RU2219567C1 - Fiber-optical geophone - Google Patents

Fiber-optical geophone Download PDF

Info

Publication number
RU2219567C1
RU2219567C1 RU2002114901/28A RU2002114901A RU2219567C1 RU 2219567 C1 RU2219567 C1 RU 2219567C1 RU 2002114901/28 A RU2002114901/28 A RU 2002114901/28A RU 2002114901 A RU2002114901 A RU 2002114901A RU 2219567 C1 RU2219567 C1 RU 2219567C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elastic substrate
fiber
substrate
spherical
neutral
Prior art date
Application number
RU2002114901/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002114901A (en
Inventor
Ю.Н. Власов
В.К. Маслов
С.В. Сильвестров
А.Д. Толстоухов
С.Г. Цыганков
Original Assignee
Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" filed Critical Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority to RU2002114901/28A priority Critical patent/RU2219567C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2219567C1 publication Critical patent/RU2219567C1/en
Publication of RU2002114901A publication Critical patent/RU2002114901A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology, monitoring seismic vibrations of sea floor. SUBSTANCE: inertial mass in the form of ball is positioned inside springy substrate in the form of hollow sphere. Signal fiber coil of interferometer is tension-wound on outer surface of ball substrate. Reference fiber coil of interferometer is wound on float of neutral or positive buoyancy coming in the form of sphere placed in sea environment close to substrate. Anchor is attached to lower part of springy substrate. EFFECT: potential of isotropic recording of seismic vibrations of sea floor along all directions. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля сейсмических колебаний грунта в естественных водоемах. The invention relates to measuring technique and can be used to control seismic vibrations of soil in natural reservoirs.

Известен сейсмоприемник аналогичного назначения, содержащий инерционную массу, которая соединена по меньшей мере с одним оптическим волокном. Одна часть волокна в сейсмоприемнике расположена неподвижно, а другая (подвижная часть) соединена с инерционной массой [I]. Known seismic receiver for a similar purpose, containing an inertial mass, which is connected to at least one optical fiber. One part of the fiber in the geophone is stationary, and the other (moving part) is connected to the inertial mass [I].

Недостатком известного сейсмоприемника является невозможность с его помощью контроля сейсмических колебаний одновременно по всем координатам. A disadvantage of the known seismic receiver is the impossibility of using it to control seismic vibrations simultaneously in all coordinates.

Известно устройство аналогичного назначения, которое может применяться для измерения сейсмических колебаний морского дна, содержащее инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек, фазосдвигающего устройства, расположенного в одной из волоконных катушек и фотоприемника, а также источник питания, блок вторичной аппаратуры и регистратор, при этом первая волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на упругую подложку [2]. A device of a similar purpose is known, which can be used to measure seismic vibrations of the seabed, containing an inertial mass, an elastic substrate, and a fiber optic interferometer made in the form of an optically matched coherent light source, two identical fiber coils, a phase-shifting device located in one of the fiber coils and a photodetector, as well as a power source, a secondary apparatus unit and a recorder, while the first fiber coil of the interferometer is wound with n tyagom on the elastic substrate [2].

Данное устройство принято за прототип. This device is taken as a prototype.

В прототипе инерционная масса и упругие подложки выполнены в виде соприкасающихся торцами цилиндров. Поэтому в прототипе возможна регистрация всего одной компоненты сейсмических колебаний. In the prototype, the inertial mass and elastic substrates are made in the form of cylinders in contact with the ends. Therefore, in the prototype, it is possible to register only one component of seismic vibrations.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. получение возможности изотропной регистрации сейсмических колебаний морского дна сразу по всем направлениям. The technical result obtained from the implementation of the invention is to eliminate this drawback of the prototype, i.e. obtaining the possibility of isotropic registration of seismic vibrations of the seabed immediately in all directions.

