专利名称：分布式海洋地震勘探拖缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探时使用的拖缆，特别涉及一种拖曳式海洋地震勘探拖缆。
背景技术：
海洋地震勘探拖缆是海洋地震勘探的重要组成部分之一。多年来，海洋地震勘探行业一直依靠充液式拖缆，主要有SERCEL公司的RDA拖缆和I/O公司的海洋勘探拖缆。这种拖缆主要用于对地震产生的水声信号进行采集，并将数据传送到船上的记录和处理系统。
液体拖缆需要根据海水温度和/或盐分的变化来调整拖缆中液体的内型和数量，这样实际作业时常影响拖缆定位的精确性，同时充液式拖缆外套易断裂或撕裂造成所充液体泄漏，腐蚀拖缆中的电子元器件。需要提供一种实心固体拖缆来加以替代。
另外，海洋勘探拖缆中与数据采集传输相关的各种传感器、数字包及传输线的设置也与拖缆对数据采集和传送的性能直接相关，在实心固体拖缆中如何布置这些元器件和传输线，也是一个重要的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种分布式海洋地震勘探拖缆，它由装在拖缆中的软质固体材料浮动支撑，即使在外保护套破裂的情况下仍能漂浮使用，能适应各种海洋环境。
本发明的分布式海洋地震勘探拖缆包括外保护套和设置在其内部的一组电缆、位于护套内部并沿长度方向依次设置的传感器和数字包、以及在外保护套与电缆、传感器、数字包之间充满的软质固体填料。
进一步的，本发明拖缆还可以具有以下特点每个数字包由一块数字板和多块采集板采用分布式二级结构所构成，数字板用于收集采集板的输出数据并打包上传给前级数字包，并进行拖缆传输过程中的电源转换和获取实时状态信息，数字板之间通过光纤串接，每个数字板分别通过数据线连接多个采集板；每个采集板与多个水声传感器相连，负责对水声传感器传来的模拟信号进行采样和A/D转换以及滤波处理后，输出数据到所述收集板。
进一步的，本发明拖缆还可以具有以下特点每个数字板与多个采集板相连接，这些采集板均分成两组，分别位于该数字板的两端且呈对称设置；与每个采集板相连接的多个传感器也可均分成两组，并分别位于该采集板的两端且呈对称设置。
由上可知，本发明的分布式海洋地震勘探拖缆由装在拖缆中的软质固体材料浮动支撑。它是一种实心的海洋地震勘探拖缆，因而在外保护套破裂的情况下仍能漂浮使用，且能适应各种海洋环境，提高定位的精确性。连续护套的采用使得拖缆装置呈流线型。
进一步地，本发明拖缆中数字包的采集板和数字板属于对称设计，拖缆安装时不需要区分方向，使得船上现场操作方便，提高了作业时效；且数字包采用分布式二级结构设计，使得传输板两端的抽头大大减少，有利于拖缆的封装设计，而且地震检波器与采集板距离近，降低由拖缆部件的相对运动产生的传感器噪音。
图1是本发明实施例拖缆的横截面示意图。
图2为本发明实施例拖缆的结构示意图。
图3为图1中一小段拖缆的局部结构示意图。
图4为本发明实施例拖缆数字包的分布式二级结构图。
图5为本发明实施例数字包的级联方式图。
图6为本发明实施例数字包数据传输的示意图。
具体实施例方式
本实施例固体拖缆是一种由装在拖缆中的软质固体材料浮动支撑的拖曳式海洋地震勘探拖缆。该拖缆的每段长度为100米，如图1和图2所示，该拖缆包括外保护套10和设置在其内部的电缆3、位于外保护套内部的传感器和数字包7、以及软质固体填料1，在外保护套1与电缆3、传感器和数字包7之间充满有软质固体填料。软质固体填料为聚氨酯弹性体。所述的传感器包括压电陶瓷传感器(一种水声传感器，或叫水听器)，该传感器外面还浇铸有聚氨酯材料外壳。电缆3包括数据传输线、电力导线、光纤以及包围在数据传输线、电力导线和光纤外面的保护套。在拖揽内部沿护套的长度方向设置有抗张力的凯伏拉纤维绳2，在拖揽内部沿长度方向间隔设置有起框架固定作用的浮子8。
