NO324707B1

NO324707B1 - Fiber optic seismic sensor station, especially for placement on the seabed

Info

Publication number: NO324707B1
Application number: NO20062027A
Authority: NO
Inventors: Arne Berg; Jon Thomas Kringlebotn; Hilde Nakstad; Erlend Ronnekleiv; Ole Henrik Waagaard; Roar Furuhaug
Original assignee: Optoplan As
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2007-12-03
Also published as: NO20062027L

Abstract

En seismisk sensorstasjon inkluderer et hus som inneholder en fiberoptisk hydrofon og et fiberoptisk akselerometer som begge kan være laget av en enkel lengde av optisk fiber plassert på innsiden av huset. Det fiberoptiske akselerometeret er plassert i et væske/oljefylt rom i huset for å dempe mekaniske resonanser i akselerometeret på grunn av mekaniske forstyrrelser og trykkfluktuasjoner.A seismic sensor station includes a housing containing a fiber optic hydrophone and a fiber optic accelerometer, both of which may be made of a single length of optical fiber located inside the housing. The fiber optic accelerometer is located in a fluid / oil-filled compartment of the housing to attenuate mechanical resonances in the accelerometer due to mechanical disturbances and pressure fluctuations.

Description

Denne søknaden er relatert til en seismisk sensorstasjon slik som angitt i ingressen av det selvstendige kravet. This application is related to a seismic sensor station as stated in the preamble of the independent claim.

Oppfinnelsens bakgrunn The background of the invention

Utførelsesformer av oppfinnelsen er relatert til seismisk kartlegging av havbunn ved å bruke seismiske sensorer lagt ut på havbunnen. Mer spesifikt er utførelsesformer av oppfinnelsen relatert til et seismisk stasjonshus i et seismisk kartleggingssystem for havbunn som bruker en utlagt seismisk havbunnskabel med seismiske stasjoner langs dens lengde. Embodiments of the invention relate to seismic mapping of the seabed by using seismic sensors laid out on the seabed. More specifically, embodiments of the invention relate to a seismic station housing in a seabed seismic mapping system that utilizes a laid out submarine seismic cable with seismic stations along its length.

Bakgrunn og kjent teknikk Background and known technique

Seismisk kartlegging ved å bruke fiberoptisk teknologi har nylig mottatt oppmerksomhet. Optisk baserte sensorer for å utføre kartleggingen kan inkludere en hydrofon og geofoner. Disse sensorene kan bli fabrikkert, for eksempel, ved å bruke Michelson-interferometre. Seismic mapping using fiber optic technology has recently received attention. Optically based sensors to perform the mapping may include a hydrophone and geophones. These sensors can be fabricated, for example, using Michelson interferometers.

Et generelt problem med å arrangere hydrofoner sammen med en tre-akse-geofon eller akselerometer i en seismisk målestasjon med fire komponenter er kryssensitiviteten mellom hydrofonen og geofonene/akselerometrene. Mens det generelt er ønskelig å optimere eksponeringen av hydrofonene for trykk variasjoner er det generelt uønskelig å la trykkvariasjoner påvirke geofonene. Påvirkningen fra trykksignalet på geofonene/akselerometrene danner en uønsket kryssensitivitet. A general problem with arranging hydrophones together with a three-axis geophone or accelerometer in a four-component seismic station is the cross-sensitivity between the hydrophone and the geophones/accelerometers. While it is generally desirable to optimize the exposure of the hydrophones to pressure variations, it is generally undesirable to let pressure variations affect the geophones. The influence of the pressure signal on the geophones/accelerometers forms an unwanted cross-sensitivity.

Andre potensielle problemer eksisterer med arrangementer i de seismiske målestasjonene med fire komponenter, slik som vist i artikkelen fra QinetiQ: "The Optical Oilfield - Fibre Optic Seismic for Permanent Seabed Reservoir Monitoring" in Business Briefing: Exploration & Production: The oil & Gas Review 2003 - Volume 2, og i US patent nr. 7013729. Et problem med å montere geofoner/akselerometre på innsiden av et luftfylt trykkforseglet hus involverer mekaniske resonanser i geofonene/akselerometrene. Å integrere flere fiberoptiske sensorer langs en fibersløyfe i undervannsmiljøer danner andre begrensninger relatert til å koble arrangementer, som krever høytrykkspenetratorer for å lede en fiber mellom omgivelser med lavt trykk og omgivelser med høyt trykk, og omvendt. Other potential problems exist with arrangements in the four-component seismic stations, as shown in the QinetiQ article: "The Optical Oilfield - Fiber Optic Seismic for Permanent Seabed Reservoir Monitoring" in Business Briefing: Exploration & Production: The oil & Gas Review 2003 - Volume 2, and in US Patent No. 7013729. A problem with mounting geophones/accelerometers inside an air-filled pressure-sealed housing involves mechanical resonances in the geophones/accelerometers. Integrating multiple fiber optic sensors along a fiber loop in underwater environments creates other limitations related to coupling arrangements, which require high pressure penetrators to guide a fiber between a low pressure environment and a high pressure environment, and vice versa.

Derfor eksisterer det et behov for en forbedret seismisk sensorstasjon for å plassere en hydrofon og en eller flere geofoner. Therefore, a need exists for an improved seismic sensor station to accommodate a hydrophone and one or more geophones.

Sammendra<g> av oppfinnelsen Summary<g> of the invention

Utførelsesformer av oppfinnelsen er relatert til en seismisk sensorstasjon inkludert en fiberoptisk hydrofon og et fiberoptisk akselerometer plassert på innsiden av et hus og sammenkoblet med optisk fiber. Det fiberoptiske akselerometret er plassert i et væskefylt rom i huset for demping av mekaniske resonanser i akselerometret på grunn av mekaniske forstyrrelser og trykkfluktuasjoner. Embodiments of the invention relate to a seismic sensor station including a fiber optic hydrophone and a fiber optic accelerometer located inside a house and interconnected by optical fiber. The fiber-optic accelerometer is placed in a liquid-filled space in the housing to dampen mechanical resonances in the accelerometer due to mechanical disturbances and pressure fluctuations.

For noen utførelsesformer inkluderer fiberen i huset et array av fiberbaserte Bragg-gitter som danner et array av interferometre, hvorved et interferometer er tilveiebrakt for hver av sensorene og en referanse. Det væskefylte rommet som inneholder akselerometrene er trykkisolert i noen utførelsesformer. En luftblære plassert i det væskefylte rommet kan stabilisere det interne trykket på innsiden av huset ved å kompensere for den termiske ekspansjonen i huset og/eller væsken. For some embodiments, the fiber in the housing includes an array of fiber-based Bragg gratings forming an array of interferometers, whereby an interferometer is provided for each of the sensors and a reference. The fluid-filled space containing the accelerometers is pressure-insulated in some embodiments. An air bladder placed in the liquid-filled space can stabilize the internal pressure inside the housing by compensating for the thermal expansion of the housing and/or the liquid.

I noen utførelsesformer overfører en trykkoverføringsanordning trykkvariasjoner mellom det omgivende miljøet og en innside av hydrofonrommet i huset. Hydrofonrommet inneholder en optisk fiberspole av hydrofonen. Trykkoverføringsanordningen kan inkludere en fleksibel membran eller en væskefylt blære. I noen utførelsesformer inkluderer trykkoverføringsanordningen en forlenget rørstruktur som tilveiebringer en åpning mellom det væskefylte rommet og hydrofonrommet for å overlevere DC og lavfrekvente trykkfluktuasjoner inn i det væskefylte rommet, mens samtidig blokkere høyfrekvente trykksignaler fra å gå inn i det væskefylte rommet. In some embodiments, a pressure transfer device transmits pressure variations between the ambient environment and an interior of the hydrophone space within the housing. The hydrophone compartment contains an optical fiber coil of the hydrophone. The pressure transfer device may include a flexible diaphragm or a fluid-filled bladder. In some embodiments, the pressure transmission device includes an elongated tube structure that provides an opening between the fluid-filled space and the hydrophone space to deliver DC and low-frequency pressure fluctuations into the fluid-filled space, while simultaneously blocking high-frequency pressure signals from entering the fluid-filled space.

