CN104865612A - 用于监测包含在地震电缆中的电力供应线路的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测包含在地震电缆中的电力供应线路的方法及系统，所述供应线路包含在地震电缆中并且沿所述地震电缆延伸，所述地震电缆进一步包括：沿所述地震电缆布置的多个地震传感器；沿所述地震电缆布置的多个控制器；沿所述地震电缆延伸的光学传输线路，其用于从所述控制器携带数据信号或朝向所述控制器携带数据信号，所述电力供应线路供应至少一对主控制器和从属控制器。

Description

用于监测包含在地震电缆中的电力供应线路的方法及系统

技术领域

发明领域是用于地震勘探的设备，并且更具体地说是设计用于烃类勘测的地震电缆。

更确切地说，本发明涉及用于监测包含在地震电缆中的电力供应线路的技术。

本发明可以尤其(但非排他地)应用于海上地震勘探。

背景技术

在本文档中下文中更确切地寻求描述海上地震勘探领域中现存的问题。当然本发明并不限于此特定应用领域，但是所关注的是必须应对紧密相关或类似议题和问题的任何技术。

在海上地震勘测中，在现场采集地震数据的操作常规地使用沿电缆分布的传感器的网络以便形成线性声波天线，也称为“拖缆”或“地震拖缆”或“地震电缆”。地震拖缆可以一定水深度在地震勘探船后面被拖曳通过水，所述水深度可以是或多或少的深度。

在以下描述中，地震电缆被理解为是可以保持在海面下方选定深度处的地震拖缆或放置在海床上的电缆，例如，处于洋底配置，也被称作用于海床采集的洋底电缆(OBC)。

海上地震方法通常是基于反射地震波的分析。因此，为了收集海洋环境中的地球物理学数据，激活一个或多个浸没的震源以便传播地震波列。通过震源生成的压力波穿过水柱并且声穿透海床的不同层。所反射的地震波的一部分(即，声学信号)随后由分布在地震电缆长度上的传感器(例如，水听器、地音探测仪、加速计等)检测到。这些声学信号经过处理并且通过遥测技术从地震电缆传输到地震勘探船上搭载的中心单元，所述声学信号储存在所述中心单元中。

如图1所示，地震电缆100到104的网络由地震勘探船115拖曳。地震电缆100大体上包括沿地震电缆100布置的多个控制器20，例如，遥测模块。包含在两个控制器20之间的电缆的部分形成电缆的一部分。电缆的每个部分是自身划分成多个电缆区段的，每个电缆区段包括沿所述区段布置并且适用于检测声学信号的多个地震传感器，例如，水听器或地音探测仪或加速计。图1中所示的地震电缆100包括(例如)电缆的两个部分P1和P2，每个部分包括三个电缆区段S1到S3，所述区段包括用于数据采集的地震传感器。地震传感器在图2中参考标号为10，图2详细地说明了图1中的参考标号为A的框，即，参考标号为100的地震电缆的部分P2。每个电缆区段S1到S3可以进一步包括以不一定规则的间距沿电缆分布的多个节点(在图中未示出)。

这些节点经由电导线连接到控制器(在图中未示出)。更确切地说，所有节点沿电导线从地震电缆的首端串联提供直至地震电缆的尾端，其中控制器分布在电导线上的节点的组之间。节点适用于收集从传感器10的给定相关联组中发出的地震数据并且在经由控制器20将它们发送到位于地震勘探船上的中心单元之前将它们数字化。

控制器是沿地震电缆串联组装的并且每个与节点中的至少一个相关联，每个控制器提供动力供应和与其相关联的节点的同步。更确切地说，控制器集中从多个节点中发出的数据。随后，控制器在数据传输线路(例如，遥测线路40)上引导从节点和传感器中接收的集中的数据以从控制器20携带数据或朝向控制器20携带数据，并且朝向记录船115路由所述数据。

现在将更具体地说明通过每个节点和每个控制器所执行的功能。

每个节点由四个基本组件所组成：

-感测单元；

-处理单元；

-收发器单元；以及

-动力单元。

感测单元通常由两个子单元组成：传感器和模/数转换器(ADC)。

由传感器基于观察到的现象产生的模拟信号通过ADC转换成数字信号，并且随后馈送到处理单元中。大体上与用于缓冲的较小储存单元相关联的处理单元管理使节点与另一节点协作的过程以执行指派的感测任务。收发器单元将节点连接到网络。

如果传感器是模拟传感器(例如，检波器或水听器)，那么每个节点执行来自传感器的信号的模/数转换。如果传感器是数字的(例如，传感器是微机械加速计)，那么不通过对应的节点执行转换。随后，这些数据经由数据传输线路的网络被发送到记录船115上装载的中心数据处理单元。更确切地说，每个节点具有收集数据并且将数据路由回到控制器20的能力。数据常规地从节点经由控制器20发送到中央处理单元。

