NO309695B1 - Åpen krets-detektor og fremgangsmåte for påvisning av en åpen krets i systemer for innsamling av seismiske data basert på deteksjon av impedansendringer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en åpen krets-detektor og en fremgangsmåte for påvisning av en åpen krets i systemer for innsamling av seismiske data.

Ved registrering av grunnbevegelse ut fra reflekterte seismiske bølger ved hjelp av systemer for innsamling av seismiske data på land, anvendes ofte elektroniske moduler med høy kompleksitet som er spredt ut i terrenget i et bestemt mønster. Avstanden mellom disse modulene er typisk på noen få hundre meter, og enhetene er vanligvis forbundet til hverandre ved hjelp av flerledningskabler kalt linjekabler ("line cables"). Linjekablene er delt i seksjoner, og disse er forbundet ved hjelp av konnektorgrensesnitt.

Geofonene er koblet sammen i små grupper kalt geofonstrenger som er ytterligere koblet til linjekablene via såkalte uttak ("takeouts"). I den enkleste form er uttakene implementert som en konnektor mellom en gruppe passive geofoner og de elektroniske moduler for digitalisering av de seismiske signaler. I mer avanserte systemer er uttakene implementert som aktiv elektronikk og fungerer som en node i et overføringssystem eller et sensornett.

Fig. 1 viser en typisk komponentkonfigurasjon for en landseismisk kabel. De elektroniske moduler på enden av linjekabelseksjonene kan være digitaliseringsenheter som omdanner de seismiske signaler til digitalt format, og som danner grensesnittet mellom disse og et overførings- eller telemetrisystem. I nyere systemer utføres digitaliseringen lokalt ved hver sensor eller geofon, og således reduseres de elektroniske modulene til overføringslenker. Linjekabelen mellom de elektroniske modulene består av flere identiske deler med en typisk lengde på 200 meter.

De elektroniske modulene i alle systemene trenger krafttilførsel. Dette oppnås ved hjelp av dediserte kraftledninger inne i linjekabelen eller overlagret på overføringspar som en fantomkobling (phantom coupling).

Dagens systemer krever et moderat kraftmatingssystem som medfører anvendelse av spenninger som er tilstrekkelig lave til ikke behøver å oppfylle lavspenningsdirektivet (det vil si spenninger under 60 V for likestrøm og under 48 V volt for vekselstrøm). I fremtiden vil systemene kreve mer effekt og således høyere spenninger for å redusere effekttap.

Anvendelse av høyere spenninger fører til høyere sikkerhetskrav, som for eksempel en sikkerhet for at ingen åpne koblinger finnes i systemet.

Som beskrevet tidligere, er linjekabelseksj onene koblet ved hjelp av konnektorer. Disse konnektorene kan være av type hannkjønn (plugg) og/eller hunnkjønn (hylse). Kobling mellom to hunnkjønns- eller to hannkjønnselementer er tilveiebrakt ved adaptere. Adapterne er også anvendt for å dele to konnektorer. De forskjellige kombinasjoner av koblinger fører til fare for å ha strømførende plugger på enden av en linjekabelseksjon.

US-5 303 202 beskriver en tidligere kjent fremgangsmåte for å detektere brudd i en geofonkrets, ved å måle impedansen i kretsen. Ifølge fremgangsmåten anbringes en ekstern, høyohmig impedans, slik som en motstand eller en kondensator, over et uttak på en flerleders geofonkabel. Uttaket er forbundet med en geofonstreng eller geofongruppe. Etter at den eksterne impedansen er anbrakt, måles den resulterende impedansen for geofonkretsen. Dersom impedansen måles som uendelig stor, inidikerer dette et brudd i geofonkabelen. Dersom impedansen i stedet måles å være identisk med den anbrakte høyohmige impedansen, indikerer dette et brudd i selve geofongruppen. Publikasjonen kan ikke sees å angi hvordan impedansen måles.

I likhet med foreliggende oppfinnelse vedrører US-5 303 202 således deteksjon av en åpen elektrisk forbindelse i forbindelse med seismiske datakabler. Både bruksområdet (hva som detekteres) og løsningen som benyttes for å oppnå deteksjonen er imidlertid vesensforskjellig. I US-5 303 202 detekteres brudd i en multileders geofonkabel eller brudd i en geofongruppe. I foreliggende oppfinnelse detekteres derimot en åpen forbindelse fra et geofonkabeluttak. I US-5 303 202 forutsettes det at en ekstern impedans forbindes til et uttak fra geofonkabelen. I oppfinnelsen benyttes ingen slik ekstern komponent.