Det væskefylte rommet som inneholder akselerometre kan bli trykkbalansert mot et omgivende miljø. I henhold til noen utførelsesformer inkluderer det trykkbalanserte huset en trykkoverføirngsanordning som overfører trykkvariasjoner mellom det omgivende miljøet og en innside av det væskefylte rommet. Trykkoverføringsanordningen kan inkludere en fleksibel membran eller en væskefylt blære. I noen utførelsesformer inkluderer trykkoverføringsanordningen en forlenget rørstruktur som tilveiebringer en åpning mellom et innsidevolum i huset og det eksterne miljøet som overleverer DC og lavfrekvente trykkfluktuasjoner, men blokkerer høyfrekvente trykksignaler fra å gå inn i huset. Rørstrukturens diameter kan være betydelig mindre enn lengden av rørstrukturen. The fluid-filled chamber containing the accelerometers can be pressure balanced against an ambient environment. According to some embodiments, the pressure-balanced housing includes a pressure transmission device that transmits pressure variations between the surrounding environment and an interior of the fluid-filled space. The pressure transfer device may include a flexible diaphragm or a fluid-filled bladder. In some embodiments, the pressure transfer device includes an elongated pipe structure that provides an opening between an interior volume of the housing and the external environment that transmits DC and low frequency pressure fluctuations, but blocks high frequency pressure signals from entering the housing. The diameter of the pipe structure can be significantly smaller than the length of the pipe structure.

Akselerometret og hydrofonen kan begge være plassert i det væskefylte rommet i huset, og på denne måten kreve et minimum av to fiberskjøter på innsiden av det væskefylte rommet. Hydrofonen kan også være plassert i et hydrofonrom i huset separat fra det væskefylte rommet. The accelerometer and the hydrophone can both be located in the liquid-filled space in the housing, thus requiring a minimum of two fiber splices inside the liquid-filled space. The hydrophone can also be located in a hydrophone room in the house separate from the liquid-filled room.

I noen utførelsesformer er en intern blære plassert i kontakt med en internt trykksatt hydrofon slik at blæren tilveiebringer en kombinert funksjon med intern trykkompensajon og luftstøtte (air-backing) av hydrofonen. In some embodiments, an internal bladder is placed in contact with an internally pressurized hydrophone such that the bladder provides a combined function of internal pressure compensation and air-backing of the hydrophone.

I henhold til noen utførelsesformer er en høytrykksakumulator plassert på innsiden av huset for å tilpasse endringer i temperatur eller trykk på innsiden av huset. According to some embodiments, a high-pressure accumulator is placed inside the housing to accommodate changes in temperature or pressure inside the housing.

Kort beskrivelse av figurene Brief description of the figures

Slik at måten i hvilken de ovenfor nevnte kjennetegnene av den foreliggende oppfinnelsen kan bli forstått i detalj kan en mer detaljert beskrivelse av oppfinnelsen, kort oppsummert over, fås ved referanse til utførelsesformer, noen av hvilke er illustrert i det vedlagte figurene. Det må imidlertid bemerkes at de vedlagte figurene bare illustrerer typiske utførelsesformer av denne oppfinnelsen og skal derfor ikke vurderes å være begrensende av deres omfang, for oppfinnelsen kan romme andre like effektive utførelsesformer. FIG. 1 viser en seismisk stasjon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen som har akselerometre i et trykkisolert første rom i et hus, og en eksternt trykksatt luftstøttet hydrofon plassert i et andre rom eksponert for et trykk i et eksternt miljø. FIG. 2 viser en seismisk stasjon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, i hvilken akselerometre er plassert i et trykkbalansert første rom i et hus, og en ekstern trykksatt luftstøttet hydrofon er plassert i et andre rom eksponert for et trykk i et eksternt miljø. FIG. 3 viser en seismisk stasjon i henhold til en utførelsesform at oppfinnelsen, i hvilken akselerometre er plassert i et trykkisolert første rom i et hus og en internt trykksatt luftstøttet hydrofon er plassert i et andre rom. FIG. 4 viser en seismisk stasjon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, i hvilken akselerometre er plassert i et trykkisolert rom i et hus, og en internt trykksatt hydrofon med luftstøtte tilveiebrakt ved en luftfylt blære er plassert i det samme rommet. FIG. 5 viser en seismisk stasjon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, i hvilken akselerometre er plassert i et trykk-DC-balansert første rom i et stasjonshus og en internt trykksatt luftstøttet hydrofon er plassert i et andre rom i huset. FIG. 6 viser en seismisk stasjon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, i hvilken akselerometre er plassert i et trykk-DC-balansert første oljefylt rom i et seismisk stasjonshus og en intern oljestøttet (oil-backed) hydrofon er plassert i det samme rommet. FIG. 7 er et tverrsnitt av en internt trykksatt hydrofon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen der en optisk fiberspole er viklet på en luftstøttet sylindrisk struktur til bruk i en seismisk sensorstasjon. FIG. 8 er et tverrsnitt av en eksternt trykksatt hydrofon i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen der den optiske fiberen er viklet på en vegg i hydrofonen til bruk i en seismisk sensorstasjon. FIG. 9 illustrerer optisk interrogasjon av en sammenstilling av tre akselerometre og en hydrofon på en enkel optisk fiber som kjører gjennom en seismisk stasjon, hvori interrogasjonen inkluderer et optisk dobbelt pulssignal ført inn i stasjonen og et typisk reflektert pulstog fra sammenstillingen av sensorer, typisk realisert i formen av fiberbaserte Bragg-gitter. FIG. 10 illustrerer et array av seismiske sensorstasjoner som anvender hus, i henhold til utførelsesformer av oppfinnelsen, og koblet til en koblingsnode med enkle fiberrør som kobler hvert par av nærliggende seismiske stasjoner langs arrayet. So that the manner in which the above-mentioned characteristics of the present invention can be understood in detail, a more detailed description of the invention, briefly summarized above, can be obtained by reference to embodiments, some of which are illustrated in the attached figures. However, it must be noted that the attached figures only illustrate typical embodiments of this invention and should therefore not be considered to be limiting of their scope, for the invention can accommodate other equally effective embodiments. FIG. 1 shows a seismic station according to an embodiment of the invention that has accelerometers in a pressure-insulated first room in a house, and an externally pressurized air-supported hydrophone placed in a second room exposed to a pressure in an external environment. FIG. 2 shows a seismic station according to an embodiment of the invention, in which accelerometers are placed in a pressure-balanced first room in a house, and an externally pressurized air-supported hydrophone is placed in a second room exposed to a pressure in an external environment. FIG. 3 shows a seismic station according to one embodiment of the invention, in which accelerometers are placed in a pressurized first room in a house and an internally pressurized air-supported hydrophone is placed in a second room. FIG. 4 shows a seismic station according to an embodiment of the invention, in which accelerometers are placed in a pressure-insulated room in a house, and an internally pressurized hydrophone with air support provided by an air-filled bladder is placed in the same room. FIG. 5 shows a seismic station according to an embodiment of the invention, in which accelerometers are located in a pressure-DC balanced first compartment of a station housing and an internally pressurized air-supported hydrophone is located in a second compartment of the housing. FIG. 6 shows a seismic station according to an embodiment of the invention, in which accelerometers are placed in a pressure-DC balanced first oil-filled compartment in a seismic station housing and an internal oil-backed hydrophone is placed in the same compartment. FIG. 7 is a cross-section of an internally pressurized hydrophone according to an embodiment of the invention in which an optical fiber coil is wound on an air-supported cylindrical structure for use in a seismic sensor station. FIG. 8 is a cross-section of an externally pressurized hydrophone according to an embodiment of the invention where the optical fiber is wound on a wall of the hydrophone for use in a seismic sensor station. FIG. 9 illustrates optical interrogation of an assembly of three accelerometers and a hydrophone on a single optical fiber running through a seismic station, wherein the interrogation includes an optical double pulse signal fed into the station and a typical reflected pulse train from the assembly of sensors, typically realized in the form of fiber-based Bragg gratings. FIG. 10 illustrates an array of seismic sensor stations using houses, according to embodiments of the invention, and connected to a junction node with single fiber pipes connecting each pair of neighboring seismic stations along the array.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesformen. Detailed description of the preferred embodiment.