Данный технический результат достигают за счет того, что известный волоконно-оптический сейсмоприемник (ВОС), содержащий инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек, фазосдвигающего устройства, расположенного в одной из волоконных катушек и фотоприемника, а также источник питания, блок вторичной аппаратуры и регистратор, при этом первая волоконная катушка интероферометра намотана с натягом на упругую подложку, дополнительно содержит поплавок нейтральной или положительной плавучести, на наружную поверхность которого намотана вторая катушка, при этом упругая подложка выполнена в виде полой сферы, а инерционная масса - в виде шара, расположенного внутри этой сферы. This technical result is achieved due to the fact that the known fiber-optic seismic receiver (BOC) containing an inertial mass, an elastic substrate and a fiber-optic interferometer, made in the form of optically matched coherent light source, two identical fiber coils, a phase-shifting device located in one from fiber coils and a photodetector, as well as a power source, a secondary equipment unit and a recorder, while the first fiber coil of the interferometer is wound with an interference fit guyu substrate further comprises a float neutral or positive buoyancy, on the outer surface of which is wound around the second reel, wherein the elastic substrate is in the form of a hollow sphere, and inertia mass - in the form of a ball, located inside this sphere.

Сферическая подложка может быть заполнена жидкостью, например водой или маслом, а инерционная масса подвешена в центральной части полой сферической подложки на слабоупругих подвесах. The spherical substrate can be filled with liquid, for example, water or oil, and the inertial mass is suspended in the central part of the hollow spherical substrate with weakly elastic suspensions.

ВОС может дополнительно содержать якорное устройство, прикрепленное к нижней части сферической упругой подложки, а поплавок нейтральной или положительной плавучести выполнен сферической формы с наружным диаметром, равным наружному диаметру упругой подложки. The BOC may further comprise an anchor device attached to the lower part of the spherical elastic substrate, and the neutral or positive buoyancy float is made spherical in shape with an outer diameter equal to the outer diameter of the elastic substrate.

При этом поплавок может быть механически соединен гибким кабель-тросом с упругой подложкой. In this case, the float can be mechanically connected by a flexible cable-cable with an elastic substrate.

ВОС может включать в себя надводный центр управления, соединенный кабель-тросом с упругой подложкой и поплавком нейтральной или положительной плавучести, при этом источник питания и регистратор расположены на надводном центре управления, а источник когерентного света, фотоприемник и вторичная аппаратура - внутри поплавка нейтральной или положительной плавучести. VOS can include a surface control center connected by a cable with an elastic substrate and a float of neutral or positive buoyancy, while the power source and recorder are located on the surface control center, and the coherent light source, photodetector, and secondary equipment are inside a neutral or positive float buoyancy.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема общего вида сейсмоприемника, а на фиг.2 - его оптико-электронная схема. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a diagram of a General view of the seismic receiver, and in Fig.2 - its optoelectronic circuit.

ВОС содержит инерционную массу 1 (фиг.1) и упругую подложку 2, выполненные соответственно в виде сферической поверхности (полой сферы) и шара. Причем шаровая инерционная масса 1 расположена внутри сферической упругой подложки 2, которая, кроме того, внутри может быть заполнена воздухом, водой или маслом. The BOC contains an inertial mass 1 (FIG. 1) and an elastic substrate 2, respectively made in the form of a spherical surface (hollow sphere) and a ball. Moreover, the inertial ball mass 1 is located inside the spherical elastic substrate 2, which, in addition, can be filled inside with air, water or oil.

Снаружи к подложке внизу может быть прикреплено якорное устройство 3, а к верхней части прикреплен кабель-трос 4, соединяющий подводную часть сейсмоприемника с надводным центром управления (на чертеже не показан). Outside, an anchor device 3 can be attached to the bottom of the substrate, and a cable-cable 4 is attached to the upper part, connecting the underwater part of the geophone to the surface control center (not shown in the drawing).

Инерционная масса 1 может быть подвешена на слабоупругих подвесах (на чертеже не показаны) в центральной части сферической подложки 2. The inertial mass 1 can be suspended on weakly elastic suspensions (not shown in the drawing) in the central part of the spherical substrate 2.

ВОС также включает в себя поплавок 5 нейтральной или положительной плавучести, сферической формы, наружный диаметр которого равен наружному диаметру сферической подложки (на чертеже данное условие не выполнено). Поплавок 5 соединен гибким кабель-тросом 6 с упругой подложкой 2 (на чертеже через кабель-трос 4). VOS also includes a float 5 of neutral or positive buoyancy, spherical in shape, the outer diameter of which is equal to the outer diameter of the spherical substrate (in the drawing this condition is not met). The float 5 is connected by a flexible cable-cable 6 with an elastic substrate 2 (in the drawing through a cable-cable 4).

