专利名称：水底电缆地震勘测的电缆及系统的制作方法
技术领域：
一般来讲，本发明涉及海洋地震勘测系统领域。更确切地说，本发明涉及设置在水体底层或底部的海洋地震勘测系统。
背景技术：
在本领域中，已知的海洋地震勘测系统包括所谓的“海底电缆”(Ocean bottom cableOBC)。OBC设置在海洋或其他水体底部，其下方的地质结构和岩石特征需要加以确定。一个典型的OBC包括许多地震传感器，这些地震传感器彼此间拉开距离，设置在一根电缆上。一个或更多的地震能源在水中受到一个或更多的船只牵引，被定期驱动。OBC传感器探测到的地震信号，一般由作为OBC组成部分的一个记录装置加以记录。
OBC中的传感器一般包括运动传感器，例如地震检波器或加速度计。运动传感器的安装方式一般如下沿不同的敏感方向设置运动传感器。“敏感方向”表示沿着该方向，特定的运动传感器对运动最为敏感。正如本领域已经知道的，典型的运动传感器主要对沿着一个“主轴”或主要方向的运动敏感，而不易感受到沿着其他任何方向的运动。由于具有这样的运动传感器，OBC就有能力发现沿着多个方向传播的地震能量，并且判定这种运动的方向。
典型的OBC还包括压力传感器或压力梯度传感器，例如设置在一根电缆上彼此隔开的水中听音器。水中听音器产生与环境介质(水)中的压力变化成正比的信号。有了这种与地震能量传播有关的压力变化信号，并与沿着不同的敏感方向传来的运动信号相结合，就可以采用本领域中已知的多种不同方法对信号进行解释，并减小水底多次反射及水层多次反射等类随后产生的现象的影响。由于有了多方向运动信号，还能使转化波(受压后切变)地震信号得到解释，从而确定幅度与偏移量的关系曲线(AVO)和方向上的各向异性等地表构造特性。
在使用OBC的现有技术中，包括“消除反常回波”和减小水层影响的技术。授予Ruehle的美国专利No.4,486,865记述了一项此类技术。采用成对的探测器，每对包含一个地震检波器和一个水中听音器。在每对中至少是在地震检波器或水中听音器之一的输出端安装一个滤波器，从而调整滤波信号的频率。将频率调整到使滤波信号和来自其它传感器的信号相结合时，就可以消除反常回波。
授予Moldovenu的美国专利No.5,621,700，在一种减弱反常回波和水层反射的方法中，也公开了至少使用一对传感器。
授予Sanders等人的美国专利No.4,935,903公开了一种减小水层后续反射影响的方法，这种方法包括在垂直分隔的不同深度上测量压力，或者采用成对的传感器测量压力和粒子运动。该方法加强初始反射数据，通过增加反常回波数据，用于预层叠处理。
美国专利No.4,979,150公开了一种海洋地震探查方法按照一定的比例因数，确定大体成对装置的水中听音器和地震检波器的输出。成对装置的水中听音器和地震检波器可以安装在海床上或海床的上方。
前面的描述意在强调在地震勘测中采用OBC所能获得的潜在益处。采用OBC有一个缺点要用大量时间装置OBC，而从用于装置的船只上展开OBC并将OBC放置在水底一般需要专门的处理设备。在装置之后，常常需要确定OBC中的每个传感器在水底最终停止移动时在海床上的精确位置，因为，水的流动及粘滞性对OBC的各种元件的影响，可能使得某些传感器停止移动的位置与OBC从装置船只上展开时每个传感器在水表面的位置不同。为了利用由OBC的每个传感器产生的信号，还必须收回OBC，从而得到与OBC相连接的记录器。因此，使用OBC对大面积地理区域进行勘测，在每次勘测操作中，都要大量进行装置与回收OBC的活动。
由于要重复装置并回收OBC，一般OBC中的各种机械负荷处理元件就必须经受沿着OBC电缆以及顺着与各种OBC元件相连接的器件所反复产生的轴向应力。OBC的各种元件还必须经受水的浸渍，有时达到相当的深度(深至1,000米)。虽然在本领域中，为使OBC经受上述环境和操作应力而制作电缆、传感器外壳及相连器件的方法已经广为人知，但是本领域中已知的装置常常是笨重累赘的，并且制造成本昂贵。
大家还知道在本领域中可以在干燥陆地采用典型地震感应设备的修正型式。然而，这种修正的陆地装置一般只适用于较小的水深度(15到30米)。出于降低制造成本的需要，粗糙的OBC适合用于比以陆地为基础的传感器系统更大的水深度，并且比一般OBC更容易装置并回收。
发明内容
本发明有一个方面是地震传感器电缆。按照本发明这一方面的配置，地震传感器电缆的外部包括一层外部护套。外部护套在于阻止液体进入电缆内部。外部护套里面配置加强层。加强层内至少包含一种电导体。在加强层内配置一层内部护套。内部护套之内至少配置一种电导体。在一个实施方案中，加强层为纤维编织物。在一个实施方案中，外部护套由聚氨酯成分构成，未固化的聚氨酯成分在固化成分上x形成基本无界面结合。
本发明的另一方面是地震传感器系统的信号处理模块。按照本发明的这一方面，信号处理模块包含一个外罩，其上至少有一个连接器终端。在外罩里面配置一个电路安装框架。该框架与外罩的内表面密封接合，因而形成一个阻止液体进入其中的密封腔体。该模块包含安装在腔体内框架上的信号电路。
在一个实施方案中，外罩至少包含两个连接器终端。这两个终端包含连接信号处理电路的电连接器。信号处理电路可以发现由记录装置发出的指令信号，记录装置则是连接到模块所至少具备的两个终端之一上面而进行操作的。信号处理电路还可以将至少两个终端中的另一个通过电路连接到可以接收地震传感器信号的信号处理电路部分。
