DE3882221T2

DE3882221T2 - Kommunikationsanordnung für ein seismisches Messkabel.

Info

Publication number: DE3882221T2
Application number: DE88311654T
Authority: DE
Inventors: John T Fowler
Original assignee: Laitram LLC
Current assignee: Ion Geophysical Corp
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2008-12-10
Also published as: NO890846L; EP0330784A2; NO172912B; EP0330784A3; DE3882221D1; US4912684A; NO890846D0; NO172912C; EP0330784B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsanordnung bzw. ein Kommunikationssystem zur Verwendung in einem seismischen Meßkabel- bzw. Streamersystem.
Seismische Meßkabel bzw. Streamer werden in der Gewässererforschung eingesetzt und umfassen ein Streamerkabel, das hinter einem Schiff nachgeschleppt wird und entlang seiner Länge im Abstand angeordnet eine Vielzahl von Kabelnivelliervorrichtungen aufweist, die allgemein als Birds (Vögel bzw. Fernlenkkörper) bekannt sind und die steuerbare Flügel einschließen, mit denen der Bird und das Kabel in einer vorherbestimmten Tiefe gehalten werden. Seismische Meßgeräteausrüstung, die üblicherweise in Hülsen entlang dem Streamer angeordnet ist, wird so wirksam, um Reflexionsseismik aufzunehmen, die bei einer durchgeführten seismischen oder geologischen Untersuchung verwendet wird. Die Steuerungsflügel werden von bordinternen Motoren im Bird angetrieben, und die Leistung für die Motore und zur Flügelsteuerung wird von einer Batteriequelle geliefert, die im Bird enthalten ist.
Bei einem bekannten Regel- bzw. Steuerungssystem erstreckt sich ein Signaldraht durch das seismische Streamerkabel, bei dem ein oder mehrere Birds am Streamer aufgehängt sind. Eine Spule ist im Bird entlang einer Achse angeordnet, die quer zur nominalen Längsachse des Signaldrahts liegt, der durch den Streamer läuft. Den Draht entlang tibermittelte Signale sind durch eine induktive Kopplung mit Luftkern gekoppelt, welche die Spule im Bird einschließt und durch die Befehle zur Steuerung der Flugel an den Bird gekoppelt werden. Bei einem weiteren bekannten System sind zwei Signaldrähte im Streamer vorgesehen und eine Spule ist quer über die Signaldrähte verbunden und entlang der Längsachse des Streamers in beabsichtigten Positionen ausgerichtet, an denen Birds angeordnet sind. Jeder Bird schließt eine in Längsrichtung ausgerichtete Spule ein, die sich in Kopplungsbeziehung mit der Spule innerhalb des Streamers befindet und durch die entlang den Streamerdrähten übermittelte Signale zur Flügelsteuerung mit dem Bird gekoppelt sind. Die Luftkernkopplungsbeziehung in beiden bekannten Systemen ist relativ ineffizient, und ist in letzterem System einer eher kritischen Ausrichtung der Übertragungs und Aufnahmespule unterworfen, um verwendbare Signalübertragung zu schaffen. Ein weiteres Beispiel für ein bekanntes System bietet die US-A-3648642.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird geschaffen:
ein Kommunikationssystem zur Verwendung in einem seismischen Streamersystem, das ein Streamerkabel (10) einschließt, dem entlang ein oder mehrere Birds (12) angeordnet ist/sind, wobei das Kabel und die begleitende Signalleitung (21) durch die Birds hindurchgehen, woraufhin Signale von einer Zentraleinheit zu den Birds (12) und von den Birds zur Zentraleinheit befördert werden;
gekennzeichent durch:
Streamerschaltungsmittel, die entlang dem Streamerkabel (10) an der Position eines jeden Birds (12) angeordnet sind, umfassend:
eine erste induktive Kopplungsanordnung im Kabel (10), die auf eine vorherbestimmte Resonanzfrequenz (126, 144) abgestimmt ist und Polschuhflächen (122, 142) aufweist, die einer Innenwand des Streamerkabels gegenüberstehen;
eine zweite induktive Kopplungsanordnung in einem Bird (12) (134, 150), die einer Außenwand des Streamerkabels gegenübersteht, an die erste induktive Kopplungsanordnung gekoppelt ist und so wirksam wird, daß sie den Bird (12) in Reaktion auf Signale mit Energie versorgt, die vom Streamerkabel (10) empfangen werden, und als Reaktion auf Signale, die vom Bird empfangen werden, die Signalleitung mit Signalen beliefert, wobei die zweite induktive Kopplungsanordnung auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt ist wie die erste induktive Kopplungsanordnung und Polschuhflächen (132, 152) aufweist, die den Polschuhflächen (122, 142) der ersten induktiven Kopplungsanordnung gegenüberstehen;
Schaltungsmittel (106, 88) im Bird (12), die mit der zweiten induktiven Kopplungsanordnung verbunden sind und als Reaktion auf Signale wirksam werden, die von der zweiten induktiven Kopplungsanordnung vom Kabel (10) empfangen werden, um den Bird mit Energie und Datensignalen zu versorgen;
Datenschaltungsmittel (88) im Bird (12), um die zweite induktive Kopplungsanordnung als Reaktion auf Sensordaten, die von Sensoren (104) im Bird geliefert werden, mit Datensignalen zu versorgen; und
Kommunikationsmittel, die bei der genannten Resonanzfrequenz wirksam werden und Signale vom genannten Kabel (10) liefern,