I alle utførelsesformer illustrert i FIG. 1 - 6 er det et hus 1, tre fiberoptiske akselerometre, benevnt x, y og z, for å måle akselerasjon i tre ulike retninger, og en fiberoptisk hydrofon, benevnt H, for å måle dynamiske trykkvariasjoner. Hydrofonen H og akselerometrene x, y, z er alle plassert langs en enkel lengde av optisk fiber. På hver side av hydrofonen H eller akselerometrene x, y, z er det plassert et fiberoptisk gitter som reflekterer, minst delvis, innkommende lys med en bølgelengde som passer optiske gitterets refleksjonsbånd. In all embodiments illustrated in FIG. 1 - 6 there is a housing 1, three fiber optic accelerometers, named x, y and z, to measure acceleration in three different directions, and a fiber optic hydrophone, named H, to measure dynamic pressure variations. The hydrophone H and the accelerometers x, y, z are all located along a single length of optical fiber. On each side of the hydrophone H or the accelerometers x, y, z, a fiber optic grating is placed which reflects, at least partially, incoming light with a wavelength that matches the optical grating's reflection bands.

Akselerometrene x, y, z og hydrofonen H er basissensorbyggeblokker av den seismiske sensorstasjonen. Som et felles kjennetegn for alle utførelsesformer er minst en av akselerometrene x, y, z nedsenket i et volum av væske inneholdt i et første rom 10 i huset 1 som tjener til å dempe mekaniske resonanser i akselerometrene x, y, z og i et referanseinterferometer 4. Alle akselerometre i huset 1 er fortrinnsvis plassert i et væske (olje) -fylt rom, som indikert i de vedlagte figurene. The accelerometers x, y, z and the hydrophone H are the basic sensor building blocks of the seismic sensor station. As a common characteristic of all embodiments, at least one of the accelerometers x, y, z is immersed in a volume of liquid contained in a first space 10 in the housing 1 which serves to dampen mechanical resonances in the accelerometers x, y, z and in a reference interferometer 4. All accelerometers in housing 1 are preferably placed in a liquid (oil)-filled space, as indicated in the attached figures.

I noen utførelsesformer er akselerometrene x, y og/eller z plassert i det første rommet 10 i huset 1, mens hydrofonen H er plassert i et andre rom 20 i huset 1. FIG. 1,2, 3 og 5 viser eksempler på konfigurasjoner av et slikt arrangement. In some embodiments, the accelerometers x, y and/or z are located in the first room 10 in the housing 1, while the hydrophone H is located in a second room 20 in the housing 1. FIG. 1,2, 3 and 5 show examples of configurations of such an arrangement.

I noen utførelsesformer er huset 1 trykkisolert, som indikert i FIG. 1, 3, og 4. Å bruke et trykkisolert hus har fordelen med å beskytte akselerometrene x, y, z og referanseinterferometret 4 mot eksterne trykkvariasjoner, og på denne måten minimere trykkindusert krysstale. Et trykkisolert hus og bruk av høytrykksfiberpenetratorer har imidlertid potensial til lekkasjeproblemer og redusert pålitelighet av huset. In some embodiments, housing 1 is pressure insulated, as indicated in FIG. 1, 3, and 4. Using a pressure-isolated housing has the advantage of protecting the accelerometers x, y, z and the reference interferometer 4 from external pressure variations, thus minimizing pressure-induced crosstalk. However, a pressure-insulated housing and the use of high-pressure fiber penetrators have the potential for leakage problems and reduced reliability of the housing.

I henhold til noen utførelsesformer er et trykk-DC-balansert sensorhus anvendt, hvorved akselerometrene x, y, z og referanseinterferometret 4 er isolert fra AC-trykkvariasjoner, for eksempel som vist i FIG. 6. Som et eksempel, et tynt rør 91 plassert som indikert i According to some embodiments, a pressure-DC balanced sensor housing is used, whereby the accelerometers x, y, z and the reference interferometer 4 are isolated from AC pressure variations, for example as shown in FIG. 6. As an example, a thin tube 91 placed as indicated in

FIG. 2 har en indre diameter på omtrent 0,5 mm og en lengde på omtrent 10,0 mm eller mer som effektivt blokkerer trykkvariasjoner for frekvenser over omtrent 5,0 Hz. Fordelaktig, et trykkbalansert hus eliminerer behovet for DC-trykkforseglinger av huset. Det tynne røret 91 virker som et AC-filter som forhindrer trykksignaler over en frekvens gitt av dimensjonene på røret fra å påvirke akselerometrene på innsiden av huset, mens fortsatt oppnå DC-trykkbalansering av innsiden av huset. FIG. 2 has an inner diameter of about 0.5 mm and a length of about 10.0 mm or more which effectively blocks pressure variations for frequencies above about 5.0 Hz. Advantageously, a pressure balanced housing eliminates the need for DC pressure seals of the housing. The thin tube 91 acts as an AC filter that prevents pressure signals above a frequency given by the dimensions of the tube from affecting the accelerometers inside the housing, while still achieving DC pressure balancing of the inside of the housing.

I noen utførelsesformer er akselerometrene x, y og/eller z plassert i det samme første rommet 10 som den fiberoptiske hydrofonen H. Eksempler på konfigurasjoner av dette arrangementet er vist i FIG. 4 (trykkisolert) og FIG. 6 (DC-trykkbalansert). Denne konfigurasjonen har fordelen at all fiberoptikk kan være plassert i de samme trykkomgivelsene, for eksempel ved å bruke en FBG-sensorarray langs en kontinuerlig fiber uten behov for interne fiberskjøter, hvorved høytrykkspenetratorer er unngått på innsiden av det seismiske stasjonshuset. Mens hele huset er trykkisolert, som for eksempel i FIG. 4, kan et trykk på omtrent 1,0 bar bli anvendt i beskyttende rør 3 mellom stasjonene og i koblingsnode (for eksempel en tørr-node), og også fra koblingsnoden opp på overflaten. I DC-trykkbalanserte hus, som i FIG. 2, 5 og 6, er en høytrykkspenetrator brukt på koblingsnoden, hvis interne trykk alltid er holdt ved omtrent 1,0 bar. Når trykket øker ved utlegging av stasjonene flyter olje inn i de beskyttende rørene 3 som er fettfylt som krever gjenfylling av olje inn i huset 1 fra en oljefylt blære 82 eller 85. In some embodiments, the accelerometers x, y and/or z are located in the same first compartment 10 as the fiber optic hydrophone H. Examples of configurations of this arrangement are shown in FIG. 4 (pressure insulated) and FIG. 6 (DC pressure balanced). This configuration has the advantage that all fiber optics can be located in the same pressure environment, for example by using an FBG sensor array along a continuous fiber without the need for internal fiber splices, thereby avoiding high pressure penetrators inside the seismic station housing. While the entire housing is pressure insulated, as for example in FIG. 4, a pressure of approximately 1.0 bar can be applied in the protective pipe 3 between the stations and in the connection node (for example a dry node), and also from the connection node up on the surface. In DC pressure balanced housings, as in FIG. 2, 5 and 6, a high-pressure penetrator is used at the coupling node, whose internal pressures are always maintained at approximately 1.0 bar. When the pressure increases when laying out the stations, oil flows into the protective pipes 3 which are filled with grease which requires refilling of oil into the housing 1 from an oil-filled bladder 82 or 85.

I alle utførelsesformer er et optisk signal ført til huset 1 i en optisk fiber plassert på innsiden av beskyttende rør 3 på utsiden av huset 1. En inputfiber 31 og en outputfiber 33 kan løpe i separate beskyttende rør, og på denne måten kreve to rørtermineringer på det seismiske sensorstasjonshuset. Når plassert i et seismisk kabelarray har hver seismisk stasjonshus separate inngangs- og utgangsrør, unntatt for den siste stasjonen i et array, som illustrert i FIG. 10. Ved å bruke FBG-baserte sensorer kan sensoren bli interrogert i refleksjonsmodus, dvs. å bruke den samme fiberen for input og output av optiske signaler fra en koblingsnode 301 og gjennom arrayet av seismiske stasjoner 11, 12,... 1 n. De beskyttende rørene 3 er derfor signalfiberrør brukt til å beskytte fiberen mellom de seismiske stasjonene. Derfor er trykket på innsiden av de beskyttende rørene 3 og trykket på innsiden av rommet 10 i de seismiske stasjonene det samme langs hele arrayet fra koblingsnode 301 til den siste seismiske stasjonen 1„. In all embodiments, an optical signal is carried to the housing 1 in an optical fiber placed on the inside of the protective tube 3 on the outside of the housing 1. An input fiber 31 and an output fiber 33 can run in separate protective tubes, thus requiring two tube terminations on the seismic sensor station house. When placed in a seismic cable array, each seismic station housing has separate input and output pipes, except for the last station in an array, as illustrated in FIG. 10. Using FBG-based sensors, the sensor can be interrogated in reflection mode, i.e. using the same fiber for input and output of optical signals from a coupling node 301 and through the array of seismic stations 11, 12,... 1 n. The protective pipes 3 are therefore signal fiber pipes used to protect the fiber between the seismic stations. Therefore, the pressure on the inside of the protective tubes 3 and the pressure on the inside of the room 10 in the seismic stations are the same along the entire array from the connection node 301 to the last seismic station 1„.

