RU2741772C1 - Cable section of towed fibre-optic hydroacoustic streamer - Google Patents
Cable section of towed fibre-optic hydroacoustic streamer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741772C1 RU2741772C1 RU2019140966A RU2019140966A RU2741772C1 RU 2741772 C1 RU2741772 C1 RU 2741772C1 RU 2019140966 A RU2019140966 A RU 2019140966A RU 2019140966 A RU2019140966 A RU 2019140966A RU 2741772 C1 RU2741772 C1 RU 2741772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optic
- optical
- core
- hydroacoustic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники, предназначенной для проведения квазираспределенных гидроакустических измерений с использованием буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы.The invention relates to the field of technology, intended for conducting quasi-distributed hydroacoustic measurements using a towed fiber-optic hydroacoustic streamer.
Известно устройство, представляющее массив волоконно-оптических гидрофонов в кабеле (патент US 2005/0174887 А1). Устройство состоит из сердцевины, массива волоконно-оптических гидрофонов и внешней оболочки. Сердцевина включает в себя временные модули и связной модуль со связным оптическим волокном, которые скручены вокруг силового элемента, на сердцевину нанесена оболочка. Каждый волоконно-оптический гидрофон из массива включает в себя конструкцию, увеличивающую гидроакустическую чувствительность оптического волокна, которая представляет собой полый сердечник, намотанное на конструкцию оптическое волокно, которое входит в оптическую схему, образованную двумя волоконно-оптическими отражателями, более конкретно волоконно-оптическими зеркалами и волоконно-оптическим разветвителем 1 в 2. Причем первый порт волоконно-оптического разветвителя оптически подсоединен к связному оптическому волокну, второй порт - к первому отражающему элементу, а третий - к намотанному оптическому волокну, которое оптически соединено с первым портом следующего волоконно-оптического разветвителя с вышеописанными аналогичными связями. Таким образом, второе волоконно-оптическое зеркало для волоконно-оптического гидрофона с номером n является первым отражающим элементом для волоконно-оптического гидрофона с номером n+1. Вышеописанные компоненты оптической схемы каждого волоконно-оптического гидрофона размещаются внутри полости, образованной локальным удалением оболочки и временных модулей, над полостью размещается полый сердечник, закрывая полость полностью. В пустое пространство в полости вводится жидкий или гелевый заполнитель. На конструкцию локально наносится внешняя оболочка, ее края герметизируются.A device is known that represents an array of fiber-optic hydrophones in a cable (US patent 2005/0174887 A1). The device consists of a core, an array of fiber optic hydrophones and an outer jacket. The core includes temporary modules and a communication module with a communication optical fiber, which are twisted around a power element, a sheath is applied to the core. Each fiber optic hydrophone from the array includes a structure that increases the hydroacoustic sensitivity of the optical fiber, which is a hollow core wound around the structure of optical fiber that is included in an optical circuit formed by two fiber optic reflectors, more specifically fiber optic mirrors and fiber-optic splitter 1 to 2. Moreover, the first port of the fiber-optic splitter is optically connected to the connected optical fiber, the second port to the first reflective element, and the third to the wound optical fiber, which is optically connected to the first port of the next fiber-optic splitter with the above-described similar links. Thus, the second numbered fiber optic mirror for the n + 1 fiber optic hydrophone is the first reflective element for the n + 1 fiber optic hydrophone. The above-described components of the optical circuit of each fiber-optic hydrophone are located inside the cavity formed by the local removal of the shell and temporary modules, a hollow core is placed above the cavity, covering the cavity completely. A liquid or gel filler is introduced into the void space in the cavity. An outer shell is locally applied to the structure, its edges are sealed.
Недостатки данного решения:Disadvantages of this solution:
- неоднородный диаметр чувствительного элемента волоконно-оптической гидроакустической измерительной системы, который появился из-за конструкции, увеличивающей гидроакустическую чувствительность оптического волокна, диаметр которой больше, чем диаметр сердцевины, что ухудшает гидродинамические свойства массива волоконно-оптических гидрофонов в кабеле при его буксировке;- the non-uniform diameter of the sensitive element of the fiber-optic hydroacoustic measuring system, which appeared due to the design that increases the hydroacoustic sensitivity of the optical fiber, the diameter of which is larger than the diameter of the core, which worsens the hydrodynamic properties of the array of fiber-optic hydrophones in the cable during its towing;
- полное удаление временных модулей нарушает жесткость сердцевины, что приводит неравномерность радиуса изгиба при эксплуатации.- complete removal of temporary modules violates the rigidity of the core, which leads to uneven bending radius during operation.
