NO338587B1

NO338587B1 - Telemetrisystem for optisk sensorarray

Info

Publication number: NO338587B1
Application number: NO20063536A
Authority: NO
Inventors: Steven J Maas
Original assignee: Pgs Americas Inc
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2016-09-12
Also published as: NO20063536L; BRPI0507829A; US20060038115A1; GB2426817A; WO2006023277A2; GB0614047D0; GB2426817B; WO2006023277A3; US7154082B2

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører generelt området fiberoptiske telemetrisystemer og fiberoptiske sensorsystemer. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen telemetrisystemer med bølgelengdedelt multipleksing, for en oppstilling av fiberoptiske sensorer.

Teknikkens stand

Fiberoptiske sensorer som er kjent innen fagfeltet, omfatter et fiberoptisk føleelement, typisk i form av en spole av optisk fiber som er anordnet slik at lengden og/eller den refraktive indeksen til fiberoptiske føleelementet endres av virkningen til den fysiske parameteren som måles av sensoren. For eksempel har en fiberoptisk akustisk sensor en følespole av fiber som er viklet rundt en sylinder, for hvilken formen endres av virkningen av en trykkbølge eller en akustisk bølge som treffer sylinderen. Deformasjon av sylinderen endrer lengden av følespolen. Lys fra en kilde slik som en laserdiode, sendes gjennom følespolen og sendes samtidig gjennom et "referanseelement" eller spole av optisk fiber. Referanseelementet er anordnet slik at' det ikke påvirkes fysisk av den fysiske parameteren som måles. Lys som eksiterer både føleelementet og referanseelementet, blir så kombinert i en hvilken som helst type av et antall typer av optiske interferometre. Et optisk interferometermønster genereres i interferometeret som er relatert til endringen i lengde av føleelementet (og derved fasen til lyset som passerer gjennom føleelementet). En fotodetektor er optisk koplet til utgangen av interferometeret, og kan brukes til å generere et elektrisk signal som tilsvarer intensiteten til lys som når fotodetektoren (som er relatert til interferens-mønsteret), og derved tilsvarer den fysiske parameteren som påvirker føleelementet. I tilfellet av en fiberoptisk akustisk sensor, tilsvarer det elektriske signalet fra fotodetektoren endringen i trykk, eller amplituden til den akustiske bølgen som treffer følespolen.

Fiberoptiske sensorer har vist seg å være svært nyttige på grunn av deres relative immunitet mot elektromagnetisk interferens, blant andre faktorer, spesielt når signaler sendes over lange avstander på optisk form. På grunn av de relative fordelene ved fiberoptiske sensorer, har det blitt gjort anstrengelser for å sette inn fiberoptiske sensorer i applikasjoner slik som marinseismiske sensoroppstillinger. Konvensjonelle marinseismiske sensoroppstillinger som er kjent innen fagfeltet, omfatter typisk et flertall av akustiske sensorer som genererer elektrisk signal, typisk magnetostriktive eller piezoelektriske hydrofoner, som er anordnet med mellomrom langs en forsterket kabel som er innrettet til å slepes i en vannmasse. Typisk omfatter en slik seismisk sensoroppstilling forskjellige' signal-behandlingsanordninger som er anordnet i utvalgte lokasjoner langs kabelen, som detekterer, forsterker og digitaliserer de elektriske signalene som er generert av hver av sensorene. De digitaliserte signalene inkluderes i elektrisk -signaltelemetri for å sende signaler fra hver av sensorene på en slik måte at signalet fra hver sensor kan identifiseres entydig, registreres og behandles. Elektriske telemetrisystemer som er kjent innen fagfeltet, er ment å minimere antallet av elektriske ledere som trengs for å sende signaler fra et valgt antall sensorer, og for å minimere signal-forvrengning mellom sensorene og en registreringsanordning. Det er også kjent innen fagfeltet å konvertere de digitaliserte, elektriske signalene til optiske signaler og å bruke optisk telemetri til å sende de optiske signalene fra det elektriske/optiske konverteringspunktet til en optisk signalmottaker.