每个控制器执行不同的功能，包含：

-经由高压轨道的节点的电力供应；

-数据的同步；

-从节点通过电导线的数据检索；

-用于地震数据的缓冲的本地存储；

-通过数据传输线路(例如，光学遥测线路40)朝向记录船115的数据路由；

-与记录船115的介接(从记录船115接收的命令的处理)；

-来自节点的数据的预处理。

节点和控制器因此经设计以仅执行信号处理功能。换句话说，节点和控制器逐渐地将地震数据返回到中央处理单元。

电力供应线路通过高压(例如，大约300V-1000V的电压)供给控制器和传感器，以便限制所述电力供应线路中的电流的水平。

每个控制器的模块将从电力供应线路接收的高压转换成低压以经由电源线向地震传感器双方向供电。如已经说明的，控制器还检索和处理来自经由电导线连接在每一侧上的地震传感器的数据，并且通过在数据传输线路40上引导从传感器接收的数据来操作传感器与数据传输线路40之间的介接。

在图2的实例中，每个电缆区段S1到S3具有其每个端部上的连接器，即：区段S1的连接器O1₁、O1₂，区段S2的连接器O2₁、O2₂以及区段S3的连接器O3₁、O3₂。每个控制器20₁和20₂具有其每个端部上的连接器，即：控制器20₁的连接器Om₁、Om₂以及控制器20₂的连接器Os₁、Os₂。给定区段的连接器被适配成连接邻近于所述给定区段的区段的连接器，或邻近于所述给定区段的控制器的连接器，以便允许连接时的电气和/或光学互连。

图2说明普通地震电缆的配置，其包括：

-沿地震电缆100延伸的数据传输线路40(也称为遥测线路)，用于从控制器20携带数据或朝向控制器20携带数据，

-沿地震电缆100延伸的高压电力供应线路50，用于将电力供应到布置在电缆100上的控制器20。

数据传输线路40大体上由一组用于从控制器20或朝向控制器20携带电信号的电气铜导线和/或一组用于从控制器20或朝向控制器20携带光信号的光纤组成。通过传输线路40输送的数据属于包括以下项的组：从传感器10发出的地震数据和从节点发出的控制数据(例如，传感器上测试的结果)，从主控制器发出到从属控制器和/或从从属控制器发出到主控制器的控制数据(例如，控制器的资料外泄、控制器的过度消耗)。

电力供应线路50适用于级联供应在电力供应线路50的部分上的主控制器和从属控制器的对20。一般来说，一对主控制器和从属控制器的主控制器负责监测包含在这对主控制器和从属控制器之间的电力供应线路的部分。举例来说，在图2中说明的地震电缆部分P2上，主控制器20₁负责管理到从属控制器20₂的电力供应。主控制器20₁还监测沿电缆部分P2布置的节点的电力供应。

应注意主控制器管理到从属控制器的电力供应，所述从属控制器可以放置在主控制器之前(即，如图2所说明，船舶侧面)或主控制器之后(即，地震电缆端部侧面)，并且不必紧邻主控制器。在图2的实例中，从属控制器20₂紧邻主控制器20₁放置，因此针对两个紧密连续的主控制器和从属控制器执行电力供应。当然，这是实施的特定实施例。

在海上地震勘测中，由于地震电缆的长度，控制器经由电力供应线路50供应有来自地震勘探船的高压(通常包含在300和900V)之间，这带来了安全问题。

为了防止当地震电缆损坏或裸露时电击致死或身体损伤的可能风险，地震电缆100的包含在主控制器20₁与从属控制器20₂之间的每个部分配备有允许视需要终止高压供应的安全环路。如图2所示，安全环路SL由一对包含在主控制器20₁和从属控制器20₂之间的两根电气铜导线61、62组成。所述电气铜导线61和62的对经由特定阻抗值的阻抗元件63连接，所述阻抗元件包含在从属控制器20₂中。放置在主控制器20₁内的测量单元64适用于执行阻抗测量。

如果通过测量单元64测量的阻抗等于所述特定的阻抗值63，那么这意味着安全环路是闭合的。在此情况下，主控制器20₁可以经由包含在这两个控制器之间的电力供应线路50的部分将高压传播(或继续传播)到从属控制器20₂。

如果阻抗趋向于朝向无限大，那么这意味着安全环路是打开的，并且因此地震电缆100是裸露或损坏的。在此情况下，主控制器20₁必须终止(或未启动)发送到从属控制器20₂的电气供应以允许干预(地震电缆检索、故障或损坏位置、电缆的缺陷部分或元件的改变等)。

然而，此已知的解决方案具有多个缺点。基于电气阻抗测量的安全环路的使用需要每个电力供应导线的两个额外的电气铜线路(一条线路电力供应线路通常包括一组两条电力供应导线)，这对地震电缆的总体重量和尺寸还有连接器的尺寸具有显著影响。

发明内容

在至少一个实施例中，本发明尤其旨在克服现有技术的这些不同缺点。

更确切地说，本发明的至少一个实施例的目的是提供用于监测包含在地震电缆中的电力供应线路的技术，所述技术避免了电气安全环路的使用。

本发明的至少一个实施例的额外目的是提供此类供应具有较轻且缩小尺寸结构的地震电缆的技术。

本发明的至少一个实施例的另一目的是提供此类供应有成本效益的地震电缆的技术。

本发明的至少一个实施例的额外目的是提供此类仅依赖经典地使用的地震电缆架构的技术。

本发明的一个特定实施例提出用于监测包含在地震电缆中且沿所述地震电缆延伸的电力供应线路的方法，所述地震电缆进一步包括：

-沿地震电缆布置的多个地震传感器，

-沿地震电缆布置的多个控制器，

-沿所述地震电缆延伸的光学传输线路，所述光学传输线路用于从所述控制器携带数据信号或朝向所述控制器携带数据信号，

所述电力供应线路供应至少一对主控制器和从属控制器。

所述的特征在于，对于至少一对给定的主控制器和从属控制器，主控制器执行监测包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述电力供应线路的一部分的步骤，方法是使用建立在包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的一部分上的光学环路。所述光学环路从主控制器开始并且穿过从属控制器。