I alle illustrerte utførelsesformer tilveiebringer den optiske fiberen på innsiden av det seismiske sensorhuset 1 også referanseinterferometret 4 som er fortrinnsvis plassert i det første rommet 10 sammen med akselerometrene x, y og z. Videre kan alle de fiberbaserte Bragg-gitterelementene være lokalisert i det samme første rommet 10 i sensorhuset 1 som akselerometrene x, y og z er plassert i, uavhengig av hvorvidt hydrofonen H er plassert i det første rommet 10 eller et annet andre rom 20 i huset 1. In all illustrated embodiments, the optical fiber inside the seismic sensor housing 1 also provides the reference interferometer 4 which is preferably located in the first space 10 together with the accelerometers x, y and z. Furthermore, all the fiber-based Bragg grating elements can be located in the same first space 10 in the sensor housing 1 in which the accelerometers x, y and z are located, regardless of whether the hydrophone H is located in the first space 10 or another second space 20 in the housing 1.

FIG. 1 illustrerer en utførelsesform der en input optisk fiber 31 går inn i et første rom 10 i det seismiske sensorstasjonshuset 1 fra et beskyttende rør 3 ved en forseglet kobling mellom det beskyttende røret og huset. I dette tilfellet er det første rommet trykkisolert ved omtrent 1,0 bar og fylt med en væske, som fortrinnsvis er olje. En seksjon som danner en intern optisk fiber 32 på innsiden av huset er lagt ut på en slik måte at det førte lyset først passerer et fiberbasert Bragg-gitter 41, deretter passerer det gjennom et fiber-referanseinterferometer 4, og deretter gjennom et andre fiberbasert Bragg-gitter 42. Deretter passerer det førte lyset gjennom et første akselerometer x, etter hvilket lyset passerer gjennom et tredje fiberbasert Bragg-gitter 43. Deretter er lyset ført gjennom et andre akselerometer y, etter hvilket det passerer gjennom et fjerde fiberbasert Bragg-gitter 44. Deretter er lyset ført inn i den samme optiske fiberen gjennom et tredje akselerometer z, etter hvilket det passerer gjennom et femte fiberbasert Bragg-gitter 45. Den optiske fiberen fører deretter lyset inn i et andre rom 20 i huset 1 via en første høytrykkspenetrator 51. Det andre rommet 20 er eksponert for trykket til det eksterne miljøet via en trykkoverførende del 5, slik som for eksempel en fleksibel membran som danner en del av en vegg 6 av det andre rommet 20 mellom en innside av rommet og et eksternt miljø. I det andre rommet 20 er den optiske fiberen plassert til å danne en hydrofon H, fortrinnsvis som en fiberspole viklet rundt en struktur 61 som kan definere en sylinderaktig form. Etter hydrofonen passerer den interne optiske fiberen 32 gjennom en andre høytrykkspenetrator 52 tilbake inn i det første rommet 10, der lys deretter passerer gjennom et sjette fiberbasert Bragg-gitter 46 i den optiske fiberen. De første og andre penetratorene 51, 52 er illustrert som separate deler, men i noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan disse to elementene imidlertid være kombinert i en enkel penetrator for å holde optiske fibere som krysser inn til og ut av det andre rommet 20. Følgelig går den optiske fiberen ut av det seismiske sensorhuset 1 for å danne en output optisk fiber 33 som går inn i et beskyttende rør ved en forseglet kobling, fortrinnsvis det samme beskyttende røret som input optisk fiber 31 går gjennom. FIG. 1 illustrates an embodiment where an input optical fiber 31 enters a first space 10 in the seismic sensor station housing 1 from a protective pipe 3 at a sealed connection between the protective pipe and the housing. In this case, the first compartment is pressure-insulated at about 1.0 bar and filled with a liquid, which is preferably oil. A section forming an internal optical fiber 32 inside the housing is laid out in such a way that the guided light first passes a fiber-based Bragg grating 41, then passes through a fiber-reference interferometer 4, and then through a second fiber-based Bragg grating -grating 42. The guided light then passes through a first accelerometer x, after which the light passes through a third fiber-based Bragg grating 43. The light is then guided through a second accelerometer y, after which it passes through a fourth fiber-based Bragg grating 44 The light is then fed into the same optical fiber through a third accelerometer z, after which it passes through a fifth fiber-based Bragg grating 45. The optical fiber then feeds the light into a second space 20 in the housing 1 via a first high-pressure penetrator 51 The second space 20 is exposed to the pressure of the external environment via a pressure-transmitting part 5, such as, for example, a flexible membrane which forms part of a wall 6 of the second room 20 between an inside of the room and an external environment. In the second space 20, the optical fiber is placed to form a hydrophone H, preferably as a fiber coil wound around a structure 61 which can define a cylindrical shape. After the hydrophone, the internal optical fiber 32 passes through a second high-pressure penetrator 52 back into the first space 10, where light then passes through a sixth fiber-based Bragg grating 46 in the optical fiber. The first and second penetrators 51, 52 are illustrated as separate parts, however, in some embodiments of the invention, these two elements may be combined in a single penetrator to hold optical fibers crossing into and out of the second space 20. Accordingly, the optical fiber out of the seismic sensor housing 1 to form an output optical fiber 33 which enters a protective tube at a sealed junction, preferably the same protective tube that the input optical fiber 31 passes through.

Hydrofonen H er fortrinnsvis dannet ved å vikle den interne optiske fiberen 32 på strukturen 61 som kan være en luftstøttet sylinder, dvs. en sylinder som definerer et internt volum 62 som kan være luft- eller gassfylt ved omtrent 1,0 bar, hvorved sylinderendringene former dermed endring av lengden av den optiske fiberen når den er utsatt for variasjoner i eksternt trykk. Det andre rommet 20 er også oljefylt. The hydrophone H is preferably formed by winding the internal optical fiber 32 on the structure 61 which may be an air-supported cylinder, i.e. a cylinder defining an internal volume 62 which may be air- or gas-filled at approximately 1.0 bar, whereby the cylinder changes form thus changing the length of the optical fiber when subjected to variations in external pressure. The second room 20 is also filled with oil.

En intern luftblære 81 er fortrinnsvis plassert på innsiden av det første rommet 10 for å tilpasse små variasjoner i volumet av olje på innsiden av det første rommet på grunn av for eksempel temperaturvariasjoner. Derfor medvirker luftblæren til å redusere trykkeffekter forårsaket av termisk ekspansjon eller sammentrekning av oljen på innsiden av det første rommet 10 eller huset 1 i seg selv. FIG. 2 illustrerer en andre utførelsesform av det seismiske sensorhuset 1 i henhold til oppfinnelsen, i hvilken den optiske fiberen 31, 32,33 er plassert på sammen måte som i FIG. 1. Imidlertid, trykksystemet i huset 1 er forskjellig. I FIG. 2 er det vist et tynt rør 91 mellom det første rommet 10 og det andre rommet 20 i huset 1. Effekten av dette tynne røret 91 er å effektivt balansere, ved langsomme trykkvairasjoner, det interne trykket i det første rommet 10 til trykket i det andre rommet 20, og det eksterne trykket via en oljefylt blære 82 og det tynne røret 91. Tynnheten av røret 91 danner effektivt en forsinkelse i funksjonen for trykkbalansering, hvorved langsomme trykkvariasjoner er balansert ut siden røret har tid til å la tilstrekkelig væske passere for å utjevne trykket i de første og andre rommene, mens hurtige trykkfluktuasjoner ikke kan bli utjevnet på grunn av forsinkelsen forårsaket av tynnheten til røret. Tynnheten til røret 91 kan bli valgt til å ha en dimensjon som effektivt stopper trykkfluktuasjoner over en gitt frekvens for å passere inn i det første rommet, selvfølgelig utsatt for begrensningene til den faktiske fysiske geometrien og dimensjonene til sensorstasjonshuset. An internal air bladder 81 is preferably placed on the inside of the first space 10 to accommodate small variations in the volume of oil on the inside of the first space due to, for example, temperature variations. Therefore, the air bladder helps to reduce pressure effects caused by thermal expansion or contraction of the oil inside the first space 10 or the housing 1 itself. FIG. 2 illustrates a second embodiment of the seismic sensor housing 1 according to the invention, in which the optical fiber 31, 32, 33 are placed together as in FIG. 1. However, the pressure system in house 1 is different. In FIG. 2, a thin pipe 91 is shown between the first chamber 10 and the second chamber 20 in the housing 1. The effect of this thin pipe 91 is to effectively balance, at slow pressure variations, the internal pressure in the first chamber 10 to the pressure in the second the chamber 20, and the external pressure via an oil-filled bladder 82 and the thin tube 91. The thinness of the tube 91 effectively forms a delay in the pressure balancing function, whereby slow pressure variations are balanced out since the tube has time to allow sufficient fluid to pass to equalize the pressure in the first and second chambers, while rapid pressure fluctuations cannot be equalized due to the delay caused by the thinness of the pipe. The thickness of the tube 91 may be chosen to have a dimension that effectively stops pressure fluctuations above a given frequency from passing into the first space, subject of course to the limitations of the actual physical geometry and dimensions of the sensor station housing.

