JPH0664154B2 - Submarine seismic sensor - Google Patents
Submarine seismic sensorInfo
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- JPH0664154B2 JPH0664154B2 JP59213233A JP21323384A JPH0664154B2 JP H0664154 B2 JPH0664154 B2 JP H0664154B2 JP 59213233 A JP59213233 A JP 59213233A JP 21323384 A JP21323384 A JP 21323384A JP H0664154 B2 JPH0664154 B2 JP H0664154B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、地震による圧力波の水中での伝播方向を決め
るために光ファイバ圧力センサを用いることに関する。The present invention relates to the use of fiber optic pressure sensors to determine the direction of propagation of seismic pressure waves in water.
海底地震探査時に、1乃至2マイルにわたって延びる長
い円筒状のプラスティック製のストリーマ(吹き流し)
内に複数の圧力センサを入れておく。ストリーマは所望
の深さで水中を船によって曳航される。海面下の地表層
は適当な手段によって音波探査される。音波は下の地表
層から反射され、圧力波の形で水面に戻ってくる。圧力
波は圧力センサによって検出され電気信号に変換され
る。電気信号はストリーマ内の伝送ラインを介して曳航
船に伝送される。A long cylindrical plastic streamer that extends for one or two miles during subsea seismic surveys
Put multiple pressure sensors inside. The streamer is towed underwater to the desired depth by the ship. The surface layer below sea level is acoustically probed by any suitable means. The sound waves are reflected from the surface layer below and return to the water surface in the form of pressure waves. The pressure wave is detected by the pressure sensor and converted into an electric signal. The electrical signal is transmitted to the towing vessel via a transmission line in the streamer.
反射された音波は圧力センサに直接戻ってきて、そこで
初めて検出されるが、検出される音波はそれだけではな
く、水面で反射されて圧力センサに戻ってくるものもあ
る。この水面で反射された音波は勿論圧力センサの深さ
の2倍に比例する時間だけ遅れており、2次信号または
ゴースト信号として現れる。直接戻ってくる音波と水面
で反射された音波とは時間的には接近して−数ms−到達
するので互いに干渉し合う傾向がある。従って音波の伝
播方向を決めるに当っては、上方向および下方向に伝播
する波をデータ処理時に容易に弁別できることが望まし
い。The reflected sound wave returns directly to the pressure sensor and is detected there for the first time, but not only that, but also the detected sound wave is reflected by the water surface and returns to the pressure sensor. The sound wave reflected on the water surface is delayed by a time proportional to twice the depth of the pressure sensor, and appears as a secondary signal or a ghost signal. The sound wave that directly returns and the sound wave that is reflected on the water surface approach each other in time-several ms, and therefore tend to interfere with each other. Therefore, in determining the propagation direction of a sound wave, it is desirable that the waves propagating in the upward and downward directions can be easily discriminated during data processing.
2つの別々のセンサを鉛直配列に固定して配置すること
ができる。したがって勿論、鉛直配列をなす各センサに
特定の波が達する時間差を測定することで音波の伝播方
向を容易に同定することができる。たとえば米国特許第
3,952,281号を参照するとよい。しかし、この方法は2
本の別々のハイドロホン・ケーブルを必要とする。各ケ
ーブルには約50万ドルの費用がかかるので、この処方は
明らかに不経済である。Two separate sensors can be fixedly arranged in a vertical array. Therefore, of course, the propagation direction of a sound wave can be easily identified by measuring the time difference of a specific wave reaching each sensor forming a vertical array. For example, US Patent No.
See 3,952,281. However, this method
Requires a separate hydrophone cable for books. This prescription is obviously uneconomical, as each cable costs about $ 500,000.
十分にコンパクトなセンサが得られれば、数インチずつ
離したセンサのほぼ鉛直な配列を同じストリーマ内に装
荷することができるであろう。しかし地震用のストリー
マ・ケーブルは、水中を曳航されている間にねじれたり
曲がったりしてしまう。従来の検出器を用いる場合、も
しセンサのほぼ鉛直な配列がストリーマ内に装荷される
と、配列中のどのセンサが上にあるのかを決定する方法
がない。Given a sufficiently compact sensor, it would be possible to load nearly vertical arrays of sensors separated by several inches in the same streamer. However, earthquake streamer cables can twist and bend while being towed underwater. With conventional detectors, if a nearly vertical array of sensors is loaded into the streamer, there is no way to determine which sensor in the array is on top.
また、水の層の底の中かその近傍にある散乱体による水
平に伝播する不必要な波を同定することができなければ
ならないことも重要である。It is also important to be able to identify unwanted horizontally propagating waves due to scatterers in or near the bottom of the water layer.
