NL8402053A - Synchronisatie van de stroomvoorzieningsfrequentie in digitale gesleepte aquisitiekabels "streamers". - Google Patents

Description

. . 843084/AA/cd

Korte aanduiding: Synchronisatie van de stroomvoorzienincefre-quentie in digitale gesleepte aquisitiekabels "streamers".

De uitvinding heeft betrekking op een stroomvoorzie-ningsstelsel dat gebruikt wordt voor het leveren van elektrische energie aan de aktieve sekties in digitale gesleepte aquisitiekabels ( " streamers ").

5 Stroomlevering in samenhang met seismische aquisitie kabels is vooral van belang geworden door de introduktie van digitale aquisitiekabels. Dit heeft te maken met het feit dat een groot gedeelte van de elektronische ketens, die tot dusver aan boord van het onderzoekschip gebruikt wordt, nu aangebracht 10 is in langs de aquisitiekabel aangebrachte aktieve elektronische modulen. De afstand tussen de elektronische modulen kan 50-100 m bedragen, en de totale lengte van de aquisitiekabel kan tot enkele km gaan. De energievoorziening voor de elektronische modulen kan liggen in het gebied van 500 tot 1000 W.

15 Het energievoedingsstelsel brengt enkele problemen met zich mee met betrekking tot haar praktische implementatie, en de problemen zijn in het algemeen geassocieerd met de volgende condities: 1) gewicht en ruimteproblemen (koper/isolatie) als ge- 2Q volg van de elektrische dimensionering (10-20 mm Cu). De aquisitiekabel moet met betrekking tot het drijfvermogen in water neutraal zijn.

2) Elektrische verliezen als gevolg van de lange afstanden en het vereiste met betrekking tot kleine koperdoorsneden.

25 3) Corrosieverschijnselen in de connectors, waarbij de aquisitiekabel samengesteld is uit gelijke onderling verbonden secties (typisch 50-100 m).

4) Storingen van magnetische kompassen die langs de kabel aangebracht zijn voor de evaluatie van de exakte positie 30 ervan. Sterke magnetische velden afkomstig van de stroomvoe-dingsgeleiders, waarbij vooral stationaire gelijkstroomvelden kritisch zijn.

5) Elektrische overspraak vanuit de stroomvoedingsgelei-ders naar gevoelige hydrofoongeleiders (magnetisch/capacitief 33 wanneer de stroomlevering gebaseerd is op wisselspanningen.

Aan de hierboven genoemde problemen kan op verschil- 8402053 ί >>ί· -2- lende manieren het hoofd geboden worden: 1) De gewichtsproblemen worden verminderd door gebruik van hoge spanningen en terugvoer van stroom via de zee tot de romp van het schip (zeewater-retour), of door middel van een 5 bekend, drie-fase-stelsel. Hoge spanningen zijn in het algemeen ongewenst in verband met zuinigheidsredenen en omdat zij door de isolatie in de connectors problemen met de afmetingen geven. Stroomretour via de zee wordt alleen om veiligheidsredenen gedaan en kan niet in zoet water gebruikt worden. Een drie-fase-10 stelsel lijkt het gunstigst, niet in het minst met het oog op resonanties (uitval van êên van de- stroomvoedingsgeleiders), maar dit stelsel vereist wisselstroom., dat grote overspraak-problemen opwerpt.

2) Elektrische verliezen worden beperkt door vergroting 15 van de koperdoorsnede en door gebruik van gelijkspanningen of gelijkstroom. Een vergrote koperdoorsnede geeft gewichts-problemen en gelijkspanningen zouden in samenhang met de ak-tuele energievraag de uitlezingen van de kompassen verstoren.

3) De corrosieproblemen worden verminderd door toepas-20 sing van wisselspanningen, die anderzijds in relatie met de hydrofooningangen overspraakproblemen geven.

4) De verstoringen van de magnetische kontakten als gevolg van de stroomvoorziening worden geëlimineerd door toepassing van een wisselspanning van enkele tientallen Hz of meer.

25 Met betrekking tot de hydrofooningangen zullen zich overspraakproblemen vormen.

5) De overspraakproblemen voor de hydrofooningangen worden geëlimineerd door toepassing van een gelijkstroomvoe-ding, die op haar beurt grote problemen geeft voor de kompas- 30 uitlezingen.

Uit het bovenstaande volgt, dat er belangrijke en tegengestelde voorzieningen zijn waaraan het ontwerp van stroom-voorzieningsstelsels voor digitale seismische gesleepte aqui-sitiekabels het hoofd geboden moet worden.Zelfs in samenhang 35 met de bekende techniek waarbij alle aktieve elektronische ketens aan boord opgesteld zijn, wordt men geconfronteerd met grote problemen, daar de netfrequentie de seismische signalen zal beïnvloeden, (gelijkstroom ongeveer 200 Hz). Tegenwoordig wordt dit probleem in zekere mate opgelost door gebruik van 40 effektieve smalle-bandfliters, die een gedeelte van de seismi- 8402053 V * -3- sche signalen verwijderen en die bovendien amplitude- en fase-variaties in het eindgedeelte van de frequentieband (+/- 2-5 Hz) vanaf de middenfrequentie geven.