Å ha begge rommene trykkbalansert eller utjevnet med det eksterne rommet tilveiebringer fordelen at strukturen til huset kan bli forenklet siden huset ikke må være utformet til å motstå store trykkdifferenser, som i tilfellet med lavt trykk, forseglede hus plassert i undervannsmiljøer med høyt trykk. Interne høytrykkspenetratorer er også ikke påkrevd i dette tilfellet siden trykkdifferansen mellom det første rommet 10 og det andre rommet 20 vanligvis er liten, på grunn av trykkutjevning forårsaket av det tynne røret 91 og den oljefylte blæren 82. Den oljefylte blæren 82 har en fleksibel vegg 83 eksponert for det omgivende miljøet og er plassert til å dekke en åpning 84 i veggen i huset 1 i den seismiske sensorstasjonen. På denne måten kan væsken/oljen i blæren 82 gå inn i eller ut av huset for å tilpasse variasjoner i eksternt trykk og temperatur. Forutsatt at væske/oljeblæren er gjort tilstrekkelig stor kan blæren 82 kompensere for en endring i volumet av oljen i de beskyttede rørene 3 (initielt på 1,0 bar) som går mellom sammenstillinger av sammenkoblede seismiske stasjonshus langs en seismisk kabel. Having both chambers pressure balanced or equalized with the external chamber provides the advantage that the structure of the housing can be simplified since the housing does not have to be designed to withstand large pressure differences, as in the case of low pressure, sealed housings located in high pressure underwater environments. Internal high pressure penetrators are also not required in this case since the pressure difference between the first chamber 10 and the second chamber 20 is usually small, due to pressure equalization caused by the thin tube 91 and the oil-filled bladder 82. The oil-filled bladder 82 has a flexible wall 83 exposed to the surrounding environment and is positioned to cover an opening 84 in the wall of the housing 1 of the seismic sensor station. In this way, the liquid/oil in the bladder 82 can enter or exit the housing to accommodate variations in external pressure and temperature. Provided the liquid/oil bladder is made sufficiently large, the bladder 82 can compensate for a change in the volume of the oil in the protected pipes 3 (initially at 1.0 bar) running between assemblies of interconnected seismic station houses along a seismic cable.

Utførelsesformene av huset 1 i henhold til oppfinnelsen vist i FIG. 1 og 2 er forsynt med en eksternt trykksatt luftstøttet hydrofon, mens utførelsesformene vist i FIG. 3 og 4 er forsynt med en internt trykksatt luft/væskestøttet hydrofon. For å unngå forveksling kan betegnelsene internt trykksatt og eksternt trykksatt bli definert som følger. The embodiments of the housing 1 according to the invention shown in FIG. 1 and 2 are provided with an externally pressurized air-supported hydrophone, while the embodiments shown in FIG. 3 and 4 are equipped with an internally pressurized air/liquid supported hydrophone. To avoid confusion, the terms internally pressurized and externally pressurized can be defined as follows.

I en eksternt trykksatt hydrofon virker trykket i det omgivende miljøet på den eksterne overflaten av strukturen 61 som hydrofonspolen er viklet på, hvorved i omgivelser med høyt trykk er strukturen 61 komprimert og forårsaker en minsking i spenning av hydrofonspolen som har blitt viklet på den sylindriske strukturen. For utlegging ved visse dybder må hydrofonfiberspolen derfor vanligvis være forhåndsspent til en grad før utlegging, for å ikke bli en helt løs eller slakk fiberbunt når den sylindriske strukturen komprimeres ved det økte trykket når den blir lagt ut i havet. In an externally pressurized hydrophone, the pressure of the surrounding environment acts on the external surface of the structure 61 on which the hydrophone coil is wound, whereby in a high pressure environment the structure 61 is compressed and causes a decrease in tension of the hydrophone coil that has been wound on the cylindrical structure . Therefore, for deployment at certain depths, the hydrophone fiber coil must usually be pre-tensioned to some degree prior to deployment, so as not to become a completely loose or slack fiber bundle when the cylindrical structure is compressed by the increased pressure when it is deployed in the ocean.

I en internt trykksatt hydrofon er det interne volumet i strukturen 61 åpen mot det omgivende miljøet slik at et høyt trykk i omgivelsene danner en utvidelse av den sylindriske strukturen og en korresponderende økning av spenningen i hydrofonspolen pakket på den ytre overflaten av den sylindriske strukturen. In an internally pressurized hydrophone, the internal volume of the structure 61 is open to the surrounding environment so that a high pressure in the surroundings creates an expansion of the cylindrical structure and a corresponding increase of the voltage in the hydrophone coil packed on the outer surface of the cylindrical structure.