wodurch die erste und die zweite induktive Kopplungsanordnung, die sich in Resonanzkopplungsbeziehung befinden, effizient Energie bzw. Leistung und Datensignale übertragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Ring aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität bzw. Durchlässigkeit an jeder beabsichtigten Position entlang der Länge des Streamers oder seiner Zuleitung um den Streamer herum angeordnet. Eine Spule ist um ein Segment des Kerns gewunden und ist mit der Schaltung innerhalb des Birds verbunden. Die Spule kann ein Teil des Resonanzkreises sein, um die Energie- bzw. Leistungs- und Signalkopplung zum und vom Bird noch effizienter zu gestalten. Energie- bzw. Leistungssignale werden entlang dem Streamer übertragen und sind über den Ringkern und die zugeordnete Spule mit jedem Bird induktiv gekoppelt, sodaß für die Ladung einer Batteriequelle in jedem Bird gesorgt wird, um die Flügelmotore anzutreiben und um, wenn es gewünscht wird, die Birdelektronik mit Energie zu versorgen. Entlang dem Streamer übertagene Steuersignale sind ebenfalls über den Ringkern und die Spule mit der Elektronik innerhalb des Birds gekoppelt, und Daten und/oder andere Signale können von der Birdelektronik über den Ringkern und die Spule an den Streamer gekoppelt werden, um sie zu einer Empfangsstation zu übertragen. Typischerweise liefern Sensoren in jedem Bird Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkeldaten und diese können induktiv von jedem Bird mit dem Streamerkabel gekoppelt werden, um sie zum Schleppschiff oder einer anderen Empfangsstation zu übertragen.
Die Erfindung ist auch nützlich für Instrumenthüllen oder andere Vorrichtungen, die entlang der Länge eines Streamerkabels angeordnet sein können und an die Leistungs und Datensignale zu koppeln sind.
Ein Merkmal der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß innerhalb des Streamers keine induktive Kopplungsanordnung erforderlich ist. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Erfindung mit induktiven Kopplungsanordnungen verwendet werden, von denen sich ein Teil innerhalb des Streamers befindet. Jedoch weisen diese alternativen Ausführungsformen aufgrund der effizienten Kopplungsanordnung und Techniken, die gemäß vorliegender Erfindung eingesetzt werden, dennoch verbesserte Leistung auf. Darüberhinaus kann die vorliegende Erfindung mit bestehenden Zweidrantsystemen verwendet werden, wenn sie in Verbindung mit dem unten besprochenen Kabel-Terminator bzw. -Abschluß verwendet wird.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Aspekt umfaßt die vorliegende Erfindung weiters:
erste Mittel (96), die als Reaktion auf Signale wirksam werden,die von der Zentraleinheit vom Streamerkabel (10) empfangen werden, um modulierte Impulse (FSK) zu schaffen;
die genannte abgestimmte induktive Kopplungsanordnung (92, 94) zum Übermitteln der modulierten Impulse (FSK) auf einer Trägerfrequenz, auf welche die Kopplungsanordnung abgestimmt ist, wird so wirksam, daß Energie zwischen dem Streamerkabel und den Birds gekoppelt wird;
einen Empfänger (96) in den Birds (12), der mit der abgestimmten Kopplungsanordnung gekoppelt ist und als Reaktion auf vom Streamerkabel (10) empfangene Energie wirksam wird, um abgehende modulierte Impulssignale (FSK) zu schaffen;
Übertragungsmittel (88, 96), die als Reaktion auf die Signale vom Bird (12) wirksam werden, um das Streamerkabel mit Impulssignalen zur Übertragung an die Zentraleinheit zu versorgen;
eine Birdsteuerungsschaltung (100), die im Bird angeordnet ist und so wirksam wird, daß von der Zentraleinheit an den Bird (12) gesendete Leistungs- und Datensignale nutzbar gemacht werden;
ein Batterieladegerät (106), das als Reaktion auf die Leistungssignale wirksam wird, um eine Batterie (108) zu laden, die im Bird angeordnet ist und verwendet wird, um einen oder mehrere Steuerungsflügelmotore (102) für den Bird mit Energie zu versorgen; und
wobei das genannte Birdsteuerungsmittel (100) als Reaktion auf die Datensignale wirksam werdende Mittel aufweist, um Steuerungssignale für Birdsteuerungsflügelmotore (102) zu schaffen, und die so wirksam werden, daß sie einen oder mehrere der genannten im Bird angeordneten Sensoren (104) abfragen, um Reaktionssignale davon dem Streamer (10) zu übermitteln.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Beispielen im Detail beschrieben, wobei auf die bei liegenden Zeichnungen bezuggenommen wird, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Streamerkabels und von Kabelnivelliervorrichtungen (Birds) ist, die im Abstand entlang der Länge davon angeordnet sind;
Figur 2 eine schematisches Diagramm des Kabelantriebs und -abschlusses für Ein- und Zweidrahtsysteme gemäß vorliegender Erfindung ist;
Figur 3 ein Blockdiagramm einer Schaltung an jedem Bird zum Aussenden und Empfangen von Signalen über das Streamerkabel ist;
Figur 4 eine aufgeschnittene bildliche Darstellung der induktiven Kopplungsanordnung für Leistungs- und Datenkommunikation zwischen dem Kabel und dem Bird ist;
Figur 5 eine Querschnittansicht des induktiven Kopplungsanordnung von Figur 4 ist;
Figur 6 eine aufgeschnittene bildliche Darstellung einer alternativen induktiven Anordnung ist;
Figur 7 eine aufgeschnittene bildliche Darstellung einer zweiten alternativen induktiven Anordnung ist; und