Tot op heden is voor digitale aquisitiekabels de voor-5 keur gegeven aan gelijkspanningen en werd ongedefinieerde degradatie van de kontaktuitlezingen getolereerd. Dit is zeer ongewenst, daar vooral tegenwoordig de verwerking van de seismische data steeds meer verbeterd wordt, en steeds strengere eisen gesteld worden voor de detectie voor de positie van de aquisitie-10kabel (3-dimensionele supervisie).

Uit DE-OS 3 228 526 is een stroomvoorzieningseenheid bekend dat dient voor het leveren van stroom aan de elektronische data-ontvangers voor acoustische golven, waarbij de ontvangers met onderling gelijke afstanden langs een hydrofoonkabel met 15zeer grote lengte aangebracht zijn. Ter vermijding van de problemen van gelijkspanning, d.w.z. spanningsval, elektrolytische effekten etc., wordt volgens de genoemde octrooiaanvrage voorgesteld om te voorzien in een stroomvoedingseenheid, die de elektronische inrichtingen, die zich op een grote afstand van 20 een stroomgenerator bevinden, te voeden met een constante spanning. Dit wordt gedaan door met elke inrichting een stroomrege-laar met drie stroomtransformators te verbinden. De publika-tie vermeldt echter niet op welke wijze vermeden wordt dat de stroomvoedingsfrequentie ongewenst de meetsignalen, die ver-25 zameld worden, beinvloedt, laat staan op welke wijze de stroomvoedingsfrequentie ingesteld moet worden ten opzichte van de voor de aquisitie van seismische data gebruikte bemonsterings-frequentie.

De uitvinding stelt een principe voor volgens welke 30 de meeste van de hierboven genoemde problemen geheel of gedeeltelijk geëlinineerd worden, waarbij dit bereikt wordt met een stroomvoorzieningsstelsel voor het leveren van elektrische energie aan aktieve sectie in digitale aquisitiekabels met als kenmerk, dat de stroomvoedingsfrequentie ëxakt gelijk is 35 aan de bemonsteringsfrequentie die gebruikt wordt voor de verzameling van seismische data, of exakt gelijk is aan een veelvoud van de bemonsteringsfrequentie.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. In de tekening toont: 4q fig. 1 het vouweffekt van het bemonsterde signaal, fig. 2a toont een sinusvormige vermogensvoedingsfre- 8402053 * * -4- quentie, fig. 2b toont een eerste voorbeeld van de effekten van een bemonsteringsfrequentie volgens de uitvinding, fig. 2c toont een tweede voorbeeld van het effekt van 5 een bemonsteringsfrequentie volgens de uitvinding, fig. 2d toont de bemonsteringspulsen gerelateerd aan het voorbeeld volgens fig. 2b, fig. 2e toont schematisch een schakelketen voor een bemonsteringsketen, en 10 fig. 3 een blokdiagram van een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

In fig. 1 is getoond hoe het vouwprobleem ("aliasing") zal. apttsden in samenhang met bemonsterde signalen. Wanneer een periodieke of sinusfunktie,. met een frequentie fμ bemonsterd 15 wordt met een frequentie fs ontstaan nieuwe frequentiecomponenten (fs+fp) en (fs-fp) om de bemonsteringsfrequentie fs in het bemonsterde uitgangssignaal. Het is van groot belang op te merken dat het vouwsignaal fs-fp. in het betreffende seismische gebied gevonden zal worden wanneer de stroomvoedings-20 frequentie fp en de bemonsteringsfrequentie fs ongeveer dezelfde waarde hebben.

Door gebruik van anti-aliasingfilters moet dit vouwen normaal gesproken niet ontstaan. Het is echter niet mogelijk om op deze conditie te vertrouwen, daar de anti-aliasingfil-25 ters niet noodzakelijkerwijs goed genoeg zijn in relatie met de waarde van de amplitude van de overspraak. Bovendien is het soms gewenst om het seismische signaal te bemonsteren zonder gebruik van anti-aliasingfilters voor het daarbij elimineren van deze verstoring en variatie in de amplitude en fase, 30 die deze filters geven. Onder deze voorwaarden wordt aangenomen dat het seismische signaal zelf geen belangrijke frequentiecomponenten boven de Nyquist-frequentie (=fs/2) bevat.

De fig. 2a-2e tonen het effekt bij bemonstering van een periodieke funktie (b.v. de kristalfrequentie vanuit de 35 stroomvoorzieninggeleider, fp) met een periodetijd die gelijk is aan (1/fs * 1/fp) en het. dubbele (1/fs = 2/fp) van de funktie.