Betegnelsen "eksternt trykk" på de vedlagte figurene referer ikke til den faktiske interne eller eksterne trykksettingen av hydrofonen, men denne betegnelsen referer heller til trykket eller trykksignalet til det omgivende miljøet som virker på hydrofonen, dvs. den indikerer hvor et trykksignal som detekteres går inn i den seismiske sensorstasjonshuset og virker på hydrofonen. FIG. 3 viser en tredje utførelsesform av det seismiske sensorhuset 1 i henhold til oppfinnelsen, i hvilken den optiske fiberen 31, 32, 33 er plassert på samme måte som i FIG. 1, men trykksystemet i hydrofonen er forskjellig fra det i FIG. 1. I FIG. 3 er det interne volumet 62 definert av strukturen 61 åpen mot det eksterne miljøet. Fordelaktig, det andre rommet 20 i huset som huser den optiske fiberspolen i hydrofonen H er da en del av den trykkforseglede delen av huset 1, hvorved indre høyttrykkspenetratorer er unngått. Videre er monteringen av den optiske fiberspolen av hydrofonen H forenklet slik at fiberen kan være forholdsvis løst plassert før utlegging, mens det økende eksterne trykket under utlegging forårsaker en stramming av fiberspolen når den utsettes for trykkene ved store havdyp. Det andre rommet 20 som huser hydrofonspolen kan være luftfylt og effektivt danne en luftstøttet hydrofonstruktur. I et alternativ kan det andre rommet 20 i dette tilfellet være oljefylt. Valget mellom luft eller olje avgjøres av responsen som kreves av hydrofonen, siden luft og olje gir ulike frekvensresponser. Den interne trykksettingen av hydrofonfiberspolen illustrert i denne utførelsesformen kan være spesielt fordelaktig i et seismisk sensorhus 1 i henhold til denne oppfinnelsen, siden dette kobler inn akselerometrene x, y, z, de fiberbasert Bragg-gitterene 41 - 46 og hydrofonene til å være plassert i det første rommet 10 i huset 1, som illustrert i FIG. 4. FIG. 4 illustrerer videre hvordan luftstøtting av hydrofonen kan fortsatt bli oppnådd ved å plassere den interne luftblæren 81 over den optiske fiberspolen. I tillegg til luftstøtting utfører den interne luftblæren 81 funksjonen å kompensere for interne trykkvariasjoner forårsaket av for eksempel termisk ekspansjon eller sammentrekning av væsken/oljen på innsiden av huset eller huset i seg selv. En ytterligere fordel av utformingen i FIG. 4 er at dette kan bli realisert uten å bruke penetratorer og med et kontinuerlig fiber/FBG-array uten noen interne skjøter. FIG. 5 illustrerer enda en ytterligere utførelsesform av det seismiske sensorhuset 1 i henhold til oppfinnelsen, i hvilken den optiske fiberen 31, 32, 33 er plassert hovedsakelig på samme måte som i FIG. 1 for å opprettholde akselerometrene i et oljefylt første rom 10 i det seismiske sensorhuset 1, imidlertid med et annet trykksystem. FIG. 5 illustrerer hvordan en trykkbalansert seismisk sensorstasjon kan bli oppnådd med en internt trykksatt hydrofon som vist i FIG. 3 og 4. På en måte som er lik den i arrangementet i FIG. 2, kan en oljefylt blære 85 som har en fleksibel vegg eksponert for det omgivende miljøet bli plassert til å dekke en åpning 86 i veggen i det første rommet 10 i huset 1 i den seismiske sensorstasjonen. På denne måten kan væsken/oljen i blæren 85 gå inn i eller ut av det første rommet for å tilpasse variasjoner i eksternt trykk. Forutsatt at åpningen er uformet på formen som en rørstruktur med lite tverrsnitt er det interne oljefylte volumet i det første rommet 10 faktisk DC-trykkompensert, dvs. et langsomt varierende trykk er overført inn i det første rommet 10. The designation "external pressure" in the attached figures does not refer to the actual internal or external pressurization of the hydrophone, but rather this designation refers to the pressure or pressure signal of the surrounding environment acting on the hydrophone, i.e. it indicates where a detected pressure signal enters in the seismic sensor station housing and acts on the hydrophone. FIG. 3 shows a third embodiment of the seismic sensor housing 1 according to the invention, in which the optical fiber 31, 32, 33 is placed in the same way as in FIG. 1, but the pressure system in the hydrophone is different from that in FIG. 1. In FIG. 3, the internal volume 62 defined by the structure 61 is open to the external environment. Advantageously, the second space 20 in the housing which houses the optical fiber coil in the hydrophone H is then part of the pressure-sealed part of the housing 1, whereby internal high-pressure penetrators are avoided. Furthermore, the assembly of the optical fiber coil of the hydrophone H is simplified so that the fiber can be relatively loosely positioned before laying, while the increasing external pressure during laying causes a tightening of the fiber coil when it is exposed to the pressures at great ocean depths. The second space 20 housing the hydrophone coil can be air-filled and effectively form an air-supported hydrophone structure. In an alternative, the second space 20 can in this case be filled with oil. The choice between air or oil is determined by the response required of the hydrophone, since air and oil give different frequency responses. The internal pressurization of the hydrophone fiber coil illustrated in this embodiment may be particularly advantageous in a seismic sensor housing 1 according to this invention, since this enables the accelerometers x, y, z, the fiber-based Bragg gratings 41 - 46 and the hydrophones to be located in the first room 10 in the house 1, as illustrated in FIG. 4. FIG. 4 further illustrates how air support of the hydrophone can still be achieved by placing the internal air bladder 81 over the optical fiber coil. In addition to air support, the internal air bladder 81 performs the function of compensating for internal pressure variations caused by, for example, thermal expansion or contraction of the fluid/oil inside the housing or the housing itself. A further advantage of the design in FIG. 4 is that this can be realized without using penetrators and with a continuous fiber/FBG array without any internal joints. FIG. 5 illustrates yet another further embodiment of the seismic sensor housing 1 according to the invention, in which the optical fiber 31, 32, 33 is placed essentially in the same way as in FIG. 1 to maintain the accelerometers in an oil-filled first compartment 10 in the seismic sensor housing 1, however with a different pressure system. FIG. 5 illustrates how a pressure balanced seismic sensor station can be achieved with an internally pressurized hydrophone as shown in FIG. 3 and 4. In a manner similar to that in the arrangement of FIG. 2, an oil-filled bladder 85 having a flexible wall exposed to the surrounding environment may be placed to cover an opening 86 in the wall of the first compartment 10 of the housing 1 of the seismic sensor station. In this way, the fluid/oil in the bladder 85 can enter or exit the first chamber to accommodate variations in external pressure. Provided that the opening is unshaped in the form of a tubular structure with a small cross-section, the internal oil-filled volume in the first space 10 is actually DC pressure compensated, i.e. a slowly varying pressure is transferred into the first space 10.

En fordel med denne utformingen er at hoveddelen av huset ikke behøver å motstå veldig høye trykk opplevd ved store havdyp. Imidlertid, det andre rommet 20 som allokerer hydrofonen H krever en konstruksjon med høy styrke derom luftstøtting er ønskelig, i hvilket tilfelle høytrykkspenetratorer er også nødvendig for å føre den optiske fiberen inn i og ut av det andre rommet 20. An advantage of this design is that the main part of the house does not have to withstand very high pressures experienced at great ocean depths. However, the second compartment 20 which allocates the hydrophone H requires a high strength construction therefore air support is desirable, in which case high pressure penetrators are also required to pass the optical fiber into and out of the second compartment 20.

I noen utførelsesformer er en stålvegg som har en tykkelse på 10,0mm eller mer ønskelig både for forseglede versjoner og trykkbalanserte versjoner av den seismiske sensorstasjonen for å tilveiebringe tilstrekkelig stivhet for å beskytte akselerometrene fra eksterne trykkvariasjoner og bøyeeffekter på huset når det er utsatt for endringer i trykk eller eksterne mekaniske påvirkninger. In some embodiments, a steel wall having a thickness of 10.0mm or more is desirable for both sealed versions and pressure balanced versions of the seismic sensor station to provide sufficient stiffness to protect the accelerometers from external pressure variations and bending effects on the housing when subjected to changes in pressure or external mechanical influences.

I noen utførelsesformer tilveiebringer en høytrykksakkumulator 87 (vist i Figur 2, 5, og 6) plassert på innsiden av det første rommet 10 i huset et komprimerbart volum for å muliggjøre egnet funksjon av AC-trykkfilteret og for å akkumulere trykkfluktuasjoner i det første rommet 10 i huset forårsaket for eksempel av komprimeringen av veggene i huset. AC-trykkfilteret kan også til en viss grad jobbe uten bruk av en høytrykksakkumulator ved å utnytte kompressibiliteten til oljen (en høy kompressibilitet er ønskelig), forutsatt at det er et tilstrekkelig oljevolum og et tilstrekkelig stivt hus og husvegger. In some embodiments, a high pressure accumulator 87 (shown in Figures 2, 5, and 6) located inside the first compartment 10 of the housing provides a compressible volume to enable proper operation of the AC pressure filter and to accumulate pressure fluctuations in the first compartment 10 in the house caused, for example, by the compression of the walls of the house. The AC pressure filter can also work to some extent without the use of a high pressure accumulator by exploiting the compressibility of the oil (a high compressibility is desirable), provided there is a sufficient oil volume and a sufficiently rigid housing and housing walls.

I noen situasjoner tilveiebringer oljestøtting av en intern hydrofon en tilstrekkelig respons. I dette tilfellet kan utformingen i FIG. 5 bli forenklet ved å fjerne veggen som separerer det første rommet 10 og det andre rommet 20, og effektivt danne et enkelt rom som huser alle sensorene og fiberbasert Bragg-gitter i den seismiske stasjonen, som illustrert i FIG. 6. In some situations, oil support of an internal hydrophone provides an adequate response. In this case, the design in FIG. 5 can be simplified by removing the wall separating the first compartment 10 and the second compartment 20, effectively forming a single compartment housing all the sensors and fiber-based Bragg grating in the seismic station, as illustrated in FIG. 6.

Mens utførelsesformer av det seismiske sensorstasjonshuset i henhold til oppfinnelsen vist i FIG. 1 - 3 og 5 krever fire fiberskjøter 55 på innside av det væskefylte rommet 10 i huset 1, to for å koble input/output-fibrene og to for å koble de optiske fibrene til hydrofonen H, kan utførelsesformene illustrert i FIG. 4 og 6 bli realisert med så lite som to fiberskjøter 55, en første fiberskjøt for å koble til input optisk fiber 31 fra den optiske signalforsyningen til den interne optiske fiberen 32 på innsiden av huset 1, og en andre fiberskjøt for å koble den interne optiske fiberen 32 på innsiden av huset 1 til output optisk fiber 33 som går til en neste seismisk stasjon langs et array av seismiske stasjoner. While embodiments of the seismic sensor station housing according to the invention shown in FIG. 1 - 3 and 5 require four fiber splices 55 inside the liquid-filled space 10 of the housing 1, two to connect the input/output fibers and two to connect the optical fibers to the hydrophone H, the embodiments illustrated in FIG. 4 and 6 be realized with as few as two fiber splices 55, a first fiber splice to connect the input optical fiber 31 from the optical signal supply to the internal optical fiber 32 inside the housing 1, and a second fiber splice to connect the internal optical the fiber 32 inside the housing 1 to the output optical fiber 33 which goes to a next seismic station along an array of seismic stations.

