的方式类似的方式在海底部署的地震传感器阵列的示意图；

图2是可以在根据本发明的阵列中使用的一个地震传感器单元的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的地震传感器阵列的示出传感器单元布置的示意平面图；

图4是更详细示出探询器的图3的传感器阵列的示意平面图；

图5是在根据本发明的布置中使用的上行链路光缆的树状拓扑的示意简化图；

图6是上行链路光缆的可替代形式的示意简化图；

图7是根据本发明另一形式布置的探询器被分隔在不同位置间的示意图；以及

图8是根据本发明又一形式布置的探询器的接收器部分被分裂在两个位置间的示意图。

具体实施方式

参照图1，看到在由海底伸出的柱子上支撑的海洋石油平台7。在GB2449941中描述的地震传感器阵列1被部署在海底上，以便探测下面储藏中的变化。地震传感器阵列包括多条地震线缆2，每条地震线缆2可由多个模块3构成，多个模块3通过接头元件4联结并且包含多个传感器单元5，多个传感器单元5沿线缆被间隔开。用于地震线缆2的连接线缆通向集线器8，在集线器8处形成的所有地震线缆2均与竖井线缆（risercable）9联结，竖井线缆9从集线器8延伸至平台7上的操作系统6。信号由操作系统或探询器6中的发射器生成并且被发送至传感器单元5，并且在操作系统6处接收来自传感器单元5的返回信号，在操作系统6这里对信号的返回信号进行分析，以便确定海底下面的结构的性质。虽然已将传感器阵列1示出位于与平台7邻近的海底上，但是这只是为了清楚。如下所述，阵列可以距离平台一段相当远的距离，例如大约100km或更远的距离。

可以在传感器阵列中使用的传感器单元5示意性地图示在图2中。每个传感器单元通常包括外壳17，外壳17具有线缆引入点20和线缆引出点21。

在外壳17内包含了三个地震传感器26、27和28以及水听器29，三个地震传感器26、27和28沿正交的方向布置。上述包括三个正交地震传感器和水听器的传感器单元可以称为光感应单元（OSU）。线缆引入点20和线缆引出点21与相邻OSU的分别引入点和引出点连接，从而形成一连串的OSU。地震传感器26、27和28以及水听器29是光纤设备，并且连接线缆2将包括多个光纤，这些光纤用于将每个传感器单元的传感器连接到其在该连串中的邻传感器上。在一个实施例中，线缆2的连续长度可以连接部署装置中的所有传感器单元。该线缆可以具有多个沿其长度延伸的多个光纤对，并且在每个传感器单元这里，一对光纤可从线缆中抽出并且连接到该传感器单元的传感器上。

每个光感应单元（OSU）将需要四个信道（每个地震传感器各一个，水听器一个），并且可以按照4个为一组部署，每组需要16个光信道。这可以通过时分多路复用容易地实现；在时分多路复用中，以脉冲方式发送输入光信号，并且通过飞行时间区分来自不同传感器的返回光脉冲。为了探询所有光传感单元所需的附加多路复用是借助波分多路复用实现的；在波分多路复用中，将典型地具有16个不同波长的脉冲发送到系统内，并且利用通常已知的波长选择元件将每个波长输送至单独的一组时间多路复用传感器。因此，所接收的信号作为多个时分多路复用流和波分多路复用流被从光感应单元发送至接收器。来自每个传感器的光信号包含来自那个传感器的被编码为相位调制的数据。通常，接收器可以接收与480个信道对应的大约30个不同的TDM/WDM流。欧洲专利No.EP1169619B1中描述了这种结构的实现。

图3是根据本发明的模拟传感器布置的一个实施例的示出传感器阵列中传感器单元一般布置的示意简化图。

该布置通常包括探询器30，探询器30包括下面更详细描述的光发射器、接收器、解调器以及记录器；探询器30可以位于合适的地方，例如在岸上或者在石油平台上，使得各元件可以处于干燥状态并且容易置于改变或修理的位置。竖井线缆32可向下延伸至海底，然后形成上行链路光纤和下行链路光纤的光缆33可以延伸30km至100km或更远的距离至由OSU构成的传感器阵列34。传感器阵列包括多条（通常大约30条，但是可以存在30以上或30以下）传感器线路36，多条传感器线路36从海底的集线器38起以它们间大约300米的间距彼此大致平行地延伸。每条感应线路具有多个4-C光感应单元，这些4-C光感应单元彼此间隔开且沿线路的长度延伸。通常，在每条线路中将具有64个彼此分离大约50米的OSU。在阵列中通常还将具有30至100条平行的传感器线路36，使得这种阵列将包含大约6000个OSU。