Известно устройство, представляющее акустооптический волоконный кабель (патент RU 2602422). Устройство состоит из внешней оболочки, покрывающей сердцевину, которая содержит полимерную основу и размещенные внутри нее силовой элемент, модуль изолированных электрических проводов, оптическую линию связи, временное заполнение, массив волоконно-оптических гидрофонов и оптико-электронные модули. Все вышеперечисленные элементы размещаются продольно внутри полимерной основы. Причем для размещения оптико-электронных модулей вырезается часть полимерной основы, необходимая для их размещения. Массив волоконно-оптических гидрофонов представляет собой двулучепреломляющее оптическое волокно с записанными в него волоконными брэгговскими решетками, используемыми в качестве волоконно-оптических отражателей, покрытое слоем материала с коэффициентом Пуассона более 0.35 и размещенное в освободившемся пространстве после удаления временного заполнения из полимерной основы. При этом рядом с каждым массивом волоконно-оптических гидрофонов размещен оптико-электронный модуль, с которым он оптически соединен, причем все оптико-электронные модули оптически соединены друг с другом посредством связных оптических волокон.A device is known that represents an acousto-optic fiber cable (patent RU 2602422). The device consists of an outer shell covering a core, which contains a polymer base and a power element located inside it, a module of insulated electrical wires, an optical communication line, a temporary filling, an array of fiber-optic hydrophones and optoelectronic modules. All of the above elements are placed longitudinally inside the polymer base. Moreover, to place the optoelectronic modules, a part of the polymer base is cut out, which is necessary for their placement. An array of fiber-optic hydrophones is a birefringent optical fiber with recorded fiber Bragg gratings used as fiber-optic reflectors, covered with a layer of material with Poisson's ratio of more than 0.35 and placed in the vacant space after removing the temporary filling from the polymer base. In this case, an optoelectronic module is placed next to each array of fiber optic hydrophones, with which it is optically connected, and all optoelectronic modules are optically connected to each other by means of communication optical fibers.
Недостатки данного решения:Disadvantages of this solution:
- силовой элемент, оптическая линия связи и модуль изолированных электрических проводов размещены несимметрично в поперечном сечении сердцевины и не имеют скрутки вдоль продольной оси сердцевины, что сильно ограничивает минимальный радиус изгиба акустооптического волоконного кабеля из-за избыточного растяжения или избыточного сжатия элементов внутри;- the power element, the optical communication line and the module of insulated electrical wires are placed asymmetrically in the cross-section of the core and do not have twisting along the longitudinal axis of the core, which greatly limits the minimum bending radius of the acousto-optic fiber cable due to excessive stretching or excessive compression of the elements inside;
- продольное размещение чувствительного оптического волокна в покрытии значительно ограничивает длину волокна и, следовательно, его гидроакустическую чувствительность.- longitudinal placement of a sensitive optical fiber in the coating significantly limits the length of the fiber and, consequently, its hydroacoustic sensitivity.
Известно устройство, массив волоконно-оптических гидроакустических сенсоров в кабеле, выбранное в качестве прототипа к предлагаемому устройству (патент US 2012/0227504 А1), которое состоит из размещенных во внешней оболочке сердцевины и массива волоконно-оптических гидрофонов. Сердцевина включает в себя связной модуль со связными оптическими волокнами, вокруг которого повит силовой элемент, а каждый волоконно-оптический гидрофон из массива включает в себя корпуса для размещения оптической схемы, оптическую схему с оптическим волокном и конструкцию, увеличивающую гидроакустическую чувствительность оптического волокна, которая представляет собой два полимерных слоя, выполненных из эластичного материала. Оптическая схема является интерферометрической, причем оптическое волокно является ее чувствительным плечом. При этом оптическое волокно намотано на конструкцию, увеличивающую гидроакустическую чувствительность оптического волокна, а именно, находится между первым и вторым полимерными слоями. Остальные компоненты оптической схемы размещены в корпусах. Конструкция для увеличения гидроакустической чувствительности оптического волокна размещена по всей длине сердцевины, при этом оптическое волокно намотано на нее только в требуемых местах, а корпуса, с уложенной внутри оптической схемой, размещаются поверх второго полимерного слоя. Входное оптическое волокно оптической схемы оптически соединено со связным оптическим волокном из связного модуля. Поверх второго полимерного слоя и корпусов нанесена внешняя оболочка, а полость, образованная между внешней оболочкой и вторым полимерным слоем заполнена жидким или гелеобразным заполнителем.Known device, an array of fiber-optic hydroacoustic sensors in the cable, selected as a prototype for the proposed device (patent US 2012/0227504 A1), which consists of placed in the outer shell of the core and an array of fiber-optic hydrophones. The core includes a communication module with connected optical fibers, around which a power element is twisted, and each fiber-optic hydrophone from the array includes housings for placing an optical circuit, an optical circuit with an optical fiber and a structure that increases the hydroacoustic sensitivity of the optical fiber, which represents are two polymer layers made of elastic material. The optical scheme is interferometric, and the optical fiber is its sensitive arm. In this case, the optical fiber is wound on a structure that increases the hydroacoustic sensitivity of the optical fiber, namely, it is located between the first and second polymer layers. The rest of the optical components are housed in housings. The structure for increasing the hydroacoustic sensitivity of the optical fiber is placed along the entire length of the core, while the optical fiber is wound on it only in the required places, and the housings, with the optical circuit laid inside, are placed on top of the second polymer layer. The input optical fiber of the optical circuit is optically connected to the communication optical fiber from the communication module. An outer shell is applied over the second polymeric layer and housings, and the cavity formed between the outer shell and the second polymeric layer is filled with a liquid or gel-like filler.