因此本发明允许利用存在于地震电缆内的光学架构来实施电力供应线路的纯粹的光学监测。实际上，本发明依赖于通常用于输送光信号的光学传输线路的精明的使用以实施组成验证电力供应线路适当起作用的新功能。为此，在包含在一对主控制器和从属控制器之间的光学传输线路部分上建立光学环路以检查包含在所述控制器对之间的电气供应线路部分的适当起作用并且由此避免在电气供应线路裸露的情况下任何可能的意外的暴露于高压。因此，归功于此光学配置，根据本发明的监测系统并不需要任何常规电气环路来确保电力供应线路监测。因此，这能够减小拖缆重量并且提供具有成本效益的地震电缆。

应注意主控制器管理到所述从属控制器的电力供应，所述从属控制器可以放置在主控制器之前或之后，并且邻近或不邻近于主控制器。

根据特定特征，主控制器进一步执行以下步骤：

-穿过包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的部分发射光学测试信号，

-接收应由所述从属控制器的所述测试信号的反射产生的光学返回信号，

根据所述返回信号执行监测所述电力供应线路的部分的所述步骤。

因此，本发明的原理依赖于通过主控制器测量从属控制器上的光信号的反射，以便确保电气供应线路未裸露。原理旨在验证地震电缆不是裸露的，方法是验证包含在两个控制器之间的光学传输线路部分不是裸露的。

根据一个特定特征，所述主控制器进一步执行：

-确定在所述光学测试信号的发射时刻与所述光学返回信号的接收时刻之间经过的有效传播持续时间的步骤；

-根据分隔主控制器和从属控制器的预定距离比较有效传播持续时间与第一参考传播持续时间的第一步骤；

-根据所述比较的第一步骤的结果获得第一条监测信息的步骤。

因此，此第一条监测信息可用于检测电力供应线路的默认：

-如果有效传播持续时间与第一参考传播持续时间相同，那么这意味着包含在主控制器与从属控制器之间的电力供应线路部分适当地工作。换句话说，电力供应线路部分被视作是未裸露或未损坏的；

-如果有效传播持续时间不同于第一参考传播持续时间，那么这意味着电力供应线路部分存在故障。换句话说，电力供应线路部分被视作是裸露的或断开的或破裂的。

根据一个尤其有利特征，由电缆部分间隔开的所述至少一对给定主控制器和从属控制器包括多个电缆区段，每个电缆区段具有位于所述电缆区段的每个端部上的光学连接器，如果有效传播持续时间不同于第一参考传播持续时间，那么所述主控制器进一步执行：

-比较有效传播持续时间与至少一个第二参考传播持续时间的第二步骤，每个根据分隔所述主控制器与电缆部分的所述光学连接器中的一个的预定距离；

-根据所述第二步骤的比较的结果获得第二条监测信息的第二步骤。

此第二条监测信息使得有可能检测电力供应线路的故障位置。因此，与常规的监测方法相反，根据本发明的方法允许知晓在电缆部分的何处电缆区段中发生故障。这使得电力供应线路的干预更加容易且维护时间更加迅速。这依赖于沿地震电缆的光学连接器的存在的使用以建立从主控制器开始且通过信号在其上反射的最后一个连接器的光学子环路，这提供关于在地震电缆上检测到的故障的位置的有用的额外信息。

根据第一示例性实施例，主控制器进一步执行以下步骤：

-处理所述第一条监测信息和/或所述第二条监测信息，

-根据所述处理步骤的结果，输送肯定或否定决策以终止经由所述电力供应线路的部分供应所述从属控制器。

在此示例性实施例中，可以因此在从属控制器水平执行监测信息的本地处理以采用决策从而终止供应所述电力供应线路部分的从属控制器。

根据第二示例性实施例，主控制器进一步执行发送所述第一第二条监测信息和/或所述第二条监测信息以及所述主控制器的识别符到远程控制系统的步骤，以便采取肯定或否定决策从而终止所述电力供应线路上的供应。

在此示例性实施例中，可以在远程位置处执行监测信息的处理，例如，通过放置在船舶(拖曳地震电缆)上的控制系统，以采取决策从而终止电力供应线路的供应。识别符使控制系统能够识别所涉及的主控制器以及因此所涉及的电力供应线路的部分。

在另一实施例中，本发明涉及用于监测包含在地震电缆中且沿所述地震电缆延伸的电力供应线路的系统，所述地震电缆进一步包括：

-沿地震电缆布置的多个地震传感器，

-沿地震电缆布置的多个控制器，

-沿所述地震电缆延伸的光学传输线路，所述光学传输线路用于从所述控制器携带数据信号或朝向所述控制器携带数据信号，

所述电力供应线路级联供应所述电力供应线路的一连串部分上的一连串主控制器和从属控制器的对。

对于至少一对给定的主控制器和从属控制器，所述系统的特征在于它包括：

-光学构件，其经布置以与包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的一部分协作，以便形成从所述主控制器开始且通过所述从属控制器的光学环路，

