NO160955B - Optisk kommunikasjonssystem for borehull-logging. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et optisk kommunikasjonssystem

for borehull-logging, omfattende en laserlyskilde, en armert kabel med minst én optisk fiber for overføring av laserlys ned gjennom og opp gjennom borehullet, en datainnsamlende loggingssonde som er koplet til kabelen ved borehullets nedre ende, en anordning for modulering av datasignaler på lyset, og en anordning ved overflaten for demodulering av datasignalene fra det modulerte lys som mottas ved kabelens øvre ende.

Et system av ovennevnte type er kjent fra US patentskrift 4 162 400. Et liknende system er kjent fra US patentskrift 3 903 496 som viser et optisk kommunikasjonssystem hvor en lyskilde er plassert i en overflateenhet, og hvor lyset overføres i en optisk fiber ned til og opp fra en dypereliggende, datainnsamlende sonde, idet sonden omfatter en anordning for modulering av datasignalet på lyset ved den optiske fibers vendepunkt i sonden, samt en demodulator ved fiberens øvre ende.

Den raskeste bithastighet som kan overføres gjennom elektromekaniske kabler fra de dypeste oljebrønner (10 000 m) er noen få titalls kilohertz. I kontrast til dette har de stadig mer raffinerte flerføler-sonder som er under utvikling, skapt et behov for høyere overføringshastigheter. Den velkjente bredbåndskarakteristikk til optiske fibrer, sammen med de lange lengder som kan benyttes for overføring uten forsterkere, gjør dette mulig. Fiberen må selvsagt være innbygget i en armert kabel uten tilføyelse av vesentlig lystap som følge av uregel-messigheter av fiberen ("mikrobend").

Problemet med realisering av et transmisjonssystem med optiske fibrer skyldes det meget ugjestmilde miljø som påtref-fes i dype borehull. Disse er fylt av korroderende saltvann, ofte med oppløst hydrogensulfid. Trykket i boreslam må være så høyt som 2 100 kg/cm 2. Temperaturen kan være så høy som 250°C. Andre begrensninger er at elektrisk energi og plass står høyt i kurs i sonden nede i borehullet. Det må være bekvemt å tilkople og .frakople kabelen og sonden. Endelig blir sondene ofte mistet nede i borehullet. Senderen kan således ikke være uforholdsmessig kostbar.

Ingen komponent i de konvensjonelle, optiske overfør-ingssystemer kan fungere tilfredsstillende i miljøet nede i borehullet uten avkjøling. Halvleder-lasere og LED-dioder (lysemitterende dioder) virker ikke over 100°C. Høytrykks-koplingsstykker som tilveiebringer en optisk slutte/bryte-bane fra kabelhodet til sonden eksisterer ikke. Alle plastmaterialer mister sin integritet i det ekstreme miljø nede i borehullet. Til og med fluortilsatte forbindelser, som er kjemisk nøytrale, har en tendens til å flyte under belastning. Et ytterligere problem er at vann trenger gjennom plastmaterialer og fremmer spenningskorrosjon av glassfiberen.

Beslektet, kjent teknikk er vist i US-patentskrift 4 156 104 (Mondello). Selv om kabelen som er beskrevet i dette patentskrift, er "vanntett", kan den ikke motstå slipende påvirkning eller gjentatt bøyning uten tretthetsbrudd.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et optisk kommunikasjonssystem som løser de ovenfor omtalte problemer.

Dette formål oppnås med et optisk kommunikasjonssystem av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at laserlyskilden er innrettet til å oscillere med en bølgelengde som er større enn 1 um, at systemet omfatter en kabelhode-koplingsstykkekappe som er koplet til kabelen ved dennes nedre ende og som omfatter et mot omgivelsene forselget kammer som opptar modulasjonsanordningen, og et elektrisk flerpinne-koplingsstykke som er innrettet til å passe sammen med loggingssonden for elektrisk tilkopling av denne til modulasjonsanordningen,

og at demodulasjonsanordningen omfatter en innretning for overføring av de mottatte lyssignaler til detektorer.