本发明的另一方面是地震数据记录系统。按照本发明的这一方面，一个系统包含一个记录装置。第一个信号处理模块在操作中连接到记录装置。第一个地震传感器电缆的一个端头在操作中连接到第一信号处理装置，而其另一端在操作中连接到第二个信号处理装置。至少有一个地震传感器在操作中连接到第一个地震传感器电缆上。第二个地震传感器电缆在操作中连接到第二信号处理装置。同样至少有一个地震传感器在操作中连接到第二个地震传感器电缆上。第一个信号处理装置和第二个信号处理装置上各自至少有两个电终端。第一和第二信号处理装置内各自装有可以检测由记录装置发出的指令信号的电路。这些电路也可以有选择地将一个数据遥感勘测输出连接到可以检测指令信号的至少两个终端中的一个上。这些电路还可以有选择地将至少两个终端中的另一个连接到可以接收地震传感器信号的电路部分上。
本发明的其他方面及优势将在随后的描述和权利要求中体现出来。
图1表示按照本发明的各方面的海底电缆(OBC)地震传感器和信号处理系统的一个实施方案的主要组成部分。
图2表示压力密封连接器和信号处理模块的一个实施方案的内部结构。
图3A和3B表示地震传感器电缆的一个实施方案，分别为端视图和侧视图。
图4表示连接到图3所示电缆传感器上的传感器抽头的一个实施方案。
图5表示用于将图3的电缆连接到一个同样的或不同的传感器电缆上的单一型连接器(hermaphroditic connector)的一个实施方案。
图6表示按照本发明的传感器电缆、附加传感器电缆、地震传感器、信号处理模块等的一个实施方案。
图7表示一个可能的实施方案中的传感器电缆和信号处理装置的功能结构图。
图8表示传感器系统的其它可能的实施方案。
图9表示传感器系统的其它可能的实施方案。
图10表示信号处理模块的其它可能的实施方案。
具体实施例方式
图1表示按照本发明各方面状况所显示的海底电缆(OBC)地震传感器和信号处理系统(“系统”)的主要成分。系统10包含一端连接到地震传感器电缆12的信号处理模块18。信号处理模块18内的各种电子线路(下面参照图2加以说明)检测出由一个或更多的地震传感器(一般用16表示)产生的电信号，并将电信号转化为适合于传输或记录的形式。本实施方案中的信号处理模块18的另一端也可以连接到数据通信电缆13，数据通信电缆内有电导体(未分别表示)，将经过处理的信号传递到一个记录装置(未在图1中表示)或传递到与图1所示的信号处理模块18结构类似的另一个信号处理模块(未在图1中表示)。在其他的实施方案中，信号处理模块18也可能将其另一端连接到另一个地震传感器电缆(未在图1中表示)，其结构类似于图1所示的地震传感器电缆12。
信号处理模块18通过压力密封的电气/机械连接器(“密封连接器”)20，连接到传感器电缆12和数据通信电缆13(或另一个传感器电缆)。将一个这样的密封连接器20设置在数据通信电缆13的一端。另一个密封连接器设置在地震传感器电缆12的一端，见图1。密封连接器20的内部结构将在下面参照图2作进一步说明。信号处理模块18的内部结构也将参照图2加以说明。
地震传感器电缆12包含一个或更多的传感器“抽头”14。一个传感器抽头14就是一个抗压密封盒，装置在传感器电缆12的外部。抽头14在其内部包含电气连接装置，用来将设置在电缆12外加固编织层(图1中未表示)内的电导体(参照图4说明)连接到一个或多个地震传感器16上。正如将会做出的进一步说明，抽头14也为传感器16和电缆12之间的连接提供了溢流口。
地震传感器16可以是单一成分的地震检波器，多重成分的(一般为三个正交成分)地震检波器，水中听音器，加速计，水中听音器与地震检波器的结合，或者是本领域已知的任何其他探测地震信号的装置。传感器电缆12的构造将参照图3A和3B更详细地加以说明。传感器抽头14的构造将参照图4更详细地加以说明。虽然图1中所示传感器电缆12的实施方案只包含一个传感器抽头14，只有一个地震传感器连接到抽头14上，但是按照本发明的地震传感器电缆的其它实施方案包含的传感器抽头14可能不止一个。而地震传感器电缆的其它实施方案所包含的、连接到电缆的每个传感器抽头14上、或连接到沿着传感器电缆设置的任何一个或多个这种抽头上的地震传感器，还可能不止一个。
地震传感器电缆12上与连接信号处理模块18的端头相反的端头的末端可以是一个单一型连接器22。一个同样形状的单一型连接器22设置在传感器延长电缆15的一端。两个同样形状的单一型连接器22通过一个内螺纹连接环24彼此进行机械连接，内螺纹连接环24与每个进行连接的单一型连接器22的对应的外螺纹接合。在本实施方案中，传感器延长电缆15可以包括也可以不包括附加的地震传感器(图1中未表示)。最好是传感器延长电缆15的两端都包含一个同样形状的单一型连接器22，因而传感器延长电缆15的任一端都可以连接到地震传感器电缆12末端的单一型连接器22上。同样最好是传感器延长电缆15的每一端都包含一个螺纹连接环24。由于在传感器延长电缆15的每一端都带有一个单一型连接器22和一个连带的螺纹连接环24，即使发生了传感器延长电缆15的误操作(即电缆15反向展开)，也可以避免将错误的电缆端头与地震传感器电缆12端头上对应的单一型连接器22相配合。同样，在传感器延长电缆15的每一端带有一个单一型连接器，可以避免用错误的端头使两个传感器延长电缆首尾相接。单一型连接器22的结构将参照图5作更详细的说明。
图2表示用来将传感器电缆12连接到信号处理模块18的密封连接器20的一个实施方案，并且更详细地表示信号处理模块18的内部结构。在本实施方案中，密封连接器20包含外壳20F，外壳20F可用塑料模压制成。外壳20F最好是以模压制成，以便确定内部空间20E。在本实施方案中，外壳20F模压所用的塑料是用A.L.Hyde Company，Grenloch，N.J.以HYDEX商标名销售的纤维填充聚氨脂化合物。其他类型的塑料也可以用于其他的实施方案，但是，该塑料的一个重要特征是，在连接器20装配期间，与用于填充外壳20F内部空间的未固化塑料应基本上形成无界面结合。此类塑料化合物的特征将进一步加以说明。外壳20F也可以模压出适合于安装O形环或类似密封件的定位设置或凹槽20D，目的在于当连接器20和外罩18A接合时，可以贴着外罩18A的内表面形成液体不能渗透的密封。外罩18A用来包装信号处理模块18的电子元件，这一点以后将进一步说明。外壳20F也可以模压出包含一个锁紧环凹槽20C，用来在信号处理模块外罩18A和外壳20F之间传输轴向负载。