На наружные поверхности подложки 2 и поплавка 5 намотаны две волоконные катушки 7, 8 волоконно-оптического интерферометра (фиг.2), включающего также в себя источник 9 когерентного света, фотоприемник 10 и фазосдвигающее устройство 11 (на фиг.2 интерферометр собран по схеме Цендера-Маха). Two fiber coils 7, 8 of a fiber-optic interferometer (FIG. 2) are also wound on the outer surfaces of the substrate 2 and the float 5 (FIG. 2), which also includes a coherent light source 9, a photodetector 10, and a phase shifter 11 (in FIG. 2, the interferometer is assembled according to the Zender scheme -Maha).

Выход фотоприемника 10 через вторичную аппаратуру 12, подключен к регистратору 13. The output of the photodetector 10 through the secondary equipment 12, is connected to the recorder 13.

Имеется также источник питания, расположенный на надводном центре управления (на чертеже не показаны). There is also a power source located on the surface control center (not shown in the drawing).

Вторичная аппаратура 12, включающая в себя, например, усилитель фототока и полосовой фильтр, расположена внутри поплавка 5 нейтральной или положительной плавучести, а регистратор 13 расположен на надводном центре управления (на чертеже не показан). Регистратор 13 может быть выполнен в виде измерителей тока и частоты импульсов. Secondary equipment 12, including, for example, a photocurrent amplifier and a band-pass filter, is located inside the float 5 of neutral or positive buoyancy, and the recorder 13 is located on the surface control center (not shown). The registrar 13 can be made in the form of meters of current and pulse frequency.

Электрическая связь источника питания и регистратора осуществляется по кабель-тросу 4. При этом гибкий кабель-трос 6 внутри себя включает оптический кабель для оптической связи волоконных катушек 7, 8 с источником 9 когерентного света и фотоприемником в интерферометре. The electrical connection between the power source and the recorder is carried out via cable-cable 4. In this case, the flexible cable-cable 6 inside includes an optical cable for optical communication of fiber coils 7, 8 with a coherent light source 9 and a photodetector in the interferometer.

В зависимости от амплитуды регистрируемых сейсмоколебаний инерционная масса 1 может находиться в свободном состоянии в сферической подложке 2 или быть подвешанной на слабоупругих подвесах. Сферическая подложка 2 также заполняется в зависимости от амплитуды регистрируемых сигналов той или иной по вязкости жидкостью. Depending on the amplitude of the recorded seismic oscillations, the inertial mass 1 can be in a free state in a spherical substrate 2 or be suspended on weakly elastic suspensions. The spherical substrate 2 is also filled depending on the amplitude of the recorded signals with a particular viscosity fluid.

Одинаковая форма и размеры упругой подложки 2 и поплавка 5 объясняются обеспечением по возможности одинакового воздействия морских шумов Рм на волоконные катушки 7, 8 интерферометра.The identical shape and dimensions of the elastic substrate 2 and the float 5 are explained by ensuring that the sea noise P m affects the fiber coils 7, 8 of the interferometer as much as possible.

В зависимости от амплитуды сейсмоколебаний интерферометр может работать в гомодинном режиме регистрации величины фототока, пропорциональной возникающей на выходе разности фаз интерферирующих лучей, или в режиме счета интерференционных полос. В первом случае с помощью фазосдвигающего устройства 11 первоначальную разность фаз на выходной кривой интерферометра устанавливают, равной π/2. Depending on the amplitude of the seismic oscillations, the interferometer can operate in a homodyne mode of recording the magnitude of the photocurrent proportional to the phase difference of the interfering rays arising at the output, or in the counting mode of interference fringes. In the first case, using the phase-shifting device 11, the initial phase difference on the output curve of the interferometer is set equal to π / 2.

Волоконно-оптический сейсмоприемник для своей работы опускают на кабель-тросе 4 на морское дно 14 (фиг.1) и закрепляют на нем с помощью якорного устройства 3, таким образом, чтобы часть упругой подложки 2 с намотанным на нее волоконной катушкой 7 взаимодействовала с морской средой. The fiber-optic seismic receiver is lowered on a cable-cable 4 to the seabed 14 (Fig. 1) and fixed on it with an anchor device 3, so that part of the elastic substrate 2 with the fiber spool 7 wound on it interacts with the sea Wednesday.