Недостатком известного решения является наличие выступающих за диаметр сердцевины корпусов, в которых размещается оптическая схема, а для того, чтобы сохранить однородность диаметра, нанесена внешняя оболочка поверх корпусов и сердцевины так, что между оболочкой и сердцевиной остается пустое пространство, которое заполняется жидким или гелеобразным заполнителем. Это приводит к общему увеличению диаметра вышеописанного чувствительного элемента волоконно-оптической гидроакустической измерительной системы, что увеличивает его гидродинамическое сопротивление во время его буксировки и «сухой» вес.The disadvantage of the known solution is the presence of housings protruding beyond the core diameter, in which the optical circuit is located, and in order to maintain the uniformity of the diameter, an outer shell is applied over the housings and the core so that an empty space remains between the shell and the core, which is filled with a liquid or gel-like filler ... This leads to an overall increase in the diameter of the above-described sensor element of the fiber-optic hydroacoustic measuring system, which increases its hydrodynamic resistance during towing and "dry" weight.
Техническая проблема, решаемая заявляемым решением -совершенствование конструкции кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы.The technical problem solved by the claimed solution is to improve the design of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer.
Достигаемый технический результат - снижение шумов буксировки и гидродинамического сопротивления при эксплуатации кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы.The achieved technical result is the reduction of towing noise and hydrodynamic resistance during operation of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer.
Заявляемый технический результат достигается за счет уменьшения внешнего диаметра и обеспечения его однородности на протяжении всей длины кабельной секции при сохранении разрывной нагрузки, большого числа волоконно-оптических гидрофонов и околонулевой плавучести в морской воде.The claimed technical result is achieved by reducing the outer diameter and ensuring its uniformity throughout the entire length of the cable section while maintaining the breaking load, a large number of fiber-optic hydrophones and near-zero buoyancy in sea water.
Поставленная задача решается следующим образом.The task is solved as follows.
Кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы включает:The cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer includes:
- размещенные во внешней оболочке сердцевину с массивом волоконно-оптических гидрофонов;- a core with an array of fiber-optic hydrophones placed in the outer shell;
- сердцевина включает силовой элемент, и, по крайней мере, один связной модуль;- the core includes a power element and at least one communication module;
- каждый такой связной модуль содержит, по крайней мере, одно связное оптическое волокно;- each such communication module contains at least one communication optical fiber;
- каждый волоконно-оптический гидрофон из массива волоконно-оптических гидрофонов содержит оптическую схему, оптическое волокно, конструкцию, увеличивающую его гидроакустическую чувствительность и представляющую собой два полимерных слоя из эластичного материала, нанесенных по всей длине сердцевины, в то время как, оптическое волокно намотано на первый полимерный слой только в месте установки волоконно-оптического гидрофона и покрыто вторым полимерным слоем;- each fiber-optic hydrophone from the array of fiber-optic hydrophones contains an optical circuit, an optical fiber, a structure that increases its hydroacoustic sensitivity and represents two polymer layers of elastic material applied along the entire length of the core, while the optical fiber is wound on the first polymer layer only at the location of the fiber-optic hydrophone and is covered with the second polymer layer;
- при этом оптическая схема каждого волоконно-оптического гидрофона является интерферометрической и оптическое волокно является ее чувствительным плечом;- in this case, the optical scheme of each fiber-optic hydrophone is interferometric and the optical fiber is its sensitive arm;
- вместе с тем, по крайней мере, первая оптическая схема в массиве волоконно-оптических гидрофонов оптически соединена, по крайней мере, с одним связным оптическим волокном и при этом все оптические схемы волоконно-оптических гидрофонов в массиве оптически соединены друг с другом.- at the same time, at least the first optical circuit in the array of fiber-optic hydrophones is optically connected to at least one communication optical fiber, and all the optical circuits of the fiber-optic hydrophones in the array are optically connected to each other.
Согласно предлагаемому изобретению, сердцевина с вышеперечисленными элементами дополнительно содержит не менее двух временных модулей, каждый из которых представляет собой протяженный цилиндр из полимерного материала, и фигурный сердечник, который нанесен экструзионным способом по всей длине силового элемента и представляет собой слой полимерного материала, на поверхности которого расположены четыре и более пазов, каждый из которых размещен по траектории трехмерной спирали с постоянным шагом витков. Пазы предназначены для размещения в них на протяжении всей длины двух и более связных модулей, двух и более временных модулей, причем в поперечном сечении пазы с одинаковым заполнением располагаются на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Оптические схемы волоконно-оптических гидрофонов из массива размещены локально в пазах в освободившихся пространствах вместо предварительно локально удаленных частей временного модуля в местах установки волоконно-оптических гидрофонов; причем пустоты между волоконно-оптическим компонентами заполнены гелеобразным заполнителем.According to the proposed invention, the core with the above elements additionally contains at least two temporary modules, each of which is an extended cylinder made of polymer material, and a shaped core, which is applied by the extrusion method along the entire length of the power element and is a layer of polymer material on the surface of which there are four or more grooves, each of which is located along the trajectory of a three-dimensional spiral with a constant pitch of turns. The slots are designed to accommodate two or more connected modules, two or more temporary modules in them along the entire length, and in the cross section, the slots with the same filling are located at the same angular distance from each other. The optical circuits of the fiber-optic hydrophones from the array are located locally in the slots in the vacated spaces instead of previously locally remote parts of the temporary module in the places where the fiber-optic hydrophones are installed; and the voids between the fiber optic components are filled with a gel-like filler.