与外罩18A配合的外壳20F的轴向端可以包含一个适于和电气接头支承垫片20B的一边相配合的凹进开口。电气接头支承垫片20B最好也用模压塑料制作，最好采用前面提到的HYDEX化合物。电气接头20B模压时将电气接头20A纳入支承垫片20B的结构内部。电气接头20A应能与设置在信号处理模块18中与之相对应的电气接头18F配合。在垫片20B制作过程中，最好将电气接头20A压制到20B内部，以便在电气接头20A处，使液体流动遇到基本上难以逾越的障碍，无法通过垫片20B。有了这种压制到垫片20B内部的电气接头20A，即使连接器20脱离模块18，也能充分防止液体进入连接器20内部。
在本实施方案中，电气接头支承垫片20B最好是模压制作，使每个电气接头20隐藏在一个末端开口的圆柱形小管中(未在图中清楚地分开表示)，小管沿着径向，将装有信号处理模块18中的每个电气接头18F的相应的圆柱形大管子(未在图中清楚地表示)密封起来。由于接头垫片20B及模块18中相应的电气接头支承结构具有这种密封管，即使连接器/外壳中的其它密封元件(例如凹槽20C中的O形环)失效，电气接头20和18F也是封闭的，可以阻止液体浸入。
外壳20F最好压制为一个具有锥形外径的“弯曲半径转换部分”，图中以20D表示，使得带有电缆12的连接器20的弯曲度从连接器20结合端的相对较为峭直逐渐变化到电缆12的弯曲度，从而避免在电缆12接入连接器20处，对电缆12施加不适当的弯曲应力。其他实施方案可能包含单独压制的弯曲半径转换部分20D，并采用比外壳所用塑料更软(或更有柔性)的塑料压制。这种单独压制的弯曲半径转换部分可以在连接器20装配之后压制在外壳20F上。
适合与信号处理模块18的电气接头部分配合的电气接头支承垫片20B的轴向端包含一个管状延长部分，在它的外表面带有密封槽20K，适合于卡住O形环或类似的密封件。凹槽20K中的密封件与信号处理模块18的电气接头部分的内表面接合，因而即使其它密封装置(例如凹槽20D中的O形环)失效，也可以阻挡住进入电气接头范围的液体。
为了将连接器20装配到地震传感器电缆12上，适当地剥开电缆外部护套12D和电缆内部护套12B，露出电缆中的电导体12C和纤维加固层12A。电导体12C采用焊接、卷边或其它方式，固定在接头支承垫片20B内的电气接头20A上。然后将接头支承垫片20B放入外壳20F轴向端的配合区内。最后，用聚氨酯等类未固化塑料填充内部20E，最好是用Smooth-On，Easton，PA以SMOOTH-CAST 320商标名销售的一种化合物。不论是用现有的聚氨酯还是其他塑料来填充内部20E，用来填充内部20E的塑料有一个重要特性当塑料固化或放置时，塑料和外壳20F基本上形成了一种分子结合。有利的是，采用这种具有如此结合特性的聚氨酯或其他塑料成分，基本上将施加于连接器20的全部轴向负荷均等地转移到纤维层12A的每个单一纤维上了。有了这种均等的轴向负荷转移，就能对设置在电缆12上的连接器20提供最大可能的轴向力量。此外，采用具有所述特性的聚氨酯，能够充分防止液体进入电缆12或连接器20的内部20E，即使连接器20脱离信号处理模块18，或密封件(例如凹槽20C、20D中的O形环)失效。
连接器20可以压制成为一个单独的元件，具有上述全部几何特征，只不过要将电气接头20A定在适当的位置，提供一个合适的成形模具，并用适当的塑料化合物填充模具。无论如何，按照上述方法装配连接器可能有一个优点采用上述预压制的外壳20F和上述预压制的电气接头支承垫片20B，就可以在一艘地震服务船上或在任何其他适当的塑料模压设备的场所，对连接器20全部进行替换。
仍旧参考图2，信号处理模块18的外罩18A最好用钛、不锈钢或类似的高强度材料制造。该材料最好能防隙间腐蚀和应力裂纹腐蚀。外罩18A的内部和外部形状基本上可以是圆柱形的。外罩18A的外部表面上，在其轴向端，刻有螺纹18E，用来与锁定元件定位环19的内表面上的对应螺纹相配合。当连接器外壳20F与外罩18A配合时，有一个锁定元件(未明确显示)穿过锁孔18D插入外罩18A。锁定元件(未显示)还与外壳20F中形成的锁环凹槽20C接合。锁定元件(未显示)的功能在于使连接器外壳20F在外罩18A中保持轴向不动。然后，锁定元件定位环19拧到外罩18A中的螺纹18E上，覆盖锁定元件的开口18D，从而将锁定元件(未显示)保留在锁定元件的开口18D中。
电路板装配框架18B嵌入外罩18A中。电路板装配框架18B在此已经固定了电路板18G，电路板18G包含信号处理模块18的有源电路系统。该电路系统的一个可能的实施方案将参照图7进行说明。另一个实施方案将参照图10进行说明。电路板的数量以及在电路板18G的任何一种实施方案中设置的具体电路是系统设计者自行决定的问题，而且除其他考虑外，还将随地震传感器(例如图1中的传感器16)的计划安排而改变。确定框架18B最好的形状时，要考虑当框架18B从外罩18A中取出时，能够使电路板18G方便地从18B中移开。框架18B的轴向端最好有一个凹槽，用来容纳电气接头支承垫片18J，这种垫片的结构和设置在连接器外壳20F配合面的接头支承垫片20B相似。制造时，最好将电气接头18F压制到垫片18J内部，和连接器20的垫片情况类似。或者，电气接头18F也可以在制造时直接压制到框架18B内部。框架18B可以用塑料压制，最好是用聚氨酯，例如先前描述过的HYDEX化合物。