图4是图3阵列的示出探询器、上行链路线缆和下行链路线缆而不是示出阵列布置的示意图。根据该实施例，包括发射器402和接收器单元406的整个探询器位于同一位置，例如位于不与相关储藏关联而与不同储藏或贮藏带关联的平台上，或更常见地位于岸基设施上，发射器402用于沿上行链路光缆408向阵列404发送光脉冲，接收机单元406用于通过下行链路光缆410从阵列接收信号。在该布置中，上行链路光缆和下行链路光缆将通常具有至少50km的长度，更常见地至少100km的长度，在这种情况下，将需要一个或多个放大器412来放大上行链路光信号并且需要一个或多个放大器414来放大下行链路光信号。在发射器或接收器和阵列间延伸的上行链路光缆或下行链路光缆在本文中可以称为“长回接（tieback）”。使用再生器来放大信号是可能的，在再生器中光信号被转换为电信号，被放大，然后被转换回光信号，但是使用光放大器是优选的，在光放大器中光信号直接被放大，而不被转换为电信号。然后，下行链路光缆中的模拟信号被传递至包括光接收器416的接收器单元，接收器单元将从模拟信号中得到的电信号传递至解调器418并且从那里传递至记录器420。解调器将来自每个传感器的相位调制信号转换为解调的数字化信号，解调的数字化信号是作用于传感器的信号（例如地震信号）的直接表示。解调过程可以是任何标准的相位解调过程，例如，外差解调或相位生成载波解调。

优选地，放大器是掺杂的光纤放大器，例如掺铒的光纤放大器，在掺铒的光纤放大器中掺铒光纤可被980nm或1480nm波长的激光泵浦。上行链路线缆和/或下行链路线缆可以包含用于将电功率传送至放大器的电导体，或者可以使用远程光泵浦的放大器，在远程光泵浦的放大器中，泵浦信号在合适的位置（例如在岸上或在平台上）被输入泵浦光纤，并且光缆泵浦光纤沿长回接（上行链路光缆或下行链路光缆）延伸。

放大器的间隔以及链路的总长度将由多个因素决定。放大器补偿在数据链路中的光衰减（光衰减通常大约是0.25dB/km）。然而，放大器的数量将受到由放大器产生的附加噪声的积聚以及由非线性光学效应的引入限制。这些效应包括四波混频、拉曼（Raman）散射以及布里渊（Brillouin）散射。这些效应的幅度将依赖于所发射的光功率和所使用的光纤的确切类型，并且可以通过利用公认的为电信应用研发的光学系统建模技术来建模，然而这些需要针对地震感应阵列的不同要求（其包括较高的光脉冲功率，但较少发生的光脉冲）进行修改。如果使用远程泵浦放大器，则980nm或1480nm的泵浦信号的衰减也是确定放大器的数量和间距时的因素。

使用分布式的光放大也是可能的。在这种情况下，在下行链路或上行链路中不包括分立的放大器，而上行链路或下行链路中的正常信号光纤被附加泵浦波长（由泵浦激光器产生，例如岸上的位于上行链路顶端的泵浦激光器）光泵浦（沿二者中任一方向），以在光纤中产生光信号的低水平的分布式放大，这降低了沿信号光纤长度的有效衰减。一种产生这种分布式光放大的方法是拉曼（Raman）放大。

在多种工作情况中，通过利用多条光纤以及标准的数字光通信技术，已有的光纤通信链路将已经被事先铺设在岸和平台之间。当存在上述线缆时，或者通过利用已有的数据链路线缆内未使用（备用）的光纤，或者通过利用与用于数字通信的光纤相同的光纤但以与已有的数字通信信号不同的波长传输与传感器阵列对应的信号，将这些线缆用于光学感应阵列的工作也许是可能的。