Для обеспечения околонулевой плавучести в морской воде фигурный сердечник выполнен из полимерного материала с плотностью меньше, чем 1 г/см3.To ensure near-zero buoyancy in seawater, the figured core is made of a polymer material with a density less than 1 g / cm 3 .
Для увеличения количества гидрофонов, обеспечивающих более высокое разрешение сейсмической съемки, в кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы сердцевина содержит более одного массива волоконно-оптических гидрофонов, при этом каждый из массивов волоконно-оптических гидрофонов оптически соединен, по крайней мере, с одним связным оптическим волокном.To increase the number of hydrophones, providing a higher resolution of seismic survey, in the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer, the core contains more than one array of fiber-optic hydrophones, while each of the arrays of fiber-optic hydrophones is optically connected to at least one connected optical fiber.
Для обеспечения возможности подсоединения внешних электрических устройств на протяжении всей длины кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы в фигурном сердечнике содержится дополнительно два и более пазов, в которых размещены два и более электрических модулей, каждый из которых содержит, по крайней мере, один электрический провод в изоляции.To ensure the possibility of connecting external electrical devices along the entire length of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer, the figured core contains additionally two or more grooves in which two or more electrical modules are located, each of which contains at least one electrical wire in isolation.
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующим.The essence of the claimed invention is illustrated as follows.
При эксплуатации кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы внешняя оболочка защищает расположенные внутри нее элементы от механических повреждений, химического воздействия морской воды и ультрафиолетового излучения. Силовой элемент предотвращает избыточное растяжение остальных элементов при буксировке чувствительного элемента волоконно-оптической гидроакустической измерительной системы. СDuring operation of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer, the outer shell protects the elements located inside it from mechanical damage, chemical effects of sea water and ultraviolet radiation. The force element prevents excessive stretching of the remaining elements when towing the sensing element of the fiber-optic hydroacoustic measuring system. FROM
Связные модули и, более конкретно, связные оптические волокна обеспечивают оптическую связь между массивом волоконно-оптических гидрофонов и опрашивающим оборудованием, а также могут обеспечивать оптическую связь между волоконно-оптическими гидрофонами в массиве. В обоих случаях связное оптическое волокно оптически соединяется с оптической схемой гидрофона, которая является интерферометрической, причем чувствительным плечом интерферометра является оптическое волокно; при этом гидроакустический сигнал, воздействующий на него, вносит дополнительный сдвиг фазы в распространяющееся по оптическому волокну оптическое излучение, а для увеличения этого эффекта оптическое волокно намотано на конструкцию, увеличивающую его гидроакустическую чувствительность, а именно намотано на первый полимерный слой и покрыто сверху вторым полимерным слоем.The communication modules, and more specifically the communication optical fibers, provide optical communication between an array of fiber optic hydrophones and polling equipment, and may also provide optical communication between fiber optic hydrophones in the array. In both cases, the coupled optical fiber is optically coupled to the optical circuit of the hydrophone, which is interferometric, with the optical fiber being the sensitive arm of the interferometer; in this case, the hydroacoustic signal, acting on it, introduces an additional phase shift into the optical radiation propagating along the optical fiber, and to increase this effect, the optical fiber is wound on a structure that increases its hydroacoustic sensitivity, namely, wound on the first polymer layer and covered on top with a second polymer layer ...
Фигурный сердечник выполняет несколько функций: является твердотельным заполнителем внутреннего пространства и размещает в своих пазах связные модули, временные модули и оптические схемы, которые укладываются в освободившееся пространство в пазу после удаления частей временных модулей; таким образом, временные модули резервируют пространство для оптических схем. Пазы, идущие по траектории трехмерной спирали с постоянным шагом витков, снижают минимальный радиус изгиба кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы благодаря однонаправленной скрутке вдоль ее центральной оси; причем пазы с одинаковым заполнением располагаются на одинаковом угловом расстоянии друг от друга для предотвращения неравномерности изгиба кабельной секции вследствие различия жесткостей размещаемых внутри пазов фигурного сердечника элементов. Для заполнения пустот между волоконно-оптическими компонентами в паз с ними вводится гелеобразный заполнитель, который обеспечивает отсутствие продавливания полимерных слоев и внешней оболочки вовнутрь паза из-за внешнего гидростатического давления.The shaped core performs several functions: it is a solid filler of the internal space and places in its slots connected modules, temporary modules and optical circuits, which fit into the vacated space in the slot after removing parts of the temporary modules; thus, temporary units reserve space for optical circuits. The grooves along the trajectory of a three-dimensional spiral with a constant pitch of turns reduce the minimum bending radius of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer due to unidirectional twisting along its central axis; moreover, the grooves with the same filling are located at the same angular distance from each other to prevent uneven bending of the cable section due to the difference in rigidity of the elements placed inside the grooves of the shaped core. To fill the voids between the fiber-optic components, a gel-like filler is introduced into the groove with them, which ensures that the polymer layers and the outer shell are not pushed into the groove due to external hydrostatic pressure.
При выполнении фигурного сердечника из материала с плотностью меньше 1 г/см3 можно обеспечить околонулевую плавучесть в морской воде чувствительного элемента волоконно-оптической измерительной системы.When a figured core is made of a material with a density less than 1 g / cm 3, it is possible to provide near-zero buoyancy in sea water of the sensitive element of the fiber-optic measuring system.
