RU2698106C1 - Method of long-dimensional object state monitoring and device for its implementation - Google Patents
Method of long-dimensional object state monitoring and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698106C1 RU2698106C1 RU2019100935A RU2019100935A RU2698106C1 RU 2698106 C1 RU2698106 C1 RU 2698106C1 RU 2019100935 A RU2019100935 A RU 2019100935A RU 2019100935 A RU2019100935 A RU 2019100935A RU 2698106 C1 RU2698106 C1 RU 2698106C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cable
- antenna
- measuring
- optical
- information
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 101
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 69
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 59
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 39
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 17
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 16
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000005399 mechanical ventilation Methods 0.000 claims description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 12
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 12
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 4
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 claims description 3
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 229920004482 WACKER® Polymers 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 rare earth ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 102000010410 Nogo Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010077641 Nogo Proteins Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000006886 spatial memory Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/001—Acoustic presence detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/01—Measuring or predicting earthquakes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля состояния длинномерных объектов, а именно протяженных приповерхностных слоев литосферы в виде участков земли толщиной несколько километров и площадью сотни квадратных километров, расположенных в сейсмоопасных зонах на поверхности земли и морском дне, с целью предсказания землетрясений, цунами, техногенных катастроф, а также поиска и разведки полезных ископаемых.The group of inventions relates to measuring technique and can be used to monitor the condition of long objects, namely, extended near-surface layers of the lithosphere in the form of plots of land several kilometers thick and hundreds of square kilometers in seismic zones on the surface of the earth and the seabed, with the aim of predictions of earthquakes, tsunamis, technological disasters, as well as search and exploration of minerals.
Физико-механические характеристики таких протяженных объектов, прежде всего геометрия поверхности и смещения внутренних слоев земной коры, а также параметры действующих сейсмических волн, здесь определяются путем измерений распределений дифференциальных кривизн ∂K/∂S, полей вибраций и температуры с помощью градиентной сейсмической оптоволоконной кабельной антенны в трехмерном пространстве. Полученные результаты измерений вдоль оси S каждого луча антенны, после фотопреобразования их в электрические сигналы, синхронно детектируют, усиливают и преобразуют эти электрические сигналы в цифровую форму, представляющие собой регистрограммы. По этим данным определяют основные характеристики инфразвуковых и высокочастотных пространственных сейсмических волн и рассчитывают гипоцентр очага землетрясения.The physicomechanical characteristics of such extended objects, primarily the surface geometry and displacements of the inner layers of the earth's crust, as well as the parameters of the active seismic waves, are determined here by measuring the distributions of differential curvatures ∂K / ∂S, vibration fields and temperature using a gradient seismic fiber optic cable antenna in three-dimensional space. The results of measurements along the S axis of each antenna beam, after photoconverting them into electrical signals, synchronously detect, amplify and convert these electrical signals into digital form, which are a register. According to these data, the main characteristics of infrasound and high-frequency spatial seismic waves are determined and the hypocenter of the earthquake source is calculated.
Согласно заявленному способу и устройству, реализующему указанный способ, выбирают измерительный полигон. Из отрезков информационно-измерительного оптоволоконного кабеля путем их зонтичного соединения изготавливают градиентную сейсмическую оптоволоконную кабельную антенну, четыре луча которой устанавливают крестообразно на поверхности полигона и один луч закрепляют в вертикальной скважине. Возбуждают одновременно все лучи антенны от одного когерентного источника оптического излучения и на выходах всех лучей получают характеристики основных предвестников землетрясения. Причем все входы кабельных лучей этой антенны через оптические разъемы подключены к выходам дополнительно установленного оптического разветвителя, соединенного с выходом оптического усилителя сигнала импульсного когерентного лазера, а выходы соединены с оконечными устройствами, расположенными в конце каждого кабельного луча. В свою очередь каждое оконечное устройство кроме собственного входного оптического разъема содержит оптическую линию задержки, соединяющую между собой первую и вторую, дополнительно установленную в кабельном луче, аналогичную по конструкции первой, пятиканальную оптоволоконную измерительную линию (ИВЛ), проложенную в прямом и обратном направлениях по всей длине каждого кабельного луча, размещенную как и первая ИВЛ в общей светоотражающей оболочке, заполненной тиксотропным гелем с иммерсионными свойствами. Выход второй ИВЛ размещен во входном разъеме каждого кабельного луча. Далее выходы вторых ИВЛ всех пяти кабельных лучей через указанные разъемы соединены со входами блока фотоприемников, который через демодулятор, один выход которого соединен с последовательно соединенными блоком АЦП, процессором БПФ, вычислительным устройством и видеотерминалом, а второй выход блока АЦП непосредственно подключен ко второму входу вычислительного устройства, третий вход которого соединен с выходом буферной памяти, в свою очередь второй выход вычислительного устройства через дополнительно размещенный блок подготовки и передачи сигналов, подключен на вход также дополнительно установленной спутниковой антенны.According to the claimed method and device that implements the specified method, choose a measuring range. A gradient seismic fiber optic cable antenna is made from segments of information-measuring fiber optic cable by their umbrella connection, four beams of which are mounted crosswise on the surface of the polygon and one beam is fixed in a vertical well. All antenna beams are excited at the same time from one coherent source of optical radiation and the characteristics of the main earthquake precursors are obtained at the outputs of all the rays. Moreover, all the inputs of the cable beams of this antenna through optical connectors are connected to the outputs of an additionally installed optical splitter connected to the output of the optical amplifier of a pulsed coherent laser signal, and the outputs are connected to terminal devices located at the end of each cable beam. In turn, each terminal device, in addition to its own input optical connector, contains an optical delay line connecting the first and second, additionally installed in the cable beam, similar in construction to the first, five-channel fiber-optic measuring line (IVL), laid in the forward and reverse directions throughout the length of each cable beam, placed like the first ventilator in a common reflective sheath, filled with a thixotropic gel with immersion properties. The output of the second ventilator is located in the input connector of each cable beam. Next, the outputs of the second artificial ventilation of all five cable beams through these connectors are connected to the inputs of the photodetector block, which through a demodulator, one output of which is connected to the ADC block, the FFT processor, the computing device, and the video terminal, and the second output of the ADC block is directly connected to the second input of the computing devices, the third input of which is connected to the output of the buffer memory, in turn, the second output of the computing device through an additionally placed preparation unit and signal transmission, connected to the input of an additionally installed satellite dish.
Технический результат - повышение точности и селективности контроля за счет расширения диапазона данных при контроле состояния приповерхностного слоя литосферы.EFFECT: increased accuracy and selectivity of control by expanding the data range when monitoring the state of the surface layer of the lithosphere.
В настоящий момент известно счетное множество литосферных признаков землетрясений (Яновская Т.Б. Основы сейсмологии. С.-П.: 2008, с. 179-181), таких как сдвиговые деформации земной поверхности, изменение соотношения скоростей распространения продольных и поперечных сейсмических волн, изменение наклона земной поверхности, изменения температурного режима приповерхностных слоев, изменение составляющих геомагнитного поля, удельного электрического сопротивления земной коры и др.At the moment, a countable set of lithospheric features of earthquakes is known (Yanovskaya TB Fundamentals of seismology. S.-P .: 2008, p. 179-181), such as shear deformations of the earth's surface, a change in the ratio of the propagation velocities of longitudinal and transverse seismic waves, a change in the inclination of the earth's surface, changes in the temperature regime of the surface layers, changes in the components of the geomagnetic field, electrical resistivity of the earth's crust, etc.
Перечисленные признаки-предвестники имеют долговременный интервал существования, но не позволяют точно предсказать момент наступления самого события. Существует линейная зависимость (формула Гутенберга-Рихтера) между логарифмом времени предвестника (Т) и магнитудой (М): Т=0,79М - 1,88 (см., например, Т. Рикитаке, "Предсказание землетрясений", перевод с англ., Мир, М., 1979 г, стр. 242, стр. 314, табл. 15.13). Но эта формула дает весьма приближенные результаты в связи с низкой точностью исходных данных, обусловленной несовершенством применяемых средств измерений характеристик предвестников землетрясений.The listed precursor signs have a long-term interval of existence, but they do not accurately predict the moment of occurrence of the event itself. There is a linear relationship (Gutenberg-Richter formula) between the logarithm of the precursor time (T) and magnitude (M): T = 0.79M - 1.88 (see, for example, T. Rikitake, “Earthquake prediction,” translated from English. , Mir, M., 1979, p. 242, p. 314, tab. 15.13). But this formula gives very approximate results due to the low accuracy of the initial data, due to the imperfection of the used measuring instruments for the characteristics of earthquake precursors.
Одним из наиболее достоверных признаков - предвестников землетрясений является изменение спектрального образа очага землетрясения непосредственно перед событием, в виде изменения амплитудных соотношений между спектральными составляющими волнового процесса, генерируемого очагом.One of the most reliable signs of earthquake precursors is a change in the spectral image of the earthquake source immediately before the event, in the form of a change in the amplitude relationships between the spectral components of the wave process generated by the source.
Например, установлено (см., В.А. Липеровский, Л.С. Шалимов, О.А. Похотелов "Ионосферные признаки землетрясений", Наука, М, 1992, стр. 163) появление за несколько минут до события особо низких гармоник с периодом 10…20 секунд. Для регистрации длиннопериодных сейсмических колебаний применяют сейсмографы и другие устройства в виде распределенных сейсмических антенн с набором различных датчиков, объединенных общей кабельной линией связи.For example, it was established (see, V.A. Liperovsky, L.S. Shalimov, O.A. Pokhotelov, "Ionospheric Signs of Earthquakes," Nauka, M, 1992, p. 163) the appearance of especially low harmonics with a period of 10 ... 20 seconds. To record long-period seismic oscillations, seismographs and other devices are used in the form of distributed seismic antennas with a set of different sensors combined by a common cable communication line.
Наиболее распространенная схема системы контроля и регистрации основных физико-механических параметров предвестников землетрясений, размещенная в «сверхкустовой» обсерватории США, показана на рис. 4.8 в книге Т. Рикитаке «Предсказание землетрясений». Изд. «Мир», М.: 1979, с. 70. В представленной схеме, в зоне тектонического разлома на площадке (полигоне) с размерами 10×20 км установлены 2 глубинных скважинных группы приборов, каждая из 5 сейсмографов, расположенных в 150 м друг от друга, наклономера и трех стрейн-сейсмографов. Недалеко от скважины на небольшом заглублении от поверхности (несколько метров) по обеим сторонам от линии разлома размещены 2 станции, каждая из которых содержит 2 наклономера, сейсмограф и 3 стрейн-сейсмографа. В данном случае под стрейн-сейсмографом понимается прибор для записи низкочастотных сейсмических движений, включая статические смещения грунта. Лазерный деформограф кон тролирует высоту 4-х точек прямоугольной поверхности площадки с размерами 1×1 км. Дополнительный лазерный дальномер с двумя отражательными зеркалами контролирует расстояние (порядка 20 км) между каждыми двумя из трех точек полигона. Все приборы на полигоне связаны с пультом оператора в центре обработки информации кабельной линией. Таким образом, здесь реализуются следующие операции способа контроля состояния приповерхностного участка литосферы для прогнозирования землетрясений:The most common scheme of a system for monitoring and recording the main physical and mechanical parameters of earthquake precursors, located in the "supercrust" US observatory, is shown in Fig. 4.8 in T. Rikitake’s book “Earthquake Prediction”. Ed. "World", Moscow: 1979, p. 70. In the presented diagram, in the tectonic fault zone at the site (test site) with dimensions of 10 × 20 km, 2 deep borehole groups of instruments are installed, each of 5 seismographs located 150 m from each other, an inclinometer and three strain seismographs. Near the well, at a small depth of the surface (several meters), on both sides of the fault line, 2 stations are located, each of which contains 2 tilt meters, a seismograph and 3 strain-seismographs. In this case, a strain seismograph is a device for recording low-frequency seismic movements, including static ground displacements. A laser strain gauge controls the height of 4 points of the rectangular surface of a site with dimensions of 1 × 1 km. An additional laser rangefinder with two reflective mirrors controls the distance (about 20 km) between every two of the three points of the polygon. All devices at the test site are connected to the operator console in the information processing center by a cable line. Thus, the following operations of the method for monitoring the state of the surface portion of the lithosphere for earthquake prediction are implemented here:
- выбор пространственного приповерхностного участка литосферы (измерительного полигона) с площадью поверхности не менее 200 кв. км и толщиной не менее 1 км в наиболее сейсмоактивной зоне районирования, например, в зоне тектонического разлома;- the choice of the spatial surface region of the lithosphere (measuring range) with a surface area of at least 200 square meters. km and a thickness of at least 1 km in the most seismically active zoning zone, for example, in a tectonic fault zone;
- бурение в геометрическом центре поверхности выбранного полигона вертикальной геофизической скважины глубиной не менее 1 км;- drilling in the geometric center of the surface of the selected test site of a vertical geophysical well with a depth of at least 1 km;
- выбор и размещение на поверхности полигона и в скважине инерциальных и/или инклинометрических чувствительных элементов, связанных между собой и центром обработки данных, информационно-измерительным кабелем;- selection and placement on the surface of the landfill and in the well of inertial and / or inclinometric sensitive elements interconnected with the data center, information and measuring cable;
- измерения деформаций земной коры по трем декартовым координатам на поверхности измерительного полигона и в скважине;- measuring the deformations of the earth's crust by three Cartesian coordinates on the surface of the measuring range and in the well;
- контроль изменения сейсмического режима за счет измерения амплитудно-фазочастотных характеристик высокочастотных (форшоковых и афтершоковых), а также инфразвуковых волн;- control of changes in the seismic mode by measuring the amplitude-phase-frequency characteristics of high-frequency (foreshock and aftershock), as well as infrasound waves;
- контроль изменения линейных скоростей сейсмических волн с разделением их на продольные, поперечные и глубинные;- control of changes in linear velocities of seismic waves with their separation into longitudinal, transverse and deep;
- контроль изменения наклона земной поверхности.- control of changes in the inclination of the earth's surface.