Uit de fig. 2a-2e volgt, dat het vouwen (aliasing) van de stroomvoorzieningsfrequentie geëlimineerd wordt wanneer 8402053 -5- deze gesynchroniseerd wordt en een geheel veelvoud van de be-monsteringsfrequentie gemaakt wordt. Voor digitale aquisitie-kabels met de typen bemonsteringsfrequenties van 1, 2 en 4 mS (1 kHz, 500 Hz en 250 Hz) zal de ideale stroomvoedingsfrequen-5 tie exakt 1 kHz zijn.

Zoals getoond in fig. 2a, wat een periodieke funktie is, b.v. een sinusfunktie, van een voedingsfrequentie fp (t) wordt voor elk van de punten pn-1, pn, pn+1 etc. een bemonstering uitgevoerd met een tijdsinterval, die exakt overeen-1Q komt met een golflengte λ. , Het moet duidelijk zijn, dat de bemonstering ook plaats kan vinden met tijdsintervallen die de _ exakt overeenkomen met een veelvoud van/golflengte Λ, b.v.

2X, d.w.z. in de punten pn-1, pn+1,. pn+3, etc.

Het resultaat van een zodanige bemonstering is getoond 15 in de fig. 2b en 2c, waarbij een dergelijke bemonstering een pure gelijkstroomcomponent geeft, dat geen degradatie van de ontvangen seismische signalen veroorzaakt. In fig. 2b en 2c is het resulterende gelijkstroomsignaal aangegeven met f(t) en is het resultaat met een gelijkstroomsignaal hetzelfde bij 20 bemonstering met X-resp, ' 2 X., zoals uit de figuren blijkt.

Fig. 2d toont een voorbeeld van een schakelvolgorde die gebruikt kan worden, waarbij het schakelsignaal SS de vorm heeft van korte pulsen SPn-1, SPn etc. die inwerken op een in fig. 2e getoonde schekalaar SW, die zelf deeluitmaakt 25 van een schakelketen voor een bemonsteringsketen.

In fig. 3 geeft het verwijzingscijfer 1 een drie-fasegenerator aan voor wisselstroom, die via een stroomvoedings-eenheid 2( PS) wisselspanning levert aan een hydrofoonkabel 3, die een lengte van b.v. 3000-6000 m kan hebben.

30 Verder geeft het verwijzingscijfer 4 een meesterklok (MC) aan, die enerzijds verbonden is met de hydrofoonkabel 3 ter besturing van de datastroom die van de door het schip getrokken kabel overgedragen wordt, en die van de verschillende modulen van de kabel ontvangen wordt. Bovendien sturen de sig-35 nalen vanaf de meesterklok 4 de frequentie of snelheid waarmee de aquisitie van seismische data plaats vindt.

Anderzijds is de meesterklok 4 verbonden net een ver-delingseenheid, die een gehele deling verzorgt van de klokfrequentie, en deze gedeelde frequentie wordt naar een fasever-40 gelijker 6 (PLL) gevoerd, die benevens de ontvangen bemonste- 8402053 -6- * ··£ ringsfrequentie ook de door de vermogensvoedingseenheid 2 geleverde frequentie fp aftast. Vanuit de fasevergelijker 6 wordt een signaal naar een spanningsgestuurde oscillator 7 (VCO) gevoerd, die een frequentie van de voedingsspanning vanuit de 5 energievoedingseenheid 2 stuurt.

Het moet begrepen worden, dat de besturing van de energievoedingsfrequentie fp ook door een afzonderlijke oscillator, b.v. een, kristaloscillator van dezelfde soort als gebruikt voor de meesterklok 4, geïmplementeerd kan worden, 10 waarbij de twee. oscillators dan parallel werken en als gevolg van hun nauwkeurigheid dezelfde besturingsfrequentïe voor de - bemonsteringssnelheid resp. de stroomvoedingsfrequentie leve ren, zodat de laatste exakt gelijk is aan de bemonsterings-frequentie of aan een exakt veelvoud van de bemonsterings-15 frequentie.

- Conclusies - 8402053

Claims (3)

1. Stroomvoorzieningsstelsel (2) voor het leveren van elektrische energie van aktieve secties..in digitale gestreepte aquisitie. kabels (1)-, methet kenmerk, dat de stroom-voedingsfrequentie (fp) exakt gelijk is aan de voor de verzame- 5 ling van seismische data gebruikte bemonsteringsfrequentie (fs) of exakt gelijk is aan een veelvoud van de bemonsteringsfrequentie.

2. Stelsel volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de stroomvoorzieningsfrequentie (fp) bestuurd IQ wordt door een meesterklok (4, MC) die ook de snelheid (fs) voor de verzameling van de seismische data bestuurt.

3. Stelsel volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de stroomvoorzieningsfrequentie (fp) bestuurd wordt door een afzonderlijke kristaloscillator van dezelfde 15 soort als de kristaloscillator in een meesterklok die de verzamel ingssnelheid van seismische data bestuurt. 8402053