Размещение в сердцевине более одного массива волоконно-оптических гидрофонов, каждый из которых подсоединен к связному оптическому волокну, позволяет увеличить общее количество волоконно-оптических гидрофонов, что обеспечивает более высокое разрешение сейсмической съемки.Placing more than one fiber hydrophone array in the core, each connected to a communication optical fiber, increases the total number of fiber hydrophones, resulting in higher seismic resolution.
Кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы с дополнительными двумя и более электрическими модулями обеспечивает электрическим питанием подсоединенные к ним внешние электрические устройства.The cable section of the towed fiber-optic sonar streamer with additional two or more electrical modules provides electrical power to the external electrical devices connected to them.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен волоконно-оптический гидрофон кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы. На фиг. 2 изображена функциональная оптическая схема одного массива на восемь мультиплексированных волоконно-оптических гидрофонов.The essence of the invention is illustrated by drawings. FIG. 1 shows a fiber-optic hydrophone of a cable section of a towed fiber-optic hydroacoustic streamer. FIG. 2 shows a functional optical diagram of a single array of eight multiplexed fiber optic hydrophones.
На фиг. 1 изображен волоконно-оптический гидрофон кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы, который состоит из размещенных во внешней оболочке 1 силового элемента 2, двух и более связных модулей 3, каждый из которых содержит, по крайней мере, одно связное оптическое волокно 4 оптической схемы 5, оптического волокна 6, которое намотано на первый полимерный слой 7 и покрыто вторым полимерным слоем 8, двух и более временных модулей 9, фигурного сердечника 10 и гелеобразного заполнителя 11.FIG. 1 shows a fiber-optic hydrophone of a cable section of a towed fiber-optic hydroacoustic streamer, which consists of two or
На фиг. 2 изображена функциональная оптическая схема массива волоконно-оптических гидрофонов, которая использовалась в качестве оптической схемы конкретного примера выполнения. Она содержит связное оптическое волокно 4 и подсоединенные к нему оптические схемы 5l - 5n, оптическая схема - интерферометрическая, а оптическое волокно 6 - является ее чувствительным плечом. Связное оптическое волокно 4 в местах подсоединения каждого волоконно-оптического гидрофона разрезается, образуя два конца: первый и второй. Каждая оптическая схема за исключением последней содержит первый волоконно-оптический разветвитель 12, первый порт которого оптически соединен с первым концом связного оптического волокна 4, второй порт, имеющий меньшие оптические потери, соединен со вторым концом связного оптического волокна 4, а третий порт соединен со вторым волоконно-оптическим разветвителем 13, у которого второй порт оптически соединен с первым волоконно-оптическим зеркалом 14, а третий порт - с первым концом оптического волокна 6, второй конец которого оптически соединен со вторым волоконно-оптическим зеркалом 15. А последняя оптическая схема 5n не содержит волоконно-оптического разветвителя 12, и первый порт второго волоконно-оптического разветвителя 13 подсоединяется к первому концу связного оптического волокна 4.FIG. 2 shows a functional optical diagram of an array of fiber optic hydrophones, which was used as the optical diagram of a particular embodiment. It contains a connected
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы состоит из размещенных во внешней оболочке 1 сердцевины с массивом волоконно-оптических гидрофонов. Сердцевина состоит из силового элемента 2, двух и более связных оптических модулей 3, каждый из которых содержит, по крайней мере, одно связное оптическое волокно 4. Оптическое излучение, распространяющееся по связному оптическому волокну 4, попадает в первую оптическую схему 51, где волоконно-оптический разветвитель 12 отводит часть оптического излучения к волоконно-оптическому разветвителю 13, а остальное оптическое излучение проходит к последующим оптическим схемам 52 - 5n. При этом оптические схемы 5 размещены вместо локально удаленных частей временного модуля 9 в пазах фигурного сердечника 10. Волоконно-оптический разветвитель 13 делит приходящее оптическое излучение на два плеча: короткое, образованное первым волоконно-оптическим зеркалом 14, и длинное, образованное оптически соединенными оптическим волокном 6 и вторым волоконно-оптическим зеркалом 15, причем для увеличения гидроакустической чувствительности оптическое волокно 6 намотано на первый полимерный слой 7 и покрыто сверху вторым полимерным слоем 8. Оптическое излучение проходит по обоим плечам интерферометрической схемы, отражается от первого и второго волоконно-оптических зеркал 14 и 15 и проходит весь описанный выше оптический путь в обратном направлении. Оптическое излучение, прошедшее по длинному плечу будет иметь больший фазовый сдвиг вследствие воздействия гидроакустического воздействия, чем оптическое излучение, прошедшее по короткому плечу, так как в длинном плече дополнительно установлено оптическое волокно 6.The cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer consists of a core located in the outer shell 1 with an array of fiber-optic hydrophones. The core consists of a
В качестве конкретного примера выполнения кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы предлагается следующее решение.As a specific example of the implementation of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer, the following solution is proposed.
Кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы, включающая, размещенные во внешней оболочке, выполненной из материала BASF Elastollan 1180 толщиной 1 мм, сердцевину с двенадцатью массивами волоконно-оптических гидрофонов, каждый массив содержит по восемь оптически соединенных волоконно-оптических гидрофонов, сердцевина включает силовой элемент, выполненный из арамидных нитей Du Pont Kevlar 49 1W003, диаметр силового элемента 5.4 мм, два связных модуля, представляющих собой трубку диаметром 3 мм с толщиной стенки 0.5 мм, выполненную из материала Valox V3000 HR-1001 с гидрофобный гелем Lunectra 8930С, а каждый такой модуль содержит по восемь связных оптических волокон стандарта G.657.A2, каждый волоконно-оптический гидрофон из массива волоконно-оптических гидрофонов содержит оптическую схему с оптическим волокном, конструкцию, увеличивающую гидроакустическую чувствительность оптического волокна и представляющую собой два полимерных слоя из материала BASF Elastollan soft 35 А толщиной 0.75 мм каждый, нанесенных по всей длине сердцевины, при этом, оптическое волокно стандарта G.657.B3, намотано на первый полимерный слой только в месте установки волоконно-оптического гидрофона с шагом намотки 1.8 мм, длинной 13.5 м и покрыто вторым полимерным слоем, а оптическая схема образована двумя волоконно-оптическими отражателями, представляющими собой волоконно-оптические фарадеевские зеркала, оптически соединенные с двумя волоконно-оптическими разветвителями: первым и вторым, за исключением восьмой, т.е. последней, оптической схемы, у которой отсутствует первый волоконно-оптический разветвитель. Причем первые волоконно-оптические разветвители имеют разные коэффициенты деления, для того чтобы от каждого волоконно-оптического гидрофона приходила одинаковая оптическая мощность, в зависимости от номера волоконно-оптического гидрофона и, соответственно, оптической схемы, коэффициенты следующие: 1 - 10/90, 2 - 12/88, 3 - 15/85, 4 - 18/82, 5 - 23/77, 6 - 32/68, 7 - 49/51, а вторые волоконно-оптические разветвители имеют коэффициент деления 50/50. Связное оптическое волокно разрезается в месте установки волоконно-оптического гидрофона и образуется два конца: первый и второй. К первому концу связного оптического волокна оптически подсоединяется первый порт первого волоконно-оптического разветвителя, второй порт, имеющий меньшие оптические потери, оптически соединен со вторым концом связного оптического волокна, а третий порт оптически соединен с первым портом второго волоконно-оптического разветвителя, у которого второй порт оптически соединен с первым волоконно-оптическим фарадеевским зеркалом, образуя короткое плечо интерферометрической схемы, а третий порт с первым концом оптического волокна, второй конец которого оптически соединен со вторым волоконно-оптическим фарадеевским зеркалом, образуя длинное плечо интерферометрической схемы. А восьмая оптическая схема, являющаяся в массиве последней, не содержит первого волоконно-оптического разветвителя, и первый порт второго волоконно-оптического разветвителя подсоединяется сразу к первому концу связного оптического волокна. Сердцевина дополнительно содержит два временных модуля, каждый из которых представляет собой протяженный цилиндр из материала Elasto DryFlex 500800S диаметром 3 мм, и фигурный сердечник, который нанесен экструзионным способом по всей длине силового элемента и представляет собой слой материала Elasto DryFlex 500800S с внешним диаметром 15 мм, на поверхности которого расположены четыре паза диаметром 4 мм, каждый из которых размещен по траектории трехмерной спирали с шагом витков 480 мм, пазы предназначены для размещения в них на протяжении всей длины двух связных модулей, двух временных модулей, а оптические схемы волоконно-оптических гидрофонов из массива размещены локально в пазах в освободившихся пространствах вместо предварительно локально удаленных частей временного модуля в местах установки волоконно-оптических гидрофонов, а пустоты между волоконно-оптическими компонентами заполнены гидрофобным гелем Lunectra 8930С. В поперечном сечении пазы со связными и временными модулями располагаются через 90 градусов с чередованием. Расстояния между началами намотки оптического волокна, т.е. расстояние между фазовыми центрами составляет 1.44 м, а массивы установлены последовательно друг за другом без промежутков.The cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer, including, placed in an outer shell made of 1 mm thick BASF Elastollan 1180 material, a core with twelve arrays of fiber-optic hydrophones, each array contains eight optically connected fiber-optic hydrophones, the core includes a power element made of Du Pont Kevlar 49 1W003 aramid threads, the diameter of the force element is 5.4 mm, two communication modules, which are a tube with a diameter of 3 mm and a wall thickness of 0.5 mm, made of Valox V3000 HR-1001 material with hydrophobic gel Lunectra 8930C, and each such a module contains eight connected optical fibers of the G.657.A2 standard, each fiber-optic hydrophone from the array of fiber-optic hydrophones contains an optical circuit with an optical fiber, a structure that increases the hydroacoustic sensitivity of the optical fiber and is two polymer layers made of BASF Elastol material lan soft 35 A with a thickness of 0.75 mm each, applied along the entire length of the core, while the optical fiber of the G.657.B3 standard is wound on the first polymer layer only at the installation site of the fiber-optic hydrophone with a winding pitch of 1.8 mm, a length of 13.5 m and covered with a second polymer layer, and the optical circuit is formed by two fiber-optic reflectors, which are fiber-optic Faraday mirrors