Недостатками этого способа-аналога и системы его реализующей являются:The disadvantages of this analogue method and its implementing system are:
- низкие точность и селективность контроля из-за дискретного измерения геометрии поверхности и смещений внутренних слоев участка литосферы;- low accuracy and selectivity of control due to discrete measurements of surface geometry and displacements of the inner layers of the lithosphere;
- непригодность способа для восстановления особо низкочастотных сейсмоволн, например, длиной более 50 км;- the unsuitability of the method for the restoration of particularly low-frequency seismic waves, for example, more than 50 km long;
- возможность пропуска слабых высокочастотных сейсмических сигналов при регистрации их во времени;- the ability to skip weak high-frequency seismic signals when recording them in time;
функциональная ограниченность способа по составу контролируемых параметров (только линейные и угловые перемещения выбранных участков земной коры);functional limitations of the method according to the composition of the controlled parameters (only linear and angular movements of selected sections of the earth's crust);
- высокие энергозатраты на проведение измерений, сбор и передачу информации;- high energy costs for measuring, collecting and transmitting information;
- низкая надежность контроля из-за большого количества соединений электронных и электромеханических элементов, размещенных в зоне ударных воздействий и вибраций.- low reliability of control due to the large number of connections of electronic and electromechanical elements located in the zone of shock and vibration.
Задача, решаемая заявляемым способом, заключается в обеспечении возможности получения пространственного изображения признака-предвестника в виде непрерывных распределений его характеристик и производных от них вдоль заданных дуговых и линейных координат в контролируемом объеме участка земной коры и достоверного предсказания события путем сопоставления как параметров самих сигналов - предвестников так и ассоциативных признаков.The problem solved by the claimed method is to provide the possibility of obtaining a spatial image of the precursor sign in the form of continuous distributions of its characteristics and their derivatives along given arc and linear coordinates in a controlled volume of the earth’s crust and reliable prediction of the event by comparing the parameters of the precursors themselves as parameters and associative signs.
За последние 40 лет, прошедшие с момента подготовки и издания этой известной монографии, список применяемых технических средств для контроля параметров предвестников землетрясений существенно расширился.Over the past 40 years since the preparation and publication of this famous monograph, the list of technical means used to control the parameters of earthquake precursors has expanded significantly.
Проведем анализ наиболее значимых патентов в этой области, прежде всего обращая внимание на форму и состав сейсмодатчиков, используемых в распределенных приемных сейсмических антеннах.We will analyze the most significant patents in this area, primarily paying attention to the shape and composition of the seismic sensors used in distributed receiving seismic antennas.
В патенте РФ №2130195 авторов Давыдова В.Ф., Щербакова А.С., Комарова Е.Г. и др. «Способ предсказания землетрясений», опубликованном 10 мая 1999 г., описан способ включающий преобразование сейсмических волн в электрический сигнал, взятие отсчетов измеряемой величины в нескольких точках пространства, отличающийся тем, что дополнительно создают на выбранном профиле наблюдения измерительный полигон в виде прямоугольной решетки из N безынерционных измерителей, размещенных в узлах решетки и отстоящих друг от друга на расстоянии λ/4 при геометрических размерах сторон решетки, кратных длине волны λ сигнала предвестника, измеряют амплитуду А сигнала в каждом узле решетки со скважностью менее 1 с, формируют матрицу цифровых отсчетов сигнала предвестника размерностью m×m элементов в функции пространственных координат А(х,у), вычисляют параметры электрического сигнала матрицы: энергетический спектр сигналов S(Fx), S(Fy), пространственный период , направление прихода волны θ=arctg Fx/Fy, автокорреляционную функцию B(R) и по их значениям и времени существования судят о магнитуде и времени ожидаемого землетрясения. Функциональная схема устройства, реализующего этот способ, содержит гелиевый лазер, обеспечивающий через адресный электрооптический дефлектор запитку волоконно-оптических линий пространственной решетки, в узлах которой размещены измерительные модули. Формирование матрицы дискретных отсчетов осуществляется программным методом посредством программируемой схемы выборки, осуществляющей адресное управление дефлектором и канальным коммутатором. Считывание дискретных отсчетов от измерительных модулей осуществляется по шинам считывания, последовательно, по столбцам. Результаты измерений накапливаются в буфере-формирователе. Сформированная измерительная матрица задаваемого размера m х m элементов считывается в оперативное запоминающее устройство ПЭВМ, содержащей процессор-вычислитель, винчестер, клавиатуру, дисплей и принтер. Измерительный модуль содержит волоконно-оптический ответвитель, интерферометр Маха-Цендера в режиме акселерометра, аналого-цифровой преобразователь и адресный сервер.In the patent of the Russian Federation №2130195 authors Davydova V.F., Scherbakova A.S., Komarova E.G. et al. “Earthquake prediction method” published on May 10, 1999, a method is described that includes converting seismic waves into an electrical signal, taking measured values at several points in space, characterized in that they additionally create a measuring polygon in the form of a rectangular polygon on the selected observation profile arrays of N inertialess meters located at the nodes of the arrays and spaced apart at a distance of λ / 4 with the geometric dimensions of the sides of the arrays that are multiples of the wavelength λ of the signal a, measure the amplitude A of the signal at each node of the lattice with a duty cycle of less than 1 s, form a matrix of digital samples of the precursor signal with dimension m × m elements as a function of spatial coordinates A (x, y), calculate the parameters of the electric signal of the matrix: energy spectrum of signals S (F x ), S (F y ), spatial period , the direction of arrival of the wave θ = arctan F x / F y , the autocorrelation function B (R), and the magnitude and time of the expected earthquake are judged by their values and lifetime. The functional diagram of a device that implements this method contains a helium laser, which, through an addressable electro-optical deflector, provides power to the fiber-optic lines of the spatial array, in the nodes of which the measuring modules are located. The formation of the matrix of discrete samples is carried out by the program method using a programmable sampling circuit that performs address control of the deflector and channel switch. Read discrete readings from the measuring modules is carried out on the read buses, sequentially, in columns. The measurement results are accumulated in the shaper buffer. The formed measuring matrix of a given size m x m elements is read into the PC random access memory containing a processor-calculator, a hard drive, a keyboard, a display and a printer. The measuring module contains a fiber optic coupler, a Mach-Zehnder interferometer in accelerometer mode, an analog-to-digital converter, and an address server.
Основными недостатками данных способа и устройства являются также низкая точность определения значений измеряемого параметра - амплитуды сигнала-предвестника, связанная с дискретностью его измерения в ограниченном числе точек расположения измерительных модулей в узлах прямоугольной решетчатой антенны, а также узкий диапазон контролируемых сейсмических параметров, являющихся предвестниками землетрясений.The main disadvantages of the data of the method and device are also the low accuracy of determining the values of the measured parameter - the amplitude of the precursor signal, associated with the discreteness of its measurement in a limited number of points of location of the measuring modules in the nodes of a rectangular lattice antenna, as well as a narrow range of monitored seismic parameters that are precursors of earthquakes.
Известна также попытка синтеза апертуры сейсмической антенны в патенте РФ №2227311 авторов Давыдова В.Ф., Никитина А.Н., Новоселова О.Н. и др. «Способ краткосрочного предсказания землетрясений», опубликованном 20 апреля 2004 года, включающем преобразование измеряемой величины в электрический сигнал, взятие дискретных отсчетов амплитуды сигнала в разнесенных точках пространства, формирование регистрограмм измерений зависимости дискретных отсчетов амплитуд от пространственных координат, обработку регистрограмм, отличающийся тем, что образуют из датчиков-измерителей, разнесенных с постоянным шагом по координатам x, у, линейные крестообразные группы, расставляют их в контролируемом регионе ориентированно по сторонам света на расстоянии, соизмеряемом с размерами очага, регистрируют датчиками-измерителями амплитуду вертикального электростатического поля у поверхности земли Е, осуществляя их последовательный циклический опрос, формируют регистрограммы измерений каждой из групп раздельно по координатам E(x, t) и Е (у, t), рассчитывают гипоцентр очага как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через производные от регистограмм крестообразной группыThere is also an attempt to synthesize the aperture of a seismic antenna in RF patent No. 2227311 by Davydov V.F., Nikitin AN, Novoselova ON et al. “A method for short-term earthquake prediction”, published on April 20, 2004, which includes the conversion of the measured value into an electrical signal, taking discrete samples of the signal amplitude at spaced points in space, the formation of measurement registers for the dependence of discrete samples of amplitudes on spatial coordinates, processing of registers, characterized in that form from the measuring sensors spaced with a constant step along the x, y coordinates, linear cross-shaped groups, arrange them in cont In the region under study, oriented to the cardinal points at a distance commensurate with the size of the focus, the amplitude of the vertical electrostatic field near the earth’s surface E is recorded by sensors and meters, by conducting their sequential cyclic survey, the measurement registers of each group are formed separately in the coordinates E (x, t) and E (y, t), the focus hypocenter is calculated as the point of intersection of the vectors, the cosines of which are calculated through the derivatives of the registrations of the cruciform group
определяют период To сигнала регистрограмм, прогнозируют магнитуду и время удара по регрессионным зависимостям ; .determine the period T o of the signal of the registrograms, predict the magnitude and time of impact by the regression dependencies ; .
Функциональная схема устройства, реализующая вышеописанный способ, содержит единичные датчики-измерители в составе последовательно включенных электростатического датчика, политронного усилителя и интегратора. Единичные датчики-измерители собраны в линейные крестообразные группы, разнесенные на базу В. Посредством измерительных шин каждый из единичных датчиков-измерителей подключен к канальному коммутатору, осуществляющему их циклический опрос за интервал времени, задаваемый программой программируемой схемы выборки измерений. Одновременно эта схема осуществляет программную синхронизацию работы аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и буфера - формирователя, подключенных последовательно к канальному коммутатору. Программируемая схема выборки измерений управляется компьютером (ПЭВМ), в стандартном наборе элементов: процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), винчестера, дисплея, принтера и клавиатуры. Выход буфера - формирователя подключен к ОЗУ ПЭВМ.Functional diagram of the device that implements the above method, contains single sensors, meters consisting of a series-connected electrostatic sensor, a polytron amplifier and an integrator. Single measuring sensors are arranged in linear cruciform groups spaced on base B. By means of measuring buses, each of the single measuring sensors is connected to a channel switch, which performs their cyclic interrogation over the time interval specified by the program of the programmed measurement sampling scheme. At the same time, this circuit provides program synchronization of the operation of the analog-to-digital converter (ADC) and the buffer-driver, connected in series to the channel switch. The programmable sampling scheme of measurements is controlled by a computer (PC), in a standard set of elements: processor, random access memory (RAM), hard drive, display, printer and keyboard. The output of the buffer - shaper is connected to the RAM of the PC.
Основными недостатками данных способа и устройства являются также низкая точность определения значений главного измеряемого параметра - амплитуды вертикального электростатического ноля, связанная с дискретностью его измерения в ограниченном числе точек расположения датчиков-измерителей каждой крестообразной антенны, а также узкий диапазон контролируемых сейсмических параметров, являющихся предвестниками землетрясений.The main disadvantages of the data of the method and device are also the low accuracy of determining the values of the main measured parameter - the amplitude of the vertical electrostatic zero, associated with the discreteness of its measurement in a limited number of sensor points of each cross antenna, as well as a narrow range of monitored seismic parameters that are precursors of earthquakes.