Figur 8 eine aufgeschnittene bildliche Darstellung einer dritten alternativen Anordnung ist.
Auf Figur 1 bezugnehmend wird ein seismisches Streamerkabel gezeigt, das in Intervall abständen entlang der Länge davon Kabelnivelliervorrichtungen oder Birds 12 angeordnet hat, von denen jeder einstellbare Flügel 14 einschließt, durch welche die Position des Birds gesteuert und seine Tiefe beibehalten wird. Alternativ dazu können die Birds durch (nicht gezeigte) Einfassungen unter dem Streamerkabel aufgehängt sein, die am Kabel befestigt sind und an denen jeder Bird hängt. Das Kabel und die Einfassungen sind relativ zu den Birds drehbar. Jeder Bird 12 schließt einen (nicht gezeigten) Kurssensor ein, um die Ausrichtung des Birds zur Seite (Azimut) bezogen auf den magnetischen Norden oder eine andere Bezugsposition zu bestimmen, und/oder einen Tiefensensor, um die Tiefe des Birds unter der Wasseroberfläche zu bestimmen. Das Kabel 10 ist innerhalb der Birds drehbar, wenn das Kabel seine Ausrichtung aufgrund von Schleppkräften und Wasserbewegung ändert, während es geschleppt wird. Gemäß vorliegender Erfindung wird elektrische Energie bzw. Leistung entlang dem Kabel 10 übertragen und ist induktiv mit jedem Bird 12 gekoppelt, um die elektronischen Schaltungen darin mit Energie zu versorgen und um für das Laden einer Batteriequelle in jedem Bird zu sorgen, die verwendet wird, um die Flügelmotore anzutreiben. Von der Meßgeräteausrüstung (104 von Figur 3) in jedem Bird gelieferte Kurs-, Tiefen- und Steuerungsflügelwinkeldaten werden ebenfalls vom Bird an das Kabel gekoppelt, um sie zum Schleppschiff zur Aufnahme und Verarbeitung derartiger Daten zurück zu übermitteln. So sind keine direkten Drahtverbindungen zwischen dem Bird und dem Kabel erforderlich, da die gesamte Leistungs- und Datensignalübertragung zwischen dem Kabel und den Birds über induktive Kopplung erfolgt.
In Figur 2 wird in schematischer Form ein elektronisches System zum Liefern von Datensignalen an und Aufnehmen von Datensignalen von entweder Eindraht - oder Zweidrahtstreamerkabeln 20 bzw. 22 gezeigt. Gesendete und empfangene Daten werden vom Kodierer 24 in geeignete Signalform, wie etwa Frequenzmodulation mit Frequenzumtastung (FSK), umgewandelt oder kodiert, und das empfangene Signal wird vom entsprechenden Signalformat durch Dekoder 26 dekodiert. Der Kodierer 24 umfaßt einen torgesteuerten Oszillator, der wiederum an einen Impuls-FSK-Modulator gekoppelt ist, und das Format des entlang der Signalleitung des Streamers an die Birds übertragenen bzw. gesendeten Signals umfaßt eine Adresse für den speziell abzufragenden Bird, Befehle für den adressierten Bird und Datenkontrollen. Die Befehlsdaten können Befehle einschließen, um die Einstellung der Steuerungsflügel zu regeln, um den Bird in einer beabsichtigten Tiefe zu halten, sowie Anforderungen für Daten von den Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkelsensoren des Birds, um sie zur Zentraleinheit zurück zu berichten. Der Kodierer 24 und Dekoder 26, der vorzugsweise einen Mikroprozessor enthält, wird so wirksam, daß er seine spezielle Adresse erkennt, und nach dem Erkennen Signale an einen (nicht gezeigten) Oszillator liefert, der ein moduliertes FSK-Signal erzeugt, um die Transformatorprimärwicklungen anzutreiben. Entweder das Streamerkabel 20 oder 22 sendet ein signal mit FSK-modulierter Energie an die Schaltung von Figur 3 aus. Daten von den Sensoren an Bord des Birds, die von der Schaltung von Figur 3 übertragen bzw. gesendet werden, werden vom Streamerkabel (20 oder 22) empfangen und werden vom Empfänger 46 zum Dekoder 26 befördert, um sie entlang der Streamersignalleitung zur Zentraleinheit zurückzubefördern. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das kodierte Signal mit dem Zweidrahtstreamerkabel 22 auf redundante Weise gekoppelt, wobei über das Zweidrahtstreamerkabel sowohl Gleichtakt- (Eintaktübertragung) als auch symmetrische (Differential-)Signale geliefert werden, wobei letztere die Verwendung früher bekannter induktiver Kopplungssysteme zulassen, die konzentrierte Induktoren 28 zur Kommunikation mit dem entsprechenden Induktor (42) im einzelnen Bird 12 aufweisen. Das kodierte Signal wird dem Streamerkabel auf Eintaktart angeboten, indem die Primärwicklung eines Transformators 32 mit einem Antrieb 30 angetrieben wird, worin die Sekundärwicklung des Transformators 32 eine Schaltung mit dem Eindrahtstreamerkabel 20 oder dem Zweidrahtstreamerkabel 22 und einem Rückweg bildet, der das Meerwasser einschließt, und auch Kopplung durch die Induktoren 38 und 34, 36 bzw. die Kondensatoren 44 und 40, 42 einschließt. Der Transformator 32 umfaßt Kondensatoren quer über jede Wicklung, um den Betrieb in einem Resonanz-Modus zu ermöglichen, wodurch die Wirksamkeit erhöht wird und die Übertragung von Störsignalen durch diese hindurch eingeschränkt wird. Die Eintaktsignale werden durch die gleichen Kopplungsschaltungen empfangen, die Verbindung mit dem Streamerkabel vom Senderantrieb 30 herstellen, worin der Empfänger 46, der mit der Primärwicklung des Transformators 32 verbunden ist, das hereinkommende kodierte Signal empfängt und die nötige Vorverstärkung und Basisbandbestimmung bzw. -detektion des kodierten Signals schafft. Obwohl eine Vielzahl von Arten von Übertragungstechniken verwendet werden können, stellt die vorliegende Erfindung eine Trägerfrequenz von etwa 26 KHz mit einer Abweichung von +/- 1500 Hz zu Verfügung, woraufhin Daten mittels dieser nach einer FSK-Modulationstechnik übertragen werden.