框架18B的轴向端最好也包含用于密封的部件18H，本实施方案中的密封部件18H基本由圆柱形部件组成，大小刚好放入外壳18A的内表面里面，并且包含用于放置O形环或类似密封件的凹槽18C。密封部件18H的目的是与适当的密封件结合，如果连接器20中有一个在使用中脱离外罩18A，或者连接器20上的密封件(例如凹槽20D中的O形环)失效，阻止液体进入外罩18内部后损坏电路板18G。
图3A表示地震传感器电缆12的一个实施方案的端视图，图3B则表示其侧视剖面图。传感器电缆12包含外部壳层或护套12D，外部壳层或护套12D最好用聚氨酯制作。外部护套12D计划用来阻止液体进入电缆12内部。用来制作护套12D的聚氨酯在与未固化聚氨酯接触时，最好能实际上构成一种分子结合，就象前面对密封连接器(图2中的20)的装配所说明的那样。也可以采用其他材料来制作护套12D，只要该材料能和用来填充外壳(图2中的20F)内部(图2中的20E)的材料形成适当的结合。
机织纤维加强编织层12A设置在护套12D里面。加强编织层12A可以用玻璃纤维、玻璃和石墨纤维的合成物、聚合体纤维制成，也可以用本领域中已知的用于加强电缆或管子的其它任何类似材料或化合物制成。选择加强编织层12A所采用的纤维编织型式、纤维尺寸及纤维材料时，最好要考虑使电缆12轴向断裂强度两倍于预期的电缆12使用期间的轴向负荷。在一个实施方案中，使用期间电缆上的预计轴向负荷最多大约1,000磅。在该实施方案中，纤维编织层12A应使电缆具有的轴向断裂强度大约为2,000磅。
在本实施方案中，编织层12A中的一些单个纤维或纤维组可以用小规格单个绝缘导线或绝缘导线的双绞线代替，以12C表示。本实施方案中成对的绝缘导线12C，在电缆12选定的位置上，和一个或多个地震传感器(图1中的16)相连接，正如前面说明的传感器抽头(图1中的14)一样。
内部护套12B设置在编织层12A里面。内部护套12B对中心电导体12E提供电绝缘和不漏液体封装。中心电导体12E显示为单一导体，但是传感器电缆的其它实施方案中可能包含多个设置在内部护套里面的导体。本实施方案中的内部护套可以用E.I.du Pont de Nemours& Co.，Wilmington，DE以商品名为TEFLON销售的塑料制成。本领域中已知的用于制作内部护套12B的还有其他的适当材料，其中包含聚氨酯。
在传感器电缆12的某些实施方案中，内部护套12B有一项重要目的，就是在外部护套12D遭到一定程度的损坏使液体透过外部护套12D时，阻止液体进入中心导体12E。正如下面参照图6所作的说明，在一个实施方案中，中心电导体12E可在中心记录装置(未在图3A及图3B中表示)及一个或多个信号处理装置(图1中的18)之间输送电力和数据。正如前面所述，设置在编织层12A内的绝缘导线12C可用来从一个或多个设置在电缆12沿线的地震传感器(图1中的16)向信号处理装置之一(图1中的18)传导信号。因此，当外部护套12B失效时，配置如图3A和3B所示的电缆沿中心电导体12E的电力传输及数据通信(或者任何其它要求电绝缘及连续性不受损坏的功能)可能不太容易受到影响。因此，即使当液体进入一个或多个传感器电缆12而使部分失效时，配置如图1所示的OBC系统基本部分差不多都能维持良好的运转。
正如前面所提出的，图3A和3B中所示电缆12的实施方案包含一个位于中心的导体12E，但是应该明确的是，也可以在内部护套12B里设置任何数量的导体。传感器电缆的任何具体实施方案中，这种电导体的数量及尺寸要按照合乎实际应用与专门情况的准则来确定，包括信号处理装置之间以及(或)中心记录装置之间数据遥感勘测的类型，不论在其他准则中，是否有电力沿中心导体传输，传输了多少电力以及各个传感器电缆的长度等。因此，位于中心的电导体的数量不能用来限制本发明的范围。
在某些实施方案中，可采用结构大体如图3A及3B所示的电缆来制作传感器电缆(图1中的12)，在一端包含一个密封连接器，例如图1中的20(用于连接到信号处理装置)，在另一端包含一个单一型连接器(下面将参照图5加以说明)。图3A和3B的电缆还可以在每一端都包含一个单一型连接器，用来制作形成传感器延长电缆(图1中的15)。
传感器抽头的一个实施方案示于图4。传感器抽头14可包含一个压制成型的聚氨酯外罩23。外罩23可在传感器电缆12的外部护套12D之上压制成型。在一个或多个地震传感器16连接到地震传感器电缆12的地方，可以在外部护套12D上选取一定长度，从地震传感器电缆12上剥除(或者用另一种方法，在外部护套12D上制作一些小的开口)，从纤维编织层12A抽出一个或多个绝缘导线12C的双绞线。然后将导线12C以电气连接到地震传感器16的电引线16A。采用箍带将引线16以机械方式附着在外部护套12D上以减轻应力，箍带可以用纤维、塑料或其他适当材料制成。在某些实施方案中，引线16可以自行绕在电缆12上减轻应力。最好是在引线16和外部护套12D之间设置一个装配块17，减弱外部护套12D和引线16A的压碾和挤压。引线16A和导线12C之间的电连接部分最好在压制外罩23之前，覆盖一层可溶性蒸发-固化橡胶塑料绝缘化合物(未表示)，例如Plasti DipInternational，Blaine，MN以PLASTI DIP商品名销售的材料。覆盖层可以通过沉浸、喷雾或涂刷的方式制备。如果发生液体进入外罩23的情况，绝缘化合物(未表示)有助于确保导线12C和引线16A之间电连接上的电绝缘。
如上所述，在引线16A装配到电缆12上之后，可以将外部护套23压制在电缆12之上。在本实施方案中，每个传感器引线16A包含一个压力密封电气/机械连接器16B，因此，如果万一出现传感器失效的情况，就能够换下传感器16，而无须重建传感器抽头14。在其他实施方案中可能省略连接器16B。为了在传感器16和传感器抽头14之间建立电气和机械连接而采用的适当的连接器在本领域中是众所周知的。