US-4 621 226 beskriver et apparat og en fremgangsmåte for å bestemme en elektrisk karakteristikk, herunder impedansen, for en innretning eller et nettverk under test. Hensikten er bl.a. å bestemme hvordan innretningen/nettverket gir respons på tilført effekt. Målingen av impedans foregår ved bruk av en kilde med konstant effekt, forbundet til innretningen/nettverket under test, og til en kjent, variabel impedans, gjennom en effektdeler. Den elektriske karakteristikken for innretningen/nettverket bestemmes ved å gjøre et flertall målinger, hvor den variable impedansen endres fra den ene målingen til den neste. Publikasjonen vedrører ikke deteksjon i forbindelse med seismiske datakabler.

Hensikten med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en åpen krets-detektor for koblingsanordninger i seismiske datainnsamlingssystemer, basert på deteksjon av impedansendringer i en krets som omfatter i det minste en koblingsanordning. Ifølge oppfinnelsen er detektoren kjennetegnet ved at den omfatter to transformatorer, i det minste én signalkilde som leverer et tidsvarierende signal, og i det minste en detekteringsanordning, idet transformatorenes senkundære viklinger er forbundet til koblingsanordningen for å danne en sekundær krets eller sløyfe, og transformatorenes primære viklinger er koblet til detekteringsanordningen(e) og til signalkilden for å danne en primær krets for detektering av impedansendringer forårsaket av en åpen kretstilstand i den sekundære krets.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for detektering av en åpen krets i en koblingsanordning i seismiske datainnsamlingssystemer, basert på deteksjon av impedansendringer i en krets som omfatter koblingsanordningen, ved hjelp av en detektor som omfatter to transformatorer, i det minste én signalkilde som tilveiebringer et tidsvarierende signal, og i det minste én deteksjonsanordning.

En slik fremgangsmåte er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved å koble transformatorens primære viklinger til detekteringsanordningen(e) eller og testsignalkilden for å danne en primærkrets, å koble transformatorens sekundære viklinger til koblingsanordningen for å danne en sekundær krets eller sløyfe, å detektere impedansendringer i den sekundære krets, og å fastsette en åpen kretstilstand basert på nevnte detekterte impedansendringer.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 illustrerer en komponentkonfigurasjon for en landseismisk kabel,

fig. 2 viser en detektor som virker ifølge basisprinsippet for oppfinnelsen, og fig. 3 og fig. 4 illustrerer utførelsesformer av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen baseres på definisjon av en lukket sløyfe over

konnektorgrensesnittet, hvor sløyfens impedans endres betydelig når konnektoren er lukket. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av transformatorer hvor én av viklingene er i serie med kraftlinjen (sekundær krets), og således ikke krever noen ytterligere og dediserte plugger eller ledninger for detekteringsanordningen i seg selv, som ligger i den primære krets og som er induktivt koblet til den sekundære krets ved hjelp av transformatorer.

Den beskrevne oppfinnelse kan implementeres som en integrert del av konnektoren eller av det nærmeste uttak. Den fysiske plasseringen kan tilpasses den grunnleggende konstruksjonen til landseismiske systemer. Oppfinnelsen må også implementeres i de elektroniske moduler, siden disse styrer

hovedeffektfordelingen.

Fig. 2 viser en detektor Dl som virker ifølge basisprinsippet for oppfinnelsen. Det fullstendige systemet omfatter flere detektorer som samvirker for å overvåke alle konnektorer i en linjekabel. Detektor Dl omfatter to transformatorer (TM, TS), hvor de sekundære sider (W2M, W2S) er koblet i serie med én av kraftlinjene (LI), og danner en lukket sløyfe eller en sekundær krets for induserte vekselspenningstestsignaler sammen med blokkeringskondensatorer (Cbl, Cb2).

Detektoren Dl omfatter også styringslogikkretser (CLM, CLS) som styrer sløyfen, som kan konfigureres på mange forskjellige måter og detekteringskretser (DCM, DCS). Konseptet vil virke for både vekselspennings- og likespenningseffektmatingssystemer. For vekselspenningssystemer vil blokkeringskondensatorene (Cbl, Cb2) måtte erstattes med en LC-krets som er avstemt til en spesifikk testsignalfrekvens.