在该地震传感器布置中，光拓扑结构在传感器单元处需要等量的外伸光纤和返回光纤（上行链路和下行链路）。例如，对于6000个OSU系统而言，可能需要100个引出光纤（对于在阵列的由一条光纤供应的每条线路中的64个OSU而言，这将提供6400个OSU）。这些是借助图5中示出的“树状”拓扑结构产生的。这示出了仅使用一级放大且分裂为四条光纤的简单示例，但是在实践中，可以具有更多级放大和/或产生通常20条至50条（例如30条）输出光纤的分裂。放大器412优选地紧邻光缆被分裂成平行光纤时所在点的上游，平行光纤提供上行链路光缆408并且沿上行链路光缆408延伸至阵列404。光纤被分裂成平行线路时所在的点可以对应于传感器阵列的集线器38，或者形成长回接的光纤可以通过处于与光纤被分离的位置不同的位置的集线器38，以物理方式彼此分离。图5示出了一种布置，在这种布置中光脉冲被放大并且形成上行链路光缆的光纤在探询器处分裂，然后这样形成的光缆通过一个或多个中间放大级延伸至传感器阵列，其中，线缆中的多组光纤在集线器38处彼此分离为物理上分离的线路。然而，鉴于需要大量放大器以及显著的电力需求，这种形式的布置不是优选的。例如，每64个OSU（每条线路36中的数量）需要两条光纤，使得具有6000个OSU的完全大小的阵列将在长回接中需要多达200条光纤以及在每个中继器点处需要100至200个放大器。

图6示出了根据本发明的优选布置，在该优选布置中，包括上行链路光缆中的单条光纤或包括相对少量的光纤的光缆33在发射器和传感器阵列404间延伸，脉冲沿该线缆在长回接的长度（大约为100km或更长）上借助放大器412被放大一次或多次。在阵列的附近（例如在集线器处）提供放大器，然后形成线缆的光纤被分裂为多条分离的线路（如图所示的四条，但是该数量可以更多或更少）。这种形式的传感器阵列具有的优点是，在上行链路中的每个放大点处仅需要提供单个放大器。

在图6示出的布置中，为了将脉冲从发射器发送至阵列，仅需要单条光纤，然后该单条光纤被分裂为多条用于返回（下行链路）的光纤，使得在探询器和传感器阵列间延伸的需要提供放大器的光纤总数与图5中示出的布置相比有效地减半。

图7示出了本发明的另一实施例，在该实施例中探询器被分隔为两个分离部分的。探询器的包含脉冲发射器402的一个部分可以位于阵列的附近，其特别充分地靠近阵列，从而不需要放大或者仅需要通常在发射器的输出端提供或在光缆被分裂为阵列的多条分离光线路36的集线器处提供单级放大。在该布置中，运送返回信号并在传感器阵列和接收器单元间延伸的下行链路光缆可以延伸100km或更长的范围内的一大段距离，并且可以具有一级或多级放大414，以便使接收器单元能够被放置在合适的地方，例如在相邻平台上或者在岸基设施上。

在该实施例中，为发射器提供阵列的附近的位置是正常的，也就是说，足够靠近阵列，以至于除位于发射器输出端的任何放大器和/或紧邻集线器上游的任何放大器以外，在发射器和阵列间不需要光放大器。这可以位于邻近平台上或者如果没有平台可利用则甚至位于海底上，然而这不是严重的缺陷，因为发射器单元将通常仅包括激光器、光开关和一级放大并且将在高可靠度的情况下相对小型化、简单且低成本，使得将发射器放置在水下或者放置在空间有限的平台上并不累赘。在发射器402和接收器416间将需要发送时序信号，但是这可以通过感应经过形成传感器阵列404和接收器单元416间的下行链路的光缆的光控制信号来实现。将需要这些时序信号来使发射的光脉冲和接收的脉冲同步。在一个实施例中，发射器和接收器每个均将生成它们自己的本地时序，但是这两者将通过在发射器和接收器间（沿二者任一方向）以规则间隔发射的单个光脉冲同步。在另一实施例中，或者在发射器处或者在接收器处生成主系统时序，并且通过利用一个或多个数字编码的光脉冲将关于系统时序的更详细信息传输至系统的其它部分。通过多种众所周知的数据编码技术中的一种技术（例如相移键控）执行数字编码。在此情况下，或者发射器充当主设备，接收器充当从设备，或者接收器充当主设备，发射器充当从设备。

这种形式的布置具有的优点是，光纤线路的数量或者至少需要放大的光纤线路的数量与图5中示出的实施例相比被有效地减半。另外，由于发射器和阵列间的上行链路光缆相对较短，所以可以使下行链路（数据链路）光缆的长度与图5中示出的实施例相比有效地加倍，而不牺牲信号质量。