Поплавок 5 нейтральной или положительной плавучести с намотанным на него волоконной катушкой 8 располагается при этом рядом с подложкой 2 и не взаимодействует с морским дном 14. The neutral or positive buoyancy float 5 with the fiber spool 8 wound thereon is located next to the substrate 2 and does not interact with the seabed 14.

При работе ВОС на упругую подложку 2 будут воздействовать сейсмические колебания Рс в различных направлениях x, y, z и одновременно морские шумы Рм. Инерционная масса 1, находящаяся внутри подложки 2, будет смещаться от своего первоначального положения и ударяться о стенки подложки 2. Возникающие при этом акустические и вибрационные колебания воспринимаются волоконной катушкой 7 интерферометра.During the operation of the BOC, the elastic substrate 2 will be affected by seismic vibrations P c in different directions x, y, z and at the same time sea noise P m . The inertial mass 1 located inside the substrate 2 will be displaced from its initial position and hit the walls of the substrate 2. The acoustic and vibrational vibrations resulting from this are perceived by the fiber coil 7 of the interferometer.

С другой стороны, на волоконную катушку 8 будут воздействовать только шумы моря Рм. Поэтому разность фаз интерферирующих лучей, а значит и амплитуда фототока (или частота и количество импульсов) будут пропорциональны интенсивности сейсмоколебаний и не будут зависить от морских шумов.On the other hand, only the noise of the sea P m will act on the fiber spool 8. Therefore, the phase difference of the interfering rays, and hence the amplitude of the photocurrent (or the frequency and number of pulses) will be proportional to the intensity of the seismic oscillations and will not depend on sea noise.

По этой же причине на показания сейсмоприемника не будут влиять другие гидрологические факторы, одинаково воздействующие на обе волоконные катушки интерферометра. For the same reason, other hydrological factors that equally affect both fiber coils of the interferometer will not affect the readings of the seismic receiver.

Сигнал с фотоприемника 10 после его преобразования во вторичной аппаратуре 12 направляется по кабель-тросу 4 на регистратор 13 на надводном центре управления. The signal from the photodetector 10 after its conversion in the secondary equipment 12 is sent via a cable cable 4 to the recorder 13 on the surface control center.

Сейсмосигнал Рс одинаково воспринимается со всех направлений, чем достигается поставленный технический результат.The seismic signal P c is equally perceived from all directions, thereby achieving the set technical result.

Источники информации
1. Патент ФРГ 3517825, кл.G 012 D 5/26, G 01 L 1/24, G 01 V 7/04, 1986.Sources of information
1. The patent of Germany 3517825, CL G 012 D 5/26, G 01 L 1/24, G 01 V 7/04, 1986.

2. Патент РФ 2115933, кл. G 01 P 15/08, 1998 - прототип. 2. RF patent 2115933, cl. G 01 P 15/08, 1998 - prototype.

Claims (5)