Ved at laserlyskilden er innrettet til å oscillere

med en optimal bølgelengde (større enn 1 pm), minimeres Rayleigh-spredningstap. Ved hjelp av anordningen av en kabelhode-koplingsstykkekappe med et elektrisk flerpinne-koplingsstykke for tilkopling av loggingssonden oppnås at omformingen av det elektriske signal skjer i koplingsstykkekappen og ikke i loggingssonden, og at altså bare elektriske signaler passerer gjennom loggingssonden og kabelhode-koplingsstykket. På denne måte elimineres et fiberoptisk koplingsstykke i borehullets nedre ende, hvilket er en

vesentlig fordel.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en første utførelse av et fiberoptisk kommunikasjonssystem ifølge oppfinnelsen, fig. 2

viser en alternativ utførelse av et kommunikasjonssystem ifølge oppfinnelsen, fig. 3 viser et riss i halv målestokk av en utførelse av et kabelhode-koplingsstykke for benyttelse i systemet ifølge oppfinnelsen, fig. 4 viser et tverrsnitt av en armert fiberoptisk kabel for anvendelse i systemet ifølge oppfinnelsen, fig. 5 viser et aksialt snitt gjennom et forlenget akselparti av en kabelspole som er tilpasset for overføring av tre separate lysstråler, fig. 6 viser et tverrsnittsriss av en alternativ, optisk sleperingmontasje for overføring av lyssignaler fra en roterende aksel til en stasjonær detektor, og fig. 7 viser et snitt etter linjen 7-7 på fig. 6.

Fig. 1 viser skjematisk en konfigurasjon av kompo-nentene i det fiberoptiske kommunikasjonssystem ifølge oppfinnelsen. En neodym-laserkilde 21a og en

detektor 34a er anbrakt i trommelen 36a i en kabelspole. Elektriske forbindelser er dannet ved hjelp av ledningstråder 39a via sleperinger (ikke vist) til monteringsplattformen. En armert kabel 58 strekker seg fra spolen over skiver (ikke vist) ned i borehullet og er avsluttet inne i en kabelhode-koplingsstykkekappe 10a. Laserstrålen blir ved hjelp av en linse 22a fokusert inn i kjernen av en glasskledd fiber 23a i kabelen. Ved nedhulls-enden er fiberen koplet til en lys-modulator 31 (beskrevet nedenfor) inne i et kammer 4 0a som er forseglet mot det ytre miljø. Ledningstråder 37a som tilfører driveffekt til modulatoren, kommer fra et elektrisk flerpinne-koplingsstykke 13a som passer sammen med instrumentsonden (ikke vist) eller med en sammenpassende koplingsstykkehalvdel ,som er koplet til sonden ved hjelp av en kort lengde av en elektrisk kabel. Således unngås en nøyaktig overføring av lys gjennom slutte/bryte-koplingsstykkets grenseflate. Kabelen inneholder også effekt- og styreledere (ikke vist) som fører til koplingsstykket 13a.

Den konvensjonelle/ optisk pumpede krystall-laser som

er dopet med neodym-ioner, Nd 3+, oscillerer nær bølgelengden Å = 1,06 ym. Ved å gjøre laserresonatoren tapsbelastet ved X = 1,06 ym, kan imidlertid laseren tvinges til å oscillere nær X = 1,32 ym. Dette er ønskelig da lys i glasskledde . fibrer tapes på grunn av spredning ved inhomogeniteter som introdu-seres under fremstilling. Tapsprosenten som følge av denne

-4

iboende mekanisme varierer proporsjonalt med X . Ved til-bakelegning av en fiberlengde på 20 km ned og opp gjennom borehullet er det således en forskjell i lysenergitap på ca. 15 dB ved disse to respektive bølgelengder. Neodym-laseren tilveiebringer tilstrekkelig lysenergi (oppover fra 0,1 watt) til å utføre rundturen med mottatt effekt til overs. På denne måte unngås behovet for å installere hva som i beste fall ville være en ineffektiv og plasskrevende laser i sonden eller koplingsstykket nede i borehullet.