Более близким к заявленному здесь является изобретение, описанное в патенте SU 1742615 «Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления» авторов Михеева С.М., Земерова В.Н. и Елшанского П.В., опубликованном 23 июня 1992 г., в котором впервые осуществлено непрерывное измерение распределенных физико-механических характеристик длинномерного объекта с помощью измерительной волноводной линии, размещенной в зоне контроля этого объекта.Closer to the claimed here is the invention described in patent SU 1742615 "A method for monitoring the state of a long object and a device for its implementation" by S. Mikheev, V. N. Zemerov and Yelshansky P.V., published on June 23, 1992, in which for the first time a continuous measurement of the distributed physical and mechanical characteristics of a long object was carried out using a measuring waveguide line located in the control zone of this object.
В указанном патенте представлен способ контроля состояния длинномерного объекта, заключающийся в том, что в зоне контроля размещают протяженный канал передачи волновой энергии в оптическом диапазоне, в котором установлены линии задержки одной или нескольких мод, измеряют параметры последней и по ним определяют физико-механические данные о состоянии объекта и их распределение в зоне контроля, отличающийся тем что, с целью повышения точности контроля и расширения диапазона данных, канал передачи волновой энергии выполняют в виде волновода, фиксируют моды колебаний указанной энергии, формируют по крайней мере одну из них в качестве опорно-информативной, с ее учетом выделяют из указанных мод наиболее информативные по указанным физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из них. За параметры мод принимают амплитудно-фазочастотные характеристики их передачи по волноводу и реакцию этих характеристик на изменение формы, структуры объекта и окружающих давления и температуры.The said patent provides a method for monitoring the state of a long object, which consists in placing an extended wave energy transmission channel in the optical range in which the delay lines of one or several modes are installed, measuring the parameters of the latter and determining physicomechanical data on them the state of the object and their distribution in the control zone, characterized in that, in order to increase the control accuracy and expand the data range, the wave energy transmission channel is made in the form of waves yes fixed oscillation mode of said energy is formed by at least one of them as a supporting-informative on its basis of said modes allocate the most informative for said physical-mechanical data and measured parameters of each of them. For the parameters of the modes, the amplitude-phase-frequency characteristics of their transmission along the waveguide and the response of these characteristics to changes in the shape, structure of the object and surrounding pressure and temperature are taken.
Устройство для контроля состояния длинномерного объекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодулятор, отличающееся тем, что с целью повышения точности контроля оно снабжено двумя пространственными фильтрами, один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волновой энергии, а второй пространственный фильтр - между входом демодулятора и выходом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового протяженного волновода прямоугольного или круглого сечения или их сочетаний, а демодулятор выполнен в виде подключенных к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора, второго синхронного детектора и операционного усилителя. Дополнительно устройство, описанное выше, снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов.A device for monitoring the state of a long object containing a source of modulated wave energy, a wave energy transmission channel and a demodulator, characterized in that in order to increase the control accuracy it is equipped with two spatial filters, one of which is connected between the output of the modulated wave energy source and the input of the wave transmission channel energy, and the second spatial filter is between the input of the demodulator and the output of the wave energy transmission channel, which is made in the form of a multimode Nogo waveguide of rectangular or circular cross section or combinations thereof, and the demodulator is designed as a second output connected to the spatial filter the two synchronous detectors integrator connected to the output of one of them and connected to the outputs of the integrator of the second synchronous detector and an operational amplifier. Additionally, the device described above is equipped with a local oscillator frequency converter of signals included between the outputs of the second spatial filter and the inputs of synchronous detectors.
Основными недостатками указанного изобретения являются узкие функциональные возможности способа и устройства для его осуществления из-за низкой точности и селективности контроля вследствие малого количества одновременно контролируемых параметров - только распределений кривизны длинномерного объекта в одной плоскости, а также полей давления и температуры. Для современного контроля сейсмического состояния такого сложного динамического длинномерного объекта, как участок земли толщиной несколько километров и площадью сотни квадратных километров необходима протяженная разветвленная волноводная антенна, размещенная в трехмерной прямоугольной системе координат.The main disadvantages of this invention are the narrow functionality of the method and device for its implementation due to the low accuracy and selectivity of control due to the small number of simultaneously monitored parameters - only the distributions of the curvature of a long object in one plane, as well as pressure and temperature fields. For modern control of the seismic state of such a complex dynamic long object as a piece of land several kilometers thick and hundreds of square kilometers in area, an extensive branched waveguide antenna is required, located in a three-dimensional rectangular coordinate system.
По вышеуказанным причинам наиболее близким к представленному здесь техническому решению (прототипом) является изобретение, описанное в патенте РФ №2661674, опубликованном 18 июля 2018 года «Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления» автора Земерова В.Н., формула изобретения которого состоит в следующем.For the above reasons, the closest to the technical solution presented here (prototype) is the invention described in RF patent No. 2661674, published July 18, 2018 "Method for monitoring the state of a long object and device for its implementation" by V. Zemerov, claims of which consists in the following.
Способ контроля состояния длинномерного объекта, заключающийся в том, что в зоне контроля размещают протяженный канал передачи волновой энергии, измеряют параметры последней и по ним определяют физико-механические данные о состоянии объекта и их распределение в зоне контроля, для этого канал передачи волновой энергии выполняют в виде волновода, фиксируют моды колебаний указанной энергии, формируют по крайней мере одну из них в качестве опорно-информативной, с ее учетом выделяют из указанных мод наиболее информативные по указанным физико-механическим данным и измеряют параметры каждой из них, при этом за параметры мод принимают амплитудно-фазочастотные характеристики их передачи по волноводу и реакцию этих характеристик на изменение формы, структуры объекта и окружающей температуры, отличающийся тем, что с целью повышения точности и селективности контроля за счет расширения диапазона данных при контроле состояния магистрального нефтегазопровода, содержащего последовательно соединенные трубопроводом главную и промежуточные насосные или компрессорные станции и накопительные емкости,A method for monitoring the state of a long object, which consists in placing an extended channel of wave energy transfer in the control zone, measuring the parameters of the latter and using them to determine the physical and mechanical data on the state of the object and their distribution in the control zone, for this the wave energy transmission channel is performed in in the form of a waveguide, the vibration modes of the indicated energy are recorded, at least one of them is formed as a reference-informative, taking into account it, the most informative according to the specified physical o-mechanical data and measure the parameters of each of them, while the mode parameters take the amplitude-phase-frequency characteristics of their transmission along the waveguide and the response of these characteristics to changes in the shape, structure of the object and ambient temperature, characterized in that in order to increase the accuracy and selectivity of control by expanding the data range when monitoring the state of the main oil and gas pipeline, containing the main and intermediate pumping or compressor stations connected in series to the pipeline and storage tanks
с помощью волновода, выполненного в виде информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, размещенного вдоль магистрального нефтегазопровода, для измерения распределений кривизны трубопровода, а также поверхностей накопительных емкостей в вертикальной и горизонтальной плоскостях, в указанном кабеле по всей его длине L помещают по крайней мере две, ортогонально расположенные оптоволоконные пары, каждая из которых содержит два параллельно протянутых и контактирующих между собой по общей образующей цилиндрических кварцевых стекловолокна, одно из указанных волокон является опорно-информационным каналом n1, а второе - измерительным каналом n2 с разными показателями преломления n1>n2, помещенных в общую светоотражающую оболочку, при этом сам информационно-измерительный оптоволоконный кабель последовательно закрепляют на поверхности всех устройств, входящих в состав магистрального нефтегазопровода, генерируют последовательность когерентных оптических импульсов длительностью Т=L/V, где V - скорость света в стекловолокне опорно-информационного канала n1 с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом T1 между импульсами, подают указанные импульсы на вход каждого стекловолокна опорно-информационного канала n1 информационно-измерительного оптоволоконного кабеля длиной L, большей длины указанного нефтегазопровода, усиливают оптические сигналы во всех каналах информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, получают оптические сигналы на выходах всех каналов указанного кабеля и осуществляют их фотопреобразование в электрические сигналы, затем синхронно детектируют, интегрируют, усиливают и преобразуют эти электрические сигналы в цифровую форму, далее по измеренным распределениям кривизны производят ее масштабное преобразование в пространственно-временные распределения изгибающих сил, действующих на трубопровод и накопительные емкости в горизонтальной и вертикальной плоскостях, и, сравнивая полученные физико-механические характеристики текущего состояния магистрального нефтегазопровода с эталонными физико-механическими характеристиками, принимают решение о состоянии трубопровода и накопительных емкостей контролируемого магистрального нефтегазопровода.using a waveguide made in the form of an information-measuring optical fiber cable placed along the main oil and gas pipeline, to measure the distribution of the curvature of the pipeline, as well as the surfaces of the storage tanks in the vertical and horizontal planes, at least two are placed in the specified cable along its entire length L, orthogonally located fiber optic pairs, each of which contains two parallel elongated and contacting each other along a common generatrix of cylindrical quartz glasses a fiber, one of these fibers is a reference and information channel n 1 , and the second is a measuring channel n 2 with different refractive indices n 1 > n 2 placed in a common reflective sheath, while the information and measuring optical fiber cable is sequentially fixed to the surface of all devices comprising the main oil and gas pipelines, generating a sequence of coherent optical pulses of duration T = L / V, where V - velocity of light in a glass fiber support-information channel 1 of width n pektra order of 1 / T and the time interval T 1 between pulses fed said pulses to the input of each fiber support-information channel n 1 information and the measuring fiber optic cable length L, greater lengths of said oil and gas pipelines, amplify optical signals in all channels of information and the measuring fiber optic cable receive optical signals at the outputs of all channels of the specified cable and carry out their photoconversion into electrical signals, then synchronously detect, integrate, amplifying these electrical signals are converted and digitalized, then the measured distributions of curvature are scaled to the spatio-temporal distributions of bending forces acting on the pipeline and storage tanks in horizontal and vertical planes, and comparing the obtained physical and mechanical characteristics of the current state of the main oil and gas pipelines with reference physical and mechanical characteristics, decide on the condition of the pipeline and storage tanks trolled trunk oil and gas pipeline.