Hver detektor Dl omfatter i tillegg i det minste én, og fortrinnsvis to, signalkilder

(SSM, SSS).

Detektoren Dl omfatter en kaskade- (master og slave-) krets for virkning i to forskjellige moduser. TM, SSM, CLM og DCM danner en krets som virker i mastermodus, mens TS, SSS, CLS og DCS danner en krets som virker i slavemodus.

I mastermodus vil signalkilden SSM sende et signal inn i sløyfen, og detekteringskretsen DCM kontrollerer ved anvendelse av nevnte eget signal at bare relevant utstyr (dvs. utstyr som ikke vil føre til en åpen kobling) er koblet, med andre ord om sløyfen er lukket. I slavemodus vil ikke detekteringskretsen SSM i Dl sende et signal, og den vil bare lytte på signalet som sendes av signalkilden i en annen detektor (master).

Detekteringskretsen må være i stand til å arbeide i begge moduser.

Når strømmen er av, dvs. når kraftlinjen i sløyfen ikke er strømførende, må detektoren Dl fremvise den forventede impedans for sløyfen, noe som gjør det mulig for en annen aktivert detektor (i mastermodus) å detektere dens tilstedeværelse (mer spesielt ved RIS i fig. 3).

En typisk oppstartprosedyre, etter innkobling, kan være som følger.

1) Dl lytter til en annen detektor som avgir dens testsignal. Hvis et slikt signal er mottatt ("sant"), signaliserer Dl en "lukket konnektor" (SSS er aktivert) og setter seg selv i slavemodus (dvs. SSM er ikke aktivert). 2) Hvis intet signal detekteres, kobler Dl på dens eget testsignal (SSM er aktivert) og sjekker koblingen ved å bekrefte en riktig sløyfeimpedans.

Den enkleste løsning for logikken vises i fig. 3. Signalkilden SSM omfatter en strømkilde iM, en bryter SIM og en motstand RIM i parallell med den primære siden W1M til transformatoren TM. Detekteringskretsen DCM og kontrollogikken CLM er koblet på brytersiden av motstanden RIM, for å sjekke spenningsfallet over RIM. I mastermodus er SIM lukket, og lasten på sekundærsiden i transformatoren TM vil således forårsake et spenningsfall over RIM, og en åpen konnektor vil detekteres som et spesifikt spenningsfall over RIM. I slavemodus er bryteren SIM åpen, og et spenningsfall over RIM vil forårsakes av et mastersignal fra en mastersignalkilde i en annen detektor (ikke vist). Dl vil signalisere en lukket konnektor ved å detektere om signalet er over et bestemt terskelnivå.

En mer avansert løsning som vil øke detekteringsmarginene, er vist i fig. 4. Denne er basert på en kombinasjon av parallell- og serieresonanskretser som er avstemt til testsignalfrekvensen.

De to bryterne Sl og S2 vil operere på følgende måte:

- Ved avkobling eller når detektoren er i slavemodus:

S1 M=S2M=S 1 S=S2S=åpen.

-1 mastermodus: SlM=S2M=SlS=S2S=lukket.

C1M og LIM er avstemt til resonansen ved testsignalfrekvensen. Dette innebærer at når strømmen er av eller når detektoren er i slavemodus vil Cl M/L IM kortslutte den primære side til transformatoren TM. Det samme gjelder for ClS og LIS. Dette resulterer i en svært lav sløyfeimpedans for den primære sløyfe. I teorien vil den sekundære side til transformatoren, for detektoren som avgir testsignalet, se ut som en kortslutning.

I slavemodus kan testsignalet om ønskelig overvåkes ved å måle testsignalspenningen over LIS.

I mastermodus vil både SIM og S2M være lukket, og C1M vil være i parallell med C2M og transformatorens TM primære side. Dette vil danne en parallell resonanskrets for testsignalfrekvensen, noe som gir en høy spenning over den avstemte krets når konnektoren er åpen.

I en annen utførelse av oppfinnelsen (modifikasjon av fig. 4) er C1M erstattet med LIM. I mastermodus SlM=S2M=lukket, LIM, C2M og de primære viklingene til transformatoren W1S er avstemt til EM's resonansfrekvens. Disse komponenter danner en parallell resonanskrets i serie med RIM. I slavemodus er SlS=S2S=åpen og C2S danner en lav sløyfeimpedans, som vil flate ut resonanstoppene på masterkretsen.