图4中所示传感器抽头14包含两个单个地震传感器16，但是，在有关抽头的其他实施方案中所用传感器的数量可能更多或更少。在图4中所示的传感器抽头已经成功地进行了阻止液体进入的试验，试验的外部液体压力相当于300米的水深度。
用在传感器电缆12及传感器延长电缆(图1中的15)上的单一型连接器的一个实施方案示于图5。在本实施方案中，连接器22包含一个压制成型的外壳22H，外壳22H可用聚氨酯制成，和用于图2中所示连接器外壳(图2中的20F)的HYDEX化合物类似。单一型连接器外壳22H包含一个内膛或通孔22A，其终端为一插座，用来放置电气接头支承垫片22B。外壳22H的内部通孔22A的大小最好不小于传感器电缆12能够自由通行所需的尺寸。外壳22H的一个轴向端上有压制在其外表面上的螺纹22C，用来连接与之对应的一个单一型连接器，这一点下面将进一步加以说明。外壳22H最好包含一个弯曲半径转换部分22J，以避免在维护和操作时，对传感器电缆12施加额外的弯曲应力。
支承垫片22B最好用压制外壳22H所用的相同的或类似的聚氨酯材料制成。电气接头适当地装置在具有公接头22E与母接头22D的密封管内。制造时将电气接头压制到垫片22B的主体内。接触密封管22D和22E最好分别包含整体压制的密封环22G及22F，使密封管22D、22E在与另一个单一型连接器的相对应的密封管配合时，可以阻止液体进入。
在连接器22装配时，电缆12中的电导体12C与密封管22E及22D中的电气接头采用焊接、卷边或其他本领域中已知的方法进行连接。然后将接头垫片22B放入外壳22H轴向端的垫片插座中。然后用未固化聚氨酯，例如前述SMOOTH-CAST320化合物，填充外壳22A内部。固化后，聚氨酯化合物基本上与外壳22H、电缆外部护套12D及接头垫片22B形成分子结合。由于连接器22内部各种成分具有这种结合形式，液体进入连接器22及电缆12的可能性减到最小，即使在连接器22从与之配合的单一型连接器上脱离时也是如此。
正如前面参照图1所作的说明，在每个进行配对的连接器外壳22H的螺纹部分22C上，有一个螺纹连接环24，轴向负荷通过螺纹连接环在成对的单一型连接器22之间进行传递。同样如前所述，在两端各有一个单一型连接器的传感器延长电缆(图1中的15)的每一端，最好都装备一个螺纹环24。图4所示传感器抽头已经成功地进行了阻止外部施加相当于水深300米的液压试验。
按照本发明的系统各种不同成分设置的一个实例见图6。在每一端都包含单一型连接器的第一个传感器延长电缆表示为115。第一个传感器延长电缆115包含两个传感器抽头14。每个传感器抽头14包含两个地震传感器16。在第一传感器延长电缆115的一端包含一个塞子27，塞子27装置在单一型连接器22中，用来封闭连接器22，阻止液体进入。第一个传感器延长电缆115在其另一端连接到与其构成相似的第二个传感器延长电缆215的一端，采用一个螺纹环24，对两个单一型连接器22进行螺纹连接。第二个传感器延长电缆215包含两个传感器抽头14，每个抽头连接两个地震传感器16。
第二传感器延长电缆215的另一端连接到第一个传感器电缆112的一端。如图2所描述，第一个传感器电缆112可以在一端装置一个单一型连接器22，在另一端装置一个密封连接器20。第一个传感器电缆112包含两个传感器抽头14，每个抽头连接两个地震传感器16。
第一个传感器电缆112的另一端连接到第一个信号处理模块118。第一个信号处理模块118可以按照上面参照图2所述方法制作。按照图6所示的设置，第一个信号处理模块118中的电路(未分别显示)向第一个信号处理模块118“下游”的各个传感器(从第一个信号处理模块118到第一个附加传感器电缆115的终端)提问，并将提问所得的信息转换成适合于“溯流向上”传输的形式，通过第二个传感器电缆212，通过第三个传感器延长电缆315，通过一个第三感应器电缆312，到一个第二信号处理模块218，接收发自这一第二信号处理模块的信号遥感勘测数据，通过数据通信电缆13，到达记录装置50。就像前面参照图3A和3B所作的说明，经过处理信号，最好分别沿第三个传感器延长电缆315及第二、第三个传感器电缆212、312中一个或多个位于中心的导体(未分别表示)，从第一个模块118溯流向上传输到第二个模块218，因此，一旦215、212、312等任何电缆上的外部护套失效，或者出现液体进入任何传感器抽头14的故障时，仍然在运转的传感器16的信号通信还可以继续进行，溯流向上的数据通信也可以继续进行。在某些实施方案中，指令信号可以从记录装置50传输到118、218每个模块，对信号处理的各个方面加以控制，特别是计时索引。这种指令信号最好同样沿着中心导体传输，减少通信故障的几率。
第二个传感器电缆212和第三个传感器电缆312的结构与第一个传感器电缆112相似。第三个传感器延长电缆315的结构与第一个传感器延长电缆115和第二个传感器延长电缆215相似。数据通信电缆13最好像参照图3A和图3B所作的说明，只包含一个中心电导体，并除去设置在纤维加强编制层中的导体双绞线，因为数据通信电缆13中不包含传感器抽头。记录装置50可以采用本领域中已知的用于OBC系统的普通记录装置。