よく知られているように、水中で鉛直方向に離れた2つ
の点の間には静水圧勾配がある。したがって、もし鉛直
方向に配列された2つの検出器間の静水圧勾配を測定で
きれば、配列中の上の方の検出器を同定することができ
る。As is well known, there is a hydrostatic pressure gradient between two vertically separated points in water. Therefore, if the hydrostatic pressure gradient between two vertically aligned detectors can be measured, the upper detector in the array can be identified.
従来の海中検出器またはハイドロホンは、検出部分に圧
電性のセラミックウエハを用いている。一般に、ウエハ
は曲げモードで作動するように装荷される。音波による
過渡的な圧力変化はウエハを曲げてAC電流を発生する。
ウエハはまた、静水圧にも敏感である。しかし静水圧に
よるDC電荷は、取り付けられた回路を通して急速にリー
クしてしまう。したがって、検出器信号の静水圧差によ
る微分DC成分は検出できない。A conventional underwater detector or hydrophone uses a piezoelectric ceramic wafer as a detection portion. Generally, the wafer is loaded to operate in bend mode. Transient pressure changes due to acoustic waves bend the wafer and generate an AC current.
Wafers are also sensitive to hydrostatic pressure. However, hydrostatic pressure DC charges quickly leak through attached circuits. Therefore, the differential DC component due to the hydrostatic pressure difference of the detector signal cannot be detected.
本発明の目的は、地震波による過渡的なAC圧力信号を検
出できる廉価なストリーマにおいてセンサの複数の配列
を提供すること、および3次元空間における地震波の到
達方向を鉛直方向の静水圧勾配によるDCバイアスを測定
することで検出される鉛直方向に関して同定することで
ある。It is an object of the present invention to provide multiple arrays of sensors in an inexpensive streamer capable of detecting transient AC pressure signals due to seismic waves, and DC bias due to vertical hydrostatic pressure gradient in the direction of seismic wave arrival in 3D space. Is to identify with respect to the vertical direction detected.
本発明によると、地震用のストリーマの内部のストリー
マに沿って間隔をおいて配置された複数のセンサ・ステ
ーション(センサの装荷位置)に、複数の光ファイバと
センサ配列とが取り付けられる。各センサ配列は、圧力
センサとして働く少なくとも3個、できれば4個の単一
モード光ファイバのコイルのセットからなる。4個のコ
イルが用いられる場合は、ストリーマ外皮の内面に90°
ずつ離れて4個のコイルが設置される。センサコイルの
各セットに対してレーザまたはLEDが入力伝送ラインを
介して単色のコヒーレント光を放出する。センサコイル
における過渡的および定常的な圧力は光を変調する。1
セットの各センサコイルからの変調出力光は多入力光検
出器へ送られ、各センサコイルからの光はそこで各々標
準光と結合される。その結果生ずる光学ビート(うな
り)の信号は、センサコイルに入ってくる過渡的な地震
信号の極性と強度を表わすAC電気信号へと光検出器によ
って変換される。According to the invention, a plurality of optical fibers and a sensor array are attached to a plurality of sensor stations (sensor loading positions) spaced along the streamer inside an earthquake streamer. Each sensor array consists of a set of at least three and preferably four single mode fiber optic coils that act as pressure sensors. 90 ° on the inside of the streamer skin when four coils are used
Four coils are installed separately from each other. A laser or LED for each set of sensor coils emits monochromatic coherent light via the input transmission line. Transient and steady pressures in the sensor coil modulate the light. 1
The modulated output light from each sensor coil of the set is sent to a multi-input photodetector, where the light from each sensor coil is each combined with standard light. The resulting optical beat signal is converted by the photodetector into an AC electrical signal that represents the polarity and intensity of the transient seismic signal entering the sensor coil.
別々の変調出力光が互いに結合されるのは、できれば、
出力光間の位相差をセンサコイル間の静水圧勾配による
DCバイアスを表わす強度を有するDC電気信号へと変換す
る光検出器においてなされるのが望ましい。地震による
AC信号とDCバイアス信号とはデータ・プロセッサに伝送
され、そこで、入射してくる地震波の伝播方向が解析さ
れる。If the different modulated output lights are combined with each other,
The phase difference between the output lights depends on the hydrostatic pressure gradient between the sensor coils.
It is preferably done in a photodetector that converts to a DC electrical signal with an intensity that represents a DC bias. Due to an earthquake
The AC and DC bias signals are transmitted to a data processor, which analyzes the propagation direction of the incoming seismic wave.