-用于监测的构件，其使用所述光学环路以监测包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述电力供应线路的一部分。

因此，此特定实施例依赖于利用通常用于输送光信号的光学传输线路的完全新颖且发明性的方法，以实施确保检查电力供应线路适当的起作用的光学环路。本发明的原理实际上在于验证地震电缆不是裸露的，方法是验证包含在两个控制器之间的光学传输线路部分不是裸露的。因此，归功于此光学配置，根据本发明的监测系统并不需要任何专用电气监测环路来确保电力供应线路监测。这确保了简单且有成本效益的监测系统的实施。

根据一个特定特征，所述光学构件包括：

-在主控制器侧上：

*光源，其布置用于通过所述光学传输线路的部分生成光学测试信号，

*光学传感器，其布置用于接收光学返回信号，所述光学返回信号应由通过包含在从属控制器内的光信号反射构件的所述光学测试信号的反射产生，

-在从属控制器侧上：

*所述光信号反射构件布置用于反射来自所述主控制器的所述光学测试信号。

所述光学环路旨在验证地震电缆不是裸露的，方法是验证包含在两个控制器之间的光学传输线路部分不是裸露的。所述原理是基于通过主控制器的从属控制器上的光信号的反射的测量，以便确保电气供应线路不是裸露的。

根据特定特征，所述用于监测的构件包括用于处理通过光学传感器接收到的光学返回信号的构件。

根据特定特征，所述光信号反射构件包括具有比-15dB高的回波损耗系数的装置。

根据特定特征，所述光信号反射构件包括属于以下组的装置：

-光学反射镜；

-断开的直角分裂物理接触光学连接器。

此列表不是详尽的。

所述反射镜可以借助于光纤获得，所述光纤的端部经抛光以充当从光源沿纤维的轴通过大约180度的角度反射光信号的镜子。更广泛地，光信号反射构件可以是包括至少部分反射表面的任何装置。

根据特定特征，所述至少一对给定主控制器和从属控制器是由包括多个电缆区段的电缆部分间隔开的，每个电缆区段包括所述电缆区段的两个端部上的光学连接器，其具有在断开时比-15dB高的回波损耗系数。

因此，断开的光学连接器根据其回波损耗系数得到检测，这允许轻易地定位具有缺陷的电缆区段。

更确切地说，每个光学连接器是直角分裂物理接触光学连接器。这种连接器成本较低。直角分裂物理接触意味着耦合的每个连接器的接触区域是抛光的而没有角度。

根据特定特征，所述地震电缆属于包括以下项的组：

-地震拖缆；

-洋底电缆。

在另一实施例中，本发明涉及包括程序代码指令的计算机程序产品，当在计算机或处理器上执行所述程序时，所述程序代码指令用于实施上述方法(在其任何不同的实施例中)。

在另一个实施例中，本发明涉及一种非暂时计算机可读载体媒体，其存储程序，当通过计算机或处理器执行所述程序当时，使得所述计算机或处理器执行上述方法(在其任何不同实施例中)。

附图说明

通过以下描述将体现本发明的实施例的其它特征及优点，所述描述是借助于指示并且非详尽性的实例并且通过附图给出的，在所述附图中：

-已经参考现有技术描述的图1呈现了通过地震勘探船拖曳的地震电缆的网络的一个实例；

-已经参考现有技术描述的图2详细说明了图1的地震电缆的一部分的典型结构；

-呈功能块图形式的图3根据本发明的一个特定实施例提供了系统的示意性图示；

-图4提供计时图的一个实例，其示出通过主控制器测量的光发射和接收水平的时间演进以说明检测位于包含在主控制器与从属控制器之间的电力供应线路上的故障位置的原理；

-图5是通过主控制器实施的根据本发明的方法的一个特定实施例的流程图；

-图6示出了根据本发明的特定实施例的控制器的简化结构。

具体实施方式

在本文档的所有附图中，相同元件和步骤由相同的数字参考符号表示。本发明依赖于安全光学环路的使用以执行地震电缆内的电力供应线路的监测。

根据本发明的地震电缆包括：

-沿地震电缆布置的多个地震传感器，

-沿地震电缆布置的多个控制器，

-电气传输线路(在图3到6中未示出)，其沿地震电缆延伸用于在控制器与节点之间输送电气数据信号，

-光学传输线路，其沿地震电缆延伸用于从控制器或朝向控制器输送光学数据信号，以及从地震勘探船或朝向地震勘探船输送光学数据信号。

-向控制器供应动力的电力供应线路。

电气传输线路通常包括至少一对铜导线。它在控制器与节点之间传送电气数据，尤其包括(但非排他地)地震数据和测试数据。电气传输线路进一步用于以低压电力为布置在电缆上的节点供电。

所述光学传输线路通常包括一条或若干条光纤，所述光纤将光学数据从主控制器传送到从属控制器和/或从从属控制器传送到主控制器，所述数据尤其包括(但非排他地)地震数据和控制数据。所述光学传输线路通常与包含在主控制器中的光学光源(下文中标记为“Tx”)和包含在从属控制器中的光学光接收器(下文中标记为“Rx”)协作，分别用于光学数据传输和接收。