Differential- oder Zweidrahtkommunikation wird von einem Sende- bzw. Übertragungsantrieb 48 und Differentialempfänger 50 geschaffen, der, wie der Sende- bzw. Übertragungsantrieb 30 und der Emfpänger 46, die oben besprochen werden, die kodierten Signale vom und zum Kodierer 24 und Dekoder 26 empfängt und liefert. Der Sende- bzw. Übertragungsantrieb 48 versorgt die Primärwicklung eines Transformators 52 mit Energie, woraufhin die Sekundärwicklung ein Differentialsignal an die Drähte 54 und 56 des Zweidrahtstreamerkabel 22 liefert. Das Streamerkabel umfaßt die zuvor genannten konzentrierten Induktanzen 28, um für Datenübertragen in bestimmten Intervallen entlang des Streamerkabels zu sorgen. Der Transformator 52 ist durch Gleichstrom-Sperrkondensatoren 58 und 60 mit dem Streamerkabel 22 gekoppelt, die es ermöglichen, daß das Datensignal mit dem Kabel 22 vom Transformator 52 gekoppelt wird, während ein offener Gleichstromweg über die zwei Drähte des Streamerkabels 22 geschaffen wird. Auf ähnliche Weise ist jeder (konzentrierte) Induktor 28 mit einem Sperrkondensator 62 verbunden, was es ermöglicht, daß entlang des Zweidrahtstreamerkabels ein Gleichstrompotential besteht, und kann weiters so ausgewählt sein, daß eine Resonanzschaltung mit einer gewünschten Frequenz geschaffen wird, typischerweise in der Mitte des verwendeten Kommunikationskanals. Des weiteren schaffen die zuvor in Zusammenhang mit dem Gleichtaktsignalbetrieb erwähnten Kondensatoren 40 und 42 auch einen nichtleitenden Weg über die beiden Drähte 54 und 56 des Zweidrahtstreamerkabels, wodurch zugelassen wird, daß über diesen ein Gleichstrompotential besteht. Die Gleichstromleistung wird von einer Leistungsquelle 64 geschaffen, die auch ein Wechselstromsignal liefern kann, das durch unten besprochene induktive Kopplung zum einzelnen Bird 12 übertragen wird. Die empfangenen Daten werden auf ähnliche Weise von einem Empfänger 50 geliefert, der mit der Transformator-52-Primärwicklung verbunden ist, worin die von jedem Bird empfangenen Daten vom (konzentrierten) Induktor 28 aufgenommen werden und auf dem Kabel 22 durch den Transformator 52 geliefert werden. Der Output des Empfängers 50 wird zum Dekodieren einer bestimmten Modulationstechnik, z.B. NRZ, die wie gewünscht verwendet werden kann, dem Dekoder 26 geliefert.
Der Terminator bzw. Abschluß 68 ermöglicht es, daß die vorliegende Erfindung auf bestehende Zweidrahtstreamerkabel umgerüstet wird und mit diesen koexistiert, und ermöglicht es daher, daß das Streamerkabel 22 sowohl im Eintakt- als auch im Differentialmodus erregt wird. Der Terminator 68 umfaßt ein Symmetrierglied bzw. eine Transformationsschleife 70, die so angeschlossen ist, daß sie das Ende einer Wicklung und den Anfang der anderen Wicklung in Signalkonduktion zum Wasser zurückbringt, währnd das Differentialsignal zum anderen Ende einer jeden jeweiligen Wicklung empfangen wird, wodurch ein Abschluß mit hoher Impedanz im Differentialmodus geschaffen wird, und, durch Transformatorwirkung, eine niedrige Impedanz für Eintakt-, Gleichtaktsignal geschaffen wird. Es kann ein weiterer Kondensator 76 eingeschlossen sein, um ein verstärktes Symmetrieren bzw. Ausgleichen der Abschlußimpedanz zu ermöglichen.
Die Technik zum Empfangen des Signals vom Streamerkabel 22 an jedem Bird 12 wird im Blockdiagramm von Figur 3 gezeigt. Datenkommunikation im Differentialmodus zwischen dem konzentrierten Induktor 28 vom Schleppstreamerkabel 22A und Bird 12 wird durch den Aufnaheminduktor 82 geschaffen, der so ausgerichtet ist, daß er magnetisch mit dem Induktor 28 gekoppelt ist und durch Auswahl von Kondensator 84 im Resonanzmodus betrieben werden kann. Die Spule ist an Empfangs- und Sendeschaltungen 86 angeschlossen, die Schaltungen einschließen, die zum oben beschriebenen Sendeantrieb 48 und Empfänger 50 analog sind. Das resultierende detektierte Signal wird von den Kodierungs- und Dekodierungsfunktionsschaltungen 88 empfangen, welche die Funktionen einschließen, die zur Kodierungs- und Dekodierungsfunktion der obigen Elemente 24 und 26 komplementär sind. Die resultierenden Signale werden der Birdsteuerungselektronik 100 zugeführt, welche die Birdmotore 102 steuert, die die verschiedenen oben besprochenen mechanischen Vorrichtungen im Bird einstellen. Das Positionsrückkopplungssignal wird vom Motor 102 an die Steuerungselektronik 100 geliefert. Darüberhinaus kommuniziert die Steuerungselektronik 100 mit den Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkelementen, sodaß Signale abgeleitet werden, die über das Streamerkabel 21 an das Schiff weitergegeben werden. Die resultierenden Steuerungssignale vom Bird werden von der Kodierungs- und Dekodierungselektronik 88 empfangen und dann zu den jeweiligen Sende- bzw. Übertragungsabschnitten der Gleichtakt- und Differentialübertragungselektronik 86 und 98 gesendet bzw. übertragen.