レーザ、光検出器、データ・プロセッサおよび他の光学
的、電子的回路は曳航船上に設置されるのがよい。入力
光および変調出力光は光ファイバの束を通じてセンサコ
イルに伝送される。Lasers, photodetectors, data processors and other optical and electronic circuits may be installed on the towing vessel. Input light and modulated output light are transmitted to the sensor coil through a bundle of optical fibers.
レーザまたはLED、光検出器および標準光を与えるビー
ム・スプリッタは、センサコイルの各セット毎にまとめ
て1つのモジュールとしてセンサ・ステーションに設け
てもよい。変調出力光は電気信号に変換されたACおよび
DC各成分について解析される。電気信号は電線によって
データ・プロセッサに伝送される。A laser or LED, a photodetector and a beam splitter providing standard light may be provided at the sensor station as a module, one for each set of sensor coils. The modulated output light is converted into an electrical signal AC and
DC components are analyzed. Electrical signals are transmitted by wires to the data processor.
さて、第1図には、水14の中を地震用のストリーマ12を
曳航する船10が示されている。ストリーマ12は、防護の
ための耐圧部材を含む外装された引き込みリード16によ
って曳航されており、引き込みリード16は1つまたは2
つ以上の光ファイバの束を内包している。引き込みリー
ド16とストリーマ12とは、不使用時には船10の船尾にあ
るリール18に保管される。ストリーマ12は、幾つかの光
ファイバ製のセンサコイル・セット20を有しており、各
センサ・ステーション毎に1つのセンサコイル・セット
が装荷される。後でみるように、各センサコイル・セッ
ト20は3個、できれば4個のセンサコイルを有してい
る。レーザ、光検出器、光学カップラおよびデータ処理
装置等の測定装置パッケージ22は船10上に設置される。
測定装置パッケージ22については後で詳しく説明する。
ブイ24がストリーマ12の後端を示している。センサ・ス
テーション毎に1個のセンサを用いる公知のシステムは
米国特許第4,115,753号に示されている。Referring now to FIG. 1, a ship 10 towing an earthquake streamer 12 in water 14 is shown. The streamer 12 is towed by an exterior lead-in lead 16 including a pressure resistant member for protection, and one or two lead-in leads 16 are provided.
It contains a bundle of one or more optical fibers. The lead-in lead 16 and the streamer 12 are stored on the reel 18 at the stern of the ship 10 when not in use. The streamer 12 has several fiber optic sensor coil sets 20, one for each sensor station. As will be seen later, each sensor coil set 20 has three, preferably four sensor coils. A measuring device package 22 such as a laser, a photodetector, an optical coupler and a data processing device is installed on the ship 10.
The measuring device package 22 will be described in detail later.
The buoy 24 shows the rear end of the streamer 12. A known system using one sensor per sensor station is shown in U.S. Pat. No. 4,115,753.
ストリーマ12はポリビニル・クロライド、ポリウレタン
または同様のプラスティックからなる長い円筒状の外皮
からなり、直径は約3インチで両端は閉じている。完全
なストリーマの長さは数千フィートもあるが、取り扱い
易いように着脱可能な多くの部分に分割することもでき
る。ストリーマはほぼ非圧縮性の流体で満たされてお
り、この流体は、内部に装荷されたセンサと外部圧力と
を結合できるように地震波に対してはこれをよく通すも
のである。耐圧部材28は通常ステンレス鋼のケーブルか
らなり、曳航力による破断を防止するためストリーマ全
体にわたって通してある。The streamer 12 consists of a long cylindrical skin of polyvinyl chloride, polyurethane or similar plastic, approximately 3 inches in diameter and closed at both ends. A complete streamer can be thousands of feet long, but can be split into many removable parts for easier handling. The streamer is filled with a substantially incompressible fluid, which is well permeable to seismic waves so that the internally loaded sensor and the external pressure can be coupled. The pressure-resistant member 28 is usually made of a stainless steel cable, and is passed through the entire streamer to prevent breakage due to towing force.