FIG. 7 illustrerer i mer detalj et tverrsnittsbilde av et eksempel av den interne trykksatte hydrofonen H i FIG. 3 og 5, der hydrofonoptiskfiberspolen er viklet på en struktur 61 som kan være en luftstøttet sylindrisk struktur, dvs. en sylindrisk struktur som definerer et internt volum 62. Et luftstøttet volum 101 er i dette tilfellet et gass- eller luftfylt volum forseglet ved et trykk på omtrent 1,0 bar, mens det interne volumet 62 er åpent mot det eksterne miljøet som har et trykk P, som indikert av pilen i FIG. 7. Den optiske fiberspolen i hydrofonen er plassert på, fortrinnsvis på en viklet måte, en krummet ekstern overflatedel av strukturen 61 med en jevn tykkelse og mellom to ringformede spalter 102 i veggen i strukturen 61. Spaltene 102 reduserer tykkelsen av strukturen 61 og forårsaker en lokalisert svekkelse av strukturen. På denne måten blir resultatet en hovedsakelig homogen radial kompresjon eller ekspansjon av den delen av strukturen 61 som bærer hydrofonfiberen når det seismiske stasjonshuset er utsatt for et endret trykk. Endeeffekter som i andre hydrofonkonstruksjoner kan potensielt forårsake en ikke-homogen kompresjon eller ekspansjon av den sylindriske strukturen langs hydrofonspolen er vesentlig redusert ved å tilveiebringe slike spalter. Trykkforseglinger 104 er plassert i separate forseglingsspalter som dermed forsegler det luftstøttede volumet 101 i strukturen 61. I dette tilfellet korresponderer det luftstøttende volumet 101 til det andre rommet 20 i huset 1. Den optiske fiberen i hydrofonspolen passerer til og fra det første rommet 10 i det seismiske sensorstasjonshuset via en fiberpenetrator 105. FIG. 7 illustrates in more detail a cross-sectional view of an example of the internal pressurized hydrophone H of FIG. 3 and 5, where the hydrophone optic fiber coil is wound on a structure 61 which may be an air-supported cylindrical structure, i.e. a cylindrical structure defining an internal volume 62. An air-supported volume 101 is in this case a gas or air-filled volume sealed by a pressure of approximately 1.0 bar, while the internal volume 62 is open to the external environment having a pressure P, as indicated by the arrow in FIG. 7. The optical fiber coil in the hydrophone is placed on, preferably in a wound manner, a curved external surface portion of the structure 61 of uniform thickness and between two annular slits 102 in the wall of the structure 61. The slits 102 reduce the thickness of the structure 61 and cause a localized weakening of the structure. In this way, the result is a substantially homogeneous radial compression or expansion of the part of the structure 61 which carries the hydrophone fiber when the seismic station housing is subjected to a change in pressure. End effects which in other hydrophone designs can potentially cause an inhomogeneous compression or expansion of the cylindrical structure along the hydrophone coil are substantially reduced by providing such slots. Pressure seals 104 are placed in separate sealing slots which thus seal the air-supported volume 101 in the structure 61. In this case, the air-supported volume 101 corresponds to the second compartment 20 in the housing 1. The optical fiber in the hydrophone coil passes to and from the first compartment 10 in the the seismic sensor station housing via a fiber penetrator 105.

En fordel med dette prinsippet om intern trykksetting er at hydrofonsensoren kan bli produsert fra et relativt tynnvegget rør eller ledning, med en tykkelse på hydrofonveggen på omtrent 8,0mm eller mindre, fortrinnsvis i området 2,0 til 8,0 mm dersom produsert av et plastikk, for eksempel polykarbonat, og fortrinnsvis i området mindre enn 1,0mm dersom laget av et metall, for eksempel titanium, for å oppnå høy deformasjon/sensitivitet til trykkendringer, mens det fortsatt er i stand til å motstå relativt høye hydrostatiske trykk ved store dyp. I motsetning til eksternt trykksatte hydrofoner er den internt trykksatte hydrofonsensorstrukturen ikke like følsom for krumming som kan skade sensorkonstruksjonen. En konstruksjon trykksatt fra innsiden er typisk en mye mer stabil konstruksjon selv for tynnere vegger, og selv om der sensoren er produsert med et internt hulrom av en størrelse, for eksempel med en typisk indre diameter på 10,0 til 50,0mm og en lengde på 30,0 til 50,0mm. FIG. 8 illustrerer i mer detalj et tverrsnittsbilde av en eksternt trykksatt hydrofon, der en fiberspole 201 er viklet på en ekstern vegg 203 til en hydrofonsylinder 208 laget av, for eksempel polykarbonat. På innsiden av sylinderen 208 er det plassert en hydrofonkjerne 202 laget av for eksempel rustfritt stål av typen AISI304. Mellom hydrofonsylinderen 208 og hydrofonkjernen 202 er det definert et forseglet luftvolum 207 som korresponderer til det interne volumet 62 i FIG. 1 og 2. Luftvolumet 207 er forseglet av O-ringer 204 laget av, for eksempel, nitril, og bånd 205 laget ved å bruke, for eksempel, et epoksybasert lim. På en måte som er lik for tilfellet med den interne trykksatte hydrofonen illustrert i FIG. 7 er det tilveiebrakt ringformede spalter 206 i veggen til den sylindriske strukturen 208 der veggtykkelsen er noe redusert, dermed muliggjøre en større avbøyning av veggen til sylinderen og reduserer endeeffekter når eksternt trykk virker på hydrofonstrukturen. FIG. 9 illustrerer en mulig interrogasjonsteknikk for akselerometrene x, y, z og hydrofonen H i en seismisk sensorstasjon med huset 1 i henhold til utførelsesformer av oppfinnelsen. Et optisk dobbeltpulssignal 901 med en bølgelengde korresponderende til Bragg-bølgelengden X] i de fiberbaserte Bragg-gittrene 41 - 46 er sendt inn til den interne optiske fiberen 32 på innsiden av huset. Tidsdifferansen mellom de to pulsene i den optiske dobbeltpulsen er initielt tilpasset til den optiske forplantningsforsinkelsen mellom hvert par av etterfølgende Bragg-gitter. Derfor, i det optiske signalet reflektert fra Bragg-gitrene, legges en refleksjon av den andre pulsen fra det første fiberbasert Bragg-gitterer ovenpå refleksjonen av den første pulsen fra det andre fiberbaserte Bragg-gitteret. Lengden av fiberen mellom hvert fiberbaserte Bragg-gitter er initielt satt til en lik optisk bane, for at signalene reflektert fra to etterfølgende Bragg-gitter er lagt ovenpå. Derfor, enhver endring i de optiske banelengdene mellom de fiberbaserte Bragg-gitterene, som typisk resulterer fra eksterne påvirkninger på akselerometret eller hydrofonfiberspolene forandrer det resulterende reflekterte signalet fra en seismisk stasjon som er lagt ovenpå. Flere seismiske stasjoner kan bli bølgelengdemulitpleksert ved å velge ulike Bragg-bølgelengder for de fiberbaserte Bragg-gitterene til hver seismiske sensorstasjon. FIG. 9 illustrerer at Bragg-gitrene i den viste seismiske sensorstasjonen er satt ved en første optiske bølgelengde X,], mens det optiske signalet kan innbefatte lys med andre bølgelengder \ i, X*, X4, X* tilsiktet til andre seismiske sensorstasjoner og passerer virtuelt ikke-reflektert gjennom det viste seismiske huset 1. En utlesingsteknikk beskrevet i den amerikanske patentpublikasjonen nummer 2005/0046859, herved inkorporert ved referanse i sin helhet, gir en mer detaljert beskrivelse av en mulig utlesingsteknikk for de fiberbaserte Bragg-gitrene brukt i denne oppfinnelsen. An advantage of this principle of internal pressurization is that the hydrophone sensor can be manufactured from a relatively thin-walled pipe or wire, with a thickness of the hydrophone wall of approximately 8.0 mm or less, preferably in the range of 2.0 to 8.0 mm if manufactured from a plastic, for example polycarbonate, and preferably in the range of less than 1.0mm if made of a metal, for example titanium, to achieve high deformation/sensitivity to pressure changes, while still being able to withstand relatively high hydrostatic pressures at large deep. Unlike externally pressurized hydrophones, the internally pressurized hydrophone sensor structure is not as sensitive to bending which can damage the sensor structure. A construction pressurized from the inside is typically a much more stable construction even for thinner walls, and even where the sensor is manufactured with an internal cavity of a size, for example with a typical internal diameter of 10.0 to 50.0mm and a length of 30.0 to 50.0 mm. FIG. 8 illustrates in more detail a cross-sectional view of an externally pressurized hydrophone, where a fiber coil 201 is wound on an external wall 203 of a hydrophone cylinder 208 made of, for example, polycarbonate. On the inside of the cylinder 208 is placed a hydrophone core 202 made of, for example, AISI304 stainless steel. Between the hydrophone cylinder 208 and the hydrophone core 202 is defined a sealed air volume 207 which corresponds to the internal volume 62 in FIG. 1 and 2. The air volume 207 is sealed by O-rings 204 made of, for example, nitrile, and tape 205 made using, for example, an epoxy-based adhesive. In a manner similar to the case of the internally pressurized hydrophone illustrated in FIG. 7, annular slits 206 are provided in the wall of the cylindrical structure 208 where the wall thickness is somewhat reduced, thus enabling a greater deflection of the wall of the cylinder and reducing end effects when external pressure acts on the hydrophone structure. FIG. 9 illustrates a possible interrogation technique for the accelerometers x, y, z and the hydrophone H in a seismic sensor station with the housing 1 according to embodiments of the invention. An optical double pulse signal 901 with a wavelength corresponding to the Bragg wavelength X] in the fiber-based Bragg gratings 41 - 46 is sent to the internal optical fiber 32 inside the housing. The time difference between the two pulses in the optical double pulse is initially matched to the optical propagation delay between each pair of successive Bragg gratings. Therefore, in the optical signal reflected from the Bragg gratings, a reflection of the second pulse from the first fiber-based Bragg grating is superimposed on the reflection of the first pulse from the second fiber-based Bragg grating. The length of the fiber between each fiber-based Bragg grating is initially set to an equal optical path, so that the signals reflected from two subsequent Bragg gratings are superimposed. Therefore, any change in the optical path lengths between the fiber-based Bragg gratings, which typically results from external influences on the accelerometer or hydrophone fiber coils, changes the resulting reflected signal from an overlying seismic station. Multiple seismic stations can be wavelength multiplexed by selecting different Bragg wavelengths for the fiber-based Bragg gratings of each seismic sensor station. FIG. 9 illustrates that the Bragg gratings in the seismic sensor station shown are set at a first optical wavelength X, ], while the optical signal may include light of other wavelengths \ i, X*, X4, X* intended for other seismic sensor stations and passes virtually non-reflected through the seismic housing shown 1. A readout technique described in US Patent Publication Number 2005/0046859, hereby incorporated by reference in its entirety, provides a more detailed description of a possible readout technique for the fiber-based Bragg gratings used in this invention.