图3说明在地震电缆的部分220中根据本发明的监测系统的一个特定实施例，所述地震电缆例如图1中所图示的地震电缆100。地震电缆部分220包含在主控制器C₁与从属控制器C₂之间，主控制器C₁管理从属控制器C₂的电力供应。

地震电缆部分220被划分成专用于数据采集的一组连续的电缆区段，标记为S₁₀、S₂₀、S₃₀……S_p。每个电缆区段可以包括以不一定规则的间距沿电缆分布的多个节点(在附图中未示出)。如上文所解释，节点适用于收集从传感器210的给定相关联组发出的地震数据并且在经由控制器将它们发送到位于地震勘探船上的中心单元之前将它们数字化。地震传感器210，例如，水听器或地音探测仪或加速计沿区段布置并且适用于检测声学信号。

每个电缆区段包括两端上的光连接器，适用于允许与另一电缆区段或与控制器的机械和光学互连。电缆区段S₁₀具有光学连接器O10₁、O10₂。电缆区段S₂₀具有光学连接器O20₁、O20₂。电缆区段S₃₀具有光学连接器O30₁、O30₂。电缆区段S_P具有光学连接器OP₁、OP₂。

主控制器C₁具有位于其每个端部上的连接器，即，连接器OM₁、OM₂。从属控制器C₂具有位于其每个端部上的连接器，即，连接器OS₁、OS₂。连接器OM₂被适配成与电缆部分220的第一区段S₁₀的连接器O10₁匹配，而连接器OM₁被适配成与在图中未示出的另一电缆部分的区段的连接器匹配。连接器OS₁被适配成与电缆部分220的最后一个区段S_p的连接器Op₂匹配，而连接器OS₂被适配成与在图中未示出的另一电缆部分的区段的连接器匹配。

下文中考虑(两个区段的或一个控制器和一个区段的)两个连接的连接器形成一对连接器。

根据一个有利的特征，当它们断开(或未连接)时光学连接器是具有比15dB高的回波损耗系数的类型。举例来说，图3中所图示的每个光学连接器是直角分裂物理接触光学连接器(对于直角分裂物理接触，耦合的两个连接器之间的接触区域是抛光的而没有角度，这与连接器APC(“成角度的物理接触”)相反，其中两个连接器之间的接触区域是以8或9度的角度抛光的。在APC连接器上，即使光学连接器断开，回波损耗也低于-30dB。

应注意每个电缆区段包括以不一定规则的间距沿电缆分布的地震传感器和节点。节点适用于收集和处理从传感器210的给定组发出的地震数据，随后经由控制器将它们发送到位于地震勘探船上的中心单元。节点未在附图中示出以避免给附图添加过多的负担。

地震电缆部分220进一步包括光学传输线路的一部分，标记为240，以及电力供应线路的一部分，标记为250。

本发明的操作原理是基于经布置以与包含在主控制器C₁和从属控制器C₂的对之间的光学传输线路的部分220协作的光学构件的添加，以便形成从主控制器C₁开始且通过从属控制器C₂的光学环路。根据本发明的光学构件包括：

-在主控制器侧(C₁)上：

*光源310(在附图上也标记为“Tx”)，其布置用于通过光学传输线路的部分生成光学测试信号315，

*光学传感器320(在附图上也标记为“Rx”)，例如，光电二极管，其布置用于接收光学返回信号325，所述信号应由通过包含在从属控制器C₂内的光信号反射构件360的光学测试信号的反射产生，

*光束分离器330，其布置在光源310与光学传输线路的部分240之间，用于使来自从属控制器C₂的返回信号偏离到光学传感器320上，

-在从属控制器侧(C₂)上：

*光信号反射构件360(例如，光学反射镜或断开的光纤连接器)，其布置在光线路的端部，用于反射来自主控制器C₁的光学测试信号，

*光束分离器350，其布置在光学传输线路的部分240与光学接收器340之间，用于使测试信号从主控制器C₁偏离到光信号反射构件360上。

光学环路被设计为如下操作。在操作中，包含在主控制器C₁中的光源310在光学传输线路的部分240上注射已知幅度的光脉冲315充当测试信号。如果电缆部分220不具有缺陷(即，不是裸露或缺陷的)，那么光脉冲315经过光学传输线路部分240朝向从属控制器C₂，经由光束分离器350进行偏转以便被引导至光学反射镜360。通过镜子360反射的光脉冲315形成返回信号，所述返回信号随后经由光束分离器350注射到光学传输线路的部分240上。返回信号325经过光学传输线路部分240朝向主控制器C₁，并且经由光束分离器330进行偏转以便被引导至光学传感器320。

主控制器C₁进一步包括监测单元380，所述监测单元使用在光学传输线路的部分240上建立的此光学环路以监测包含在主控制器C₁和从属控制器C₂之间的电力供应线路的部分250。如果光学环路被检测为是闭合的，那么监测单元380将电力供应线路的部分250视作没有缺陷。如果光学环路被检测为是打开的，那么监测单元380将电力供应线路的部分250视作是有缺陷的。