Optisk føling og signaltelemetri er ønskelig å bruke .i marinseismiske sensorsystemer fordi de, slik det tidligere er forklart, er mindre følsomme for forskjelle former for interferens og signaltap langs kabelen. For å erstatte elektriske sensorer med optiske sensorer i en marinseismisk sensoroppstilling mer effektivt, er det ønskelig å ha et fullstendig optisk telemetrisystem for å sende signaler fra hver optisk sensor til et seismisk signalregistreringssystem. Telemetrisysternet må muliggjøre entydig identifisering og registrering av signalene fra hver individuell, optisk, seismisk sensor. En type av fiberoptisk sensoroppstilling og et optisk telemetrisystem presenteres i U.S. Patent No. 6,285,806 Bl gitt til Kersey og andre. Sensoroppstillingen som er presentert i patentet til Kersey og andre, omfatter et flertall av følespoler av fiber som er optisk koplet i serie langs en optisk signallinje. Hver fibersensorspole er etterfulgt langs signallinjen av et fiber-Bragg-gitter som er innrettet til å reflektere en del av lyset som passerer gjennom det, tilbake gjennom den optiske signallinjen. Lys fra en kilde slik som en laserdiode, moduleres inn i en pseudotilfeldig binær (eller bit) sekvens (PBRS) og koples inn i signallinjen. En kodegenerator som frembringer PBRS'en er også koplet til en tidsforsinkelsesenhet. Signallinjen er også koplet til en fotodetektor. Grupper av sensorer utspørres ved korrelasjon av lyset som reflekteres tilbake langs signallinjen av Bragg-gitteret, med det modulerte, inngangslyset. Korrelasjon utføres i forhold til tidsforsinkelsen tillagt av forsinkelseskretsen. Tidsforsinkelsen er spesielt valgt for å utspørre i lengderetningen segmenter av signallinjen fra lysinngangsenden til et valgt endepunkt ved en av følespolene. Det korrelert signalet inkluderer effektene av alle sensorene fra lysinngangsenden til det valgte endepunktet. Individuelle sensorsignaler kan bestemmes ved subtraksjon av korrelerte signaler som representerer forskjellige valgte lengder av signallinjen. En påstått fordel ved oppstillingen som er presentert i Kersey og andre '806-patentet, er at det ikke trengs noen optiske koplinger mellom de individuelle sensorene og signallinjen, med medfølgende tap av lysamplitude. Systemet som presenteres i Kersey og andre patentet, er spesielt innrettet til å operere

på en enkelt lysbølgelengde.

En annen type av sensoroppstilling presenteres i U.S. Patent No. 5,206,924 som er gitt til Kersey, omfatter en lyskilde som er koplet til en polarisasjonsstråledeler. En utgang av polarisasjonsstråledeleren er koplet til en eller flere fiberoptiske sensorer langs en sensorlinje. De individuelle sensorene er koplet til sensorlinjen i serie, og hver sensor etterfølges i serie av en optisk forsinkelseslinje. Hver av sensorene omfatter en referansespole og en følespole. Inngangsendene av hver følespole og hver referansespole er optisk koplet til en signallinje gjennom eri optisk kopler.. Utgangsehdene av hver følespole og hver referansespole er terminert i en Faraday-rotator eller et speil. Når lys passerer gjennom Faraday-rotatoren, dreies dets polarisa-sjonstilstand 45 grader. I sensorene i oppstillingen som er presentert i Kersey '924-patentet, returnerer speilet ved hver spoleterminering lyset tilbake gjennom den samme Faraday-rotatoren, og polarisasjonstilstanden dreies igjen 45 grader. Lys returner tilbake gjennom sensorspolen og referansespolen som har polarisasjonstilstander som er dreid med totalt 90 grader, før lyset returneres til sensorlinjen gjennom den optiske koplingen. Den optiske koplingen utfører funksjonen til et interferometer. Interferensmønstre fra de optiske koplingene langs sensorlinjen sendes tilbake til en fotodetektor som er koplet til en inngang av polarisasjonsstråledeleren . Individuelle sensorer utspørres ved egnet pulsing av inngangslyset for å danne et tidsdelt tele-metriskjema. En påstått fordel ved oppstillingen som er vist i Kersey '924-patentet, er betydelig eliminering av polarisasjonsfading langs signallinjen uten behov for kostbare, høy-dobbeltbrytende, "polarisasjonsbevarende" fibere.

Enda et annet optisk følesystem presenteres i U.S. Patent No. 5,140,154 gitt til Yurek og andre. Systemet som er presentert i '154-patentet, omfatter en inline, fiberoptisk, akustisk sensoroppstilling. Oppstillingen omfatter første og andre fiberoptiske sensorenheter for å føle en ønsket egenskap. De første og andre sensorenhetene er forbundet i en lineær oppstilling, slik at hver sensorenhet danner en komplett, funksjonell sensor, og de to sensorenhetene er separert fra hverandre av et mellomliggende forsinkelseselement som responderer både på den ønskede egenskapen som måles, og på omgivelsesbelastning, forbundet mellom de første og andre sensorene for å gi tidsdeling mellom signaler tilsvarende den ønskede, målte egenskapen som gis av de første og andre sensorenhetene og signaler produsert av oppstillingen som svar på omgivelsesbelastning som støter imot forsinkelseselementet. Hver fiberoptisk sensor frembringer en modulert, koherent lysstråle som svar på en treffende fysisk egenskap som ønskes målt. Forsinkelseselementet frembringer en modulert, koherent lysstråle som svar på både en innfallende egenskap som ønskes målt, og omgivelsesbelastninger. Modulerte, koherent lysstråler som frembringes av hver fiberoptisk sensor, tidsdeles fra modulerte, koherente lysstråler som frembringes av forsinkelseselementet ved siden av. Konvensjonelle, tidsdiskriminerende signalbehandlings-teknikker brukes for å utspørre kun sensorenhetene, eller for på andre måter å eliminere elektriske signaler som tilsvarer .den modulerte, koherente lysstrålen som frembringes av forsinkelseselementet, og derved frikople omgivelsesbelastninger fra de elektriske signalene som behandles.