1. Волоконно-оптический сейсмоприемник, содержащий инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде оптически согласованных источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек, фазосдвигающего устройства, расположенного в одной из волоконных катушек, и фотоприемника, а также источник питания, блок вторичной аппаратуры и регистратор, при этом первая волоконная катушка интерферометра намотана с натягом на упругую подложку, отличающийся тем, что дополнительно содержит поплавок нейтральной или положительной плавучести, на наружную поверхность которого намотана вторая катушка, и якорное устройство, прикрепленное к нижней части упругой подложки, а также надводный центр управления, соединенный кабель-тросом с упругой подложкой и поплавком нейтральной или положительной плавучести, механически соединенном гибким кабель-тросом с упругой подложкой, при этом источник питания и регистратор расположены на надводном центре управления, а источник когерентного света, фотоприемник и вторичная аппаратура - внутри поплавка нейтральной или положительной плавучести, причем упругая подложка выполнена в виде полой сферы, а инерционная масса - в виде шара, расположенного внутри этой сферы, при этом поплавок нейтральной или положительной плавучести выполнен также сферической формы, причем наружные диаметры сферических подложки и поплавка нейтральной или положительной плавучести одинаковы.1. A fiber-optic seismic receiver containing an inertial mass, an elastic substrate, and a fiber-optic interferometer made in the form of an optically matched coherent light source, two identical fiber coils, a phase shifter located in one of the fiber coils, and a photodetector, as well as a power source , a block of secondary equipment and a recorder, while the first fiber coil of the interferometer is wound with an interference fit on an elastic substrate, characterized in that it additionally contains a float not neutral or positive buoyancy, on the outer surface of which a second coil is wound, and an anchor device attached to the lower part of the elastic substrate, as well as a surface control center connected by a cable-rope to an elastic substrate and a neutral or positive buoyancy float mechanically connected by a flexible cable-rope with an elastic substrate, while the power source and recorder are located on the surface control center, and the coherent light source, photodetector and secondary equipment are inside the float neutral or positive buoyancy, and the elastic substrate is made in the form of a hollow sphere, and the inertial mass is in the form of a ball located inside this sphere, while the neutral or positive buoyancy float is also spherical in shape, with the outer diameters of the spherical substrate and the neutral or positive buoyancy float are the same. 2. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что сферическая упругая подложка заполнена жидкостью.2. The fiber optic seismic receiver according to claim 1, characterized in that the spherical elastic substrate is filled with liquid. 3. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что сферическая упругая подложка заполнена водой.3. The fiber optic seismic receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the spherical elastic substrate is filled with water. 4. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что сферическая упругая подложка заполнена маслом.4. The fiber optic seismic receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the spherical elastic substrate is filled with oil. 5. Волоконно-оптический сейсмоприемник по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что инерционная масса подвешена на упругих подвесах в центральной части полой сферической упругой подложки.5. The fiber optic seismic receiver according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the inertial mass is suspended on elastic suspensions in the central part of the hollow spherical elastic substrate.
RU2002114901/28A 2002-06-06 2002-06-06 Fiber-optical geophone RU2219567C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114901/28A RU2219567C1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Fiber-optical geophone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114901/28A RU2219567C1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Fiber-optical geophone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2219567C1 true RU2219567C1 (en) 2003-12-20
RU2002114901A RU2002114901A (en) 2004-03-20

Family

ID=32066567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002114901/28A RU2219567C1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Fiber-optical geophone

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2219567C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018199786A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Inphotech Sp. Z O. O. Measurement method of vibrations, especially of seismic type, and a device for the measurement of vibrations, especially of seismic type
CN113391343A (en) * 2021-06-11 2021-09-14 中油奥博(成都)科技有限公司 Submarine optical fiber four-component seismic instrument system and data acquisition method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018199786A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Inphotech Sp. Z O. O. Measurement method of vibrations, especially of seismic type, and a device for the measurement of vibrations, especially of seismic type
CN113391343A (en) * 2021-06-11 2021-09-14 中油奥博(成都)科技有限公司 Submarine optical fiber four-component seismic instrument system and data acquisition method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002114901A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lopez-Hignera et al. Simple low-frequency optical fiber accelerometer with large rotating machine monitoring applications
US4530078A (en) Microbending fiber optic acoustic sensor
AU600732B2 (en) Interferometric means and method for accurate determination of fiber-optic well logging cable length
US5155548A (en) Passive fiber optic sensor with omnidirectional acoustic sensor and accelerometer
US8990022B2 (en) Direct velocity seismic sensing
EP2339381B1 (en) Direct velocity seismic sensing
NO20151462L (en) Marine seismic acquisition system
CN113391343A (en) Submarine optical fiber four-component seismic instrument system and data acquisition method thereof
CN107389978A (en) A kind of weak reflective Bragg gratings accelerometer and its method for sensing
CN106813766A (en) Sound magnetic is with the distributed optical fiber sensing system surveyed
RU2219567C1 (en) Fiber-optical geophone
US10352685B2 (en) Pressure insensitive interferometer
Udd et al. Single-mode fiber-optic vibration sensor
RU2231088C1 (en) Hydrophone
Gardner et al. Fiber optic seismic sensor
Li et al. Phase-shifted sensitivity calibration of fiber optic vector hydrophone based on heterodyne method
RU2231033C2 (en) Sea wave parameter meter
Layton et al. A practical fiber optic accelerometer
RU2226675C2 (en) Fiber-optical device controlling vibration of load-carrying structure of underwater acoustic measurement aid in full-scale basin
Davis et al. Fiber-optic seismometer
Morshed Senior projects in optical fiber sensing
Davis et al. Fiber-Optic Sensors for Geophysical Applications
RU2060505C1 (en) Fiber-optic sensor of liquid current velocity head
RU2107282C1 (en) Fiber-optic interferometer for underwater investigations
RU2060597C1 (en) Fiber-optical submarine detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050607