Gemäß vorliegender Erfindung können die oben besprochenen symmetrischen Zweidrahtdifferentialkommunikationselemente in Verbindung mit den unsymmetrischen Gleichtaktelementen 90 und 98 verwendet werden, oder können durch die unsymmetrischen Kommunikationselemente 90 und 98 ersetzt werden, worin der Bird alle notwendige Kommunikation über das Kabel 21 in unsymmetrischer Gleichtaktverbindung empfängt und sendet bzw. überträgt. Die Gleichtaktsignale vom Kabel 21 sind durch eine verlustarme magnetische Anordnung 90, die eine Wicklung 92 mit besonderer Induktanz und einen Kondensator 94 aufweist, der hinsichtlich Resonanz mit der Wicklung 92 bei der Datenkanalmittelfrequenz (27 KHz) ausgewählt ist, mit der Sende- bzw. Übertragungs- und Empfangselektronik 96 verbunden. Bei der bevorzugten Ausführungsform schaffen die etwa 50 Drehungen die effiziente Kopplung von Signalen vom Streamerkabel 21 mit der Sende- bzw. Übertragungs- und Emfpangselektronik 96. Weitere Details der Anordnung 90 sind unten mit Bezug auf die Figuren 4-8 angegeben.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung ein Batterieladegerät 106, das die Batterie 108 durch in einer zusätzlichen Wicklung 98 induzierte Energie mit einem Ladestrom versorgt, sodaß vom Streamerkabel 21 induzierte Ladungsenergie empfangen wird. Die induzierten Signale können bei einer niedrigeren Wechselstromfrequenz oder nahe oder bei der gleichen Datenkanalfrequenz liegen. Darüberhinaus können die Ladegeräte 106 von Signalen gespeist werden, die direkt von der Signalwicklung 92 abgeleitet sind, und die zusätzliche Wicklung 98 kann unnötig sein.
Das Signalformat des englang der Signalleitung übertragenen Signals umfaßt eine Adresse für den speziellen, abzufragenden Bird, Befehle für den adressierten Bird und Datenüberprüfungen. Die Befehlsdaten umfassen typischerweise Befehle, um die Einstellung der Steuerungsflügel zu regeln, um den Bird in einer beabsichtigten Tiefe zu halten, und Anfragen für Daten von den Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkelsensoren 104 an Bord des Birds. Daten von den Sensoren des Birds sind mit dem Emfpänger 50 vom Kodierer-Dekoder 88 gekoppelt, der die Outputdaten an der Zentraleinheit liefert.
Der Birdschaltkreis wird in Figur 3 gezeigt und umfaßt eine abgestimmte Antenne 80, die aus einer Spule 82 und einem Kondensator 84 besteht, oder eine Eintakt-Gleichtakt-Antenne, die einen Induktor 92 und Kondensator 94 aufweist. Die erzeugten Signale werden von den Empfängerschaltungen in 86 und 96 empfangen, die dann vom Kodierer-Dekoder 88 empfangen werden. Der Kodierer-Dekoder 88 liefert auch die Signale an die Birdsteuerungselektronik 100, welche die Birdmotore 102 steuert. Ein Rückkopplungssignal wird als Teil eines Steuerungssystems mit geschlossener Schleife für Birdflügel von den Steuerungsmotoren 102 an die Steuerungselektronik 100 geliefert. Die Schaltung 100 liefert auch ein Signal an die Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkelsensoren 104, um die Sensoren abzufragen. Die Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkeldaten von den Sensoren 104 werden über Schaltung 100 und Kodierer-Dekoder 88 zu den Kopplungswicklungen 82 und 92 befördert, um sie entlang der Streamersignalleitung an das Schleppschiff oder andere Empfangsstation zu übermitteln. Der Kodierer-Dekoder 88 liefert als Reaktion auf einen von der Zentraleinheit empfangenen Befehl ein Signal an die Birdsteuerung 100, wodurch Abfragung der Sensoren 64 bewirkt wird, und wodurch auch Steuerung der Motor(e) 102 geschaffen wird, der/die die Steuerungsflügel antreibt/antreiben.
Eine bevorzugte Ausführungform der induktiven Kopplungsanordnung wird in den Figuren 4 und 5 gezeigt. üm das Streamerkabel 10 ist ein Kragen bzw. eine Einfassung 120 befestigt und an das Kabel geklemmt, sodaß es damit drehbar ist. Die Einfassung ist vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie Polyurethan gebildet, un umfaßt entlang des ümkreises einen Kanal 122, in dem ein Ring 124 angeordnet ist, der einen Magnetkern 126 mit hoher Permeabilität bzw. Durchlässigkeit enthält. Der Ring ist ebenfalls aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie Polyurethan gebildet und befindet sich in gleitender drehender Beziehung zur befestigten Einfassung. Eine Spule 128 ist um einen Abschnitt des Magnetkerns 126 gewunden und umfaßt ein Paar Leitungsdrähte 130, die an den Schaltkreis des Birds gekoppelt werden können. Zusätzliche Spulen (z.B. 98, nicht gezeigt) können ebenfalls eingeschlossen sein. Der Magnetkern und die um einen Abschnitt davon gewundene Spule sind innerhalb des Kunststoffrings 124 typischerweise durch Formen des Rings um den Magnetkern und die zugeordnete Spule eingeschlossen. Der Kunststoffring und Magnetkern haben die Konstruktion eines geteilten Rings, sodaß die Ringanordnugn leicht auf der befestigten Einfassung angebracht und davon entfernt werden kann. Typischerweise weist der Ring ein Scharnier 112 an einem der gegenüberliegenden Enden und einen Arretiermechanismus 114 am entgegengesetzten der gegenüberliegenden Enden auf. Die Trennungsachse zwischen den Hälten der Ringanordnung kann wie veranschaulicht geneigt werden, sodaß die Spule entlang dem Bodenabschntit des Rings angeordnet werden kann, sodaß sie sich zur Verbindung mit dem von der befestigten Einfassung hängenden Bird in der Nähe befindet.