Det er fortsatt behov for å forbedre isolering av individuelle sensorsignaler i en fiberoptisk sensoroppstilling for å forbedre amplituden og kvaliteten til sensorsignaler som returnerer til en registreringsenhet, og for å minimere antallet optiske fibere som behøves i en hvilken som helst fiberoptisk sensoroppstilling.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ett aspekt ved oppfinnelsen er optisk sensoroppstilling. En optisk sensoroppstilling ifølge dette aspektet ved oppfinnelsen omfatter en første optisk sensor som har en første følefiber og en første bølgelengdeselektiv reflektor ved en ende av den første følefiberen. Den annen enden av den første følefiberen er koplet til en optisk signallinje. Oppstillingen omfatter en andre optisk sensor som har en andre følefiber og en andre bølgelengdeselektiv reflektor ved en ende av den andre følefiberen. Den annen ende av den andre følefiberen koplet til den optiske signallinjen. De første og andre bølgelengdeselektive reflektorene opererer ved

forskjellige lysbølgelengder i forhold til hverandre.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er en fiberoptisk sensoroppstilling. En fiberoptisk sensoroppstilling ifølge dette aspektet ved oppfinnelsen, omfatter en første sensorfiber og en første referansefiber som er koplet ved en ende av denne til en side av en første optisk kopling. En første bølgelengdeselektiv reflektor er koplet til den annen ende av hver av den første sensorfiberen og den første referansefiberen. En andre sensorfiber er koplet ved en ende til en side av en andre optisk kopling. Den annen side av den andre optiske koplingen er koplet til en motstående side av en av de første bølgelengdeselektive reflektorene som er koplet på en side til den første sensorfiberen og den første referansefiberen. Oppstillingen omfatter også en andre bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den andre sensorfiberen og den andre referansefiberen. De andre bølgelengdeselektive reflektorene er operative ved en bølgelengde som er forskjellig fra en operativ bølgelengde for de første bølgelengdeselektive reflektorene.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er et marinseismisk sensorsystem, omfattende et seismisk fartøy som er innrettet til å slepe i det minste en lyttekabel. Systemet omfatter minst en seismisk lyttekabel som er koplet til fartøyet. Den minst ene lyttekabelen omfatter minst en sensoroppstilling anordnet derpå. Den minst ene sensoroppstillingen omfatter videre en første bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den første sensorfiberen og den første referansefiberen. Den minst ene sensoroppstillingen omfatter også en andre sensorfiber som er koplet ved en ende til en side av en andre optisk kopling. Den annen side av den andre optiske koplingen er koplet ved en side til en motstående side av en av de første bølgelengdeselektive reflektorene som er koplet på en side til den første sensorfiberen og den første referansefiberen. Den minst ene sensoroppstillingen omfatter også en andre bølgelengde-selektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den andre sensorfiberen og den andre referansefiberen. De andre bølgelengdeselektive reflektorene er operative ved en bølgelengde som er forskjellig fra en operativ bølgelengde for de første bølgelengdeselektive reflektorene.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil bli åpenbare fra den følgende beskrivelsen og de vedheftede kravene.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et utførelseseksempel på en sensoroppstilling

ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 viser et marinseismisk akkvisisjdnssystem som

bruker sensorer ifølge oppfinnelsen.

Figur 3 viser en alternativ utførelse av en

lyskilde/detektormodul mer detaljert.

Figur 4 viser en utførelse av et kombinert FDM/WDM

telemetri optisk sensor system.

Figur 5 viser en utførelse av et kombinert WDM/TDM

telemetri optisk sensor system.

Detaljert beskrivelse

En utførelse av en fiberoptisk sensoroppstilling og telemetrisystem er vist skjematisk i Figur 1. Systemet omfatter en lyskilde/detektormodul 11. Modulen 11 omfatter en lyskilde 10 som kan være et flertall av laserdioder, eller annen type av lyskilde som er i stand til å sende ut lys på et flertall av individuelle bølgelengder Ai - An for kombinert utgang til en lyskildelinje 16. Lyskildelinjen 16 er forbundet med en inngang til en første optisk kopling ICI. Den første optiske koplingen ICI er en konvensjonell optisk kopling som omfatter to inngangsterminaler, og som i denne utførelsen kan omfatte en 10-prosent-utgangsterminal og en 90-prosent-utgangsterminal.