Fig. 4 viser et tverrsnitt av en kabel som er konstru-ert i overensstemmelse med oppfinnelsen. I denne utførelse er tre glasskledde fibrer 51 (av hvilke den ene svarer til fiberen 23a på fig. 1) innesluttet i en mantel eller kappe 53 som har følgende vesentlige egenskaper: A. Den må være hard og stiv for å beskytte fibrene mot bøyning under senere kablingsoperasjoner, såsom på-legningen av den ytre armering 58d. Dette er vesentlig da "mikrobøyning" tillater lys å lekke ut av fiber-kledningen - dvs. dempningen blir derved øket. Eventu-elle bobler eller tomrom i det første myke plast-"buffer"-lag 52 rundt fibrene 51 vil bli komprimert og derved frembringe mikrobend med mindre kappen er tilstrekkelig inkompressibel til at omgivelsestrykket ikke overføres.

B. Kappen 53 må være uten småhull og motstå en diffusjon

av den omgivende væske. Dette er ikke bare for å holde trykket nede, men for å beskytte fiberen og dens plast-buffer mot kjemisk angrep. Mikrosprekker i overflaten av en glasskledd fiber under strekk vil forplante seg ved nærvær av fuktighet og bringe fiberen til å brekke. I den illustrerende utførelse på fig. 4 er tre fibrer

51. ved neddypping belagt med silikongummielastomer 52 for å danne en symmetrisk, bufferforsynt kjerne. Ytterligere buffermate-riale kan tilveiebringes ved hjelp av et ekstra plastovertrekk. Under denne belegningsprosess tvinnes fibrene til en skruelinje med lang stigning, f.eks. 3,8 cm lang. Ved siden av at

den letter bøyning av kjernen, har denne skruelinje den ytterligere fordel at fibrene, når den fullførte kabel utsettes for en strekkpåkjenning, vil ha en tendens til å rette seg ut slik at elastomeren komprimeres, og kjernen vil forlenges uten at selve glassfibrene utsettes for så stor påkjenning som den totale kabel. Dette reduserer faren for brekkasje.

Den bufferforsynte kjerne 52 er innesluttet i en hard kappe som er i stand til å motstå trykket, og som har liten diffusjonsevne for å beskytte de indre komponenter mot angrep av saltvann.. Kappen kan omfatte mer enn ett lag. F.eks. kan et første lag 53 være hardt og trykkbestandig, mens et andre lag 54 har liten diffusjonsevne og er motstandsdyktig mot korroderende angrep. Således tilveiebringer de to lag 53 og 54 i kombinasjon de nødvendige kappekvaliteter. Som en illu-strasjon kan laget 53 være en høytemperatur-epoksypolymer som er fylt med langsgående fiberglasstråder. Dette kappemateri-ale, som er påført ved hjelp av den velkjente "pultrusjons"-teknikk, har vist seg å bidra meget lite til lystapet i fibrene som følge av mikrobend, selv ved høyt trykk eller strekk. Etter hvert som den flytende epoksy herdes eller polymeriseres, tilpasser den seg nøyaktig til de bufferforsynte fibrer uten å forårsake mikrobend eller mikrobøyer. Dersom den herdes ter-misk, trekker den seg også sammen og komprimerer fibrene i lengderetningen. Dette har en tendens til å motvirke virk-ningen av strekkpåkjenning og varmeutvidelse i kabelarmer-ingen. Laget 54 kan være en fluortilsatt sammensetning, såsom et av Duponfs teflonmaterialer. Disse plastmaterialer er kjemisk nøytrale og har liten diffusjonsevne. Alternativt,

og også fortrinnsvis for drift ved høyest mulig temperatur, kan kappelaget 53 være et metallrør som er ugjennomtrengelig for vann. F.eks. er et .sveiset nikkel-stål-legeringsrør med en ytterdiameter på 2,2 mm og en veggtykkelse på 0,21 mm blitt

2

prøvet til 1050 kg/cm uten å knuses.