第2図はセンサ・ステーションにおけるケーブル部分の
長手方向断面図であり、第3図は第2図の3−3におけ
る断面図である。センサコイル・サット20は少なくとも
3個、できれば4個の一組の光ファイバのセンサコイル
30,32,34,36からなり、各センサコイルは細長い形状で
ストリーマ12の外皮26の内面にその長手方向軸と平行に
取り付けられている。例示のため4個のセンサコイルが
用いられることを仮定する。かくして、30と32および34
と36のように2組のセンサコイルがあることになる。各
組のセンサコイルは、互いに径方向に対向して90°の間
隔で設置され、また、ストリーマの長手方向軸からでき
るだけ離れてかつそれと平行に設置される。センサコイ
ルは38のようなプラスティック製のスパイダによって所
定の位置に保持されるのが望ましい。曳航中のストリー
マの長手方向軸はほぼ水平なので、センサコイル・セッ
トは、外皮26の内径に匹敵する鉛直面内の拡がりを持っ
た2次元の配列を形成することになる。2 is a longitudinal sectional view of the cable portion of the sensor station, and FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. A set of at least 3 and preferably 4 sets of sensor coil / sat 20 optical fiber sensor coils
30, 32, 34, 36, each sensor coil having an elongated shape and mounted on the inner surface of the outer skin 26 of the streamer 12 parallel to its longitudinal axis. For illustration purposes it is assumed that four sensor coils are used. Thus, 30 and 32 and 34
There will be two sets of sensor coils like and 36. The sensor coils of each set are placed radially opposite one another at 90 ° intervals, and as far as possible from and parallel to the longitudinal axis of the streamer. The sensor coil is preferably held in place by a plastic spider such as 38. Since the longitudinal axis of the streamer during towing is approximately horizontal, the sensor coil set will form a two-dimensional array with a spread in the vertical plane comparable to the inner diameter of the skin 26.
センサコイルは単位長当りの光損失が少ない単一モード
グラスファイバを何回も巻いてつくられる。センサコイ
ルの寸法および巻数は必要な光ファイバの全長に依存す
る。The sensor coil is made by winding a single mode glass fiber many times with less light loss per unit length. The size and number of turns of the sensor coil depends on the total length of optical fiber required.
よく知られているように、光ファイバが圧縮力を受ける
とその屈折率および/またはその伸びが変化する。標準
ファイバを通って伝送された光と、圧縮力を受けている
検出ファイバを通って伝送された光との間の位相ずれ
は、ファイバの長さと、屈折率および/または伸びの増
分、もしくはその両方との関数である。たとえば米国特
許第4,320,475号を参照するとよい。実際の圧力センサ
には、検出ファイバとして約100mのファイバが必要とさ
れる。長さが約2m、幅が2乃至3cmの細長いファイバコ
イル・ループには、約25回の巻数が必要である。センサ
コイルは、ストリーマの外皮の曲がりや運動がコイル形
状をゆがめないように取り付けられる必要がある。この
ようなゆがみは勿論みせかけの信号をシステムに与える
であろう。As is well known, when an optical fiber is subjected to compressive force, its refractive index and / or its elongation changes. The phase shift between the light transmitted through the standard fiber and the light transmitted through the detection fiber under compressive force is the length of the fiber and / or the increment of the index of refraction and / or extension, or It is a function of both. See, eg, US Pat. No. 4,320,475. An actual pressure sensor requires a fiber of about 100 m as a detection fiber. An elongated fiber coil loop approximately 2 m long and 2-3 cm wide requires about 25 turns. The sensor coil must be mounted so that bending or movement of the streamer skin does not distort the coil shape. Such distortion will, of course, give a false signal to the system.
2つの光ファイバ束40,42が、各センサ・ステーション
でセンサコイルを支持している各スパイダとストリーマ
との中を通っている。光ファイバ束40は外に向かう伝送
リンクであり、これを通してレーザ(第2図には図示し
ていない)からの入力光がセンサコイルへと放出され
る。光ファイバ束40は、その伝送光を各センサコイルに
結合させるための1本のファイバからなっていてもよい
し、また、単一のファイバの束からなっていてもよく、
この場合は個々のファイバが各センサコイルに割り当て
られる。実際にはセンサコイルは共通の光の入力を受け
る。たとえば、センサコイル36は入力ファイバ・リード
35と出力ファイバ・リード37を有し、他のセンサコイル
も同様の入出力ファイバ・リードを持っている。ファイ
バは小型かつ軽量なので、数百本のファイバを不必要に
かさばることなく1つの束にまとめることができる。Two fiber optic bundles 40, 42 run through each spider and streamer carrying a sensor coil at each sensor station. The fiber optic bundle 40 is an outgoing transmission link through which input light from a laser (not shown in FIG. 2) is emitted to the sensor coil. The optical fiber bundle 40 may consist of a single fiber for coupling the transmitted light to each sensor coil, or it may consist of a single fiber bundle,
In this case, individual fibers are assigned to each sensor coil. In reality, the sensor coils receive a common light input. For example, the sensor coil 36 is an input fiber lead.