因此，归功于光学环路，本发明的原理是检查地震电缆是否不是裸露的或有缺陷的，方法是检查光学传输线路部分是未切割的。

电力供应线路监测是借助于光学返回信号的处理执行的，这在下文中参考图4和5详细描述。包含在监测单元380中的处理单元执行此返回信号处理。

当光学传输线路是基于一条纤维模式上的双向通信时光学循环器实际上用作光束分离器并且当光学传输线路是基于单向通信模式时耦合器(与隔离器协作)实际上用作光束分离器。

图5是根据本发明的方法通过图3的主控制器C₁实施的特定实施例的流程图。更确切地说，此算法合成监测地震电缆的电力供应线路的部分250所需的不同步骤的运行。

使用光学环路

在步骤51，主控制器C₁经由光源310穿过主控制器C₁与从属控制器C₂之间的光学传输线路的部分240发送光学控制器测试信号315。由所述控制器C₁发射的测试信号的一个实例呈现在图4的计时图(A)上。

在步骤52，主控制器C₁经由光学传感器320接收光学返回信号325。此返回信号325应该由光学测试信号315通过从属控制器的反射产生，并且更确切地说是通过包含在从属控制器C₂中的光学反射镜360产生。由所述控制器C₁接收到的返回信号的一个实例呈现在图4的计时图(B)上。此处所图示的返回信号由布置在光线路端部处的反射镜360上的光学测试信号的反射产生的参考光信号。反射镜360通常具有通常高于-15dB的回波损耗系数。

主控制器C₁随后处理光学返回信号325。

在步骤53处，主控制器C₁确定测试信号315的发射时刻与光学返回信号325的接收时刻之间经过的有效持续时间(T)，以便将它与下文标记为T_ref的第一类型的参考持续时间进行比较。

第一类型的参考持续时间T_ref被理解为是光信号在光学环路上从主控制器C₁开始，通过从属控制器C₂并且回到主控制器C₁传播所必需的预期的传播持续时间。

以一般的方式，光学环路的特征在于如下定义的第一类型的参考持续时间T_ref：

T_ref＝2L/nc

其中：

L，包含在控制器C₁与C₂之间的距离；

n，在光学传输线路中所涉及的光纤的折射率；

c，折射率为n的媒介中的光速(通常c＝3.10⁸m.s^-1)。

在步骤54，主控制器C₁进行检查以便发现在先前步骤中确定的有效持续时间T是否等于第一类型的参考持续时间T_ref。

如果有效持续时间T等于第一类型的参考持续时间T_ref，那么主控制器C₁将电气线路供应线路的部分250视作没有故障。实际上，检查步骤的肯定结果意味着光学环路是闭合的并且控制器主控制器C₁可以经由电气线路部分250传播或继续传播高压到从属控制器C₂。

如果有效持续时间T不同于第一类型的参考持续时间T_ref，那么主控制器C₁将电气线路供应线路的部分250视作是裸露的或缺陷的。实际上，检查步骤的否定结果意味着光学环路是打开的并且控制器主控制器C₁必须终止供给从属控制器C₂或不将高压经由电气线路部分250传播到从属控制器C₂。

在步骤55处，主控制器C₁根据步骤54的结果生成第一条监测信息：

-在肯定结果的情况下(T＝Tref)，电力供应线路被检测为可操作的，

-在否定结果的情况下(T≠Tref)，电力供应线路被检测为缺陷的。

换句话说，此第一条监测信息用于知晓电气线路部分250是否被视作是缺陷的或没有缺陷的。

使用光学子环路

步骤54的否定结果意味着光学传感器320未已经检测到光学返回信号或通过光学传感器320检测到的光学返回信号325并不由通过从属控制器C₂的光学测试信号315的反射产生，而是由通过电缆部分220的连接的光学连接器的对(OM₂-O10₁(称作P₁)、O10₂-O20₁(称作P₂)、O20₂-O30₁(称作P₃)；O30₂-O40₁(称作P₄)……Op₂-OS₁(称作P_m))中的一者的光学测试信号315的反射产生。在这两种情况下，电气线路部分250被视作是裸露的或缺陷的。

在步骤56，主控制器C₁进行在步骤53确定的有效持续时间T(即，在测试信号315的发射时刻与光学返回信号325的接收时刻之间经过的持续时间)与下文标记为持续时间T_x的第二类型的参考持续时间之间的比较。

第二类型的参考持续时间T_x被理解为是光信号在光学子环路上从主控制器C₁开始，通过光学连接器的对P_x并且回到主控制器C₁传播所必需的传播持续时间。

以一般的方式，光学子环路的特征在于如下定义的第二类型的参考持续时间T_x：

T_x＝2L_x/nc

其中：

L_x，包含在控制器C₁与指数x的光学连接器之间的距离，其中1≤x≤m x是包含在1与m之间的整数，是布置在光学传输线路部分上的连接的光学连接器的对的数目；

n，在光学传输线路中所涉及的光纤的折射率；

c，折射率为n的媒介中的光速(通常c＝3.10⁸m.s^-1)。

实际上，当光学直角分裂物理接触连接器在光学传输线路部分240上断开时，此持续具有反射通过光源310发送的至少部分光学测试信号315的能力。

应注意通过其它类型的类似光学连接器的角度分裂物理接触连接器(APC连接器)或扩展横杆连接器，由连接器反射的信号是非常低的(<-50dB或-30dB)，这是难以通过用于传输的标准组件检测的，并且此值随着连接器的连接或断开是相同的。应注意，将由主控制器C₁考虑用于信号处理的光学返回信号是由沿光学传输线路部分从属放置的最后一个光学连接器上的反射产生的。由于多个光学连接器的存在，并且因此由于多个返回信号的存在，重要的是应注意仅由控制器C₁接收到的最后一个返回信号在处理中得到考虑。