Способствует достижению технического результата в способе-прототипе также то, что:Contributes to the achievement of the technical result in the prototype method also that:
- механический светопроводящий контакт в каждой оптоволоконной паре между цилиндрическими кварцевыми стекловолокнами n1 и n2 обеспечивают прижатием волокон друг к другу за счет действия упругих сил сжатия их, например, акриловой светоотражающей оболочкой, или с помощью сварки указанных волокон, или созданием между ними светопрозрачной перегородки, расположенной параллельно продольной оси информационно-измерительного оптоволоконного кабеля;- mechanical light-conducting contact in each optical fiber pair between cylindrical quartz glass fibers n 1 and n 2 is provided by compressing the fibers to each other due to the action of elastic compressive forces, for example, by means of an acrylic reflective sheath, or by welding these fibers, or by creating a translucent partition between them located parallel to the longitudinal axis of the information-measuring fiber optic cable;
- для снижения погрешности измерения кривизны трубопровода информационно-измерительный оптоволоконный кабель закрепляют вдоль верхней образующей цилиндрической поверхности линейных и нелинейных участков трубопровода таким образом, чтобы плоскости максимальной чувствительности измерений кривизны трубопровода находились в вертикальной и горизонтальной плоскостях;- to reduce the measurement error of the curvature of the pipeline information-measuring fiber optic cable is fixed along the upper generatrix of the cylindrical surface of linear and non-linear sections of the pipeline so that the plane of maximum sensitivity of the measurement of the curvature of the pipeline are in the vertical and horizontal planes;
- с целью контроля распределения кривизны поверхностей накопительных емкостей магистрального нефтегазопровода, информационно-измерительный оптоволоконный кабель закрепляют на этих поверхностях вдоль ломаной линии, образующейся от пересечения каждой поверхности накопительной емкости вертикальной диаметральной плоскостью;- in order to control the distribution of the curvature of the surfaces of the storage tanks of the main oil and gas pipeline, the information and measuring fiber optic cable is fixed on these surfaces along a broken line formed from the intersection of each surface of the storage tank with a vertical diametrical plane;
- для повышения точности оценки напряженно-деформированного состояния и усталостной прочности трубопровода, а также и накопительных емкостей магистрального нефтегазопровода осуществляют контроль распределения поля температуры их поверхностей за счет размещения в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле дополнительной пары параллельно расположенных и контактирующих между собой по общей образующей цилиндрических кварцевых стекловолокна с одинаковыми показателями преломления n1=n2, при этом цилиндрическое кварцевое стекловолокно измерительного канала n2 выбирают с линейной зависимостью диэлектрической проницаемости стекловолокна, помещенного в светоотражающую оболочку, ε от температуры, например, иттербиево активное кварцевое волокно со степенью легирования редкоземельными ионами, выраженной мольной концентрацией, менее 1 ppm;- to increase the accuracy of assessing the stress-strain state and fatigue strength of the pipeline, as well as the storage capacities of the main oil and gas pipeline, control the distribution of the temperature field of their surfaces by placing an additional pair of cylindrical quartz in parallel in the information and measuring fiber optic cable along the common generatrix glass with the same refractive index n 1 = n 2, wherein the cylindrical quartz ste lovolokno measuring channel n 2 is selected from a linear dependence of the dielectric constant of fiberglass placed in a reflective sheath, ε with temperature, for example, ytterbium-doped active fiber having a degree of silica doped with rare earth ions expressed by the molar concentration of less than 1 ppm;
- для предотвращения аварий любого устройства, входящего в состав магистрального нефтегазопровода, и несанкционированного доступа к этим устройствам в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле устанавливают вторую дополнительную пару параллельно расположенных и контактирующих между собой по общей образующей цилиндрических кварцевых стекловолокон с разными показателями преломления n1 и n2, причем n1>n2, с помощью которой осуществляют контроль распределений полей вибраций указанных устройств и других источников шумов вблизи магистрального нефтегазопровода;- to prevent accidents of any device that is part of the main oil and gas pipeline, and unauthorized access to these devices, a second additional pair of cylindrical quartz glass fibers with different refractive indices n 1 and n 2 parallel to each other and connected to each other along the common generatrix of refraction is installed in the information-measuring fiber optic cable moreover, n 1 > n 2 , with the help of which they control the distributions of the vibration fields of these devices and other noise sources and the main oil and gas pipeline;
- с целью получения спектров вибраций главной и промежуточных насосных или компрессорных станций магистрального нефтегазопровода, информационно-измерительный оптоволоконный кабель закрепляют на поверхностях насосных или компрессорных агрегатов указанных станций от места подключения к ним трубопровода до места его выхода из упомянутых агрегатов;- in order to obtain vibration spectra of the main and intermediate pumping or compressor stations of the main oil and gas pipeline, the fiber-optic information and measuring cable is fixed on the surfaces of the pumping or compressor assemblies of the indicated stations from the point where the pipeline is connected to them and where it leaves the said units;
- с целью повышения точности и скорости обработки гармонических электрических сигналов, характеризующих распределение полей вибраций вдоль магистрального нефтегазопровода, до передачи в вычислительное устройство к этим сигналам применяют процедуру быстрого преобразования Фурье;- in order to improve the accuracy and processing speed of harmonic electrical signals characterizing the distribution of vibration fields along the main oil and gas pipeline, the procedure of fast Fourier transform is applied to these signals before transmission to the computing device;
- для снижения затрат энергии и помех, а также синхронизации процессов измерений необходимых физико-механических данных о состоянии нефтегазопровода в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле создают один опорно-информационный канал в виде цилиндрического кварцевого стекловолокна n1 и четырех измерительных также цилиндрических кварцевых стекловолокон n2, изолированных между собой и контактирующих с опорно-информационным каналом n1 по общим образующим их цилиндрических поверхностей, при этом все пять указанных каналов помещают в одну общую светоотражающую оболочку;- to reduce energy costs and interference, as well as synchronize the measurement processes of the necessary physical and mechanical data on the state of the oil and gas pipeline in the information-measuring fiber optic cable, create one reference and information channel in the form of cylindrical quartz fiber n 1 and four measuring also cylindrical quartz fiber n 2 , isolated between themselves and in contact with the support-information channel n 1 forming their common cylindrical surfaces, with all five of said channels pom schayut into a single reflective shell;
- для снижения затухания сигналов и увеличения длины контролируемого нефтегазопровода в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле используют многомодовые кварцевые стекловолокна n1, n2 с диапазоном пропускаемых длин волн (850-1550) нм;- to reduce the attenuation of signals and increase the length of the monitored oil and gas pipeline in the information-measuring fiber optic cable, multimode quartz glass fibers n 1 , n 2 with a range of transmitted wavelengths (850-1550) nm are used;
- с целью повышения достоверности и прогнозируемости состояния магистрального нефтегазопровода получают и хранят дополнительную информацию о статических характеристиках напряженно-деформированного состояния пустого и наполненного трубопровода, а также накопительных емкостей за счет измерения, фиксации распределений кривизны, а также полей вибраций и температуры трубопровода, а также накопительных емкостей, до и после подачи нефти или газа в магистральный нефтегазопровод, а также скоростей изменения указанных параметров по времени в процессе эксплуатации и геодезических данных о распределении кривизны трубопровода, полученных при его строительстве;- in order to increase the reliability and predictability of the state of the main oil and gas pipeline, they obtain and store additional information about the static characteristics of the stress-strain state of an empty and filled pipeline, as well as storage tanks by measuring, fixing the distribution of curvature, as well as vibration fields and temperature of the pipeline, as well as storage tanks, before and after the supply of oil or gas to the main oil and gas pipeline, as well as the rate of change of these parameters over time during operation and geodetic data on the distribution of the curvature of the pipeline obtained during its construction;
- для предотвращения разрывов информационно-измерительного оптоволоконного кабеля при температурных изменениях размеров контролируемого магистрального нефтегазопровода в конструкцию указанного кабеля между светоотражающей и последней защитной оболочками вводят твердый диэлектрик, например, полиэтилен, армированный кевларовыми нитями или стеклонитями, а также боковыми стержнями, например, из стеклопластика;- to prevent ruptures of the information-measuring optical fiber cable due to temperature changes in the dimensions of the monitored oil and gas pipeline, a solid dielectric, for example, polyethylene reinforced with Kevlar threads or glass fibers, as well as side rods, for example, made of fiberglass, is introduced into the structure of the specified cable
- для защиты от ударов и снижения сил раздавливающего воздействия, а также повышения точности закрепления на контролируемых поверхностях устройств магистрального нефтегазопровода за счет правильной ориентации информационно-измерительного оптоволоконного кабеля в пространстве последний изготавливают с прямоугольным профилем поперечного сечения последней защитной оболочки;- to protect against impacts and reduce the forces of crushing effects, as well as improve the accuracy of fixing on the controlled surfaces of the devices of the main oil and gas pipeline due to the correct orientation of the information-measuring fiber optic cable in space, the latter is made with a rectangular cross-sectional profile of the last protective sheath;
- для защиты информационно-измерительного оптоволоконного кабеля от пожара, последнюю защитную оболочку указанного кабеля с прямоугольным профилем поперечного сечения изготавливают из огнестойкого, малодымного, безгалогенного компаунда.- to protect the information and measuring fiber optic cable from fire, the last protective sheath of the specified cable with a rectangular cross-sectional profile is made of a fire-resistant, low-smoke, halogen-free compound.
Устройство-прототип для контроля состояния длинномерного объекта, содержащее источник модулированной волновой энергии, канал передачи волновой энергии и демодулятор, оно снабжено двумя пространственными фильтрами, один из которых включен между выходом источника модулированной волновой энергии и входом канала передачи волновой энергии, а второй пространственный фильтр - между входом демодулятора и выходом канала передачи волновой энергии, который выполнен в виде многомодового протяженного волновода прямоугольного или круглого сечения или их сочетаний, а демодулятор выполнен в виде подключенных к выходам второго пространственного фильтра двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора, второго синхронного детектора и операционного усилителя, а также устройство снабжено гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами второго пространственного фильтра и входами синхронных детекторов,A prototype device for monitoring the state of a long object containing a source of modulated wave energy, a wave energy transmission channel and a demodulator, it is equipped with two spatial filters, one of which is connected between the output of the modulated wave energy source and the input of the wave energy transmission channel, and the second spatial filter between the input of the demodulator and the output of the wave energy transmission channel, which is made in the form of a multimode extended waveguide of rectangular or circular cross section or their combinations, and the demodulator is made in the form of two synchronous detectors connected to the outputs of the second spatial filter, an integrator connected to the output of one of them, and connected to the outputs of the integrator, the second synchronous detector and an operational amplifier, and the device is also equipped with a heterodyne signal frequency converter included between the outputs of the second spatial filter and the inputs of synchronous detectors,
отличающееся тем, что с целью повышения точности и селективности контроля за счет расширения диапазона данных при контроле состояния магистрального нефтегазопровода, содержащего последовательно соединенные трубопроводом главную и промежуточные насосные или компрессорные станции и накопительные емкости,characterized in that in order to increase the accuracy and selectivity of control by expanding the data range when monitoring the state of the main oil and gas pipeline, containing the main and intermediate pumping or compressor stations and storage tanks in series,
источник модулированной волновой энергии, выполнен в виде импульсного когерентного лазера, подключенного через оптический усилитель и оптический разъем на вход канала передачи волновой энергии, созданного в виде информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, содержащего один опорно-информационный канал в виде цилиндрического кварцевого стекловолокна n1, вход которого и является входом канала передачи волновой энергии, и четыре измерительных канала, также в виде цилиндрических кварцевых стекловолокон n2, изолированных между собой и контактирующих с опорно-информационным каналом по общим образующим их цилиндрических поверхностей, при этом все пять указанных каналов помещены в одну общую светоотражающую оболочку, которая отделена твердым диэлектриком с армирующими элементами от главной защитной оболочки информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, с прямоугольным профилем поперечного сечения, последовательно закрепленного на поверхностях всех устройств, входящих в состав магистрального нефтегазопровода, а выход канала передачи волновой энергии, в данном случае - выходы всех пяти указанных стекловолокон n1 и n2 также через оптический разъем и второй пространственный фильтр, реализованный в виде блока фотоприемников, подключены к входу демодулятора, выход которого соединен с дополнительно установленными, последовательно соединенными блоком АЦП, процессором БПФ, вычислительным устройством и видеотерминалом, причем второй выход блока АЦП непосредственно подключен ко второму входу вычислительного устройства, третий вход которого соединен с выходом дополнительно установленной буферной памяти.a modulated wave energy source, made in the form of a pulsed coherent laser connected through an optical amplifier and an optical connector to the input of the wave energy transmission channel, created in the form of an information-measuring fiber optic cable containing one reference and information channel in the form of a cylindrical quartz fiber glass n 1 input which is the input channel and transmission of wave energy, and four measurement channel, also in the form of cylindrical quartz glass n 2 isolated between wallpaper and contacting with the reference and information channel along the common cylindrical surfaces forming them, while all five of these channels are placed in one common reflective sheath, which is separated by a solid dielectric with reinforcing elements from the main protective sheath of the information-measuring fiber optic cable, with a rectangular cross-sectional profile sequentially fixed to the surfaces of all devices that make up the main oil and gas pipeline, and the output of the wave energy transmission channel and, in this case, the outputs of all five of these optical fibers n 1 and n 2 also through the optical connector and the second spatial filter, implemented as a block of photodetectors, are connected to the input of the demodulator, the output of which is connected to additionally installed, connected in series by the ADC unit, FFT processor , a computing device and a video terminal, and the second output of the ADC unit is directly connected to the second input of the computing device, the third input of which is connected to the output of an additionally installed buffer memory.
Способствует достижению технического результата в устройстве-прототипе также то, что:Contributes to the achievement of the technical result in the device prototype is also the fact that:
- информационно-измерительный оптоволоконный кабель закреплен на поверхностях всех устройств, входящих в состав магистрального нефтегазопровода, например, с помощью защитной полиэтиленовой пленки;- information-measuring fiber optic cable is fixed on the surfaces of all devices that make up the main oil and gas pipeline, for example, using a protective plastic film;
- в состав демодулятора входят четыре однотипные, независимые электронные схемы синхронного детектирования с гетеродинным преобразователем частот электрических сигналов, поступающих от блока фотоприемников, соединенного через оптический разъем с выходом информационно-измерительного оптоволоконного кабеля;- the demodulator includes four of the same type, independent electronic synchronous detection circuits with a heterodyne frequency converter of electrical signals coming from a photodetector block connected through an optical connector to the output of an information-measuring optical fiber cable;
- с целью снижения погрешности измерений из-за снижения качества опорного и измерительных сигналов для увеличения отношения сигнал/шум в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле большой протяженности в разрез кабеля устанавливают промежуточные оптические усилители на расстоянии L1=L/N1, где N1 - число промежуточных насосных или компрессорных станций в магистральном нефтегазопроводе;- in order to reduce the measurement error due to a decrease in the quality of the reference and measuring signals in order to increase the signal-to-noise ratio, intermediate optical amplifiers are installed at a distance L 1 = L / N 1 in the information and measuring optical fiber cable of a long length, where N 1 - the number of intermediate pumping or compressor stations in the main oil and gas pipeline;
- оптический усилитель в источнике модулированной волновой энергии как и промежуточные оптические усилители выполнены полупроводниковыми или волоконными, например, на основе легированных эрбием или иттербием оптических волокон;- the optical amplifier in the modulated wave energy source as well as the intermediate optical amplifiers are made of semiconductor or fiber, for example, based on erbium or ytterbium-doped optical fibers;
- импульсный когерентный лазер имеет стабильность частоты не хуже (0,001-0,01)Т-1;- a pulsed coherent laser has a frequency stability of at least (0.001-0.01) T -1 ;
- блок фотоприемников выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями;- the block of photodetectors is made on the basis of p-i-n or avalanche photodiodes with transimpedance amplifiers;
- буферная память выполнена в виде оптического накопителя, изготовленного по технологии «Blu-ray».- the buffer memory is made in the form of an optical drive manufactured using the technology of "Blu-ray".