在上述结构中，聚氨酯外保护套10对整个拖缆起到封装与保护作用。用聚氨酯弹性体作为固体拖缆的填充体，其具有良好透声性能，具有0.75g/cm3比重。聚氨酯弹性体充满于外保护套与电缆、各种元件之间。外保护套是采用具有良好耐磨、抗拉、耐腐蚀性能的聚氨酯弹性体制成，它使水不会渗入地震勘探拖缆装置中。如图3所示，拖缆内每隔6.25mm设有一个浮子8，对拖缆内部器件起框架固定作用。
进一步地，本实施例拖缆中的数据采集传输系统包括各种传感器、数字包以及电缆。
图4为数字包的分布式二级结构图。一块数字包是由数字板6和八块采集板4采用分布式二级结构所构成，减少了数字板两端的抽头，该结构中压电陶瓷传感器距离采集板比较近，可以减少采集噪音，系统指标集中于采集板有利于系统的优化集成。
如图2所示，数据包采用分布式二级结构。每段拖缆长度为100m，每段拖缆中设有一个数字包，每个数字包负责一段拖缆的数据采集传输，其与八个采集板连接，这些采集板平均分成两组，分别位于该数字板的两端且呈对称设置，两两相隔12.5米。
每个采集板4负责对四路压电陶瓷传感器传来的模拟信号进行采样和A/D转换以及FIR滤波处理后获得输出数据，八块完全相同的采集板4构成数字包的前端采样级。如图3所示，每个采集板与4个压电陶瓷传感器相连接，这些压电陶瓷传感器分成两组，分别位于该采集板的两端且呈对称设置，每两个传感器相隔3.125米。由于上述结构是一种对称结构，两端可以互换使用。
如图4所示，数字板6是状态板12与收集板13的总称，状态板12与收集板13的尺寸完全一致，系统装配时，将收集板13与状态板12叠合固定在一起组成数字包的数字板6，它们构成数字包的数字传输装置。
收集板13负责收集八块采集板4共32路压电陶瓷传感器的输出数据，收集板13与每块采集板4之间通过两对差分线和两根电源线相连接。采集板4获得的传感器的传输数据通过数据线传给数字包的收集板13，在收集板一并进行打包上传给前级数字包。
状态板12进行拖缆传输过程中的电源转换并获取实时状态信息。收集板13与状态板12之间通过20芯扁平软线互连。状态板收集水鸟控制线圈、张力、水温、拖缆深度控制单元等的状态信息，并将其送到收集板13，通过RS-485串行电缆上传。其中水鸟控制线圈5通过其与挂接在拖缆上的水鸟进行通讯，改变水鸟的翅膀来对拖缆定位深度、角度等进行监控和调整，如图2所示。
数字板之间串接有光纤15和RS-485串行电缆14。RS-485串行电缆14进行状态信息的上传和命令的下传，光纤15进行采集打包后的数据传输。电力导线实际是给电缆供电的电源线，是单独走线的直通线。由于水下拖缆长度大于6000米，这样供电电源就不能够太低，本发明中采用150～175V的直流电源对拖缆进行供电。电源通过多级DC-DC转换27获得状态板12的工作电压12V，同时通过转换器向采集板4提供12V电压，各个采集板4再将12V转换为5V、+3.3V、-3.3V供电压板上的电路使用。
参见图5数字包的级联方式图。本实施方式中，所有数字包的结构完全相同，工作中系统自动根据距离物探船的远近由近及远的顺序对数字包进行编号。其中，0#数字包，又称头包或者最前级数字包，通过一个协议转换器与船上的记录与处理系统相连。最后级数字包通过软件命令关闭输入光纤。参见图2和图3，通过光纤每级数字包将当前段的采集数据加入包头信息并和所有后级上传数据打包合并后传给前级数字包，同时，数字包处理通过RS-485串行拖缆线由前级向后级转发下行命令以及由后级向前级传输状态信息。拖缆中需要对数字包的运行状态进行动态监控，数字包通过RS-485串行拖缆上传数字包序列号、水温、拖缆深度、拖缆张力等状态信息。这些状态信息由状态板和收集板上的状态信息控制模块进行控制和管理，当数字包接收到船上记录与处理系统发来的“上传状态信息”命令后，通过RS-485串行拖缆将状态信息上传到记录与处理系统中以进行监控。
参见图6数字包数据传输的示意图。每个数字包的八块采集板4获得压电陶瓷传感器7的共计32路输出信号后经过收集板13与后级上传的数据进行合并，并加上状态板12的实时监控的数字包以及拖缆深度、水鸟控制、张力检测等状态信息后进行打包上传给前级数据包，直到上传到0#数据包供船上采集处理系统进行记带、实时数据显示等工作。