For å tilveiebringe effekt nede i borehullet, er den fiberbeskyttende kappe 53, 54 omgitt av en ring av ledere 55 som er inndelt i grupper som er isolert fra hverandre ved hjelp av avstandsholdere 56. Alternativt kan buntene av ledningstråder hver ha sin egen isolasjon. Lederne ér på sin side dekket av et ekstrudert, isolerende plastlag 57d som igjen fortrinnsvis er en fluortilsatt sammensetning for å motstå kjemisk angrep ved høyt trykk og høy temperatur. I en alternativ utførelse kan laget 57d være oppbygget på samme måte som kappen 53, 54. Dette betyr at både fibrene 51 og lederne 55 kan være inneholdt i den harde, trykkbestandige kappe med liten diffusjonsevne.

Ved siden av å være en saltvannsbarriere tjener laget 57d også som underlag for den motsatt skruelinjeformede, vridningsmomentbalanserté dobbeltlagsarmering 58d. Denne armering må befinne seg på utsiden av enhver fungerende borehull-loggingskabel for å motstå den avslipning som skriver seg fra hevning og senkning av instrumentsonden.

Uten på noen måte å påvirke den alminnelige anvendelig-het av den foregående beskrivelse, angir den etterfølgende Tabell I dimensjonene på de forskjellige elementer i den armerte, fiberoptiske kabel som er fremstilt for borehull-log-gings-datatransmisjon og er vist på fig. 4.

Idet det nå på nytt henvises til fig. 1, er den armerte, fiberoptiske kabel avsluttet nede i borehullet inne i kabelhode-koplingsstykkekappen 10a. Armeringen 58a, som utgjør kabelens hovedstyrkedel, kan holdes på plass i kabelhodet på hvilken som helst av flere konvensjonelle-måter. F.eks. kan den være bøyd rundt en ring 27a og fastkilt i kopiingsstykkets koniske ende la. Lavtrykkskammeret 4 0a er isolert fra et fylt kammer 41a ved hjelp av en barriere 8a. Avstandsholdere og andre detaljer er for klarhetens skyld utelatt. Barrieren 8a er forseglet mot koplingsstykkekappen 10a ved hjelp av en O-ring 15a og mot kabellaget 57a som har liten diffusjonsevne, ved hjelp av en elastomer støvelbeskyttelse 7a. Dersom kammeret 41a ikke er fylt på forhånd med et beskyttende smøre-fett, bør støvelbeskyttelsen 7a være fremstilt av en fluortilsatt elastomer for å motstå kjemisk angrep.

Fig. 3 viser et riss i halv målestokk av et kabelhode-koplingsstykke som er bygget for benyttelse sammen med kabelen som er vist på fig. 4 og angitt i Tabell I. Kopiingsstykkets montasje og funksjon er beskrevet i forbindelse med fig. 1 bortsett fra at det er anordnet en ytterligere støvelforseg-ling 7e. Støvelforseglingen 7e er anbrakt rygg mot rygg med en støvelforsegling 7c for å tillate trykkprøving av forseg-lingene på fiberkjernen 57c før nedsenkning i borehullet.

Prøven utføres ved innføring av olje med høyt trykk gjennom de viste hull som senere forsegles ved hjelp av skruer 6.

Det lys som sendes ned gjennom borehullet, moduleres

med datastrømmen og sendes tilbake til overflaten ved benyttelse av den ene eller den andre av de alternative utførelser som er vist på fig. 1 og 2.

I den utførelse som er vist på fig. 1, sendes laser-lyset ned gjennom fiberen 23a, moduleres i kammeret 40a, sendes tilbake opp gjennom en andre fiber 28 og fokuseres ved hjelp av en linse 33a på en detektor 34a. Detektoren og dennes forsterker trekker effekt gjennom ledninger 38a som er koplet til sleperinger (ikke vist). I en foretrukket utfør-else er detektoren en germanium-lavine-fotodiode.