For å konkludere, de ovenfor beskrevne utførelsesformene av et seismisk sensorhus 1 i henhold til utførelsesformene av oppfinnelsen tilveiebringer løsninger uten et separat skjøtekammer for det optiske fibrene ved hver seismiske stasjon. Videre er krysstale redusert i den seismiske stasjonen ved å bruke det beskrevne husarrangementet. Et minimum antall høytrykkspenetratorer er brukt, og i noen utførelsesformer er slike høytrykkspenetratorer helt unngått. Siden alle sensorene kan bli produsert i en enkel fiberlengde kan antallet fiberskjøter per stasjon bli redusert til to ved det optiske fiber-input/output av huset 1. Med et separat rom for hydrofonen kan to ytterligere interne skjøter være nødvendig. To conclude, the above described embodiments of a seismic sensor housing 1 according to the embodiments of the invention provide solutions without a separate splice chamber for the optical fibers at each seismic station. Furthermore, crosstalk is reduced in the seismic station by using the described housing arrangement. A minimum number of high pressure penetrators are used, and in some embodiments such high pressure penetrators are completely avoided. Since all the sensors can be manufactured in a single fiber length, the number of fiber splices per station can be reduced to two at the optical fiber input/output of housing 1. With a separate room for the hydrophone, two additional internal splices may be required.

Claims

1. A seismic sensor station, comprising a housing (1), a fiber optic hydrophone (H) laid out in the housing; and a fiber optic accelerometer (x,y,z) placed inside the housing, characterized in that the fiber optic accelerometer (x,y,z) is placed in a liquid-filled space (10) in the housing to dampen mechanical resonances in the accelerometer due to of mechanical disturbances and pressure fluctuations.

2. The seismic sensor station according to claim 1, further comprising an array of fiber-based Bragg gratings (41,42,43,44,45) forming an array of interferometers, whereby an interferometer is provided for each of the hydrophones (H) , the accelerometer (x,y,z) and a reference.

3. The seismic sensor station according to claim 1, wherein the liquid-filled space (10) containing the accelerometer is pressure-insulated.

4. The seismic sensor station according to claim 3, further comprising an air bladder (81) placed in the liquid-filled space (10).

5. The seismic sensor station according to claim 1, further comprising a pressure transmission device (5) for transmitting pressure variations between an ambient environment and an interior of a hydrophone chamber (20) in the housing, wherein the hydrophone chamber contains an optical fiber coil of the hydrophone (H).

6. The seismic sensor station according to claim 5, wherein the pressure transfer device (5) includes a flexible membrane.

7. The seismic sensor station according to claim 5, wherein the pressure transfer device (5) includes a fluid-filled bladder (82).

8. The seismic sensor station according to claim 6, wherein the pressure transmission means includes an elongated pipe structure (91) that provides an opening between the fluid-filled space (10) and the hydrophone space (20) to transmit DC and low-frequency pressure fluctuations into the fluid-filled space while simultaneously block high-frequency pressure signals from entering the fluid-filled space.

9. The seismic sensor station according to claim 1, wherein the liquid-filled space (10) containing the accelerometer (x,y,z) is pressure balanced against an ambient environment.

10. The seismic sensor station according to claim 9, further comprising a pressure transfer device (85,86) for transferring pressure variations between the surrounding environment and an interior of the liquid-filled space (10).

11. The seismic sensor station according to claim 10, wherein the pressure transfer device includes a flexible diaphragm.

12. The seismic sensor station according to claim 10, wherein the pressure transfer device includes a fluid-filled bladder (86).

13. The seismic sensor station of claim 10, wherein the pressure transmission means includes an elongated pipe structure (86) to provide an opening between an interior volume of the housing and the external environment that transmits DC and low frequency pressure fluctuations but blocks high frequency pressure signals from entering the housing .

14. The seismic sensor station according to claim 13, wherein a diameter of the pipe structure is less than a length of the pipe structure.

15. The seismic sensor station according to claim 1, wherein the accelerometer and the hydrophone are both located in the fluid-filled space (10) in the housing.

16. The seismic sensor station according to claim 1, in which the hydrophone is placed in a hydrophone compartment (20) in the housing (1) separately from the liquid-filled compartment (10).

17. The seismic sensor station of claim 1, wherein an internal bladder is placed in contact with an internally pressurized hydrophone to provide a combined function of internal pressure compensation and air support of the hydrophone.

18. The seismic sensor station according to claim 1, in which a high pressure accumulator is placed inside the housing.

19. The seismic sensor station according to claim 1, wherein the hydrophone comprises a cylindrical structure provided with two separate annular slots (102) on an externally curved surface (61) of the cylindrical structure, and wherein a hydrophone coil (H) is placed on a part of the external curved surface (61) of the cylindrical structure (101) between the slits, whereby the slits (102) cause a localized weakening of the cylindrical structure which produces a substantially homogeneous radial compression or expansion of the part of the cylindrical structure which carries the hydrophone coil (H) when the seismic sensor station is exposed to changes in pressure in an ambient environment.

20. The seismic sensor station of claim 1, wherein the hydrophone includes a pipe having a wall thickness of 8.0 millimeters or less.