权利要求
1.分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于它包括外保护套和设置在其内部的电缆，位于外保护套内部的传感器和数字包，以及在外保护套与电缆、传感器、数字包之间充满的软质固体填料。
2.如权利要求1所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于每个数字包是由一块数字板和多块采集板采用分布式二级结构所构成，数字板用于收集采集板的输出数据并打包上传给前级数字包，并进行拖缆传输过程中的电源转换和获取实时状态信息，数字板之间通过光纤串接，每个数字板分别通过数据线连接多个采集板；每个采集板与多个水声传感器相连，用于对水声传感器传来的模拟信号进行采样和A/D转换以及滤波处理后，输出数据到所述收集板。
3.如权利要求2所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于每个数字板与多个采集板相连接，这些采集板均分成两组，分别位于该数字板的两端且呈对称设置。
4.如权利要求2所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于与每个采集板相连接的多个传感器也均分成两组，并分别位于该采集板的两端且呈对称设置。
5.如权利要求2所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于数字板由状态板和收集板构成，收集板与状态板叠合固定在一起构成数字包的数字板，收集板负责命令处理、状态传输、数据合成与传输功能，状态板负责状态的预放大、时分复用、模数转换和电源转换功能。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于所述的软质固体填料为聚氨酯弹性体，所述外保护套的材质为聚氨酯。
7.如权利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于所述数字板之间还串接有串行电缆线，用于进行命令的下传和状态信息的逐级上传。
8.如权利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于所述的水声传感器为压电陶瓷传感器。
9.如权利要求1、2、3、4或5所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于所述电缆包括数据传输线、电力导线、光纤以及包围在所述数据传输线、电力导线和光纤外面的保护套。
10.如权利要求1、2、3或4所述的分布式海洋地震勘探拖缆，其特征在于在拖揽内部沿护套的长度方向设置有抗张力的纤维绳，在拖揽内部沿长度方向间隔设置有起框架固定作用的浮子。
全文摘要
分布式海洋地震勘探拖缆，涉及地球物理勘探时使用的拖缆，特别涉及一种拖曳式海洋地震勘探拖缆。它包括外保护套和设置在其内部的电缆、位于外保护套内部的传感器和数字包、以及在外保护套与电缆、传感器、数字包之间充满的软质固体填料。本发明的分布式海洋地震勘探拖缆由装在拖缆中的软质固体材料浮动支撑。它是一种实心的海洋地震勘探拖缆，因而在外保护套破裂的情况下仍能漂浮使用，且能适应各种海洋环境，提高定位的精确性。连续护套的采用使得拖缆装置呈流线型。
文档编号G01V1/38GK1664619SQ20051005560
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月18日 优先权日2005年3月18日
发明者朱耀强, 陈平, 王子秋, 董立军, 唐进, 李宁生, 陈国珍 申请人:中国科学技术大学, 中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司, 中海石油研究中心