图4的计时图(C)说明通过主控制器C₁接收到的且由光学连接器P₁、P₂和P_x的对上的测试信号315的反射产生的光学返回信号的接收水平。信号401和402分别由通过连接的光学连接器P₁、P₂的对的测试信号的反射产生。返回信号403是通过光学传感器320接收到的最后一个返回信号。它由通过光学连接器P_x的对的测试信号的反射产生，所述光学连接器P_x是能够反射光信号的最后一个从属连接器。

应注意当直角分裂物理接触光学连接器断开时，它具有回波损耗水平(由通过不连续引起的反射引起的光信号功率的损失)(通常高于-15dB)，这比相同的但是连接的光学连接器高出许多(通常等于-30dB)。

随后将在步骤53中确定的有效持续时间T与第二类型的参考持续时间T₁、T₂、T₃、……T_m进行比较。

如果主控制器C₁检测在步骤53中确定的用于接收到的最后一个返回信号的有效持续时间T与(例如)第二类型T₃的参考持续时间相同，那么这意味着已经检测到故障或裸露并且从属位于电缆部分220上的第三对光学连接器P₃(x＝3)处。

在步骤57，主控制器C₁生成关于包含在两个控制器C₁和C₂之间的电力供应线路上检测到的故障的位置的第二条信息。

因此此处的原理是检测最远的未打开的从属光学子环路以便提供关于地震电缆上检测到的故障的位置的额外条的信息。

在步骤58，根据第一条监测信息和/或第二条监测信息，主控制器C₁随后输送决策以终止经由电力供应线路的部分250供应从属控制器C₂。因此，如果电力供应线路的部分被检测为缺陷的，那么有可能不仅终止供应从属控制器C₂，而且还可能具有关于在电力供应线路上检测到的故障的位置的一条信息。

应注意在步骤58执行的决策制定过程可以如上文所述通过主控制器C₁实施或通过远程控制系统实施。在第二实施例中，监测信息的处理可以在远程位置处执行，例如，通过放置在船舶115上的控制系统，以采取终止供应电力供应线路的决策。然而，将第一第二条的监测信息和/或第二条的监测信息发送到远程控制系统的步骤必须在步骤58的执行之前由控制器C₁完成。允许远程控制系统识别所涉及的主控制器C1的识别符也可以与监测信息一起发送。

此外，应注意上述方法可以在开始供应电力供应线路之前(在地震电缆水平或地震电缆部分水平处)或操作期间执行，例如，在光学数据通信期间的规则时间间隔处实施。

应注意根据本发明的监测技术可以通过主控制器实施，其中从属控制器沿地震电缆紧随(或先前于)主控制器放置。还可以通过主控制器实施的是其中从属控制器不是紧随(或先前的)的控制器而是通过至少一个控制器与从属控制器分离的随后的(或先前的)控制器。

应进一步注意根据本发明的监测技术可以双向方式实施。实际上，电力供应可以从放置在电缆端部侧面处的主集中器朝向更靠近地震勘探船放置的从属集中器执行，且反之亦然。

图6示出了根据本发明的特定实施例的监测装置70的简化结构。举例来说，监测装置70可以是包含在图3的主控制器C₁中的监测单元380。

监测装置70包括非易失性存储器73(例如，只读存储器(ROM)或硬盘)、易失性存储器71(例如，随机存取存储器或RAM)以及处理器72。非易失性存储器73是非暂时性计算机可读载体媒体。它储存通过处理器72执行的可执行程序代码指令以便确保关联于图5的上述方法(用于监测包含在地震电缆中的电力供应线路的方法)的实施。

在初始化之后，上述程序代码指令从非易失性存储器73传送到易失性存储器71以便由处理器72执行。易失性存储器71类似地包含用于储存此执行所需的变量和参数的寄存器。处理器72接收应通过从属控制器由测试信号的反射产生的光学返回信号(标记为74)并且根据返回信号进行电力供应线路监测(对应于步骤52到58)。

根据程序代码指令，处理器72执行程序代码指令从而根据返回信号74允许所述装置传递决策75以终止供应电力供应线路。

可以同样好地实施以上监测方法的所有步骤：

●通过执行例如PC类型设备、DSP(数字信号处理器)或微控制器等可重新编程的计算机所执行的一组程序代码指令。此程序代码指令可以存储在可拆卸的非暂时性计算机可读载体媒体(例如，软盘、CD-ROM或DVD-ROM)或不可拆卸的非暂时性计算机可读载体媒体中；或

●通过专用机器或组件，例如，FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或任何专用硬件组件。

应注意，本发明不限于呈计算机程序指令形式的纯粹基于软件的实施，而是还可以以硬件形式或结合了硬件部分和软件部分的任何形式实施。

虽然已经参考一个或多个实例描述本发明，但是所属领域的技术人员将认识到在不脱离公开内容和/或所附权利要求书的范围的前提下可以在形式和细节上进行改变。

在上文中描述的示例性实施例适用于使用地震拖缆的海上地震勘测。当然本发明不限于此特定应用领域并且可以适用于其它应用领域，例如，使用用于海床采集的洋底电缆(OBC)的海上地震勘测。