35 and output fiber lead 37, other sensor coils also have similar input and output fiber leads. The small size and light weight of fibers allows hundreds of fibers to be combined into a bundle without unnecessarily bulking.
光ファイバー束42はセンサコイル出力光のための戻りの
伝送リンクである。各センサコイルに対して1本の出力
ファイバがある。したがって各センサ・ステーションに
供するためには4本の出力ファイバが必要である。スト
リーマと船上の引き込みリードから出てきた光ファイバ
束42の自由端は、以下で説明する光学処理回路に結合さ
れている。The fiber optic bundle 42 is the return transmission link for the sensor coil output light. There is one output fiber for each sensor coil. Therefore, four output fibers are required to serve each sensor station. The free end of the fiber optic bundle 42 emerging from the streamer and the lead-in lead on the ship is coupled to the optical processing circuit described below.
本発明を動作させる望ましい方法が第4図に示されてお
り、そこには光学処理回路の概略が図示されている。第
4図において、破線44の左側はすべて船10上にあり、測
定装置パッケージ22の一部をなしている。破線44の右側
はストリーマ12の一部である。A preferred method of operating the present invention is shown in FIG. 4, where a schematic of the optical processing circuitry is shown. In FIG. 4, the left side of the broken line 44 is entirely on the ship 10 and forms a part of the measuring device package 22. The right side of the broken line 44 is a part of the streamer 12.
できればスペクトルの赤外部近傍で作動するレーザまた
はLED46が光学カップラ48に向かってコヒーレント光47
を放出し、光学カップラ48は光を光ファイバ束40をつく
る単数または複数のファイバへと結合させる。光学カッ
プラ48は本質的には光ファイバ束への共通入力として働
く。光は光ファイバのセンサコイルへと伝送され、そこ
で地震による過渡的な圧力波と周囲の静水圧とによって
変調される。変調された光はセンサコイルから光ファイ
バ束42を介して測定装置パッケージ22へと戻る。第4図
では簡単のため典型的なセンサ・ステーションが1つだ
け示されているが、光ファイバ40,42は他のセンサ・ス
テーションに供するために延長できることを理解してお
くべきである。A laser or LED 46, preferably operating near the infrared portion of the spectrum, directs coherent light 47 toward an optical coupler 48.
And the optical coupler 48 couples the light into the fiber or fibers forming the fiber optic bundle 40. Optical coupler 48 essentially serves as a common input to the fiber optic bundle. Light is transmitted to a fiber optic sensor coil where it is modulated by seismic transient pressure waves and ambient hydrostatic pressure. The modulated light returns from the sensor coil through the fiber optic bundle 42 to the measurement device package 22. Although only one typical sensor station is shown in FIG. 4 for simplicity, it should be understood that the optical fibers 40, 42 can be extended to serve other sensor stations.
測定装置パッケージ22において、コヒーレント光47の一
部53はビーム・スプリッタ50によって適当な光学遅延モ
ジュール52へと向けられ、そこからの出力が標準光54と
なる。光学遅延モジュール52は、ビーム・スプリッタ50
と任意のセンサ・ステーションにあるセンサコイル30,3
2,34,36との間の光路長に見合う分だけ光53を遅らせ
る。複数のセンサ・ステーションにはそれぞれ微分遅延
モジュールが組み合わされて、光路長の差を補償してい
る。In the measuring device package 22, a portion 53 of the coherent light 47 is directed by the beam splitter 50 to an appropriate optical delay module 52, from which the output becomes the standard light 54. Optical delay module 52 includes beam splitter 50
And sensor coils 30,3 at any sensor station
The light 53 is delayed by an amount corresponding to the optical path length between 2, 34 and 36. A differential delay module is associated with each of the plurality of sensor stations to compensate for differences in optical path length.
変調出力光は、センサコイル30,32,34,36から対応する
光ファイバ30′,32′,34′,36′を通って戻る。出力光
は、それぞれ多入力結合モジュール56内の適当な光検出
器によって標準光54と結合される。その結果生ずるビー
ト周波数は、地震波による過渡的な圧力変化を表わす電
気的AC波連に変換される。4つのセンサからの電気信号
はライン60を介してデータ・プロセッサ58へ多重伝送す
ることができる。The modulated output light returns from the sensor coils 30, 32, 34, 36 through the corresponding optical fibers 30 ', 32', 34 ', 36'. The output light is combined with the standard light 54 by a suitable photodetector in each multi-input combining module 56. The resulting beat frequency is converted into a series of electrical AC waves that represent transient pressure changes due to seismic waves. The electrical signals from the four sensors can be multiplexed onto the data processor 58 via line 60.