Der Kern 126 kann mit verschiedenen Techniken konstruiert werden, die an sich bekannt sind. Beispielsweise kann der Kern durch Bandwicklung aus einem geeigneten magnetischen Material hergestellt sein, oder kann aus einem Ferrit oder anderen Sintermaterial geformt oder anders gebildet sein, das die beabsichtigten magnetischen Eigenschaften bietet. Die Spule kann direkt mit der Elektronik des Birds verbunden sein oder kann über ein Zwischenverbindungsstück verbunden sein.
Die Spule 128 kann durch die Verwendung eines Kondensators 136, der gemeinsam mit der Spule eine beabsichtigte abgestimmte Schaltung dargestellt, die eine beabsichtigte Resonanzfrequenz aufweist, vorzugsweise auf eine Resonanzfrequenz (z.B. 26 KHz) abgestimmt sein.
Es ist zu bemerken, daß für Einzeldraht- oder Gleichtakt- (einseitige) Zweidrahtdatenübertragung keine Spule innerhalb des Streamerkabels erforderlich ist und daß Kopplung über einen Transformator mit hochpermeablem bzw. hochdurchlässigem Kern erreicht wird, der als ein Stromtransformator wirkt. Die Kopplungsanordnung kann am Streamereinlaß ebenso wie entlang des Streamerkabels verwendet werden, typischerweise in Verbindung mit einer Einfassung, die über den Einlaßabschnitt des Streamers paßt. Einfassungen können überall entlang des Streamers oder des Einlasses angebracht werden, da es keine Notwendigkeit für Ausrichtung auf innere Spulen gibt, wie das bei Systemen nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Bei einer alternativen Verwirklichung kann sich die induktive Anordnung teilweise im Streamerkabel befinden und mit einer in jedem Bird angeordneten Schaltung zusammenwirken.
Eine alternative induktive Kopplungsanordnung im Streamer wird in Figur 6 gezeigt. Ein zylindrischer Magnetkern 120 ist innerhalb des Streamers angeordnet und umfaßt ein Paar axial im Abstand angeordneter und sich radial erstreckender Flansche 122, und einen zylindrischen Zwischenabschnitt 124, um den eine Spule 126 gewickelt ist. Ein Konsensator 138 ist im Nebenschluß quer über die Spule 126 angeschlossen. Die Spule und der Kondensator sind mit dem Streamerschaltkreis von Figur 2 verbunden. Die äußere Peripherie der Kernflansche 122 befindet sich in Eingriff mit der Innenwand des Streamers oder steht ihr in großer Nähe gegenüber. Die induktive Kopplungsanordnung von Figur 6 und die Schaltung von Figur 2 (ohne die Differentialaufnahme und den Empfänger) sind vorzugsweise innerhalb einer Patrone untergebracht, die sich im Streamer befindet. Eine derartige Patrone ist selbt der Gegenstand des US-Patents Nr. 4,471,534, das am 18. September 1984 an den Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes ausgegeben wurde. Der Magnetkern 132 ist innerhalb des Birdgehäuses enthalten. Der Kern besteht üblicherweise aus zwei Hälften, wobei jede Hälfte des Kerns innerhalb einer schwenkbaren bzw. mit Scharnier angelenkten Hälfte des Birdgehäuses zum Zusammenbau um das Streamerkabel herum enthalten ist.
Die Antenne oder induktive Anordnung innerhalb des Streamers und die zugeordnete induktive Anordnung im Bird sind auf die gleiche Resonanzfrequenz des Datenkanals abgestimmt, um auch beim Vorhandensein von Fehlausrichtung zwischen den jeweiligen Kernen oder variierendem Abstand dazwischen für effiziente Übertragung elektrischer Energie zwischen diesen Anordnungen zu sorgen. Somit ist die Variation ini Abstand zwischen den gegendberl iegenden Kernen nicht kritisch.
Eine alternative induktive Anordnung wird in Figur 7 gezeigt. Der äußere Magentkern 130 ist der gleiche wie der Magnetkern 130 von Figur 6. Der innerhalb des Streamers 10 enthaltene innere Kern 140 ist ein U-förmiger Kern mit Polflächen 142, die den Polflächen von Kern 130 gegenüberstehen. Eine Spule 144 ist um den mittleren Abschnitt des U-förmigen Kerns gewickelt. Die Polflächen 142 können abgerundet sein, um dem Umkreis des Streamers zu entsprechen.
Eine weitere Ausführungsform wird in Figur 8 gezeigt, bei der die im Bird angeordnete magnetische Anordnung aus einem Magnetkern, der erste und zweite Ringe 146 aufweist, und einem eine Zwischenverbindung herstellenden Bolzen 148 umfaßt, um den eine Spule 150 gewickelt ist. Der in Figur 7 gezeigte U-förmige Kern 140 wird im Streamer verwendet, wobei die Polflächen 142 sich in gegenüberstehender Beziehung zu den Oberflächen 152 der jeweiligen Kernringe befinden. Die Ringe können zum Zusammenbauen um das Streamerkabel geteilt werden. Der Streamer von Figur 8 hat ein geringeres Volumen und geringeres Gewicht als der Kern 130 in der Ausfiihrungsform von Figur 6.
Die Erfindung soll durch das im speziellen Gezeigte und Beschriebene nicht eingeschränkt werden, außer wie in den beiliegenden Ansprüchen angegeben.