Главными недостатками изобретения-прототипа как и изобретений-аналогов являются узкие функциональные возможности способа и устройства для его осуществления из-за низкой точности и селективности контроля при измерении распределенных физико-механических параметров объемного протяженного объекта, в данном случае участка приповерхностного слоя литосферы, в связи с использованием одномерной дуговой системы координат, задаваемой осью одного информационно-измерительного оптоволоконного кабеля.The main disadvantages of the prototype invention as well as the analogue inventions are the narrow functional capabilities of the method and device for its implementation due to the low accuracy and selectivity of control when measuring the distributed physical and mechanical parameters of an extended extended object, in this case, a portion of the surface layer of the lithosphere, in connection with using a one-dimensional arc coordinate system defined by the axis of one information-measuring fiber optic cable.
Цель настоящего изобретения (группы технических решений, связанных между собой единым изобретательским замыслом) является разработка такого способа контроля состояния длинномерного объекта и такого устройства для его осуществления, которые позволили бы повысить точность и селективность контроля за счет расширения диапазона данных при контроле сейсмического состояния приповерхностного участка литосферы, путем одновременного измерения распределений дифференциальных кривизн, а также полей вибраций и температуры в заданной трехмерной системе координат для определения характеристик главных предвестников землетрясения, а также местоположения его гипоцентра и магнитуды ударной волны.The purpose of the present invention (a group of technical solutions interconnected by a single inventive concept) is the development of such a method for monitoring the state of a long object and such a device for its implementation, which would improve the accuracy and selectivity of control by expanding the data range when monitoring the seismic state of the surface portion of the lithosphere , by simultaneously measuring the distributions of the differential curvatures, as well as the fields of vibration and temperature in a given three-dimensional coordinate system for determining the characteristics of the main precursors of the earthquake, as well as the location of its hypocenter and the magnitude of the shock wave.
Технический результат в отношении заявленного изобретения - способа достигается тем, что в соответствии с предложенным способом контроля состояния длинномерного объекта из набора одинаковых по конструкции отрезков информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, используемых в качестве кабельных лучей, длиной, определяемой линейными размерами измерительного сейсмического полигона, создают градиентную волоконно-кабельную сейсмическую антенну в виде зонтичного соединения кабельных лучей, для этого используют не менее пяти лучей, четыре из которых размещают, например, крестообразно на земной поверхности, а пятый - из центра креста вертикально в скважине, образуя из этих кабельных лучей одну или более трехмерных прямоугольных систем координат x, у, z с центром 0 на поверхности измерительного полигона в устье скважины, причем все входы кабельных лучей этой антенны возбуждают одновременно от одного когерентного источника оптического излучения, а полученные на выходах кабельных лучей оптические сигналы, содержащие информацию об изменении дифференциальной кривизны ∂K/∂S, полей вибраций и температуры вдоль оси каждого луча антенны, после фотопреобразования в электрические сигналы, синхронно детектируют, усиливают и преобразуют эти электрические сигналы в цифровую форму, представляющие собой регистрограммы измеренных через одинаковые интервалы времени T1 распределений дифференциальной кривизны ∂K/∂S, полей вибраций и температуры вдоль осей всех кабельных лучей антенны, по этим данным определяют основные характеристики инфразвуковых и высокочастотных пространственных сейсмических волн и рассчитывают гипоцентр очага землетрясения как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через зарегистрированные распределения дифференциальных кривизн ∂K/∂S кабельных лучей антенны, вдоль каждой из осей трехмерной прямоугольной систем координат x, у, z по формулам:The technical result in relation to the claimed invention - the method is achieved by the fact that in accordance with the proposed method for monitoring the condition of a long object from a set of identical in design segments of information-measuring fiber optic cable used as cable beams, a length determined by the linear dimensions of the measuring seismic test site creates a gradient fiber-cable seismic antenna in the form of an umbrella connection of cable beams, for this use at least five beams d, four of which are placed, for example, crosswise on the earth's surface, and the fifth - from the center of the cross vertically in the borehole, forming from these cable beams one or more three-dimensional rectangular coordinate systems x, y, z with center 0 on the surface of the measuring polygon at the mouth wells, and all the inputs of the cable beams of this antenna excite simultaneously from one coherent source of optical radiation, and the optical signals obtained at the outputs of the cable beams containing information about the change in the differential curvature ∂K / ∂S, vibration fields and temperature along the axis of each antenna beam, after photoconversion into electrical signals, synchronously detect, amplify and convert these electrical signals into digital form, which are registergrams of differential distributions of differential curvature ∂K measured at equal time intervals T 1 / ∂S, vibration fields and temperature along the axes of all cable rays of the antenna, these data determine the main characteristics of infrasound and high-frequency spatial seismic waves and melt the hypocenter of the earthquake source as the intersection of vectors, the cosines of which are calculated through the recorded distributions of the differential curvatures ∂K / ∂S of the antenna cable rays along each of the axes of the three-dimensional rectangular coordinate systems x, y, z according to the formulas:
где: (∂K/∂S)x; (∂K/∂S)y; (∂K/∂S)z - измеренные распределения дифференциальных кривизн кабельных лучей антенны по осям x, у, z и на основании полученных данных по известным соотношениям определяют время наступления землетрясения и магнитуду основной ударной волны, кроме этого одновременно для контроля изменений характеристик других предвестников землетрясения, например, амплитуды и частоты основных гармоник высокочастотных форшоковых волновых колебаний, проводят спектральный анализ измеренных распределений полей вибраций вдоль оси каждого луча антенны с помощью быстрого преобразования Фурье, а также определяют изменения амплитуд, частот и линейных скоростей продольных, поперечных и глубинных волн, а также отношение скоростей продольных и поперечных волн Vp/Vs, формируют прямую и обратную регистрограммы распределений каждого из названных параметров и температуры раздельно по координатам x, у, z, дополнительно рассчитывают гипоцентр очага как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через частные производные от обратных регистограмм по дуговой координате S каждой трехмерной группы измерений параметров указанных предвестников землетрясения, а полученные данные используют для корректировки прогноза основных характеристик землетрясения, полученные с помощью контроля антенной распределений дифференциальных кривизн ∂K/∂S каждого ее луча.where: (∂K / ∂S) x ; (∂K / ∂S) y ; (∂K / ∂S) z - the measured distributions of the differential curvatures of the antenna’s cable rays along the x, y, z axes and, based on the obtained data, determine the time of the earthquake and the magnitude of the main shock wave using the known ratios, in addition to simultaneously monitoring changes in the characteristics of other precursors earthquakes, for example, the amplitudes and frequencies of the main harmonics of high-frequency foreshock wave oscillations, conduct a spectral analysis of the measured distributions of the vibration fields along the axis of each antenna beam using fast Fourier transform, and also determine the changes in the amplitudes, frequencies and linear velocities of the longitudinal, transverse and deep waves, as well as the ratio of the velocities of the longitudinal and transverse waves V p / V s , form the direct and inverse registers of the distributions of each of these parameters and temperature separately for the x, y, z coordinates, the hypocenter of the focus is additionally calculated as the point of intersection of the vectors, the cosines of which are calculated through the partial derivatives of the inverse registers with respect to the arc coordinate S each th three-dimensional group of measurements of the parameters of the indicated earthquake precursors, and the obtained data are used to correct the forecast of the main characteristics of the earthquake obtained by monitoring the distribution of differential curvatures ∂K / ∂S of each of its rays by the antenna.
Способствует достижению технического результата в заявленном способе то, что:Contributes to the achievement of the technical result in the claimed method that:
- для повышения чувствительности антенны и сохранения ориентации ее в пространстве два кабельных луча антенны, составляющих прямую линию, располагают на поверхности земли параллельно линии тектонического разлома, а все четыре горизонтальных луча антенны закапывают в землю на глубину не менее 1 м, для чего фрезеруют по крайней мере две крестообразно расположенные укладочные канавки в горизонтальной плоскости земной поверхности, а в вертикальной скважине пятый кабельный луч закрепляют на внутренних стенках обсадной колонны по всей глубине скважины, образуя из каждых трех лучей антенны трехмерную прямоугольную систему координат с началом в верхней точке вертикальной скважины;- to increase the sensitivity of the antenna and maintain its orientation in space, two antenna cable beams that make up a straight line are placed on the earth’s surface parallel to the tectonic fault line, and all four horizontal antenna beams are buried in the ground to a depth of at least 1 m, for which they are milled at at least two crosswise located grooves in the horizontal plane of the earth’s surface, and in the vertical well, the fifth cable beam is fixed to the inner walls of the casing throughout the depth not well forming of every three antenna beams dimensional rectangular coordinate system with its origin at the top of a vertical well;
- для контроля состояния объемного участка морского дна градиентную волоконно-кабельную сейсмическую антенну устанавливают на поверхности дна, полученные на выходах кабельных лучей оптические сигналы, содержащие информацию об изменении дифференциальной кривизны ∂K/∂S, полей вибраций и температуры вдоль оси каждого луча антенны, передают с помощью дополнительного оптоволоконного кабель-троса в размещенный на морской поверхности радиопередающий буй, где производят их фотопреобразование в электрические сигналы, а затем преобразование в радиосигналы и их передачу по спутниковому каналу связи в информационный центр для последующей обработки и хранения информации;- to monitor the state of the volumetric section of the seabed, a gradient fiber-cable seismic antenna is installed on the bottom surface, optical signals received at the outputs of the cable beams containing information about the change in the differential curvature ∂K / ∂S, vibration fields and temperature along the axis of each antenna beam are transmitted using an additional fiber-optic cable-cable to a radio transmitting buoy located on the sea surface, where they are photoconverted into electrical signals, and then converted into radio signals and transmitting on satellite communication channel to the data center for processing and storing information;
- для повышения достоверности контроля, с помощью спутниковой навигации производят определение местоположения центра градиентной сейсмической антенны, а полученные с помощью антенны данные измерений регистрограмм через спутниковый канал связи передают в информационный центр для накопления и хранения информации, например, по технологии «блокчейн», а также сравнения с имеющимися данными наземного, воздушного и подводного картирования поверхности контролируемого объемного участка приповерхностного слоя литосферы;- to increase the reliability of control, using the satellite navigation to determine the location of the center of the gradient seismic antenna, and the data obtained using the antenna of the register measurements via the satellite channel are transmitted to the information center for the accumulation and storage of information, for example, using the blockchain technology, and comparison with the available data of ground, air and underwater mapping of the surface of the controlled volumetric area of the surface layer of the lithosphere;
- для повышения разрешающей способности сейсмической антенны по углу и дальности за счет повышения ее эффективной площади увеличивают длину устанавливаемых кабельных лучей антенны, а также их количество как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях, например, за счет кустового бурения группы наклонных скважин и размещения в них дополнительных кабельных лучей, либо присоединения с помощью оптических разъемов дополнительных отрезков кабельных лучей к уже установленным;- to increase the resolution of the seismic antenna in angle and range by increasing its effective area, the length of the installed cable beams of the antenna is increased, as well as their number in both horizontal and vertical planes, for example, due to cluster drilling of a group of deviated wells and placement in them additional cable beams, or attaching, using optical connectors, additional segments of cable beams to those already installed;