I den foreliggende oppfinnelsen kan 90-prosent-utgangsterminalen være koplet til en ende av en første sensorfiber Sl. Den første sensorfiberen Sl kan foreligge i form av en spole, og i noen implementeringer som en akustisk eller seismisk følespole. 10-pr'osent-utgangsterminalen kan koples til en referansefiber RI, som også kan foreligge i form av en spole. Alternativt kan 10-prosent-utgangen være koplet til en annen følefiber som er innrettet til å lede lys i den motsatte retningen, eller opererer i forbindelse med den første sensorfiberen Sl i et såkalt «dytt-dra» («push-pull») arrangement. Den annen ende av den første sensorfiberen Sl termineres i en første bølgelengdeselektiv reflektor REF1. Den første bølgelengdeselektive reflektoren REF1 er innrettet til å reflektere lys med en første valgt bølgelengde Ai og til å la lys av andre bølgelengder passere. Eksempler på en bølgelengdeselektiv reflektor er Bragg-gittere og tynnfilmfilter/speil. Andre typer av bølgelengdeselektive reflektorer er kjent innen fagfeltet, og omfatter for eksempel bølgelengdeselektive speil. I en utførelse kan den bølgelengdeselektiv reflektoren REF1 være et bølge-lengdeselektivt Faraday-rotatorspeil (som kan være laget av en Faraday-rotator som er koplet til et speil eller som et enkeltelement), som brukes til å redusere, eller i vesentlig grad eliminere, polarisasjonsfading i interferometeret. I noen utførelser, for å redusere polarisasjonsstøy/tap, kan en polarisasjonsbølgedeler 12 plasseres mellom kilden 10 og kildelinjen 16. Dersom polarisasjonsbølgedeleren 12 brukes, er typisk kun en polarisasjonstilstandsutgang koplet til kildelinjen 16.

Den annen ende av den første referansefiberen RI termineres i en andre bølgelengdeselektiv reflektor REF2. Den andre bølgelengdeselektive reflektoren REF2 opererer på i hovedsak den samme bølgelengden, Xirsom den første bølgelengde-selektive reflektoren REF1. Lys med den valgte bølgelengden, Åi, som reflekteres av de første og andre bølgelengde-selektive reflektorene REF1, REF2, sendes tilbake gjennom den første følefiberen Sl og den første referansefiberen RI, respektive, til den første optiske koplingen ICI. Den første optiske koplingen opptrer som et interferometer for lyset som returner gjennom den første følefiberen Sl og den første referansefiberen RI. Lys som returnerer gjennom den første optiske koplingen ICI, dempes i motsatt omfang av dempningen av lys som passerer gjennom den første optiske koplingen i en retning bort fra lyskilden 10. Derved balanseres i hovedsak lysamplituden av det reflekterte lyset mellom lys som er reflektert tilbake gjennom den første sensorfiberen Sl, og den første referansefiberen RI.

Reflektert lys som eksisterer andre inngangsterminal av den første optiske koplingen ICI, kan multiplekses, slik som gjennom en optisk returkopling RC1, i en retursignallinje 18. Et interferensmønster som er generert i den første optiske koplingen ICI, tilsvarer et fysisk signal som faller inn på den første sensorfiberen Sl. Den første referansefiberen RI forblir i hovedsak upåvirket av det fysiske signalet. Det fysiske signalet står i sammenheng med egenskapen eller parameteren som måles av sensorene i oppstillingen. I den foreliggende utførelsen danner den første følefiberen Sl, den første referansefiberen RL, deres respektive bølgelengde-selektive reflektorene REF1, REF2, og den første optiske koplingen ICI, en første optisk sensor SOI. I den foreliggende utførelsen kan fibrene Sl, RI være innrettet slik at den første sensoren SUI er en fiberoptisk hydrofon. Den første optiske sensoren SUI returnerer et interferensmønster på den første valgte bølgelengden Xi til returlinjen 18.

Den siden av den første bølgelengdeselektive reflektoren REF1 som er motstående til siden som er koplet til den første følefiberen Sl, er koplet til lysinngang av en andre, tilsvarende konfigurert optisk sensor SU2. Den andre optiske sensoren SU2 omfatter en følefiber eller spole S2, en ' referansefiber eller spole R2 og en optisk kopling IC2 med liknende konfigurasjon som de i den første sensoren SUI. Det som er forskjellig i den andre sensoren SU2, er tredje REF3 og fjerde REF4 bølgelengdeselektive reflektorer som er koplet til de annen endene av spolene 32, R2, respektive. De tredje REF3 og fjerde REF4 bølgelengdeselektive, reflektive reflektorene reflekterer hver lys med en andre, forskjellig bølgelengde, Ai, enn de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene REF1, REF2, respektive. Derved omfatter utgangen av den andre,sensoren SU2, som kan multiplekses til returlinjen 18 med en andre returkopling RC2, et interferens-mønster av lys med den andre bølgelengden, og som tilsvarer signaler som er detektert av den andre følespolen S2. Lys som er reflektert av de bølgelengdeselektive reflektorene REF3, REF4 i den andre sensoren SU2, kan multiplekses inn i returlinjen 18 ved en andre returkopling RC2.

Den motstående siden av den tredje bølgelengdeselektive reflektoren REF3 kan koples til inngangen ved koplingen IC3 av en tredje optisk sensor SU3 på en liknende måte som. inngangen ved kopling IC2 av den andre sensoren SU2 som er koplet til den motstående siden av den bølgelengdeselektive reflektoren REFl. Den tredje sensoren SU3 omfatter en sensorspole S3, referansespole R3 og bølgelengdeselektive reflektorer REF5, REF6 som reflekterer lys med en tredje bølgelengde K3. Liknende tilleggssensorer (som ikke er vist i Figur 1) kan inkluderes, der hver internt reflekterer en forskjellig bølgelengde K4- Xn og multiplekser et interferens-mønster på returlinjen 18 ved en assosiert returkopling (som ikke er vist).