Claims (16)

1.一种用于监测包含在地震电缆中且沿所述地震电缆延伸的电力供应线路的方法，所述地震电缆进一步包括：

沿所述地震电缆布置的多个地震传感器，

沿所述地震电缆布置的多个控制器，

沿所述地震电缆延伸的光学传输线路，所述光学传输线路用于从所述控制器携带数据信号或朝向所述控制器携带数据信号，

所述电力供应线路供应至少一对主控制器和从属控制器，

其中，对于至少一对给定的主控制器和从属控制器，所述主控制器执行监测包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述电力供应线路的一部分的步骤，方法是使用建立在包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的一部分上的光学环路。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述主控制器进一步执行以下步骤：

穿过包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的部分发射光学测试信号，

接收应由所述从属控制器的所述测试信号的反射产生的光学返回信号，

根据所述返回信号执行监测所述电力供应线路的所述部分的所述步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述主控制器进一步执行：

确定在所述光学测试信号的发射时刻与所述光学返回信号的接收时刻之间经过的有效传播持续时间的步骤；

根据分隔所述主控制器和从属控制器的预定距离比较所述有效传播持续时间与第一参考传播持续时间的第一步骤；

根据所述比较的第一步骤的结果获得第一条监测信息的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一对给定的主控制器和从属控制器由包括多个电缆区段的电缆部分间隔开，每个电缆区段具有位于所述电缆区段的两个端部上的光学连接器，

并且其中如果所述有效传播持续时间不同于所述第一参考传播持续时间，那么所述主控制器进一步执行：

比较所述有效传播持续时间与至少一个第二参考传播持续时间的第二步骤，每个根据分隔所述主控制器与所述电缆部分的所述光学连接器中的一个的预定距离；

根据所述第二步骤的比较的结果获得第二条监测信息的第二步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述主控制器进一步执行以下步骤：

处理所述第一条监测信息和/或所述第二条监测信息，

根据所述处理步骤的结果，输送肯定或否定决策以终止经由所述电力供应线路的所述部分供应所述从属控制器。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述主控制器进一步执行发送所述第一第二条监测信息和/或所述第二条监测信息以及所述主控制器的识别符到远程控制系统的步骤，以便采取肯定或否定决策从而终止所述电力供应线路上的供应。

7.一种用于监测包含在地震电缆中且沿所述地震电缆延伸的电力供应线路的系统，所述地震电缆进一步包括：

沿所述地震电缆布置的多个地震传感器，

沿所述地震电缆布置的多个控制器，

沿所述地震电缆延伸的光学传输线路，所述光学传输线路用于从所述控制器携带数据信号或朝向所述控制器携带数据信号，

所述电力供应线路级联供应所述电力供应线路的一连串部分适上的一连串主控制器和从属控制器的对，

对于至少一对给定的主控制器和从属控制器，所述系统包括：

光学构件，其经布置以与包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的一部分协作，以便形成从所述主控制器开始且通过所述从属控制器的光学环路，

用于监测的构件，其使用所述光学环路以监测包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述电力供应线路的一部分。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述光学构件包括：

在所述主控制器侧上：

光源，其布置用于通过所述光学传输线路的所述部分生成光学测试信号，

光学传感器，其布置用于接收光学返回信号，所述光学返回信号应由通过包含在所述从属控制器内的光信号反射构件的所述光学测试信号的反射产生，

在所述从属控制器侧上：

所述光信号反射构件布置用于反射来自所述主控制器的所述光学测试信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述用于监测的构件包括用于处理通过所述光学传感器接收到的所述光学返回信号的构件。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述光信号反射构件包括具有比-15dB高的回波损耗系数的装置。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述装置属于以下组：

光学反射镜；

断开的直角分裂物理接触光学连接器。

12.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一对给定的主控制器和从属控制器由包括多个电缆区段的电缆部分间隔开，每个电缆区段包括所述电缆区段的两个端部上的光学连接器，其具有在断开时比-15dB高的回波损耗系数。

13.根据权利要求12所述的系统，其中每个光学连接器是直角分裂物理接触光学连接器。

14.根据权利要求7所述的系统，其中所述地震电缆属于包括以下项的组：

地震拖缆；

洋底电缆。

15.一种计算机程序产品，其特征在于它包括程序代码指令，当在计算机或处理器上执行所述程序时所述程序代码指令用于实施根据权利要求1到6中至少一项所述的方法。

16.一种非暂时性计算机可读载体媒体，其储存包括计算机程序代码指令的计算机程序产品，当在计算机或处理器上执行所述计算机程序代码指令时，允许实施用于监测包含在地震电缆中且沿所述地震电缆延伸的电力供应线路的方法，所述地震电缆进一步包括：

沿所述地震电缆布置的多个地震传感器，

沿所述地震电缆布置的多个控制器，

沿所述地震电缆延伸的光学传输线路，所述光学传输线路用于从所述控制器携带数据信号或朝向所述控制器携带数据信号，

所述电力供应线路供应至少一对主控制器和从属控制器，

其中，对于至少一对给定的主控制器和从属控制器，所述主控制器执行监测包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述电力供应线路的一部分的步骤，方法是使用建立在包含在所述主控制器与从属控制器之间的所述光学传输线路的一部分上的光学环路。