- для удобства развертывания антенны на измерительном полигоне, сбора в одном месте и передачи информации от всех кабельных лучей антенны через спутниковый канал связи, каждый луч антенны выполняют в виде информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, по всей длине L которого протягивают в прямом и обратном направлениях измерительную волноводную линию (ИВЛ), содержащую по крайней мере пять взаимодействующих между собой по всей длине стекловолокон цилиндрической формы, одно из указанных волокон является опорно-информационным каналом с показателем преломления n1, а остальные четыре - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления n2<n1, распложенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях по обеим сторонам стекловолокна опорного канала, все стекловолокна каждой ИВЛ помещают в свою светоотражающую оболочку, в оконечной точке каждого кабельного луча вводят одинаковую для горизонтальных лучей, а для вертикального луча большую в L/H раз, где L - длина горизонтального луча антенны; Н - глубина скважины, временную задержку между прямой и обратной ИВЛ при этом сам информационно-измерительный оптоволоконный кабель, содержащий по крайней мере две ИВЛ, закрепляют на поверхности контролируемого земельного участка таким образом, чтобы горизонтальная плоскость, проходящая через продольные оси трех стекловолокон n2, n1, n2 каждой ИВЛ была перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой располагаются продольные оси других трех стекловолокон n2, n1, n2 второй ИВЛ, а вертикальный луч антенны жестко закрепляют внутри обсадной колонны буровой скважины так, чтобы при изменении геометрии колонны синхронно изменялась геометрия луча, затем генерируют последовательность когерентных оптических импульсов длительностью T=2L/V+Tз, где: Тз - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне, с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом T1 между импульсами, усиливают и одновременно подают указанные импульсы на вход оптоволокна опорно-информационного канала каждого кабельного луча антенны;- for the convenience of deploying the antenna at the measuring range, collecting in one place and transmitting information from all cable antenna beams through the satellite communication channel, each antenna beam is made in the form of an information-measuring fiber optic cable, along the entire length L of which the measurement is stretched in the forward and reverse directions waveguide line (IVL) containing at least five cylindrical glass fibers interacting with each other along the entire length, one of these fibers is a reference information channel scrap with a refractive index n 1, and the remaining four - measuring channels with the same refractive index n 2 <n 1, bred in the vertical and horizontal planes on both sides of the reference channel fiber, all fiberglass Each ventilator is placed in a reflective membrane, in an end point of each the cable beam is introduced the same for horizontal beams, and for a vertical beam more L / H times, where L is the length of the horizontal beam of the antenna; H is the depth of the well, the time delay between the forward and reverse mechanical ventilation while the information and measuring fiber optic cable containing at least two mechanical ventilation is fixed on the surface of the monitored land in such a way that a horizontal plane passing through the longitudinal axis of the three glass fibers n 2 , n 1 , n 2 of each ventilator was perpendicular to the vertical plane in which the longitudinal axes of the other three glass fibers n 2 , n 1 , n 2 of the second ventilator are located, and the vertical beam of the antenna is rigidly fixed inside the casing of the first borehole column so that when the geometry of the column changes, the beam geometry synchronously changes, then a sequence of coherent optical pulses of duration T = 2L / V + T s is generated, where: T s is the time delay; V is the speed of light in fiberglass, with a spectrum width of the order of 1 / T and a time interval T 1 between pulses, amplify and simultaneously supply these pulses to the input of the optical fiber of the reference information channel of each cable beam of the antenna;
- для защиты стекловолокон всех каналов каждого отрезка информационно-измерительного оптоволоконного кабеля от ударных воздействий и одновременного повышения коэффициента оптической связи между стекловолокнами их помещают в общую светоотражающую оболочку, заполненную тиксотропным гелем с иммерсионными свойствами и показателем преломления n3 не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информационного канала n1, а также рабочим диапазоном температур (- 60+60)°С;- to protect the glass fibers of all channels of each segment of the information-measuring optical fiber cable from impacts and simultaneously increase the optical coupling coefficient between the glass fibers, they are placed in a common reflective sheath, filled with a thixotropic gel with immersion properties and a refractive index of n 3 not lower than the refractive index of the reference optical fiber channel n 1 , as well as the operating temperature range (- 60 + 60) ° С;
- для получения высокого углового разрешения контроля за счет осуществления апертурного синтеза антенн путем нескольких когерентных измерений параметров сейсмических волн на одном и том же участке приповерхностного слоя литосферы, дополнительно размещают еще одну или более одной аналогичную градиентную волоконно-кабельную сейсмическую антенну на расстоянии от 50 км до 300 км между центрами антенн, причем все лучи одной антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях должны быть развернуты и закреплены параллельно соответствующим лучам другой антенны, а все входы кабельных лучей этих антенн возбуждают одновременно по командному сигналу спутниковой системы связи с антеннами, затем производят обработку полученных всеми антеннами регистрограмм с использованием известных интерферометрических алгоритмов;- to obtain a high angular resolution of control due to the aperture synthesis of antennas by several coherent measurements of seismic wave parameters on the same section of the surface layer of the lithosphere, one or more other similar gradient fiber-cable seismic antennas are additionally placed at a distance of 50 km to 300 km between the centers of the antennas, and all the rays of one antenna in the horizontal and vertical planes should be deployed and fixed in parallel with the corresponding to another antenna, and all the cable beam inputs of these antennas are excited simultaneously by the command signal of the satellite communication system with the antennas, then they process the registers received by all antennas using well-known interferometric algorithms;
- с целью калибровки градиентной волоконно-кабельной сейсмической антенны и применения ее для поиска и разведки полезных ископаемых, в зоне измерительного сейсмического полигона на поверхности или в дополнительно пробуренной скважине производят один или серию направленных взрывов линейно наростающей мощности, а затем с помощью известных методов расшифровки полученных сейсмограмм оценивают границы и запасы месторождений полезных ископаемых, а также основные характеристики антенны.- in order to calibrate a gradient fiber-cable seismic antenna and use it for prospecting and mineral exploration, one or a series of directed explosions of linearly increasing power are produced in the zone of the measuring seismic test site on the surface or in an additionally drilled well, and then using the known methods of decoding the received Seismograms evaluate the boundaries and reserves of mineral deposits, as well as the main characteristics of the antenna.
Технический результат в отношении заявленного изобретения - устройства достигается тем, что в соответствии с предложенным устройством контроля состояния длинномерного объекта оно содержит канал передачи волновой энергии, выполненный из соединенных между собой набора одинаковых по конструкции отрезков информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, используемых в качестве кабельных лучей, длиной L, определяемой линейными размерами измерительного сейсмического полигона и глубиной пробуренной скважины Н, в виде градиентной волоконно-кабельной сейсмической антенны путем зонтичного соединения кабельных лучей, для этого использованы пять лучей, четыре из которых размещены в горизонтальной плоскости, например, крестообразно на земной поверхности, а пятый - из центра креста подвешен вертикально в скважине, причем все входы кабельных лучей этой антенны через оптические разъемы подключены к выходам дополнительно установленного оптического разветвителя, соединенного с выходом оптического усилителя сигнала импульсного когерентного лазера, а выходы соединены с оконечными устройствами, расположенными в конце каждого кабельного луча, в свою очередь каждое оконечное устройство кроме собственного входного оптического разъема содержит оптическую линию задержки, соединяющую между собой первую и вторую, дополнительно установленную в кабельном луче, аналогичную по конструкции первой, пятиканальную оптоволоконную измерительную линию (ИВЛ), проложенную в прямом и обратном направлениях по всей длине каждого кабельного луча, размещенную как и первая ИВЛ в общей светоотражающей оболочке, заполненной тиксотропным гелем с иммерсионными свойствами, а выход второй ИВЛ размещен во входном разъеме каждого кабельного луча, далее выходы вторых ИВЛ всех пяти кабельных лучей через указанные разъемы соединены со входами блока фотоприемников, который через демодулятор, один выход которого соединен с последовательно соединенными блоком АЦП, процессором БПФ, вычислительным устройством и видеотерминалом, а второй выход блока АЦП непосредственно подключен ко второму входу вычислительного устройства, третий вход которого соединен с выходом буферной памяти, в свою очередь второй выход вычислительного устройства через дополнительно размещенный блок подготовки и передачи сигналов, подключен на вход также дополнительно установленной спутниковой антенны.The technical result in relation to the claimed invention - the device is achieved by the fact that in accordance with the proposed device for monitoring the state of a long object, it contains a wave energy transmission channel made of interconnected a set of identical in construction sections of information-measuring optical fiber cable used as cable beams, length L, determined by the linear dimensions of the measuring seismic test site and the depth of the drilled well N, in the form of a gradient wave a cable-mounted seismic antenna by means of an umbrella connection of cable beams; for this, five beams were used, four of which are placed in a horizontal plane, for example, crosswise on the earth’s surface, and the fifth from the center of the cross is suspended vertically in the borehole, and all cable-in inputs of this antenna through the optical connectors are connected to the outputs of an additionally installed optical splitter connected to the output of the optical amplifier of the pulsed coherent laser signal, and the outputs are connected to the eye by finite devices located at the end of each cable beam, in turn, each terminal device, in addition to its own input optical connector, contains an optical delay line connecting the first and second, additionally installed in the cable beam, similar in design to the first, five-channel fiber-optic measuring line (IVL ), laid in the forward and reverse directions along the entire length of each cable beam, placed like the first ventilator in a common reflective shell filled with tics a spacer gel with immersion properties, and the output of the second ventilator is located in the input connector of each cable beam, then the outputs of the second ventilator of all five cable beams are connected through these connectors to the inputs of the photodetector unit, which through a demodulator, one output of which is connected to the ADC unit in series with the processor FFT, a computing device and a video terminal, and the second output of the ADC unit is directly connected to the second input of the computing device, the third input of which is connected to the buffer output memory, in turn, the second output of the computing device through an additionally placed signal preparation and transmission unit, is connected to the input of an additionally installed satellite antenna.
Способствует достижению технического результата в заявленном устройстве то, что:Contributes to the achievement of the technical result in the claimed device that:
- для сокращения времени развертывания и установки сейсмической антенны на измерительном полигоне все основные блоки, а именно - импульсный когерентный лазер, оптический усилитель, оптический разветвитель, блок фотоприемников, демодулятор, блок АЦП, процессор БПФ, блок приема-передачи спутниковой антенны вместе с источником автономного питания размещены в одном корпусе блока обработки полученной информации, снаружи на поверхности которого закреплены оптические разъемы для подключения кабельных лучей антенны и электрические разъемы для подключения видеотерминала и спутниковой антенны;- to reduce the time of deployment and installation of a seismic antenna at the test site, all the main blocks, namely, a pulsed coherent laser, an optical amplifier, an optical splitter, a block of photodetectors, a demodulator, an ADC unit, an FFT processor, a satellite transmit-receive unit with an autonomous source power supplies are placed in one case of the received information processing unit, on the outside of which optical connectors for connecting the antenna cable beams and electrical connectors for To connect a video terminal and satellite antenna;
- для снижения дисперсии и затухания оптических сигналов в кабельных лучах антенны используют многомодовые кварцевые стекловолокна с диапазоном пропускаемых длин волн (1310-1550) нм;- to reduce the dispersion and attenuation of optical signals in the cable beams of the antenna using multimode quartz fiberglass with a range of transmitted wavelengths (1310-1550) nm;
- оптический усилитель выполнен оптоволоконным, например, на основе легированных эрбием или иттербием оптических волокон;- the optical amplifier is made of fiber, for example, based on doped with erbium or ytterbium optical fibers;
- оптическая линии задержки выполнена в виде набора плоскопараллельных пластин из кварцевого стекла, например, по принципу эшелонов Майкельсона;- the optical delay line is made in the form of a set of plane-parallel quartz glass plates, for example, according to the Michelson principle;
- блок фотоприемников выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями и полосовыми фильтрами;- the block of photodetectors is made on the basis of p-i-n or avalanche photodiodes with transimpedance amplifiers and bandpass filters;
- для расширения возможности обработки полученной информации спутниковая антенна подключена к каналу накопления и хранения данных типа «блокчейн».- to expand the processing of the received information, the satellite dish is connected to the channel of accumulation and storage of data of the "blockchain" type.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:The invention is further illustrated by a specific example of its implementation and the accompanying drawings, in which:
- фиг. 1 изображает плоский изгиб длинномерной конструкции с знакопеременным распределением кривизны;- FIG. 1 shows a flat bend of a long structure with alternating curvature distribution;
- фиг. 2 - расчетные графики погрешностей инклинометрического и волноводного способов контроля геометрии длинномерной конструкции;- FIG. 2 - calculated graphs of errors of the inclinometric and waveguide methods for monitoring the geometry of a long structure;
- фиг. 3 - расчетный спектр колебаний очаговой зоны землетрясения;- FIG. 3 - the calculated spectrum of the oscillations of the focal zone of the earthquake;
- фиг. 4 - зарегистрированные амплитудно-частотные характеристики сейсмического фона очаговой зоны инфразвукового диапазона;- FIG. 4 - recorded amplitude-frequency characteristics of the seismic background of the focal zone of the infrasound range;
- фиг. 5 - графики изменения во времени параметров основных предвестников землетрясений;- FIG. 5 - graphs of the time variation of the parameters of the main earthquake precursors;
- фиг. 6 - взаимное расположение двух градиентных сейсмических антенн и гипоцентра очага землетрясения;- FIG. 6 - the relative position of the two gradient seismic antennas and the hypocenter of the earthquake source;
- фиг. 7а, b - поперечное и продольное сечения луча градиентной сейсмической антенны;- FIG. 7a, b — transverse and longitudinal sections of a beam of a gradient seismic antenna;
- фиг. 8 - схема размещения наземной градиентной сейсмической антенны;- FIG. 8 is a layout diagram of a ground gradient seismic antenna;
- фиг. 9 - схема размещения подводной градиентной сейсмической антенны;- FIG. 9 is a layout diagram of an underwater gradient seismic antenna;
- фиг. 10 - схема устройства сейсмического контроля состояния пространственного участка литосферы;- FIG. 10 is a schematic diagram of a seismic device for monitoring the state of a spatial portion of the lithosphere;
- фиг. 11а, b - зависимости напряжения на входе блока АЦП при изменении кривизны ИИОК и профиля металлической пластины для различных нагрузок, полученные с помощью экспериментальной установки;- FIG. 11a, b are the dependences of the voltage at the input of the ADC unit when changing the curvature of the RIS and the profile of the metal plate for various loads, obtained using an experimental setup;
- фиг. 12а, b, с, d - фотографии основных частей экспериментальной установки контроля кривизны образующей стальной пластины.- FIG. 12a, b, c, d are photographs of the main parts of the experimental installation for controlling the curvature of the generatrix of the steel plate.