传感器电缆(图6中的12)和信号处理模块(图6中的18)的一个可能的实施方案的功能结构图表示在图7中。该实施方案中的传感器电缆12包含8对外部电导体双绞线(图3A和图3B中的12C)，用来从连接到传感器电缆12的各个地震传感器16向信号处理模块18传输信号。各个传感器16通过一个传感器抽头14，连接到各自的双绞线(表示为单股线)S1、S2、S3、S4上，抽头14的作法见前面参照图4所作的说明。其余标示为T1、T2、T3、T4的四个导体双绞线为“直通”导体，用于传输模拟信号，例如可能由另一个传感器电缆中的传感器产生的信号。导体双绞线T1-T4和S1-S4的终端在传感器电缆12一端的密封连接器20内。密封连接器20基本上可以按照图2的方法制作。密封连接器20与信号处理装置18上相对应的连接器(未分别表示)配合。传感器电缆12可以包含数据通信导体COM1，设置在内部电缆护套之内(已参照图3A和3B加以说明)。在图7的实施方案中，数据通信导体COM1可以传递遥感勘测数据及(或)电力，传递的内容由传感器电缆12每个端头上具体的连接情况而定。
本实施方案中的信号处理模块18的电路里包含一个遥感勘测收发机105，用来探测来自记录装置(图6中的50)的指令信号。遥感勘测收发机105最好还执行系统控制器的功能。已知在本领域中，诸如ASICs(专用集成电路)等可编程集成电路已用于执行此处所说的收发器/控制器的功能。动力增加时，可以通过编程，使收发机105检测通信端口COM2A和COM2B中哪一个包含来自记录装置(图6中的50)的指令信号。正如根据参照图2的说明所能做出的推断，通信端口COM2A和COM2B成为用来与传感器电缆12或数据通信电缆(图6中的13)上的密封连接器20相配合的电气及机械连接器的一部分。根据通信端口COM2A或COM2B中哪一个被定为指令信号的来源，收发器105操作遥感勘测端口开关103，使遥感勘测信号输出端与该通信端口结合。另一个通信端口COM2B或COM2A将被选来接收来自任何其他信号处理装置的“下游”遥感勘测数据。下游信号处理装置的这种设置已经参照图6进行了说明。根据哪个通信端口被定为“上游端口”，模拟信号输入开关104选择哪个连接器作为来自位于信号处理装置18“下游”地震传感器的模拟信号的来源。在图7中，这些连接器以ASIG1和ASIG2表示。应该注意到，在本实施方案中，通信端口COM2A和COM2B的电气接头设置在同样也包含模拟信号端口ASIG1和ASIG2的每个电气/机械连接器内部。
由模拟信号输入开关104选择模拟信号端口ASIG1或ASIG2，选中的模拟信号输入可以连接到多路转换器(MUX)102，从选中的模拟信号端口，将并联模拟输入转换为串联输入。然后，为了在收发器105中进行滤波(例如通过有限脉冲响应滤波器)及缓存，串联输入可以在一个模拟数字转换器(ADC)101中数字化。当记录装置(图6中的50)发出指令时，或者按照一个预编程序遥感勘测格式，缓存后的信号数据可以在选中的数据通信端口溯流而上进行传输。实际的遥感勘测格式是系统设计者自由决定的问题，不是用来限制本发明的范围的。
如前所述，“下游”数据通信端口，COM2A或COM2B，根据指令信号的检测而确定，可能会周期性地受到收发器105的询问，探询是否有另一个信号处理模块(未在图7中表示)溯流向上传来的信息。
在有些实施方案中，可以根据信号处理模块的数量来限制模拟传感器信号的数量，从而改进传感器系统的性能。图8表示按照本发明的地震传感器系统的另一个实施方案，该实施方案可以提供这种改进的性能。该系统所包含的传感器电缆12基本上可以按照图2、3A、3B、4、5所述的方法制作。该系统的这一实施方案中每个传感器电缆12都包含一个传感器抽头14。每个传感器电缆12上的每个传感器抽头14都连接一个地震传感器16。每个传感器电缆12的一个终端上都有一个密封连接器20，密封连接器20的类型(上面参照图2已作说明)适于与信号处理模块连接，信号处理模块见图8中318。本实施方案中信号处理模块318内部部件的一种设置将在下面参照图10加以说明。每个传感器电缆12的另一个终端是一个单一型连接器22，单一型连接器22基本上可按照图5所述的方法制作。两个信号处理模块318可通过传感器互连电缆312直接互相连接。传感器互连电缆312基本上可以按照和传感器电缆12同样的方法制作，并且包含两个传感器抽头14，每个抽头与一个地震传感器16连接。本实施方案中的传感器互连电缆312的两个终端都有一个密封连接器20，因此，传感器互连电缆312能够在每一端连接一个信号处理模块318。
在图8所表示的实例系统中，有一个传感器电缆12的一个终端是一个塞子27，塞子在传感器电缆12的一个末端上，连接到单一型连接器22。该传感器电缆12的另一端连接到信号处理模块318的一个末端。信号处理模块318的另一端连接到传感器互连电缆312的一端。传感器互连电缆312的另一端连接到第二个信号处理模块318。第二个信号处理模块318的另一端连接到第二个传感器电缆12的一端。第二个传感器电缆12的另一端最终是一个单一型连接器22。图8中表示的系统本身可在其“上游”端(即第二个传感器电缆12末端上的单一型连接器22的开口端)连接到另一个这样的系统。某些实施方案可包含多个如图8所显示的系统，这些系统首尾相连，最终是一个记录装置(例如图6中的50)。图8所示系统本身最终就可以是一个记录装置(例如图6中的50)。不管首尾相连的系统的确切数量是多少，一般考虑沿着记录装置和一个或多个信号处理装置之间的内部导体(图3A中的12E)，传递电力和数字化信号。来自各个传感器16的模拟信号，通过设置在纤维加强编织层(图3A中的12A)中的双绞导线(图3A中的12C)，从传感器16传导至一个信号处理模块。因此，图8所示系统可能具有参照图6所说明的优点，即如果一个或多个传感器电缆12上的外部扩套损坏，液体越过外部护套，在记录装置及各个信号处理模块之间的电力和数字化信号还可以继续传递，因为内部护套将继续阻止液体进入内部导体。