optically connected to two fiber-optic splitters: the first and the second, with the exception of the eighth, i.e. the last, optical circuit, which lacks the first fiber-optic splitter. Moreover, the first fiber-optic splitters have different division ratios, so that the same optical power comes from each fiber-optic hydrophone, depending on the number of the fiber-optic hydrophone and, accordingly, the optical scheme, the ratios are as follows: 1 - 10/90, 2 - 12/88, 3 - 15/85, 4 - 18/82, 5 - 23/77, 6 - 32/68, 7 - 49/51, and the second fiber optic splitters have a split ratio of 50/50. The connected optical fiber is cut at the location of the fiber optic hydrophone and two ends are formed: the first and the second. The first port of the first fiber-optic splitter is optically connected to the first end of the communication optical fiber, the second port having lower optical loss is optically connected to the second end of the communication optical fiber, and the third port is optically connected to the first port of the second fiber-optic splitter, in which the second the port is optically connected to the first fiber-optic Faraday mirror, forming a short arm of the interferometric circuit, and the third port is with the first end of the optical fiber, the second end of which is optically connected to the second fiber-optic Faraday mirror, forming a long arm of the interferometric circuit. And the eighth optical circuit, which is the last in the array, does not contain the first fiber-optic splitter, and the first port of the second fiber-optic splitter is connected directly to the first end of the connected optical fiber. The core additionally contains two temporary modules, each of which is an extended cylinder made of Elasto DryFlex 500800S material with a diameter of 3 mm, and a figured core, which is extruded along the entire length of the strength element and is a layer of Elasto DryFlex 500800S material with an outer diameter of 15 mm. on the surface of which there are four grooves with a diameter of 4 mm, each of which is placed along the trajectory of a three-dimensional spiral with a pitch of turns of 480 mm, the grooves are intended to be placed in them along the entire length of two communication modules, two temporary modules, and the optical circuits of fiber-optic hydrophones from the arrays are placed locally in grooves in the vacated spaces instead of previously locally remote parts of the temporary module in the places where fiber-optic hydrophones are installed, and the voids between the fiber-optic components are filled with Lunectra 8930C hydrophobic gel. In the cross-section, the slots with the connected and time modules are spaced 90 degrees alternately. Distances between the start of winding of the optical fiber, i.e. the distance between the phase centers is 1.44 m, and the arrays are installed sequentially one after the other without gaps.
Указанная кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы содержит 96 волоконных гидрофонов и обеспечивает на протяжении всей длины внешний однородный диаметр 20 мм. Плотность кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы составляет 1.03 г/см3.The specified cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer contains 96 fiber hydrophones and provides an outer uniform diameter of 20 mm throughout the entire length. The density of the cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer is 1.03 g / cm 3 .
Таким образом, заявляемая кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы обеспечивает более низкие шумы буксировки и сниженное гидродинамическое сопротивление при эксплуатации, что подтверждается проведенным математическим моделированием, которое показало достижение заявляемого технического результата за счет уменьшения внешнего диаметра и обеспечения его однородности на протяжении всей длины, при этом у заявляемой кабельной секции буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы сохраняется разрывная нагрузка, большое число волоконно-оптических гидрофонов и околонулевая плавучесть в морской воде.Thus, the claimed cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer provides lower towing noises and reduced hydrodynamic resistance during operation, which is confirmed by the performed mathematical modeling, which showed the achievement of the claimed technical result by reducing the outer diameter and ensuring its uniformity throughout the entire length, while the inventive cable section of the towed fiber-optic hydroacoustic streamer retains a breaking load, a large number of fiber-optic hydrophones and near-zero buoyancy in sea water.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/000539 WO2021020987A1 (en) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | Cable section of a towed fibre optic hydroacoustic streamer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2741772C1 true RU2741772C1 (en) | 2021-01-28 |
Family
ID=74229515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019140966A RU2741772C1 (en) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | Cable section of towed fibre-optic hydroacoustic streamer |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2741772C1 (en) |
| WO (1) | WO2021020987A1 (en) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4491939A (en) * | 1981-08-13 | 1985-01-01 | The Commonwealth Of Australia | Hydrophone cable |
| JPH02210225A (en) * | 1989-12-26 | 1990-08-21 | Chevron Res Co | Manufacture of optical fiber energy sensor |
| US5363342A (en) * | 1988-04-28 | 1994-11-08 | Litton Systems, Inc. | High performance extended fiber optic hydrophone |
| WO2000054081A1 (en) * | 1999-03-09 | 2000-09-14 | Litton Systems, Inc. | Sensor array cable and fabrication method |