Endene av fibrene 23a og 28 er nøyaktig anbrakt i brenn-punktene til linsene 29a og hhv. 30. Det infrarøHe lys som kommer ut fra fiberen 23a, kollimeres sålades til en stråle 59a og passerer gjennom de optiske elementer 35, 31 og 32,

og fokuseres deretter på nytt inn i fiberen 28 for gjentatt overføring tilbake til overflaten. De optiske elementer 35,

31 og 32 er komponenter av en lysstrålemodulator. Modulatoren kan være hvilken som helst av flere typer, f.eks. en akustisk-optisk modulator. Den er imidlertid fortrinnsvis en elektro-optisk krystallmodulator da denne type kan gjøres ufølsom overfor temperaturendringer. Elementene 3 5 er de lyspolarisa-torer som er nødvendige for denne type modulator. Den elektro-optiske krystall kan være oppdelt i fire krystaller som er anordnet for å tilveiebringe dobbel kompensasjon, som vist på sidene 17-12 i "Handbook of Optics" som er økonomisk støttet av the Optical Society of America. De elektro-optiske krystaller foretrekkes fremstilt av litiumtantalat som har en høy elektro-optisk koeffisient, en høy curietemperatur og en lav taps-vinkel ved høy modulasjonsfrekvens. Tilførsel av elektriske spenninger til elektrodene på elementene 31 er antydet ved ledningstråder 37a fra multipinne-koplingsstykket 13a som drives av elektriske signaler fra instrumentsonden (ikke vist). Prismet 32 reverserer lysstrålens bane tilbake til den optiske fiber 28. Modulatorens forskjellige komponenter og fiberend-ene er montert på en brikke med lav varmeutvidelseskoeffisient, såsom "INVAR" som er en legering av nikkel og jern.

Det optiske overføringssystem som er vist på fig. 1, benytter direkte deteksjon av amplitudemodulert lys. En fordel med denne driftsmodus er at multimodusfibrer med en kjerne-diameter på 50 ym eller mer kan benyttes. Dette letter opp-rettholdelsen av stillingen av en fokusert lysflekk på enden av fiberen. En separat fiber 28 er inkludert i kabelen for å overføre lys frem til detektoren. Dette tillater optisk isolasjon av fiberens 28 detektorende fra fiberens 23a laserende

og unngår således mottagning av lys som spres tilbake fra fiberens 23a laserende. Videre unngås tap av lys ved den stråledeler som ville være nødvendig dersom en eneste fiber

ble benyttet for både opp- og ned-overføringene. Dette system er også ufølsomt for strekking av kabelen.

Dersom mer enn én optisk kanal er nødvendig, kan flere fibrer være inkludert for å returnere lyset til overflaten fra flere separate modulatorer. Imidlertid er bare én fiber 2 3a nødvendig for å overføre lys fra laseren ned til de flere modulatorer. Lys fra fiberen 23 kan der oppdeles ved hjelp

av flere stråledelere.

Den alternative utførelse av oppfinnelsen som er vist

på fig. 2, benytter optisk homodyn-deteksjon i stedet for direkte deteksjon av det modulerte lys som overføres opp fra nedhulls-sonden. I overensstemmelse med oppfinnelsen er neo-dymlaseren 21b tvunget til å oscillere ved en bølgelengde * = 1,32 ym. En vesentlig del av den utgående stråle fokuseres ved hjelp av en linse 22b inn i kjernen i en optisk fiber 23b. Dette lys overføres ned til instrumentsondens koplingsstykke, moduleres med datasignalet og overføres på nytt opp via. den samme fiber. Det utkommende lys blir ved hjelp av en stråledeler 60 delvis dirigert til en detektor 34b.

I den velkjente homodyn-deteksjonsprosess forenes den signalmodulerte stråle på.koherent måte med en del av den umodulerte laserstråle, vanligvis benevnt som "lokaloscillator"-strålen. Dette betyr at de to stråler superponeres med parallelle bølgefronter når de nærmer seg detektoren gjennom linsen 33b. Dette oppnås ved hjelp av stråledeleren 60 og en reflektor 61. Alternativt kan reflektoren 61 sløyfes og lokaloscillator-strålen oppnås som en refleksjon fra front-flaten av fiberens kjerne, for å sikre koinsidens av bølge-frontene.