在每个传感器抽头上包含两个地震传感器的另一种设置示于图9。图20中的系统包含两个地震传感器电缆12，基本上可以参照图2、3A、3B、4、5所说明的方法制作。每个传感器电缆12的一个终端是一个密封连接器20，另一个终端是一个单一型连接器22。每个传感器电缆12包含一个抽头14，每个抽头连接到两个地震传感器16。每个传感器电缆12在密封连接器20的末端，连接到信号处理模块318的一端。图9中所示系统的一端，在单一型连接器22之一的开口端中，有一个塞子27。系统的另一端，以开口的单一型连接器22作为末端，连接器22可以连接到“溯流向上”的另一个系统，或者在终端安装一个记录装置(例如图6中的50)。图9所示系统包含一个模块互连电缆，以213表示。模块互连电缆213的两端各有一个密封连接器。模块互连电缆213在电气和机械方面的配置与前述数据通信电缆(图6中的13)相似，在本实施方案中，互连电缆213只在信号处理模块318之间传递电力及数字化信号，因此，在纤维编织层(图3B中的12A)内不设置传感器抽头或电导体。
适用于图8和图9中所示系统的信号处理模块的一个例子见图10结构图。本实施方案中的模块318包含两个基本上相同的电路板218G，方向相对地设置在框架18B中，因此不管模块318的哪一个端连接到一个具体的电缆(例如图9中的互连电缆213或图9中的传感器电缆12)，连接到该电缆的电路都是相同的。每个电路板218G包含一个中央处理器(CPU)202A，中央处理器202A除其它功能外，尤其用来控制Tx/Rx开关205及放大器/ADC装置201的操作。正如前述的信号处理模块，通过CPU202A对指令信号的探测，将确定究竟是模块318的哪一端连接到系统的“上游”部分(朝记录装置的方向)，从而确定朝哪个方向将收到从下游模块传来的数字化信号，以及由另一个信号处理模块记录或转发的数字化信号将传递到哪里，这些是根据所采用的设置而决定的。指令信号也可以用来指示CPU202A探测来自各种模拟信号输入终端S1、S2中具体输入终端的模拟信号。
每个电路板218G最好具有两套模拟信号端口S1、S2，以及两套电力/遥感勘测信号输入/输出端口T1-T4。在本实施方案中，在连接器终端的设置中，一套模拟信号端口与一套数字信号端口，能够在连接到模块318一端的密封连接器(图2中的20)内与相应的端口配接，而在模块318的另一端，一套相似的模拟信号端口与一套相似的数字信号端口，能够在连接到模块318另一端的另一个密封连接器(图2中的20)内与相应的端口配接。在本实施方案中，模块318内两个电路板218G之间的数字信号通信及电力传输是由一个内部跨接线218J完成的。当用于图8所示系统的实施方案时，模拟信号输入到模块318的每一端。当用于图9所示系统的实施方案时，模拟信号仅输入到模块318的一端。
本发明的各个不同方面为OBC系统提供了各种部件，这些部件制造成本低廉，使用有效，并且比本领域已知的相似系统更能阻止液体进入并防止连带引起失效。
虽然本发明仅仅参照少数实施方案进行描述，但是对于本技术领域的熟练人员，得益于这一公开内容，将会高兴地看到不脱离本发明在此公开的范围，就可以设计出其他实施方案。因此，本发明的范围应该只受所附权利要求的限制。
权利要求
1.一种地震传感器电缆，包含在电缆外面的外部护套，外部护套用于阻止液体进入电缆内部；设置在外部护套里面的加强层，加强层包含至少一个设置在其中的电导体；设置在加强层里面的内部护套；至少一个设置在内部护套里面的电导体。
2.权利要求1所限定的电缆，其中内部护套用于在液体冲破外部护套的情况下，阻止液体受压进入至少一个电导体。
3.权利要求1所限定的电缆，其中外部护套用一种聚氨酯成分制成，该成分在固化时基本上与未固化聚氨酯形成无界面结合。
4.权利要求1所限定的电缆，其中加强层包含机织纤维。
5.权利要求4所限定的电缆，其中纤维包含玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维及这些纤维组合中的至少一种。
6.权利要求4所限定的电缆，其中至少有一个电导体设置在加强层中，电导体至少包含一个电导体双绞线，用来代替机织纤维中的至少一个纤维。
7.权利要求1所限定的电缆，进一步包含至少一个地震传感器，以电气连接到设置在加强层内的至少一个电导体。
8.权利要求7所限定的电缆，进一步包含设置在从传感器到导体的电气连接之上的一个外罩，外罩由固化时与未固化聚氨酯形成基本无界面结合的聚氨酯成分制成，外罩用聚氨酯成分填充。
9.权利要求8所限定的电缆，进一步包含在电气连接外面的溶解-蒸发固化橡胶塑料覆盖层，覆盖层设置在外罩填充成分的内部。
10.权利要求1所限定的电缆，进一步包含设置在电缆的至少一端的连接器，连接器具有用聚氨酯成分制成的外壳，用于在固化时基本上与未固化聚氨酯形成无界面结合，外壳用聚氨酯成分填充。
11.权利要求9所限定的电缆，其中的连接器是单一型的。
12.权利要求10所限定的电缆，其中的连接器有一个罗纹外表面，外表面用于接受内部罗纹连接，并在此传输单一型连接器和配接的单一型连接器之间的轴向负荷。
13.权利要求9所限定的电缆，其中有设置在连接器一个端头中的电气接头，每个接头外面各环绕一个外套，用来在与配接的连接器上相对应的密封外套配合时，形成液体密封。
14.权利要求12所限定的电缆，其中的电气接头设置在接头支承垫片内部，接头支承垫片系压制成型，而具有密封外套，接头支承垫片用聚氨酯成分制成。
15.权利要求1所限定的电缆，其中至少有一个设置在内部护套之内的电导体，用来向一个信号处理器传输遥感勘测数据和电功率中的至少一项内容。
16.用于地震传感器系统的信号处理模块，包含在其上具有至少一个连接器终端的外罩；设置在外罩内的电路装配框架，该框架用于在外罩的内表面进行密封接合，从而形成了一个密封腔，阻止液体进入其中；装置在密封腔内框架上的信号处理电路。