| WO2004034096A2 (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Sabeus Photonics, Inc. | Rugged fiber optic array |
| FR2904699A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-08 | Schlumberger Services Petrol | IMPROVED SINKING TO COVER AN OPTICAL FIBER IN A CABLE |
| US7345952B2 (en) * | 2002-02-19 | 2008-03-18 | Qinetiq Limited | Optical fibre sensors mounted on a cable |
| US9042202B2 (en) * | 2009-06-10 | 2015-05-26 | Optoplan As | Split-element optical hydrophone |
| US9217800B2 (en) * | 2011-12-28 | 2015-12-22 | Geometrics, Inc. | Solid marine seismic cable with an array of hydrophones |
| US9217801B2 (en) * | 2011-03-08 | 2015-12-22 | Pacific Western Bank | Fiber optic acoustic sensor arrays and systems, and methods of fabricating the same |
| RU2602422C1 (en) * | 2015-08-27 | 2016-11-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Acousto-optical fibre cable and method of making same |
| US9941029B2 (en) * | 2013-09-03 | 2018-04-10 | Pgs Geophysical As | Buoyant marine electromagnetic cable assembly |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE29515073U1 (en) * | 1995-09-20 | 1995-12-07 | Maaß, Uwe, 51491 Overath | Device for displaying moving images in the background of a stage |
| RU50034U1 (en) * | 2005-05-19 | 2005-12-10 | Авдеев Алексей Анатольевич | ADVERTISING AND INFORMATION MOBILE DEVICE |
| US20110181837A1 (en) * | 2008-07-14 | 2011-07-28 | Ian Christopher O'connell | Method and system for producing a pepper's ghost |
| RU92547U1 (en) * | 2009-12-04 | 2010-03-20 | Леонид Михайлович Файнштейн | DEVICE FOR PROJECTING PSEUDO VOLUME IMAGES |
-
2019
- 2019-08-01 WO PCT/RU2019/000539 patent/WO2021020987A1/en active Application Filing
- 2019-08-01 RU RU2019140966A patent/RU2741772C1/en active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4491939A (en) * | 1981-08-13 | 1985-01-01 | The Commonwealth Of Australia | Hydrophone cable |
| US5363342A (en) * | 1988-04-28 | 1994-11-08 | Litton Systems, Inc. | High performance extended fiber optic hydrophone |
| JPH02210225A (en) * | 1989-12-26 | 1990-08-21 | Chevron Res Co | Manufacture of optical fiber energy sensor |
| WO2000054081A1 (en) * | 1999-03-09 | 2000-09-14 | Litton Systems, Inc. | Sensor array cable and fabrication method |
| US7345952B2 (en) * | 2002-02-19 | 2008-03-18 | Qinetiq Limited | Optical fibre sensors mounted on a cable |
| WO2004034096A2 (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Sabeus Photonics, Inc. | Rugged fiber optic array |
| FR2904699A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-08 | Schlumberger Services Petrol | IMPROVED SINKING TO COVER AN OPTICAL FIBER IN A CABLE |
| US9042202B2 (en) * | 2009-06-10 | 2015-05-26 | Optoplan As | Split-element optical hydrophone |
| US9217801B2 (en) * | 2011-03-08 | 2015-12-22 | Pacific Western Bank | Fiber optic acoustic sensor arrays and systems, and methods of fabricating the same |
| US9217800B2 (en) * | 2011-12-28 | 2015-12-22 | Geometrics, Inc. | Solid marine seismic cable with an array of hydrophones |
| US9941029B2 (en) * | 2013-09-03 | 2018-04-10 | Pgs Geophysical As | Buoyant marine electromagnetic cable assembly |
| RU2602422C1 (en) * | 2015-08-27 | 2016-11-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Acousto-optical fibre cable and method of making same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021020987A1 (en) | 2021-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9042202B2 (en) | Split-element optical hydrophone | |
| US6519395B1 (en) | Fiber optic array harness | |
| US4952012A (en) | Electro-opto-mechanical cable for fiber optic transmission systems | |
| US6211964B1 (en) | Method and structure for incorporating fiber optic acoustic sensors in a seismic array | |
| CN110456410B (en) | Distributed hydrophone based on superstrong bending resistance multicore optical fiber flexible optical cable | |
| US9217801B2 (en) | Fiber optic acoustic sensor arrays and systems, and methods of fabricating the same | |
| RU2547143C2 (en) | Method to measure length of electric cable, which uses optic fibre element as sensor | |
| US20100303426A1 (en) | Downhole optical fiber spice housing | |
| DK169751B1 (en) | Submarine optical fiber cable for telecommunications | |
| MX2015002126A (en) | Subsea cable having floodable optical fiber conduit. | |
| WO2010129942A1 (en) | Cable including strain-free fiber and strain-coupled fiber | |
| CN105700090A (en) | Floodable optical apparatus, methods and systems | |
| CN105652312A (en) | Optical fiber geophone system based on distributed optical fiber acoustic sensing technology | |
| WO2005083852A1 (en) | An apparatus for concatonating a plurality of undersea pressure vessels each housing an optical amplifier module | |
| US6510103B1 (en) | Seismic cables and a method for manufacturing such | |
| RU2741772C1 (en) | Cable section of towed fibre-optic hydroacoustic streamer | |
| RU196630U1 (en) | Electro-optic cable | |
| CN114114282A (en) | Unit linear array and full-distributed optical fiber sonar linear array comprising same | |
| EP2261615B1 (en) | Seismic streamer | |
| US6381397B1 (en) | Fiber optic array breakout housing | |
| CA2545960A1 (en) | Electrical insulating ring located between an end cap and a tension sleeve of an undersea pressure vessel | |
| US5394378A (en) | Hydrophone transduction mechanism | |
| Farsund et al. | Design and field test of a 32-element fiber optic hydrophone system | |
| CN209326677U (en) | A kind of distribution type fiber-optic for detection structure health | |
| CN113834448A (en) | Double-dynamic nested optical fiber space curvature sensor and preparation method thereof |