Для доказательства повышения точности при использовании волноводного способа по сравнению с дискретным инклинометрическим способом (см., рис. 4.8 в книге Т. Рикитаке «Предсказание землетрясений». Изд. «Мир», М.: 1979, с. 70) далее рассматривается случай плоского изгиба длинномерной конструкции 1, например, обсадной колонны геофизической скважины (фиг. 1), характеризующегося, знакопеременным: распределением: кривизны K(S)=1/R(S), где S - дуговая координата вдоль оси длинномерной конструкции 1 и ее радиус кривизны R (S). Длинномерную конструкцию 1 удобно изобразить в виде плоской кривой в комплексной плоскости z(x, jy), начало координат 0, в которой совмещено с конечной точкой этой кривой. Радиус-вектор S(z) соединяет начало координат 0 (х=0, jy=0) с текущей дуговой координатой S и описывается выражением (Земеров В.Н., Михеев С.М., Осенев А.Л. Анализ погрешностей алгоритмов обработки информации при измерении донной координаты: Сб. науч. трудов. №126. М.: Моск. энерг. ин-т, 1987, с. 31-36)To prove the increase in accuracy when using the waveguide method compared to the discrete inclinometric method (see, Fig. 4.8 in T. Rikitake’s book “Earthquake Prediction.” Publishing House “Mir”, Moscow: 1979, p. 70), the case of a plane bending of a
где Where
В известном инклинометрическом способе датчики измеряют угол ψ отклонения оси длинномерной конструкции 1 от вертикали. Измеряемым этими датчиками параметром является среднее значение угла ψ(S) на отрезке ΔS, который представляет собой интервал между датчиками вдоль конструкции 1.In the known inclinometric method, the sensors measure the angle ψ of the deviation of the axis of the
ТогдаThen
где ψi и ψi+1 - показания датчиков соответственно с координатой iΔS; (i+1)ΔS.where ψ i and ψ i + 1 are the readings of the sensors, respectively, with the coordinate iΔS; (i + 1) ΔS.
При использовании протяженной измерительной волноводной линии (ИВЛ) контроля кривизны, размещенной и зафиксированной на поверхности длинномерной конструкции 1 в плоскости изгиба вдоль образующей этой конструкции после начальной обработки измерительного и опорного сигналов, в результате которой определяется измеряемая кривизна K(S), путем интегральной свертки контролируемого параметра и аппаратной функции протяженной линии передачи волновой энергии (Седлецкий P.M. и др. «Вопросы синтеза радиолокационных сигналов», - М.: Советское радио, 1970, с. 20) можно получить измеренную протяженной линией передачи волновой энергии величину угла отклонения продольной оси длинномерной конструкции 1 от вертикали:When using an extended measuring waveguide line (IVL) to control the curvature placed and fixed on the surface of the
где ƒ(S-х) - аппаратная функция этой протяженной линии; x - переменная интегрирования.where ƒ (S-х) is the hardware function of this extended line; x is the integration variable.
В случае идеального датчика - протяженной линии передачи волновой энергии ƒ(S-x) представляет собой прямоугольник о бесконечно крутым фронтом в точках S=x и х=0, при этом In the case of an ideal sensor - an extended wave energy transmission line, ƒ (Sx) is a rectangle with an infinitely steep front at points S = x and x = 0, while
В реальной протяженной линии передачи волновой энергии аппаратная функция f(S-x) имеет конечную крутизну фронта протяженностью ΔS. Например, для аппаратной функции гауссовой формы ψ(S) имеет видIn a real extended wave energy transmission line, the hardware function f (S-x) has a finite front slope of length ΔS. For example, for a hardware function of a Gaussian form, ψ (S) has the form
где Where
Выражения для радиус-векторов Su(z) и Sb(z), определяемых соответственно с помощью инклинометрических датчиков и протяженной линии передачи волновой энергии, запишутся в следующем виде:The expressions for the radius vectors S u (z) and S b (z), respectively determined using inclinometric sensors and an extended transmission line of wave energy, can be written as follows:
где N - число инклинометрических датчиков, установленных вдоль длинномерной конструкции с интервалом ΔS; L - длина протяженной линии передачи волновой энергии.where N is the number of inclinometric sensors installed along a long structure with an interval ΔS; L is the length of the extended wave energy transmission line.
Тогда с учетом выражении (1), (5) и (6) абсолютные погрешности определения координаты конечной точки оси длинномерной конструкции 1 соответственно инклинометрическим и волноводным способами определяется по следующим: выражениям:Then, taking into account expressions (1), (5) and (6), the absolute errors in determining the coordinates of the end point of the axis of the
где Where
Выражения (7) и (8) использовались для расчетов методических погрешностей инклинометрического и волноводного способов, результаты которых в виде графиков 2 и 3 приведены на фиг. 2.Expressions (7) and (8) were used to calculate the methodological errors of the inclinometric and waveguide methods, the results of which are shown in
Кривая 2 выражает зависимость погрешности
от числа инклинометрических датчиков N, закрепленных на расстоянии ΔS=L/N друг от друга вдоль длинномерной конструкции. В свою очередь, кривая 3 показывает зависимость погрешности Δb%=[Δb(Z)/S(Z)]⋅100% от числа отсчетов N=L/ΔS, где ΔS - разрешающая способность протяженной линии передачи волновой энергии. При сравнении зависимостей 2 и 3 очевидно следуют преимущества волноводного способа для определения координаты выбранной точки продольной оси длинномерной конструкции 1 (фиг. 1) по сравнении с инклинометрическим способом:, так как при одном и том же числе N (фиг.2) методическая погрешность снижается почти на 2 порядка для длинномерной конструкции 1, в данном случае, например, обсадной колонны геофизической скважины глубиной несколько километров.from the number of inclinometric sensors N, fixed at a distance ΔS = L / N from each other along a lengthy structure. In turn,
Повышение селективности контроля сейсмического состояния объемного участка приповерхностного слоя литосферы в представленном способе достигается за счет выбора в качестве главного контролируемого векторного параметра - распределений дифференциальной кривизны ∂K/∂S вдоль всех осей трехмерной прямоугольной системы координат, характеризующих смещения пород, главного по достоверности предвестника землетрясений, а также полей вибраций и температуры.The increase in the selectivity of monitoring the seismic state of the volumetric section of the surface layer of the lithosphere in the presented method is achieved by selecting the distributions of differential curvature ∂K / ∂S along all axes of a three-dimensional rectangular coordinate system characterizing rock displacements, the main one by the reliability of the earthquake precursor, as the main controlled vector parameter as well as vibration and temperature fields.
Зонтичная конструкция сейсмической антенны обеспечивает ее высокую селективность, так как объединяет известные свойства «креста Миллса» в горизонтальной плоскости и «полукрестов» в двух ортогональных вертикальных плоскостях (см., например, Апертурный синтез, http://www.astronet.ru/db/msg/1172521?text_comp=gloss_graph.msn).The umbrella design of the seismic antenna ensures its high selectivity, since it combines the well-known properties of the “Mills cross” in the horizontal plane and “half crosses” in two orthogonal vertical planes (see, for example, Aperture Synthesis, http://www.astronet.ru/db /msg/1172521?text_comp=gloss_graph.msn).
Приведем доказательство градиентных свойств ИВЛ при измерении K(S). ИВЛ, закрепленная на поверхности длинномерной конструкции 1 (фиг. 1) претерпевает регулярный изгиб с радиусом R(S) на элементе ΔS заданной координаты S. Эта конструкция 1 не имеет изломов, а ее диаметр значительно превосходит поперечный размер α ИВЛ, следовательно, сама ИВЛ претерпевает малые деформаций на элементе ΔS. В качестве ИВЛ выберем простейший двухмодовый регулярный волновод со взаимодействующими при изгибе модами, то есть протяженную линию передачи волновой энергии (см., например, фиг. 1, патент РФ №2661674 автора Земерова В.Н.), обеспечивающую распространение в ней оптических сигналов в виде мод с известной пространственно-временной структурой.We give a proof of the gradient properties of mechanical ventilation when measuring K (S). A vent attached to the surface of a long structure 1 (Fig. 1) undergoes regular bending with a radius R (S) on the element ΔS of a given coordinate S. This
В такой пинии могут распространяться моды: электромагнитных оптических полей в соответствующих диапазонах, волн.In such a line, modes can propagate: electromagnetic optical fields in the corresponding ranges, waves.
Согласно теории волн, связанных при малых деформациях регулярных волноводов (Ваганов Р.В. и др. Многомодовые волноводы со случайными нерегулярностями. - М.: Советское радио, 1972, с. 70), связь между модами ИВЛ имеет направленный характер, а коэффициент связи г прямо пропорционален кривизне волновода K=1/R на элементе ΔS:According to the theory of waves associated with small deformations of regular waveguides (Vaganov R.V. et al. Multimode waveguides with random irregularities. - M .: Soviet Radio, 1972, p. 70), the connection between the modes of mechanical ventilation is directional, and the coupling coefficient g is directly proportional to the curvature of the waveguide K = 1 / R on the element ΔS:
где r - коэффициент связи мод на единицу длины ΔS, амплитуды которых нормированы по мощности возбуждения ИВЛ; k волновое число; j - мнимая единица; g - безразмерный коэффициент, определяемый структурой полей мод внутри ИВЛ.where r is the mode coupling coefficient per unit length ΔS, the amplitudes of which are normalized by the excitation power of the ventilator; k wave number; j is the imaginary unit; g is the dimensionless coefficient determined by the structure of the mode fields inside the ventilator.
Одну из мод ИВЛ выберем в качестве опорного канала, а вторую в качестве измерительного канала с известными замедлениями фазовых скоростей мод в каждом из этих каналов. Тогда с учетом выражения для волнового числа k=ω/c постоянные распространения мод соответственно опорного и измерительного каналов имеют видWe will choose one of the ventilation modes as the reference channel, and the second as the measuring channel with known mode phase slowdowns in each of these channels. Then, taking into account the expression for the wave number k = ω / c, the propagation constants of the modes of the reference and measuring channels, respectively, have the form
γ1,2=kβ1,2,γ 1,2 = kβ 1,2 ,
где β1,2 - величины фазовых скоростей мод соответственно опорного и измерительного канатов, ω - круговая частота, с - скорость света в вакууме.where β 1,2 are the values of the phase velocities of the modes of the reference and measuring ropes, respectively, ω is the circular frequency, and c is the speed of light in vacuum.
Направленное взаимодействие вдоль протяженной пинии передачи волновой энергии полей мод по крайней мере одного опорного и по крайней мере одного измерительного каналов обеспечивают в зависимости от изменения контролируемого параметра, характеризующего состояние длинномерного объекта. Опорный сигнал формируют в виде модулированного по времени колебания физических полей и преобразуют эти колебания в сигнал с заданной пространственной структурой полей мод, затем преобразуют поля мод на выходах по крайней мере одного опорного и по крайней мере одного измерительного канала протяженной линии передачи волновой энергии в электрические сигналы, зависящие только от времени.Directional interaction along an extended line of wave energy transfer of the mode fields of at least one reference and at least one measuring channels is provided depending on the change in the controlled parameter characterizing the state of a long object. The reference signal is generated in the form of time-modulated oscillations of physical fields and these oscillations are converted into a signal with a given spatial structure of the mode fields, then the mode fields at the outputs of at least one reference and at least one measuring channel of the extended wave energy transmission line are converted into electrical signals depending only on time.
Таким: образом: ИВЛ представляет собой линейный измерительный прибор с аппаратной функцией ƒ(t-t1-tS).Thus: thus: a ventilator is a linear measuring device with a hardware function ƒ (tt 1 -t S ).
Чем меньше интервал во времени занимает аппаратная функция, тем выше разрешающая способность прибора. Если ƒ(t) является дельта-функцией Дирака δ(t-t1-tS), то напряжение на выходе измерительного каналаThe shorter the time interval takes the hardware function, the higher the resolution of the device. If ƒ (t) is the Dirac delta function δ (tt 1 -t S ), then the voltage at the output of the measuring channel
Восстановление пространственного распределения K(S) осуществляется интегрированием измерительного сигнала V(t) и масштабным пересчетом по временной функцииThe spatial distribution K (S) is reconstructed by integrating the measuring signal V (t) and scaled recalculation using the time function
S(t)=t(Vg1Vg2)/(Vg1-Vg2).S (t) = t (V g1 V g2 ) / (V g1 -V g2 ).