I noen utførelser kan en optisk isolator II, 12, anordnes mellom lyskildeutgangen (den annen side av den bølgelengde-selektive reflektoren REF1, REF2, REF3 som er koplet til hver sensorspole Sl, S2, S3) av hver sensorspole og lysinngangen av den påfølgende- optiske sensoren, for å hindre ethvert nedstrøms reflektert lys fra å gå inn i den optiske oppstrømssensoren.

Utførelsen som er vist i Figur 1, omfatter 90-prosent-utgangen av hver optisk kopling som er forbundet ICI, IC2, IC3 til den tilsvarende sensorfiberen Sl, S2, S3, og utgangsenden av hver tilsvarende bølgelengdeselektiv reflektor REF1, REF3, REF5 koples til inngangen av den påfølgende optisk koplingen. 10-prosent-utgangsterminalen av hver optisk kopling ICI, IC2, IC3, er koplet til den tilsvarende referansefiberen RI, R2, R3. Det skal forstås at en oppstilling ifølge oppfinnelsen også vil virke dersom lysutgangsterminalene av hver optisk kopling ICI, IC2, IC3 ble reversert, og den påfølgende inngangen av hver optisk kopling ble koplet til de bølgelengdeselektive reflektorene REF2, REF4, REF6 på nedstrømssiden av hver referansefiber RI, R2, R3.

Signalreturlinjen 18 kan koples gjennom bølgelengdeselektive koplinger 14D, 14E, 14E, eller filtre, til fotodetektorer 14A, 14B, 14C. Hver fotodetektor genererer et elektrisk signal som tilsvarer lysamplituden ved en av bølgelengdene Xx-Xnog derved den fysiske parameteren som måles av hver sensor SUI, SU2, SU3.

I noen utførelser kan en første Faraday-rotator Fl, F3, F5 være anordnet mellom den annen ende av hver sensorfiber Sl, S2, S3 og den tilsvarende bølgelengdeselektive reflektoren REFl, REF2, REF3. En liknende Faraday-rotator F2, F4, F6 kan koples, som vist i Figur 1, til utgangsenden av hver referansefiber RI, R2, R3. I slike- utførelser dreier Faraday-rotatoren fortrinnsvis polarisasjonstilstanden til lys med omtrent 45 grader, slik at lys som returnerer til de respektive fibrene, S1-S3, R1-R3, har polarisasjon hoved-sakelig ortogonal til lyset som kommer inn i hver fiber. I slike utførelser kan signalreturlinjen 18 koples til utgangsterminalen av polarisasjonsbølgedeleren 12 som er ortogonal på utgangsterminalen som er koplet til inngangslinjen 16. Den andre inngangen av polarisasjonsbølgedeleren 12 kan koples gjennom bølgelengdeselektive koplinger 14D, 14E, 14F, eller filtre, til en tilsvarende fotodetektor 14A, 14B, 14C. Hver fotodetektor genererer et elektrisk signal som tilsvarer lysamplituden ved en av bølgelengdene Xi-Xnog derved den fysiske parameteren som måles av hver. sensor SUI, SU2, SU3. En mulig fordel ved å bruke Faraday-rotatorspeil som de reflekterende elementene, er å i hovedsak eliminere polarisasjonsfading i sensorenheten SU1-SU3 og returlinje 18. Slike fordeler forklares i U.S. Patent No. 5,206,924 gitt til Kersey, som er innbefattet her ved referanse. En sensoroppstilling som er laget slik det er forklart med referanse til Figur 1, kan brukes i et antall sensoroppstillings-applikasjoner. En slik applikasjon er seismisk føling, slik det vil bli forklart med referanse til Figur 2. En annen mulig applikasjon er permanent utplasserte sensorer i en borebrønn som er boret gjennom jordformasjoner.

En utførelse av et marinseismisk akkvisisjonssystem som bruker en sensoroppstilling ifølge oppfinnelsen, er vist i

Figur 2. Systemet omfatter et seismisk fartøy 20 som er innrettet til å slepe en eller flere seismiske lyttekabler 28 i en vannmasse 22. Lyttekabelen er en forsterket kabel som er innrettet til å taues gjennom vannet 22, og kan omfatte en eller flere optiske fibere (som ikke er vist) og en eller flere elektriske ledere (som ikke er vist). Fartøyet 20, eller et annet fartøy (som ikke er vist), kan slepe en seismisk energikilde 26 som kan være en luftkanon, eller en oppstilling av slike kanoner. Det seismiske fartøyet 20 kan omfatte et registreringssystem 24 som omfatter navigasjons-utstyr for å bestemme den geografiske posisjonen til fartøyet 20 og hver enkelt av kilden 26, og et flertall av seismiske sensorer 30A-30D på den ene eller de flere lyttekablene 28. Registreringssystemet kan omfatte en anordning for å detektere og registrere signaler som er generert av hver av sensorene 30A-30H som er indeksert i forhold til aktiverings-tid for kilden 26. Fartøyet 20 kan omfatte, innen registreringssystemet 24, en kildestyringsenhet for presis tidsaktivering av kilden.