30と32のような径方向に対向したセンサコイルの最初の
組を通る光の間の、静水圧勾配によるDCバイアスは、2
つの出力光を光検出器62において結合することによって
測定される。2つの出力光間の位相ずれは符号と強度を
有する電気的なDCバイアス信号に変換され、ライン64を
介してデータ・プロセッサ58へと送られる。同様にセン
サコイルの第2の組34と36の出力光間のDCバイアスは光
検出器66によって測定される。生ずる電気的出力はライ
ン68を介してデータ・プロセッサ58へ送られる。鉛直面
に対するセンサコイルの方向は、よく知られた数学的ア
ルゴリズムを用いて2つのバイアス信号の強度から解析
できる。鉛直面内のセンサコイルの方向が既にわかつて
いるので、次にデータ・プロセッサ58において地震によ
る圧力波の伝播方向が解析されるが、これは配列内の各
センサコイルに地震波が到達する時間の差を測定するこ
とにより行なわれる。The DC bias due to the hydrostatic pressure gradient between the light passing through the first pair of radially opposed sensor coils such as 30 and 32 is 2
It is measured by combining the two output lights at photodetector 62. The phase shift between the two output lights is converted to an electrical DC bias signal having a sign and strength and sent to the data processor 58 via line 64. Similarly, the DC bias between the output light of the second set of sensor coils 34 and 36 is measured by photodetector 66. The resulting electrical output is sent to data processor 58 via line 68. The orientation of the sensor coil with respect to the vertical plane can be analyzed from the strength of the two bias signals using well known mathematical algorithms. Since we already know the orientation of the sensor coils in the vertical plane, the data processor 58 then analyzes the direction of the seismic pressure wave propagation, which is the time it takes for each sensor coil in the array to arrive. This is done by measuring the difference.
以上の議論によって、水のような流体媒質を伝播する地
震波のケーブルに垂直な鉛直面内における強度と方向と
を解析する手段が開示された。3次元空間における伝播
方向は勿論決定することができ、これは、ケーブルに沿
って続いている2つまたはそれ以上のセンサ・ステーシ
ョンにおける同じ地震波の到達時間の差を本分野の公知
の方法で測定することにより行なわれる。長手方向の時
間差は簡単なベクトル加算によって鉛直方向の時間差と
結びつけることができ、3次元の伝播方向が解析され
る。The above discussion discloses means for analyzing the intensity and direction of seismic waves propagating in a fluid medium such as water in a vertical plane perpendicular to the cable. The direction of propagation in three-dimensional space can of course be determined, which measures the difference in the arrival times of the same seismic wave at two or more sensor stations following along the cable by methods known in the art. It is done by doing. The time difference in the longitudinal direction can be combined with the time difference in the vertical direction by simple vector addition, and the three-dimensional propagation direction is analyzed.
ある特別の態様によって本発明が説明されてきたが、特
許請求の範囲を逸脱することなく同様の効果を有する他
の装置を当業者が考えることは可能である。例えば、各
センサ配列毎に専用のレーザ、ビーム・スプリッタ、光
検出器等を備え、それらをすべてストリーマの各センサ
・ステーションに取り付けられた別々のモジュールに含
ませることができる。変調光および標準光の測定された
位相ずれの電気的アナログ信号は電線によって船10上の
データ・プロセッサ58へと伝送される。Although the present invention has been described in terms of certain specific embodiments, those skilled in the art will be able to contemplate other devices having similar effects without departing from the scope of the claims. For example, each sensor array could have its own laser, beam splitter, photodetector, etc., all contained in separate modules attached to each sensor station of the streamer. The measured phase-shifted electrical analog signals of modulated light and standard light are transmitted by wire to a data processor 58 on board the ship 10.
従来、海底地震波検出用のストリーマ・ケーブルの使用
中のねじれや曲げによってセンサの鉛直方向の配列にお
いてどのセンサが上にあるのか同定できない欠点があっ
たが、本願発明のように静水圧の圧力変化を検出するよ
うに構成することで、コンパクトな形態で配列中の上の
ほうのセンサを検出することができるようになるという
効果が生じる。Conventionally, there was a drawback that it was not possible to identify which sensor was above in the vertical array of sensors due to twisting or bending during the use of a streamer cable for detecting seabed seismic waves, but as in the present invention, there was a change in hydrostatic pressure. Is configured to detect, the effect that it becomes possible to detect the upper sensor in the array in a compact form.