图8示出本发明的又一实施例，其中不仅探询器如图7中所示那样在发射器和接收器单元间被分隔，而且接收器单元本身也被分隔为两部分：接收器416以及解调器418和记录器420，接收器416可以位于相对靠近传感器阵列404的位置（也就是说，例如足够靠近传感器阵列，以至于不需要放大来自传感器阵列的信号），解调器418与记录器420从接收器416接收数据并且位于远离（例如大约100km或更远）接收器的位置，例如在岸基设施上或者在远程平台上。在这种布置中，从接收器发送至解调器的信号可能需要被一个或多个放大级414放大。在该实施例中，接收器包括多个光探测器，光探测器通常是光电二极管（波长复用的信号的每个波长各一个（即由四个OSU构成的每个组各一个）），并且来自接收器的信号被发送至用于接收器中每个光电二极管的A/D转换器430、用于合并来自A/D转换器的数字输出的电子多路复用器以及通信模块432，通信模块432用于将经多路复用的数字化信号分成包并且通过利用数字数据通信中众所周知的技术将它们作为单个数字化的数据流沿传输信道发送至解调器418。该通信模块可以以可操作的方式通过任何适合的手段（例如，借助卫星链路或微波线路）将数据从接收器发送至解调器，然而其将通常以可操作的方式借助线缆（尤其是光缆）将数据发送至解调器。在这种情况下，可以在长回接线缆中使用相对少量的光纤，优选仅使用一条光纤。

对于典型的阵列而言，接收器将接收30个时分多路复用的数据流和波分多路复用的数据流（以16个波长多路复用的），这些数据流被转换为480个TDM数据流，每个TDM数据流通过利用单独的光电二极管被转换为电信号。将这些电数据流数字化，以生成480个时域多路复用的相位调制输出。在典型的外差式调制系统中，每个信道将具有50kHz的外差载频并且将以200kHz的采样频率采样，然而相位调制数据的很多其它配置也是可能的。以足够高的速率对数据进行多路复用将是必要的，以确保采集到被调制的数据的全部带宽，从而允许数据的精确解调。

该实施例具有的缺点是，其与图5至图9中描述的实施例相比需要稍微更复杂的本地探询器，但是被要求与阵列靠近的设施（即发射器、接收器和通信模块）相对简单且与解调器的功率需求相比具有低的功率需求，通常只占据单个19英寸的支架。需要大量空间和功率（例如3立方米的体积和10kW的功耗）的最复杂的设施是解调器，其可以位于岸基设施中合适的地方。此外，平台上的设施的可靠性可能明显高于岸基设施的可靠性（由于其较低的复杂性），因此可能不太经常需要修理（这具有明显的成本和工作益处）。该实施例具有的又一优点是，沿从传感器阵列至解调器的长距离发送数据所需的光纤数量与图5至图9中所示的实施例相比大大减少，优选减少至单条光纤，从而减少了放大器的数量并且减小了所需光缆的尺寸。通过利用与平台与岸通信时通常使用的光纤相同的光纤，向岸的数据传输可以在已有通信链路上发生。原则上，阵列数据可以包括在与对其它数据通常使用的从平台到岸的数据传输相同的数据传输内，然而在实践中，传感器系统所需的数据速率将明显高于常规地可能使用的数据速率，因此，该数据将很可能通过利用不同的传输方案并且以不同的光波长传输，但是经由相同的光纤数据链路。

Claims (21)

1.一种用于监测储藏的传感器装置，所述传感器装置包括：

1)传感器阵列，包括多个适合于位于待监测的区域上的传感器单元；

2)探询器，用于从所述传感器单元获取关于所述储藏的数据，所述探询器包括接收器单元和用于向所述传感器阵列发送光信号的发射器，所述接收器单元包括：

第一部分，包括：

i.用于响应于所发送的光信号从所述阵列接收调制光信号的接收器，

ii.用于将来自所述接收器的所述调制光信号数字化的A/D转换器，和

iii.光发射器，用于发送经数字化的调制光信号，以及

第二部分，包括：

iv.用于解调所接收的调制光信号的解调器，和

v.用于记录所解调的信号的记录器，以及

延伸至少100km的光线路，用于从所述接收器单元的所述第一部分的所述光发射器向所述接收器单元的所述第二部分的所述解调器发送数字信号；

3)上行链路光缆，用于将所述光信号从所述发射器传输至所述传感器阵列；以及

4)下行链路光缆，用于将所述调制光信号从所述阵列传输至所述接收器单元的所述第一部分；

5)所述上行链路光缆和所述下行链路光缆中的至少一个光缆具有用于所发送的光信号的放大和/或所述调制光信号的放大的光放大器。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述上行链路光缆和所述下行链路光缆中的所述至少一个光缆具有至少100km的长度。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中所述上行链路光缆延伸通过集线器，所述上行链路光缆在所述集线器这里被分隔成多个线路，所述多个线路彼此间隔开并且与所述传感器连接，使得所述线路在待监测的区域内延伸。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述发射器位于干燥的外界条件中。