Hvis forstyrrende støy fra kraftlinjen er tilstede, kan en mer avansert testsignalgenerering anvendes. En metode er å anvende kodede signaler (spredt-spektrumsignaler) og krysskorrelasjonsteknikker. Dette vil imidlertid kreve en mer kompleks elektronikkutforming og fortrinnsvis også en mikrokontroller for signalprosessering.

Claims (10)

1. Åpen krets-detektor for koblingsanordninger i seismiske datainnsamlingssystemer, basert på deteksjon av impedansendringer i en krets som omfatter i det minste en koblingsanordning, karakterisert ved at detektoren omfatter to transformatorer (TM, TS), i det minste én signalkilde som leverer et tidsvarierende signal, og i det minste en detekteringsanordning, idet transformatorenes senkundære viklinger (W2M, W2S) er forbundet til koblingsanordningen for å danne en sekundær krets eller sløyfe, og transformatorenes primære viklinger (W1M, W1S) er koblet til detekteringsanordningen(e) og til signalkilden for å danne en primær krets for detektering av impedansendringer forårsaket av en åpen kretstilstand i den sekundære krets.

2. Detektor ifølge krav 1, karakterisert ved at koblingsanordningen er en konnektor og at transformatorenes (TM, TS) sekundære viklinger er implementert som en integrert del av effektmatingsledningene og pluggene for konnektoren.

3. Detektor ifølge krav 1, karakterisert ved at koblingsanordningen er en elektrisk modul og at transformatorenes (TM, TS) sekundære viklinger er implementert som en integrert del av modulen.

4. Detektor ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den primære krets omfatter en kombinasjon av serie- og parallellresonanskretser som er avstemt til den påførte testsignalfrekvens.

5. Detektor ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at testsignalet er et amplitude-, frekvens- eller spredt spektrum-modulert signal.

6. Detektor ifølge krav 2, karakterisert ved at én av pinnene for sløyfen er en felles returbane.

7. Detektor ifølge et av de foregående krav 1-5, karakterisert ved at returbanen for sløyfen ligger eksternt i forhold til konnektorens grensesnitt.

8. Detektor ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en masterkrets som omfatter en mastertransformator (TM), en signalkilde (SSM), en detekteirngskrets (DCM) og kontrollogikk (CLM), og en slavekrets som omfatter en slavetransformator (TS), en signalkilde (SSS), en detekteringskrets (DCS) og kontrollogikk (CLS), og at detektoren kan virke i mastermodus, hvor mastersignalkilden (SSM) avgir et testsignal, og i slavemodus, hvor signalkilden (SSS) er koblet av og detektoren lytter til et eksternt testsignal.

9. Fremgangsmåte for detektering av en åpen krets i en koblingsanordning i seismiske datainnsamlingssystemer basert på deteksjon av impedansendringer i en krets som omfatter koblingsanordningen, ved hjelp av en detektor som omfatter to transformatorer (TM, TS), i det minste én signalkilde som tilveiebringer et tidsvarierende signal, og i det minste én deteksjonsanordning, karakterisert ved å koble transformatorens primære viklinger til detekteringsanordningen(e) eller og testsignalkilden for å danne en primærkrets, å koble transformatorens sekundære viklinger til koblingsanordningen for å danne en sekundær krets eller sløyfe, å detektere impedansendringer i den sekundære krets, og å fastsette en åpen kretstilstand basert på nevnte detekterte impedansendringer.

10. Fremgangsmåte for detektering av en åpen krets ifølge krav 9, karakterisert ved at en detektor med en masterkrets omfattende en mastertransformator (TM), en signalkilde (SSM), en detekteringskrets (DCM) og kontrollogikk (CLM), og en slavekrets omfattende en slavetransformator (TS), en signalkilde (SSS), en detekteringskrets (DCS) og kontrollogikk (CLS) anvendes, at detektoren under bestemte forhåndsdefinerte forhold virker i mastermodus, hvor mastersignalkilden (SSM) sender et testsignal og masterdetekteringskretsen (DCM) kontrollerer impedansendringer, og at detektoren under andre forhåndsdefinerte betingelser virker i slavemodus, dvs. at signalkilden (SSS) ikke er aktivert ved mottagelse av et eksternt testsignal.