第1図は、複数のセンサ・ステーションにおける複数の
光ファイバ・センサコイルを含むストリーマを水中に曳
航している船を示し、 第2図は、典型的なセンサ・ステーションにおけるスト
リーマの長手方向断面図であり、 第3図は、線3−3に沿ったストリーマの断面図であ
り、 第4図は、光学回路の概略を示している。 [主要部分の符号の説明] 圧力センサ……30,32,34,36 配列……20 部材……12 単色コヒーレント光……47 標準光……54 伝送手段……40,42 信号記録装置……22 レーザ……46 検出手段……56 光検出器……62,661 shows a ship towing a streamer underwater with multiple fiber optic sensor coils at multiple sensor stations, and FIG. 2 shows a longitudinal cross-sectional view of the streamer at a typical sensor station. FIG. 3 is a sectional view of the streamer taken along line 3-3, and FIG. 4 shows a schematic of the optical circuit. [Explanation of symbols of main part] Pressure sensor …… 30,32,34,36 Array …… 20 Member …… 12 Monochromatic coherent light …… 47 Standard light …… 54 Transmission means …… 40,42 Signal recorder …… 22 Laser …… 46 Detection means …… 56 Photodetector …… 62,66
Claims (6)
及び方向を、鉛直面において解析する装置であって、 単色光(47)のコヒーレントビームを放出する手段(4
6)と、 ほぼ鉛直面内に設けられると共に、変調されたビームを
供するため前記流体媒質内の圧力の伝播に応じて前記コ
ヒーレントビームを受けかつ変調するための少なくとも
3つの能動的光ファイバ圧力センサ(30−34)から成
り、ほぼ共通の光ビーム入力(12)と別個の光ビーム出
力(42)とを有するセンサアレー(20)と、 前記別個の光ビーム出力から変調されたビームを受ける
と共に各前記変調された光ビームを標準ビームとを個別
に干渉的に組み合わせることにより前記流体媒質中の海
底地震波による過渡的な圧力変化を示すAC信号成分を導
き出す手段(60)と、 前記別個に変調された光ビームを干渉的に互いに組み合
わせることにより、前記アレーの各センサ間の静水圧の
差を示すDC信号成分を導き出す手段(62、66)と、 前記ACおよびDC信号成分をベクトルで組み合わせること
により信号伝播の方向および大きさを解析する手段(5
8)と、 から成ることを特徴とする装置。1. A device for analyzing the magnitude and direction of a seabed seismic wave propagating in a fluid medium in a vertical plane, which emits a coherent beam of monochromatic light (47).
6) and at least three active fiber optic pressure sensors disposed substantially in the vertical plane for receiving and modulating the coherent beam in response to the propagation of pressure in the fluid medium to provide a modulated beam. A sensor array (20) comprising (30-34) and having a substantially common light beam input (12) and a separate light beam output (42), and receiving a modulated beam from said separate light beam output. Means (60) for deriving an AC signal component indicative of a transient pressure change due to a submarine seismic wave in the fluid medium by interferometrically combining each of the modulated light beams with a standard beam (60); Means (62, 66) for deriving a DC signal component indicative of the difference in hydrostatic pressure between the sensors of the array by interferingly combining the separated light beams with each other; Means for analyzing the direction and magnitude of the signal propagation by combining the DC signal component vector (5
8) A device comprising:
センサコイルの鉛直方向アレー(20)を収容する管状の
外皮を有する長尺のストリーマ(12)と、該ストリーマ
の外部の流体圧に対して前記センサを結合するために該
ストリーマ内に収容された所定体積の流体とを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の装置。2. The device comprises an elongated streamer (12) which is closed at both ends and which has a tubular outer skin for accommodating a vertical array (20) of sensor coils therein, and a fluid pressure outside the streamer. And a volume of fluid contained within the streamer for coupling the sensor to the device according to claim 1.
方向に沿って配置された複数組のセンサアレー(20)を
所望のセンサステーションに有することを特徴とする特
許請求の範囲第2項に記載の装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein the device has a plurality of sets of sensor arrays (20) arranged along a longitudinal direction of the elongated streamer at a desired sensor station. The device according to.
に隣接した前記光ファイバーセンサ(30、32、34、36)
を支持する手段(38)を備えており、前記各センサは該
ストリーマの長手方向軸心に平行な長尺の構成を有して
いることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の装
置。4. The device comprises the fiber optic sensor (30, 32, 34, 36) adjacent an inner surface of the tubular outer skin (26).
A means (38) for supporting the streamer, wherein each sensor has an elongated configuration parallel to the longitudinal axis of the streamer. apparatus.