Den haglstøy som genereres ved deteksjon av lokaloscillator-strålen, overstiger i praksis den støy som er iboende i detektoren. Interferens av signalet og lokaloscilla-torbølgene i detektoren genererer på den annen side et elektrisk signal med en frekvens som er lik differansefrekvensen for disse bølger, og en strøm som er proporsjonal med pro-duktet av deres amplituder. Datasignalet blir således for-sterket i proporsjon til støyen. Resultatet er at signal/ støy-forholdet kan være større enn med direkte deteksjon selv om detektoren er en germanium-PIN-diode i stedet for en lavine-fotodiode, forutsatt at de to bølger er rommessig koherente ved detektoren. Dette krav betyr at fiberen 2 3b må være en enkeltmodusfiber. Dette innebærer at fiberen vil overføre bare de to degenererte, laveste ordens, optiske bølgeleder-modi.

Lyset som vandrer nedover langs fiberen 23b, kommer ut

i det forseglede rom 40b inne i koplingsstykkekappen 10b.

Det utkommende lys kollimeres ved hjelp av en linse 29b til

en stråle 59b som passerer gjennom en enkeltkrystallmodulator 62. Lyset reflekteres tilbake gjennom modulatoren 62 ved hjelp av et tilbakereflekterende kubushjørneprisme 63 og fokuseres pånytt inn i fiberens 23b kjerne, og vandrer deretter opp til overflaten. Kjernen i en enkeltmodusfiber, i hvilken lyset er begrenset, er typisk ca. 5 ym i diameter sam-menliknet med 50 ym eller mer i en multimodusfiber. Da 5 ym er bare fire bølgelengder av neodymlys, må strålen 59b retur-neres fra modulatoren 62 og ved hjelp av linsen 29b fokuseres pånytt nøyaktig inn i fiberens 23b kjerne på tross av de be-vegelser som skriver seg fra temperaturendringer i utrustningen. Dette oppnås ved benyttelse av en kubushjørne-tilbakereflek-tor som prismet 63. Dette prisme har den egenskap at det re-flekterer en stråle tilbake i en retning som er nøyaktig motsatt av retningen til den innfallende stråle.

Modulatoren 62 kan være en akustisk-optisk krystallmodulator eller en elektro-optisk krystallmodulator. I det sist-nevnte tilfelle, med en eneste krystall og uten polarisator og analysator, vil lysstrålen bli fasemodulert med det signal som tilføres ved hjelp av ledningstrådene 37b. Det returner-ende lys kan demoduleres ved hjelp av homodyn-deteksjons-systemet, i motsetning til direkte deteksjon.

Den utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 2, likner på den på fig. 1 viste utførelse i alle aspekter som ikke er beskrevet foran, f.eks. kabelkonstruksjonen og tet-ningen av kammeret 40b ved hjelp av støvelforseglingen 7b som presser på lav-diffusjonsevne-kappen 57b.

1 den foretrukne utførelse av oppfinnelsen blir det modulerte laserlys som kommer opp gjennom kabelen, detektert og demodulert ved hjelp av en mottaker som er beliggende i kabelspolens roterende trommel. Det elektriske datasignal

må deretter overføres til en stasjonær databehandlings- eller registreringsutrustning. Dersom dataoverføringsfrekvensen er mindre enn ca. 1 MHz, kan signalet overføres på pålitelig måte via konvensjonelle sleperinger på kabelspolens forlengede aksel. Dersom imidlertid frekvensen eller hastigheten er høyere, vil bitfeilfrekvensen øke til uakseptable nivåer som

følge av elektrisk støy og krysstale. Dette kan unngås ved gjentatt overføring av datastrømmen optisk til en stasjonær detektor via den ene eller den andre av to alternative "optiske sleperinger" som skal beskrives nedenfor.

Fig. 5 viser et lengdesnitt gjennom aksen av kabelspolens forlengede aksel. Utførelsen er tilpasset for over-føring av tre separate lysstråler via "optiske sleperinger".