Sensorene 30A-30H kan konfigureres i hovedsak som vist og som forklart med referanse til Figur 1, hvor hver sensor 30A-30H omfatter bølgelengdeselektive reflektorer som er operative på en forskjellig bølgelengde. Antallet sensorer som er vist i Figur 2, er kun ment for å illustrere den generelle konfigurasjonen til en seismisk sensoroppstilling og er ikke ment å begrense oppfinnelsens omfang.

Under operasjon aktiveres kilden 26 periodisk, og seismisk energi beveger seg generelt ut fra sensoren. Den seismiske energien trenger inn i havbunnen 32 inntil den reflekteres fra en eller flere akustiske impedansgrenseflater (som ikke er vist) i undergrunnen 34. Reflektert seismisk energi detekteres av sensorene 30A-30H. Signaler som tilsvarer den detekterte seismiske energien, kan prosesseres ifølge en hvilken som helst av de mange fremgangsmåtene som er kjent

innen fagfeltet.

Figur 3 viser en alternativ utførelse av lyskilde/detektor-modulen 11A som omfatter frekvensdelt multipleksing for å muliggjøre utspørring av flere individuell sensorer som bruker det samme antallet av kildelinjer og signalretur-linjer. Modulen 11A omfatter samme type lyskilde 10 som i den foregående utførelsen, nemlig et flertall av laserdioder eller liknende kilde som gir kombinerte individuelle bølgelengder av lys til kildelinjen (16 i Figur 1). I den foreliggende utførelsen modifiseres lysutgangen av kilden 10 av modulator 13. Modulering omfatter å variere lysutgangen ifølge en valgt frekvens og bølgeform. En,egnet modulasjons-teknikk presenteres i U.S. Patent No. 4,648,083 gitt til Giallorenzi og omfattes her ved referanse. Slike modulasjons-teknikker blir referert til som "frekvensdelt multipleksing". En signalgenerator (som ikke er vist separat) danner en del av modulatoren 13 og driver også en demodulator 15A, 15B, 15C som er koplet til den elektriske utgangen av hver av fotodetektorene 14A, 14B, 14C. Fotodetektorene 14A, 14B, 14C er i hovedsak som beskrevet med referanse til Figur 1 og gir en signalutgang for hver bølgelengde \ i~ Xn-Demodulatoren gir. en separat signalutgang for hver modulasjonsfrekvensYi~Yn- Et system som har en lyskilde/detektormodul som vist i Figur 3, kan utspørre så mange individuelle sensorer som produktet av antallet frekvenser og antallet bølgelengder.

Et utførelseseksempel av et sensorsystem som bruker den kombinerte frekvensdelt multipleksede/bølgelengdedelt multipleksede telemetrien, er vist i Figur 4. Lys fra kilden (10 i Figur 3), som er blitt modulert av et flertall av forskjellige bærefrekvenser, sendes langs en inngangslinje 16A, 16B for hver frekvensYi/Y2frespektive. Underopp-stillinger av sensorer, omfattende inngangskoplere IC, sensorer S, bølgelengdeselektive Faraday-rotatorspeil F, referanser R, og returkoplere R, kan lages i hovedsak som forklart ovenfor med referanse til Figur 1. Lys som returneres på en returlinje, vil bestå av multiple modulasjonsfrekvenser slik det er vist ved 18A i Figur 4.

En annen implementering bruker telemetri med bølgelengdedelt multipleksing (WDM) kombinert med telemetri med tidsdelt multipleksing (TDM). Et eksempel på en slik implementering er vist i Figur 5. En lyskilde 10A omfatter en modulator {som ikke er vist separat) for å få kilden 10A til å sende ut lyspulser med en valgt pulsrate og pulsbredde. Kilden 10A omfatter et- flertall av optiske bølgelengder som er vist som kun to bølgelengder (Ai og A2) for å forenkle illustrasjonen. Systemet omfatter to sensorenheter, SUAog SUB, som hver omfatter inngangskoplere IC, sensorer S, referansespoler R, bølgelengdeselektive reflektorer F og returkoplere RC. Føleenhetene SUAog SUB kan lages i hovedsak slik det er forklart med referanse til Figur 1 for at et flertall av lysbølgelengder kan multiplekses langs en enkelt lysinngangslinje 16 og returneres på en enkelt linje 18. Lyspulsen på inngangslinjen 16 når SUAog tidsforsinkes før den når SUB ved bruk av en forsinkelseslinje D som kan dannes av en lengde av optisk fiber. På returlinje 18 vil lys fra SUB forsinkes en valgt tid før det når den andre sensorenheten SUa. Returlyset kan demultiplekses i en demultiplekser 32 som tidsrefereres til kilden 10A, slik at signaler fra hver sensorenhet SUaog SUB kan separeres. Individuelle sensorsignaler identifiseres derved i forhold til sensorenheten {basert på tidsforsinkelsen) og på den individuelle bølgelengden som vist i Figur 5.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forhold til et begrenset antall utførelser, vil en fagmann som har fordel av denne beskrivelsen, forstå at andre utførelser kan anordnes som ikke avviker fra omfanget av oppfinnelsen slik den er presentert her. Følgelig skal oppfinnelsens omfang kun begrenses av de vedheftede kravene.