5.根据权利要求3所述的传感器装置，所述传感器装置包括位于所述集线器上游并且在所述集线器附近的光放大器。

6.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述集线器位于所述阵列附近，使得所述光信号可以在没有放大的情况下从所述集线器传输至所述传感器。

7.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述阵列位于所述发射器附近，使得所述光信号可以在没有放大的情况下传输至所述传感器单元。

8.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述上行链路光缆在所述发射器和所述集线器间仅具有单条光纤。

9.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述下行链路光缆在所述传感器和所述接收器单元间具有至少一个光放大器。

10.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中任何光放大器是分布式光放大器，在所述分布式光放大器中将信号光纤布置成被由激光器产生的附加泵浦波长光泵浦。

11.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述分布式光放大器以可操作的方式通过拉曼放大对所述信号进行放大。

12.根据权利要求9所述的传感器装置，其中所述接收器单元的所述第二部分位于干燥的外界条件中。

13.根据权利要求9所述的传感器装置，其中所述接收器单元的所述第二部分位于岸上。

14.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述光线路包括至少一个光放大器。

15.根据权利要求1或14所述的传感器装置，其中所述光线路仅包括单条光纤。

16.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述接收器单元的所述第二部分位于岸上。

17.根据权利要求1所述的传感器装置，其中用于从所述阵列接收调制光信号的所述接收器、所述A/D转换器以及所述光发射器位于平台上。

18.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述上行链路光缆和/或所述下行链路光缆是用于平台和所述岸之间的通信的已有线缆。

19.一种用于获取关于储藏的数据的接收器单元，所述接收器单元包括：

第一部分，包括：

i.用于响应于发送的光信号从传感器阵列接收调制光信号的接收器，

ii.用于将来自所述接收器的所述调制光信号数字化的A/D转换器，和

iii.光发射器，用于发送经数字化的所述调制光信号，

第二部分，包括：

iv.用于解调所接收的调制光信号的解调器，和

v.用于记录所解调的信号的记录器，以及

延伸至少100km的光线路，用于从所述接收器单元的所述第一部分的所述光发射器向所述接收器单元的所述第二部分的所述解调器发送经数字化的所述调制光信号；

下行链路光缆，用于将所述调制光信号从所述阵列传输至所述接收器；

所述下行链路光缆具有用于所述光信号的放大的光放大器。

20.一种用于获取关于储藏的数据的探询器，所述探询器包括接收器单元和用于向传感器阵列发送光信号的发射器，所述传感器阵列包括多个位于待监测的所述储藏的区域上的传感器单元，所述接收器单元包括：

第一部分，包括：

i.用于响应于所发送的光信号从所述阵列接收调制光信号的接收器，

ii.用于将来自所述接收器的所述调制光信号数字化的A/D转换器，和

iii.光发射器，用于发送经数字化的所述调制光信号，以及

第二部分，包括：

iv.用于解调所接收的调制光信号的解调器，和

iv.用于记录所解调的信号的记录器，以及

延伸至少100km的光线路，用于从所述接收器单元的所述第一部分的所述光发射器向所述接收器单元的所述第二部分的所述解调器发送数字信号。

21.一种用于利用根据权利要求20所述的探询器监测储藏的方法，所述方法包括以下步骤：

从发射器沿上行链路光缆向传感器阵列发送多个光信号，所述传感器阵列包括多个位于待监测的区域上的传感器单元；

响应于所发送的光信号，经过下行链路光缆在所述接收器单元的所述第一部分处接收来自所述传感器阵列的调制光信号；

在所述接收器单元的所述第一部分中借助A/D转换器将所接收的调制光信号数字化；以及

将所数字化的信号从所述光发射器沿延伸至少100km的所述光线路发送至所述接收器单元的所述第二部分中的所述解调器。