I denne utførelse av oppfinnelsen blir modulerte laserlyssig-naler som overføres opp gjennom tre optiske fibrer i kabelen, demodulert i kabelspolens trommel. De resulterende, elektriske signaler ledes gjennom koaksialkabler 103 i akselen 100 til lysemitterende dioder (LED-dioder) eller laserdioder 102 og 102a. Det er åpenbart at signallys som utsendes av lyskilden 102a

på den roterende aksels 100 akse, kollimeres ved hjelp av linsen 104a og deretter fokuseres på den stasjonære detektor 106a. Understøttende konstruksjoner og en koaksialledning fra detektorene er for klarhetens skyld utelatt. Det er ikke så åpenbart at lys fra.de to (eller flere) kilder 102 som er anbrakt i forskjellige radiale avstander fra aksen, vil forbli fokusert på de stasjonære detektorer 106 ved hjelp av de stablede paraboloide-reflektorer 10 5 når strålene roterer rundt aksen. Ringformede seksjoner av linser kunne benyttes for å fokusere signallyset på detektorene, men paraboloide-reflektorene foretrekkes da de også tjener funksjonen med optisk og elektrisk skjerming.

I prinsipp kunne endene av de optiske fibrer fra kabelen plasseres direkte på stedet for lyskildene 102 og 102a i stedet for å regenerere lyssignaler. Effekten av det laserlys som returnerer til overflaten, vil imidlertid være liten og vil bli ytterligere dempet på grunn av de optiske sleperingers innskuddstap. Dette ville pålegge ultranøyaktige toleranser på alle komponenter. Det ville også være nødvendig med ube-kvemt plasskrevende lavine-fotodioder i stedet for meget små PIN-dioder som detektorer 106 og 106a.

Lyskilden 102a og detektoren 106a kan ombyttes for over-føring i motsatt retning for å tilveiebringe nedførings-ordre-signaler til sonden.

Den optiske sleperingmontasje er beskyttet mot det

ytre miljø ved hjelp av et stasjonært hus 107 som passer tett rundt en røranordning 108 som roterer med akselen 100.

Fig. 6 og 7 viser en alternativ "optisk slepering" for overføring 'av lyssignaler fra den roterende aksel til en til-grensende, stasjonær detektor, idet fig. 6 viser et riss langs akselens akse og fig. 7 viser et snitt etter linjen 7-7 på fig. 6. En lyskilde 120 er anbrakt på aksen for å utstråle et modulert lyssignal i alle radiale retninger inn i en transparent skive 121 med et lite hull i sentrum for lyskilden. Skiven kan være fremstilt av en akrylharpiks eller et liknende, transparent plastmateriale. Lyset er begrenset til skiven ved hjelp av total indre refleksjon og baner seg vei ut av skivens kant. En stasjonær, transparent plate 122 av til-nærmet samme tykkelse som skiven føyer seg etter en vesentlig del av skivens omkrets bortsett fra en klaring for å tillate skiven 121 å rotere med akselen. Platens ytterkant 125 reflek-terer lyset til en diodedetektor 12 3 som er koplet til en koaksialledning 124. Platekantens 125 form er en del av en ellipse med brennpunkter ved lyskilden 120 og ved detektoren 123. En vesentlig del av alt det lys som utsendes av kilden, samles således ved detektoren.

Lyskilden kan være en kant-utstrålende LED-diode, eller en laserdiode kan benyttes dersom den modulerte signalfrekvens er høyere enn ca. 30 MHz. Da en laserdiode ikke stråler ut over hele sirkelen (360°) i planet for sitt overgangssjikt, kan det ønskede strålingsmønster inn i skiven 121 realiseres ved å plassere laseren slik at den utstråler en stråle langs aksen. Strålen avbøyes da radialt inn i skiven ved hjelp av en konisk reflektor som er koaksialt anbrakt ved 120 med sitt toppunkt rettet mot laseren. Alternativt kan laseren plasseres i spolens trommel sammen med sin elektroniske drivenhet, og det utsendte lyssignal ledes gjennom en kort lengde av en optisk fiber gjennom akselen til toppunktet for den reflekterende konus.

Flerdobbelte optisk-fiber-kanaler (multippel.kanaler) over-føres via separate, optiske sleperinger (av den type som er vist på fig. 6) som er adskilt langs aksen av kabelspolens forlengede aksel. Slisser 126 er anordnet i den lysbegrensende skive 121 for å tillate konstruksjonselementer og elektriske ledere eller lysledere å passere gjennom skiven uten å for-mørke mer enn en liten brøkdel av lyset.