17.权利要求16所限定的模块，其中的电路用来接收来自至少一个地震传感器的信号，并且至少完成对用于遥感勘测的传感器信号进行格式化，对要传输的信号进行缓存，将格式化的信号传送给另一个信号处理装置，将格式化的信号传送给记录装置。
18.权利要求16所限定的模块，其中外罩包含至少两个连接器终端，至少有两个终端包含与信号处理电路之间的电气连接，信号处理电路用于探测操作中连接到模块至少两个端头中之一的记录装置发生的指令信号，信号处理电路用于在所述至少两个端头的另一个端头和部分信号处理电路之间进行电气连接，信号处理电路用于接收地震传感器信号。
19.权利要求18所限定的模块，其中信号处理电路用于在遥感勘测输出与探测到指令信号的一个端头之间有选择地进行电气连接。
20.权利要求19所限定的模块，其中信号处理电路用于接收在遥感勘测输入中探测到的信号，并将其格式化，纳入遥感勘测输出，遥感勘测输入由信号处理电路有选择地连接到所述至少两个端头中的另一个。
21.一种地震数据记录系统，包含记录装置；操作中连接到记录装置的第一个信号处理模块；操作中连接到第一个信号处理模块一端的第一个地震传感器电缆，第一个地震传感器电缆的另一端在操作中连接到第二个信号处理装置，操作中至少有一个地震传感器连接到第一个地震传感器电缆；第二个地震传感器电缆在操作中连接到第二个信号处理装置，操作中至少有一个地震传感器连接到第二个地震传感器电缆，第一个信号处理装置和第二个信号处理装置上各有至少两个电端头，第一、第二信号处理装置各有电路，用于探测由记录装置发生的指令信号，这些电路用于有选择地将遥感勘测数据连接到至少两个端头之一，从该端头对指令信号进行探测，这些电路用于将所述至少两个端头中的另一个有选择地连接到用于接收地震传感器信号的电路部分。
22.权利要求21所限定的系统，其中第一和第二个地震传感器电缆中至少有一个包括设置在电缆外面的外部护套，外部护套用于阻止液体进入电缆内部；设置在外部护套之内的加强层，加强层包含至少一个设置于其中的电导体；设置在加强层之内的内部护套；至少有一个电导体设置在内部护套的里面。
23.权利要求22所限定的系统，其中电缆内部护套在如果液体破坏外部护套时，阻止液体到达至少一个电导体；
24.权利要求22所限定的系统，其中电缆外部护套用聚氨酯成分制成，该成分用于在固化时与未固化聚氨酯形成基本无界面结合。
25.权利要求22所限定的系统，其中电缆加强层包含机织纤维。
26.权利要求25所限定的系统，其中纤维包含玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维及这些纤维组合中的至少一种。
27.权利要求26所限定的系统，其中设置在加强层中的至少有一个电导体，该电导体包含至少一个电导体的双绞线，用来代替机织纤维中的至少一个纤维。
28.权利要求22所限定的系统，其中至少有一个地震传感器，以电气连接到设置在加强层中的至少一个电导体。
29.权利要求28所限定的系统，进一步包含设置在地震传感器与电导体之间的电气连接上的外罩，外罩用固化时与未固化聚氨酯形成基本无界面结合的聚氨酯成分制作，外罩用聚氨酯成分填充。
30.权利要求22所限定的系统，进一步包含一个溶解-蒸发固化橡胶塑料覆盖层，覆盖层设置在电气连接的外面和外罩填充成分的内部。
31.权利要求22所限定的系统，进一步包含设置在至少一个地震传感器电缆的至少一端的连接器，连接器具有一个用固化时与未固化聚氨酯形成基本无界面结合的聚氨酯成分制作的外壳，外壳用聚氨酯成分填充。
32.权利要求30所限定的系统，其中的连接器是单一型的。
33.权利要求32所限定的系统，其中的连接器有一个罗纹外表面，外表面用于接受内部罗纹连接，并在此传输单一型连接器和相配接的单一型连接器之间的轴向负荷。
34.权利要求32所限定的系统，其中有设置在连接器一个端头中的电气接头，每个接头外面各环绕一个外套，用来在与配接的连接器上相对应的密封外套配合时，形成液体密封。
35.权利要求34所限定的系统，其中的电气接头设置在接头支承垫片内部，接头支承垫片系压制成型，而具有密封外套，接头支承垫片用聚氨酯成分制成。
36.权利要求22所限定的系统，其中至少有一个设置在电缆内部护套之内的电导体，用来向一个信号处理器传输遥感勘测数据和电功率中的至少一项内容。
37.权利要求21所限定的系统，进一步包含至少一个在操作中连接到至少一个第一和第二信号处理模块之间的传感器延长电缆，传感器延长电缆还连接到第二个信号处理模块的下游端，传感器延长电缆在每一端都有一个单一型连接器，传感器延长电缆使至少一个地震传感器电气连接到其内的一个导体上，传感器延长电缆内具有至少一个电导体，通过电导体传输遥感勘测数据和电功率，传感器导体与延长电缆的外部护套十分接近，遥感勘测导体设置在延长电缆内部护套里面，即使外部护套被液体冲破，也基本上能够阻止液体进入内部护套之内。
全文摘要
公开了一种传感器电缆。该电缆包含设置在电缆外面的外部护套。外部护套阻止液体进入电缆内部。设置在外部护套里面的加强层包含至少一个设置于其中的电导体。在加强层里面设置内部护套，并且至少有一个电导体设置在内部护套内部。某些实施方案包括至少一个地震传感器，传感器以电气连接到设置在加强层中的至少一个电导体上。在某些实施方案中，在传感器到导体的电气连接之上设置一个外罩。外罩用聚氨酯固化时与电缆护套形成基本无界面结合的聚氨酯成分压制成型。
文档编号G01V1/20GK1702479SQ20051007394
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者G·L·史科特 申请人:Pgs美洲公司