Claims

1. Fiberoptisk sensoroppstilling, omfattende: - en første sensorfiber og en første referansefiber som hver er koplet ved en ende derav til en side av en første optisk kopling; - en første bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den første sensorfiberen og den første referansefiberen; - en andre sensorfiber som er koplet ved en ende til en side av en andre optisk kopling, der den annen side av den andre optiske koplingen er koplet, til en motstående side av en av de første bølgelengdeselektive reflektorene som er koplet på en side til den første sensorfiberen og den første referansefiberen; og - en andre bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den andre sensorfiberen og den andre referansefiberen, der de andre bølgelengde-selektive reflektorene er operative ved en bølgelengde som er forskjellig fra en operativ bølgelengde for de første bølgelengdeselektive reflektorene.

2. Oppstilling ifølge krav 1, hvor de første og de andre optiske koplingene hver danner et optisk interferometer i forhold til de første og de andre sensorfibrene og referansefibrene.

3. Oppstilling ifølge krav 1, videre omfattende en signalreturlinje som er koplet til nevnte ene side av den første optiske koplingen og som er koplet til nevnte ene side av den andre optiske koplingen.

4. Oppstilling ifølge krav 1, videre omfattende en optisk isolator som er anordnet mellom den annen side av den andre optiske koplingen og den ene av de første bølgelengde-selektive reflektorene som er optisk koplet til den andre optiske koplingen.

5. Oppstilling ifølge krav 1, videre omfattende en lyskilde med multippel bølgelengde som er koplet til den annen side av den første optiske koplingen.

6. Oppstilling ifølge krav 1, videre omfattende en frekvensmodulator som er operativt koplet til lyskilden for å muliggjøre frekvensdelt multipleksing av signaler.

7. Oppstilling ifølge krav 1, videre omfattende et flertall av tilleggssensorer, der hver tilleggssensor omfatter en sensorfiber, en referansefiber, en optisk kopling og en bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til en ende av hver sensorfiber og referansefiber, der de bølgelengde-selektive reflektorene for hver tilleggssensor er operative på en bølgelengde som er forskjellig fra den operative bølgelengden til de andre sensorene i oppstillingen.

8. Oppstilling ifølge krav 7, hvor flertallet av tilleggssensorer er delt inn i et flertall sensorgrupper, der hver gruppe omfatter minst to av sensorene, der minst to av gruppene er koplet til hverandre gjennom en optisk forsinkelseslinje, der oppstillingen videre omfatter en. modulator som er koplet til lyskilden, der modulatoren er innrettet til å pulse lyskilden for å muliggjøre deteksjon av tidsdelte multiplekssignaler fra hver av de minst to sensorgruppene.

9. Oppstilling ifølge krav 1, videre omfattende en polarisasjonsstråledeler som er anordnet mellom en lyskilde og den annen side av.den første optiske koplingen.

10. Oppstilling ifølge krav 1, hvor den første referansefiberen omfatter en følefiber som har en arbeidslysbane i motsatt retning til en operativ lysbane i den første sensorfiberen.

11. Oppstilling ifølge krav 1, hvor minst en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et Bragg-gitter.

12. Oppstilling ifølge krav 1, hvor minst en av de første og de andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et bølgelengdeselektivt speil.

13. Oppstilling ifølge krav 1, hvor de første og de andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter Faraday-rotatorspéil.

14. Marinseismisk sensorsystem, omfattende: - et seismisk fartøy innrettet til å slepe minst en lyttekabel; og - minst en seismisk lyttekabel som er koplet til fartøyet, der nevnte minst ene lyttekabel omfatter minst en sensoroppstilling derpå, der den minst ene sensoroppstillingen omfatter en første sensorfiber og en første referansefiber som er koplet ved en ende. derav til en side av en første optisk kopling, der den minst ene sensoroppstillingen omfatter en første bølgelengde-selektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den første sensorfiberen og den første referansefiberen, der den minst ene sensoroppstillingen omfatter en andre sensorfiber som er koplet ved en ende til en side av en andre optisk kopling, der den annen side av den optiske koplingen er koplet til en motstående side av en av de første bølgelengdeselektive reflektorene som er koplet på en side til den første sensorfiberen og den første referansefiberen, og den minst ene sensoroppstillingen omfattende en andre bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til den annen ende av hver av den andre sensorfiberen og den andre referansefiberen, der de andre bølgelengde- selektive reflektorene er operative ved en bølgelengde som er forskjellig fra en operativ bølgelengde til de første bølgelengdeselektive reflektorene.

15. System ifølge krav 14, hvor de første og andre optiske koplingene hver danner et optisk interferometer i forhold til de første og andre sensorfibrene og referansefibrene.

16. System ifølge krav 14, .videre omfattende en signalreturlinje som er koplet til nevnte ene side av den første optiske koplingen, og som er koplet til nevnte ene side av den andre optiske koplingen..

17. System ifølge krav 14, videre omfattende en optisk isolator som er anordnet mellom den annen side av den andre optiske koplingen og den ene av de første bølgelengde-selektive reflektorene som er optisk koplet til den andre optiske koplingen.