Claims

1. Kommunikationssystem zur Verwendung in einem seismischen Streamersystem, das ein Streamerkabel (10) einschließt, dem entlang ein oder mehrere Birds (12) angeordnet ist/sind, wobei das Kabel und die begleitende Signalleitung (21) durch die Birds hindurchgehen, woraufhin Signale von einer Zentraleinheit zu den Birds (12) und von den Birds zur Zentraleinheit befördert werden;

gekennzeichnet durch:

Streamerschaltungsmittel, die entlang dem Streamerkabel (10) an der Position eines jeden Birds (12) angeordnet sind, umfassend:

eine erste induktive Kopplungsanordnung im Kabel (10), die auf eine vorherbestimmte Resonanzfrequenz (126, 144) abgestimmt ist und Polschuhflächen (122, 142) aufweist, die einer Innenwand des Streamerkabels gegenüberstehen;

eine zweite induktive Kopplungsanordnung in einem Bird (12) (134, 150), die einer Außenwand des Streamerkabels gegenübersteht, an die erste induktive Kopplungsanordung gekoppelt ist und so wirksam ist, daß sie den Bird (12) in Reaktion auf Signale mit Energie versorgt, die vom Streamerkabel (10) empfangen werden, und als Reaktion auf Signale, die vom Bird empfangen wrden, die Signalleitung mit Signalen beliefert, wobei die zweite induktive Kopplungsanordung auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt ist wie die erste induktive Kopplungsanordnung und Polschuhflächen (132, 152) aufweist, die den Polschuhflächen (122, 142) der ersten induktiven Kopplungsanordnung gegenüberstehen;

Schaltungsmittel (106, 88) im Bird (12), die mit der zweiten induktiven Kopplungsanordnung verbunden sind und als Reaktion auf Signale wirksam sind, die von der zweiten induktiven Kopplungsanordnung vom Kabel (10) aufgenommen wrden, um den Bird mit Energie bzw. Leistung und Datensignalen zu versorgen;

Datenschaltungsmittel (88) im Bird (12), um die zweite induktive Kopplungsanordnung als Reaktion auf Sensordaten, die von den Sensoren (104) im Bird geliefert werden, mit Datensignalen zu versorgen; und

Kommunikationsmittel, die bei der genannten Resonanzfrequenz wirksam sind und Signale vom genannten Kabel (10) liefern,

wodurch die erste und die zweite induktive Kopplunganordnung, die sich in Resonanzkopplungsbeziehung befinden, effizient Leistung und Datensiganle übertragen.

2. System nach Anspruch 1, worin die erste induktive Kopplungsanordnung weiters im Abstand angeordnete magnetische Polflächen (122, 142) auf einem Zwischenkern einschließt, der eine induktiv damit gekoppelte Spule (126, 144) und einen Kondensator (138) aufweist, der mit der Spule wirksam ist, um die Resonanzfrequenz zu schaffen und worin

die zweite induktive Kopplungsanordnung im Abstand angeordnete magnetische Polflächen (132,146) auf einem Zwischenkern (130, 148) einschließt, der eine induktiv damit gekoppelte Spule (134, 150) und einen Kondensator (136) aufweist, der mit der Spule wirksam ist, um die Resonanzfrequenz zu schaffen.

3. System nach Anspruch 2, worin die genannte Birdschaltung weiters einschließt:

einen Kodierer (88), um Daten von einer Zentraleinheit zu befördern;

einen Dekoder (88), um Daten zur Zentraleinheit zu befördern;

einen torgesteuerten Oszillator, der mit dem Kodierer gekoppelt ist und so wirksam ist, daß er modulierte Impulse (FSK) gemäß den Daten zur Verfügung stellt;

wobei die genannte Spule (126, 144) und der Kondensator (138) eine erste abgestimmte Antenne bilden, die auf die genannte Resonanzfrequenz abgestimmt ist, um die genannten modulierten Impulse (FSK) zu empfangen und so wirksam ist, daß sie an eine zweite abgestimmte Antenne (92) ausstrahlt, die Teil einer Birdschaltung ist, und daß sie von der zweiten abgestimmten Antenne (92) empfängt; und

einen Sender und Empfänger (96), die durch die zweite abgestimmte Antenne mit der ersten abgestimmtn Antenne gekoppelt sind und als Reaktion auf Signale wirksam sind, die von der ersten abgestimmten Antenne empfangen werden, und zum Senden bzw. Übertragen von Signalen vom Dekoder (88) zur Beförderung auf der Signalleitung (21) zur Zentraleinheit.

4. System nach Anspruch 2, worin die genannte Birdschaltung weiters einschließt:

eine zweite die genannte Spule (92) und Kondensator (94) eischließende abgestimmte Antenne, die auf die gleiche Frequenz wie die Frequenz der ersten abgestimmten Antenne abgestimmt ist und zum Senden bzw. zur Übertragung an die erste abgestimmte Antenne und zum Empfang davon wirksam ist;

einen Kodierer-Dekoder (88), der an die zweite abgestimmte Antenne gekoppelt ist und wirskam wird, um Datensignale zu liefern;

eine Steuerungsschaltung (100),die als Reaktion auf Signale vom Kodierer-Dekoder (88) wirksam ist, um Steuerungssignale für einen oder mehrere Birdmotor(e) (102), die im Bird angeordnet sind, zu schaffen; und

eine Steuerungsschaltung (100), die auch als Reaktion auf Signale vom Kodierer-Dekoder wirsam ist, um die Kurs-, Tiefen- und Flügelwinkelsensoren im Bird (104) abzufragen und um Daten von den Sensoren zum Kodierer-Dekoder (88) zu befördern zur Übertragung über die abgestimmten Antennen an die Streamerschaltung (21) und somit an die Signalleitung des Streamerkabels zur Übertragung an die Zentraleinheit.

5. System nach Anspruch 2, worin die genannte Birdschaltung weiter einschließt:

eine Steuerungsschaltung (100), die als Reaktion auf Signale vom Kodierer-Dekoder (88) wirksam ist, um die Kurs-, Tiefen und Flügelwinkelsensoren (104) im Bird abzufragen und um Daten von den Sensoren (104) an den Kodierer-Dekoder (88) zu übertragen, zur Übertragung bei der Resonanzfrequenz über die erste und die zweite induktive Kopplungsanordnung an die Streamerschaltung und somit an die Signalleitung (21) des Streamerkabels zur Übertragung an die Zentraleinheit.