Claims (7)

1. Optisk kommunikasjonssystem for borehull-logging, omfattende en laserlyskilde (21a; 21b), en armert kabel (58) med minst én optisk fiber (23a, 28; 23b; 51) for overføring av laserlys ned gjennom og opp gjennom borehullet, en datainnsamlende loggingssonde som er koplet til kabelen ved borehullets nedre ende, en anordning (31; 62) for modulering av datasignaler på lyset, og en anordning (33a, 34a, 38a; 33b, 34b, 38b, 61, 62) ved overflaten for demodulering av datasignalene fra det modulerte lys som mottas ved kabelens (58) øvre ende, KARAKTERISERT VED at laserlyskilden (21a; 21b) er innrettet til å oscillere med en bølgelengde som er større enn 1 pm, at systemet omfatter en kabelhode-koplingsstykkekappe (10a; 10b; 10c) som er koplet til kabelen (58) ved dennes nedre ende og som omfatter et mot omgivelsene forseglet kammer (40a; 40b; 40c) som opptar modulasjonsanordningen (31; 62), og et elektrisk flerpinne-koplingsstykke (13a; 13b; 13c) som er innrettet til å passe sammen med loggingssonden for elektrisk tilkopling av denne til modulasjonsanordningen (31; 62), og at demodulasjonsanordningen omfatter en innretning for overføring av de mottatte lyssignaler til detektorer (34a).

2. Optisk kommunikasjonssystem ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at laserlyskilden (21a; 21b) er en neodymlaser som er tvunget til å oscillere med en bølgelengde som er ca. 1,32 pm.

3. Optisk kommunikasjonssystem ifølge krav 1 eller

2, hvor den optiske fiber (23b) som overfører lys opp fra sonden, er den samme fiber som den som overfører lys ned til sonden, KARAKTERISERT VED at det omfatter en retro-reflektor (63) for å omdirigere lyset som passerer gjennom modulasjonsanordningen (62), tilbake inn i den optiske fiber (23b).

4. Optisk kommunikasjonssystem ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at den optiske fiber (23b) er innrettet til bare å overføre to optiske modi.

5. Optisk kommunikasjonssystem ifølge krav 3 eller 4, KARAKTERISERT VED at anordningen for demodulering av datasignalene fra det modulerte lys, er en optisk homodyn-de-teks jonsinnretning (60, 61, 33b).

6. Optisk kommunikasjonssystem ifølge ett av de foregående krav, omfattende en spole for oppvikling av den armerte kabel (58), og hvor overføringsinnretningen er i stand til å overføre flere adskilte lyssignaler fra enden av spolens roterende aksel (100) til detektorene som er stasjonære, KARAKTERISERT VED at overføringsinnretningen omfatter separate kilder (102, 102a) for hvert lyssignal som er anbrakt i akselen (100) for å utstråle separate lysstråler på forskjellige radiale avstander fra akselens akse, separate, stasjonære, konsentriske, rotasjonssymmetriske anordninger (105) for å fokusere de separate lysstråler til separate steder som er adskilt langs akselens (100) forlengede akse, og separate detektorer (106, 106a) som er beliggende på de separate steder for å oppfange og omforme lyssignalene til elektriske signaler.

7. Optisk kommunikasjonssystem ifølge ett av kravene 1-5, omfattende en spole for oppvikling av den armerte kabel (58), og hvor overføringsinnretningen er i stand til å over-føre ett eller flere adskilte lyssignaler fra spolens roterende aksel til detektorene som er stasjonære, KARAKTERISERT VED at overføringsinnretningen omfatter minst én anordning (120) for utstråling av lyssignaler og som er anbrakt i akselen nær dennes akse, en anordning (121) for å dirigere lyset via transparente veier i hovedsaken i alle radiale retninger gjennom akselens omkrets, en stasjonær, konkav, reflekterende anordning (122) med en i hovedsaken ,elliptisk tverrsnittsform som er anbrakt nær den roterende aksel for å fokusere lyssignalet som kommer ut fra de transparente veier, til et stasjonært sted, og en detektor (123) på det stasjonære sted for omforming av lyssignalene til elektriske signaler.