18. System ifølge krav 14, videre omfattende en lyskilde med multippel bølgelengde som er koplet til den annen side av den første optiske koplingen.

19. System ifølge krav 14, videre omfattende en frekvensmodulator som er operativt koplet til lyskilden, for å muliggjøre frekvensdelt multipleksing av signaler.

20. System ifølge krav 14, videre omfattende et flertall av tilleggssensorer, der hver tilleggssensor omfatter en sensorfiber, en referansefiber, en optisk kopling og en bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til en ende av hver sensorfiber og referansefiber, der de bølgelengde-selektive reflektorene for hver tilleggssensor er operative på en bølgelengde som er forskjellig fra den operative bølgelengden til de andre sensorene i oppstillingen.

21. System ifølge krav 20, hvor nevnte flertall av tilleggssensorer er delt inn i et flertall av sensorgrupper, der hver gruppe omfatter minst to av sensorene, der minst to av gruppene er koplet til hverandre gjennom en optisk forsinkelseslinje, der oppstillingen videre omfatter en modulator som er koplet til lyskilden, der modulatoren er innrettet til å pulse lyskilden for å muliggjøre deteksjon av tidsdelt multipleksede signaler fra hver av de minst to sensorgruppene.

22. System ifølge krav 14, videre omfattende en polarisasjonsbølgedeler som er anordnet mellom en lyskilde og den annen side av den første optiske koplingen.

23. System ifølge krav 14, hvor den første referansefiberen omfatter en følefiber som har en arbeidslysbane i den motsatte retningen av en arbeidslysbane i den første sensorfiberen.

24. System ifølge krav 14, hvor minst en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et Bragg-gitter.

25. System ifølge krav 14, hvor minst en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et bølgelengdeselektivt speil.

26. System ifølge krav 14, hvor de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter Faraday-rotatorspeil.

27. Optisk sensoroppstilling, omfattende: - en første optisk sensor omfattende en første følefiber og en første bølgelengdeselektiv reflektor ved en ende av den første følefiberen, der den annen ende av den første følefiberen er koplet til en optisk signallinje; og - en andre optisk sensor omfattende en andre følefiber og en andre bølgelengdeselektiv reflektor ved en ende av den andre følefiberen, der den annen ende av den andre følefiberen er koplet til den optiske signallinjen, der de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene er operative ved lysbølgelengder som er forskjellige fra hverandre.

28. Oppstilling ifølge krav 27, hvor hver av de første og andre optiske sensorene omfatter en referansefiber, der hver referansefiber og hver av de første og andre følefibrene er respektivt koplet til et første og et andre interferometer.

29. Oppstilling ifølge krav 27, hvor minst en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et Bragg-gitter.

30. Oppstilling ifølge krav 27, hvor minst en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et bølgelengdeselektivt speil.

31. Oppstilling ifølge krav 27, videre omfattende en signalreturlinje som er koplet til en side av den første optiske sensoren og som er koplet til en side av den andre optiske sensoren.

32. Oppstilling ifølge krav 27,videre omfattende en optisk isolator som er anordnet mellom den første optiske sensoren og den andre optiske sensoren, der de første og andre optiske sensorene er koplet i serie langs den optiske signallinjen.

33. Oppstilling ifølge krav 27, videre omfattende en frekvensmodulator som er operativt koplet til lyskilden for å muliggjøre frekvensdelt multipleksing av signaler.

34. Oppstilling ifølge krav 27, videre omfattende et flertall av tilleggssensorer, der hver tilleggssensor omfatter en sensorfiber, en referansefiber, en optisk kopling og en bølgelengdeselektiv reflektor som er koplet til en ende av hver sensorfiber og referansefiber, der de bølgelengde-selektive reflektorene for hver tilleggssensor er operative ved en bølgelengde som er forskjellig fra den operative bølgelengden til de andre sensorene i oppstillingen.

35. Oppstilling ifølge krav 34, hvor nevnte flertall av tilleggssensorer er delt inn i et flertall av sensorgrupper, der hver gruppe omfatter minst to av sensorene, der minst to av gruppene er koplet til hverandre gjennom en optisk forsinkelseslinje, der oppstillingen videre omfatter en modulator som er koplet til lyskilden, der modulatoren er innrettet til å pulse lyskilden for å muliggjøre deteksjon av tidsdelt multipleksede signaler fra hver av de minst to sensorgruppene.

36. Oppstilling ifølge krav 27, videre omfattende en polarisasjonsbølgedeler som er anordnet mellom en lyskilde og den annen side av den første optiske koplingen.

37. Oppstilling ifølge krav 27, hvor den første referansefiberen omfatter en følefiber som har en arbeidslysbane i den motsatte retningen av en arbeidslysbande i den første sensorfiberen.

38. Oppstilling ifølge krav 27, hvor minst-en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et Bragg-gitter.

39. Oppstilling ifølge krav 27, hvor minst en av de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter et bølgelengdeselektivt speil.

40. Oppstilling ifølge krav 27, hvor de første og andre bølgelengdeselektive reflektorene omfatter Faraday-rotatorspeil.