6. System nach Anspruch 1, worin die zweite induktive Kopplungsanordnung (Figuren 6-8) weiter gekennzeichnet ist durch:

einen äußeren Magnetkern (130, 148), der ein Paar axial im Abstand angeordneter und sich radial erstreckender Flansche (132, 146) und einen zylindrischen Zwischenabschnitt (134, 148) zwischen den Flanschen aufweist, um den eine Spule (134, 150) gewickelt ist, wobei die innere Oberfläche der Flansche (132, 146) die genannten Polflächen vorsieht; und

worin die erste induktive Kopplungsanordnung (120) umfaßt:

einen Innenkern (124, 140), der innerhalb des Streamers (10) ausgebreitet bzw. verteilt ist und einen U-förmigen Kern mit axial im Abstand angeordneten Polflächen (122, 142), die den jeweiligen Polflächen (132) des Außenkerns gegenüberstehen, und einen Zwischenabschnitt (124, 144) zwischen den axial im Abstand angeordneten Polflächen aufweist, der eine Spule (126, 144) aufnimmt.

7. System nach Anspruch 1, worin die erste induktive Kopplungsanordnung weiters einschließt:

einen inneren Magnetkern (120), der innerhalb des Streamers (10) angeordnet ist und einen ersten und einen zweiten Ring (122) aufweist, von denen jeder eine äußere Umfangsoberfläche, die der inneren Oberfläche des Streamers (10) gegenübersteht, und einen eine Verbindung dazwischen herstellenden Abschnitt (124) aufweist, um den eine Spule (126) gewickelt ist, und

worin die zweite induktive Kopplungsanordnung umfaßt:

einen äußeren Magnetkern (130), der um den Streamer (10) angeordnet ist und ein Paar axial im Abstand angeordneter und sich radial erstreckender Flansche (132) aufweist, die jeweile eine innere Umfangsfläche aufweisen, die der Außenfläche des Streamers gegenübersteht und sich in allgemeiner Ausrichtung mit der Umfangsoberfläche des Innenkerns befindet, sowie einen zylindrischen Zwischenabschnitt, in dem eine Spule (134) angeordnet ist.

8. System nach Anspruch 1, worin die erste induktive Kopplungsanordnung weiters einschließt:

einen ersten zylindrischen Magnetkern (120, 144), der innerhalb des Streamerkabels angeordnet ist und ein Paar axial im Abstand angeordneter und radial endender Flansche (122, 142) und einen zylindrischen Zwischenabschnitt zwischen den Flanschen einschließt, und um den eine erste Spule (126, 144) gewickelt ist, wobei die Flansche (122, 142) die genannten Polflächen vorsehen; und

einen Kondensator, der quer über die Spule angeschlossen ist und kooperiert, um die Resonanzfrequenz zu schaffen, und worin

die zweite induktive Kopplungsanordnung weiters einschließt:

einen zweiten Magnetkern (130, 148), der um den Streamer angeordnet ist und Polflächenflansche (132, 146) in allgemeiner Ausrichtung mit den Flanschen (122, 142) des ersten zylindrischen Magnetkerns aufweist, sowie einen Zwischenabschnitt zwischen den Flanschen des zweiten Kerns und um den eine zweite Spule (134, 150) gewickelt ist; und

einen zweiten Kondensator (136), der quer über die zweite Spule angeschlossen ist und kooperiert, um eine Resonanzfrequenz zu schaffen.

9. Kommunikationssystem zur Verwendung in einem seismischen Streamersystem nach Anspruch 1, das weiters einschließt:

erste Mittel (96), die als Reaktion auf Signale wirksam sind, die von der Zentraleinheit vom Streamerkabel (10) empfangen werden, um modulierte Impulse (FSK) zu schaffen;

die genannte abgestimmte induktive Kopplungsstruktur (92, 94) zum Übermitteln der modulierten Impulse (FSK) auf einer Trägerfrequenz, auf welche die Kopplungsanordnung abgestimmt ist, und so wirksam, daß Energie zwischen dem Streamerkabel und den Birds gekoppelt wird;

einen Empfänger (96) in den Birds (12), der mit der abgestimmten Kopplungsanordnung gekoppelt ist und als Reaktion auf vom Streamerkabel (10) empfangene Energie wirksam ist, um abgehende modulierte Impulssignale (FSK) zu schaffen;

Sende- bzw. Übertragungsmittel (88, 96), die als Reaktion auf die Signale vom Bird (12) wirksam sind, um das Streamerkabel mit Impulssignalen zur übertragung an die Zentraleinheit zu versorgen;

eine Birdsteuerungsschaltung (100), die im Bird angeordnet ist und so wirksam ist, daß sie von der Zentraleinheit an den Bird (12) gesendete Leistungs - und Datensignale benützt;

ein Batterieladegerät (106), das als Reaktion auf die Leistungssignale wirksam ist, um eine Batterie (108) zu laden, die im Bird angeordnet ist und verwendet wird, um einen oder mehrere Steuerungsflügelmotore (102) für den Bird mit Energie zu versorgen; und

wobei das genannte Birdsteuerungsmittel (100) als Reaktion auf die Datensignale wirksame Mittel aufweist, um Steuerungssignale für Birdsteuerungsflügelmotore (102) zu schaffen, und so wirksam ist, daß es einen oder mehrere der genannten im Bird angeordneten Sensoren (104) abfragt, um Reaktionssignale davom dem Streamer (10) zu übermitteln.

10. System nach Anspruch 9, worin mit der genannten Streamerschaltung gemeint ist, daß die genannte auf die Resonanzfrequenz abgestimmte induktive Streamerkopplungsanordnung, die innerhalb des Streamerkabels (120, 140) an der Position des Birds (12) angeordnet ist, wirksam ist, um die Birdsteuerungschaltung (100) mit Signalen anzutreiben, die von Signalen abgeleitet sind, die auf dem Streamerkabel (21) befördert werden, und um als Reaktion auf von den Sensoren (104) empfangene Signale dem Streamerkabel (21) Signale zu liefern.