析する方法であって、 変調された光ビームを供するためコヒーレントおよび単
色光ビームを受け且つ変調するためのほぼ水平方向に配
置されたストリーマ内に且つそれに沿って所望の間隔で
設けられ、少なくとも3つの光ファイバセンサがほぼ鉛
直面に設けられている能動的光ファイバセンサを複数組
配置することと、 前記複数の変調されたビームと標準ビームとを個別に干
渉的に組み合わせることにより、各センサに突き当たる
海底地震波による前記水媒質中の過渡的な圧力変化を示
すAC信号成分を導き出すことと、 各組のセンサに対して 前記変調された光ビームを干渉的に互いに組み合わせる
ことにより、相対的な静水圧の差の大きさを示すDC信号
成分を導き出すことと、 水平方向および鉛直方向に配置された選択されたセンサ
に関して前記過渡的な圧力変化の水平方向および鉛直方
向における到着時間差を測定することと、 前記測定された時間的遅れから海底地震波の伝播方向を
解析することと、 から成ることを特徴とする方法。5. A method for analyzing the direction of a submarine seismic wave propagating in an aqueous medium, wherein the method is arranged substantially horizontally for receiving and modulating coherent and monochromatic light beams to provide a modulated light beam. Arranging a plurality of sets of active fiber optic sensors in and along the streamer at desired spacing with at least three fiber optic sensors substantially in a vertical plane; and the plurality of modulated beams. By individually and interferometrically combining the standard beams, an AC signal component indicating a transient pressure change in the water medium due to the ocean bottom seismic wave striking each sensor is derived, and the modulation for each pair of sensors is performed. By interfering with each other, the two light beams are interferometrically combined to derive a DC signal component indicating the magnitude of the relative hydrostatic pressure difference, and And measuring the time difference of arrival of the transient pressure change in the horizontal and vertical directions with respect to selected sensors arranged in the vertical direction, and analyzing the propagation direction of the seafloor seismic wave from the measured time delay. And a method comprising :.
て、 長手方向軸心を有する流体で充填され、海底地震波が透
過自在の管を水中で曳航することと、 各々少なくとも3つの能動的光ファイバ圧力センサコイ
ルを備えた能動的光ファイバ圧力センサアレーを前記管
内に且つその長手方向軸心に沿って複数組配置すること
と、前記各アレーの前記コイルは前記管内にその長手方
向軸心に対して垂直な面内に設けられると共に、前記管
を囲んでほぼ均等に配置されている、前記光ファイバ圧
力センサコイルで海底地震波を検出し、出力信号を発生
することと、 前記出力信号のACおよびDC信号成分を分離することと、 前記ACおよびDC信号成分をベクトルで解析して前記海底
地震波の到達方向を決定することと、 から成ることを特徴とする方法。6. A method of processing signals from a submarine earthquake, comprising underwater towing a tube filled with a fluid having a longitudinal axis and permeable to submarine seismic waves, each comprising at least three active lights. Arranging multiple sets of active fiber optic pressure sensor arrays with fiber pressure sensor coils within the tube and along its longitudinal axis, the coils of each array being within the tube at its longitudinal axis. A submarine seismic wave is detected by the optical fiber pressure sensor coil, which is provided in a plane vertical to the pipe and is evenly arranged so as to surround the pipe, and generates an output signal, and the output signal AC. And separating the DC signal component, and analyzing the AC and DC signal components in a vector to determine the arrival direction of the submarine seismic wave.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59213233A JPH0664154B2 (en) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | Submarine seismic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59213233A JPH0664154B2 (en) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | Submarine seismic sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6191587A JPS6191587A (en) | 1986-05-09 |
JPH0664154B2 true JPH0664154B2 (en) | 1994-08-22 |
Family
ID=16635730
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59213233A Expired - Lifetime JPH0664154B2 (en) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | Submarine seismic sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0664154B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12078769B2 (en) | 2019-03-29 | 2024-09-03 | Nec Corporation | Monitoring system, monitoring device, monitoring method, and non-transitory computer-readable medium |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4313192A (en) | 1979-09-11 | 1982-01-26 | Hydroacoustics, Inc. | Optical transducer array system |
US4320475A (en) | 1979-06-29 | 1982-03-16 | Thomson-Csf | Monomodal optical fibre hydrophone operating by the elastooptical effect |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP59213233A patent/JPH0664154B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4320475A (en) | 1979-06-29 | 1982-03-16 | Thomson-Csf | Monomodal optical fibre hydrophone operating by the elastooptical effect |
US4313192A (en) | 1979-09-11 | 1982-01-26 | Hydroacoustics, Inc. | Optical transducer array system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6191587A (en) | 1986-05-09 |
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