Использование в ИВЛ двух взаимодействующих между собой каналов с разными фазовыми скоростями мод позволяет создать эффект пространственной памяти сигнала в измерительном канале в зависимости от изменения контролируемого параметра, в данном случае кривизны К (S),The use in ventilation of two channels interacting with each other with different phase velocities of the modes allows you to create the effect of the spatial memory of the signal in the measuring channel depending on the change in the controlled parameter, in this case, the curvature K (S),
Рассмотренные выкладки являются предварительной иллюстрацией физической сущности способа контроля состояния длинномерного объекта с позиции анализа общих свойств сигналов пространственно-временной структуры, распространяющихся в двухмодовой ИВЛ с взаимодействующими каналами, при воздействии на ИВЛ контролируемого параметра, в данном случае изменения ее кривизны.The above calculations are a preliminary illustration of the physical nature of the method for monitoring the state of a long object from the perspective of analyzing the general properties of signals of the spatio-temporal structure propagating in a two-mode artificial ventilation with interacting channels when a controlled parameter is exposed to the mechanical ventilation, in this case, changes in its curvature.
Более полное теоретическое обоснование способа контроля с анализом требований к параметрам, двухканальной ИВЛ, и модулированного по времени опорного сигнала с использованием теории связанных волноводных линий передачи и спектрального анализа сигналов приводится в материалах патента РФ №2661674 автора Земерова В.Н. Но даже приведенное здесь краткое обоснование измерения двухканальной ИВЛ распределения дифференциальной кривизны вдоль ее оси наглядно подтверждает правомерность введенного автором названия «градиентная сейсмическая волоконно-оптическая кабельная антенна» и термина «дифференциальная кривизна».A more complete theoretical justification of the control method with analysis of the requirements for the parameters, two-channel mechanical ventilation, and a time-modulated reference signal using the theory of coupled waveguide transmission lines and spectral analysis of signals is given in the materials of RF patent No. 2661674 by V.N. Zemerov. But even the brief justification given here for measuring the two-channel mechanical ventilation distribution of the differential curvature along its axis clearly confirms the legitimacy of the name introduced by the author “gradient seismic fiber-optic cable antenna” and the term “differential curvature”.
Сущность предложенного способа контроля состояния длинномерного объекта в виде объемного участка приповерхностного слоя литосферы заключается в следующем. В качестве наиболее известной модели изменений характеристик основных предвестников землетрясения примем зависимости, представленные на фиг. 3-5. Здесь на фиг. 3 показан расчетный спектр (кривая 4) колебаний очаговой зоны землетрясения, а на фиг. 4 зарегистрированные амплитудно-частотные характеристики (кривая 5) сейсмического фона очаговой зоны инфразвукового диапазона. Эти характеристики приведены в патенте РФ №2337382 «Способ краткосрочного предсказания землетрясений» авторов Давыдова В.Ф., Королькова А.В., Сорокина И.В. и др., опубликованном 27 октября 2008 г.The essence of the proposed method for monitoring the state of a long object in the form of a volumetric section of the surface layer of the lithosphere is as follows. As the most well-known model of changes in the characteristics of the main earthquake precursors, we take the dependences shown in FIG. 3-5. Here in FIG. 3 shows the calculated spectrum (curve 4) of the oscillations of the focal zone of the earthquake, and in FIG. 4 recorded amplitude-frequency characteristics (curve 5) of the seismic background of the focal zone of the infrasound range. These characteristics are given in the patent of the Russian Federation No. 2337382 "Method for the short-term prediction of earthquakes" by Davydov V.F., Korolkova A.V., Sorokina I.V. et al. published October 27, 2008
На фиг. 5 представлены графики изменения во времени параметров основных предвестников землетрясений, опубликованные в статье Вильшанского А. Локальная система прогнозирования землетрясений (Кипящая земля). Депонир. рукоп., Библ. Конгресса США, с. 10-13. (http://www.ecoimper.net/stat/1014b_vilshansky.pdf). Здесь на интервале времени «Форшоки 6» приведены кривые иаростающего и падающего отношений скоростей продольной и поперечной волн Vp/Vs, а также температуры: поверхности земли Т0. Из фиг. 5 следует, что все графики изменения этих предвестников землетрясения имеют выраженный скачкообразный характер. Это подтверждает наличие частных производных по выбранным дуговым координатам вдоль лучей градиентной антенны. Аналогичный характер изменения (по мнениям Рикитаке и других известных ученых) во время наступления землетрясения имеется угол наклона грунта в скважине, измеряемый наклономером. Затем на фиг. 5 показан «Главный толчок 7» землетрясения в момент времени t1 с магнитудой А1. После него на интервале времени «Афтершоки 10» показано дальнейшее изменение отношения скоростей волн Vp/Vs и температуры Т0, а также второй 8 и третий 9 толчки землетрясения с магнитудами А2 и А3 в моменты времени t2 и t3.In FIG. Figure 5 shows time-varying graphs of the parameters of the main earthquake precursors published in the article by A. Vilshansky. Local earthquake prediction system (Boiling earth). Deponir. hand., bible. US Congress, p. 10-13. (http://www.ecoimper.net/stat/1014b_vilshansky.pdf). Here, on the “Forshoki 6” time interval, the curves of the rising and falling ratios of the velocities of the longitudinal and transverse waves V p / V s , as well as temperature: the surface of the earth T 0 are given . From FIG. 5 it follows that all graphs of changes in these earthquake precursors have a pronounced spasmodic character. This confirms the presence of partial derivatives with respect to the selected arc coordinates along the rays of the gradient antenna. The similar nature of the change (according to Rikitake and other famous scientists) during the onset of an earthquake is the angle of inclination of the soil in the well, as measured by the dipmeter. Then in FIG. 5 shows the “Main shock 7” of an earthquake at time t 1 with magnitude A 1 . After it, the time interval “
Характеристики предвестников, показанные на фиг. 3-5, использованы в предложенном способе контроля в качестве обоснования состава выбранных контролируемых параметров и определения пределов их динамического диапазона изменений. В качестве главного измеряемого параметра, характеризующего смещения земной коры, в данном способе выбрано распределение дифференциальной кривизны, а в дополнение - распределения полей вибраций и температуры вдоль заданных осей трехмерной прямоугольной системы координат, созданной с помощью градиентной волоконно-кабельной антенны.The precursor characteristics shown in FIG. 3-5, used in the proposed method of control as a justification of the composition of the selected controlled parameters and determine the limits of their dynamic range of changes. In this method, the distribution of differential curvature is selected as the main measured parameter characterizing the displacements of the earth's crust, and in addition, the distribution of vibration and temperature fields along the specified axes of a three-dimensional rectangular coordinate system created using a gradient fiber-cable antenna.
На фиг. 6 в аксонометрии представлен контролируемый объемный участок приповерхностного слоя литосферы с двумя расположенными на его поверхности градиентными сейсмическими антеннами 11 и линией тектонического разлома 12, а также гипоцентром 13 и эпицентром 14 землетрясения. В гипоцентре 13 размещена трехмерная прямоугольная система координат x, у, z с радиус-вектором Ra1, определяющим местоположение гипоцентра 13 относительно первой антенны 11 и радиус-вектором Ra2 относительно второй антенны 11, которые определяют как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через зарегистрированные распределения дифференциальных кривизн ∂K/∂S кабельных лучей 30 двух антенн 11.In FIG. 6 shows a perspective view of a controlled volumetric section of the surface layer of the lithosphere with two gradient
Далее в соответствии с формулой изобретения способа из набора одинаковых по конструкции отрезков информационно-измерительного оптоволоконного кабеля (ИИОК), используемых в качестве кабельных лучей, длиной, определяемой линейными размерами измерительного сейсмического полигона, создают градиентную волоконно-кабельную сейсмическую антенну в виде зонтичного соединения кабельных лучей.Further, in accordance with the claims of the method, a gradient fiber-cable seismic antenna in the form of an umbrella connection of cable beams is created from a set of identical in design segments of information-measuring fiber optic cable (IOIK) used as cable beams, the length determined by the linear dimensions of the measuring seismic test site .
Технология изготовления и конструкция каждого кабельного луча наглядно иллюстрируются фиг. 7а и b, на которой представлены чертежи его поперечного и продольного сечений. На фиг. 7а) показаны протянутые в прямом и обратном направлениях две измерительные волноводные линии (ИВЛ) в кабельном луче, каждая из которых содержит по крайней мере пять взаимодействующих между собой по всей длине стекловолокон 15, 16, 17 и 18 цилиндрической формы, одно из указанных волокон 15 является опорно-информационным каналом с показателем преломления n1, а остальные четыре 16, 17 и 18 - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления n2<n1, распложенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях по обеим сторонам стекловолокна опорного канала 15, служат для измерения распределений дифференциальной кривизны ∂K/∂S, а также полей вибраций и температуры вдоль осей кабельных лучей. Все стекловолокна 15, 16, 17 и 18 каждой ИВЛ помещены в свою светоотражающую оболочку 19, заполненную тиксотропным гелем 20 с иммерсионными свойствами и показателем преломления n3 не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информационного канала 15 n1, а также рабочим диапазоном температур (- 60+60)°С.The manufacturing technology and design of each cable beam are clearly illustrated in FIG. 7a and b, in which drawings of its transverse and longitudinal sections are presented. In FIG. 7a) two forward waveguide measuring lines (IVLs) extended in a cable beam, each of which contains at least five
В качестве геля используют, например, силиконовый гель. Такими свойствами обладают, например, двухкомпонентный силиконовый гель «WACKER ® SilGel 612 А/В» (https://www.wacker.com/cms/en/products/product/product.jsp?product=10549) и текучий двухкомпонентный каучук «SEMICOSIL 920 LT» (https://www.wacker.com/cms/media/publications/downloads/6982_EN.pdf), причем последний работает не меняя свойств при температуре от -100°С до +200°С. Обе ИВЛ отделены защитным наполнителем 21, например, твердым полиэтиленом от последней защитной оболочки 22 кабельного луча прямоугольного сечения, которая позволяет его зафиксировать на контролируемой горизонтальной поверхности земли 23 с помощью устройства крепления 24. В начале кабельного луча (см. фиг. 7b) установлен оптический разъем (ОР) 25, а в конце луча в оконечным устройстве (ОУ) 26 введена оптическая линия задержки (ОЛЗ) 27. Обе ИВЛ в каждом кабельном луче 30 расположены так, чтобы горизонтальная плоскость, проходящая через продольные оси трех стекловолокон n2, n1, n2 каждой ИВЛ была параллельна верхней и нижней стенкам последней защитной оболочки 22 прямоугольного сечения. В пятом кабельном луче 30, длина которого определяется глубиной Н буровой скважины 31 (фиг. 8-9) не менее 1 км, установлены также две ИВЛ в прямом и обратном направлениях, соединенные через ОЛЗ 27. Этот луч 30 закреплен изнутри по всей длине обсадной колонны в буровой скважине 31, например, с помощью хомутов или распорных клиньев, таким образом, чтобы не происходило самопроизвольное кручение кабеля вдоль оси луча 30 и сохранялась параллельность стенок прямоугольной защитной оболочки 22 вертикального луча 30 линиям крестообразного соединения горизонтальных лучей 30.As the gel, for example, silicone gel is used. These properties are possessed, for example, by the two-component silicone gel “WACKER ® SilGel 612 A / B” (https://www.wacker.com/cms/en/products/product/product.jsp?product=10549) and the flowing two-component rubber “ SEMICOSIL 920 LT ”(https://www.wacker.com/cms/media/publications/downloads/6982_EN.pdf), the latter working without changing its properties at temperatures from -100 ° C to + 200 ° C. Both ventilators are separated by a
Как показано на фиг. 8 всего при создании наземной градиентной кабельной антенны 11 используют пять лучей 30, четыре из которых размещают в горизонтальной плоскости, например, крестообразно на земной поверхности 28 в пределах границ измерительного полигона 29, а пятый - из центра креста вертикально в буровой скважине 31, образуя из этих кабельных лучей 30 четыре трехмерных прямоугольных систем координат (x, у, z; -x, у, z; x, -у, z; -x, -у, z) с центром 0 на поверхности измерительного полигона в устье скважины 31. Каждый горизонтальный луч 30 имеет длину а/2, где а - длина стороны полигона 29, например, квадратной формы и заканчивается оконечным устройством 26. Вертикальный луч 30 длиной Н, где Н - глубина буровой скважины 31, которая должна быть не менее 1 км, также заканчивается своим оконечным устройством 26, размещенным на дне скважины 31.As shown in FIG. 8 in total, when creating a terrestrial
Все входы кабельных лучей 30 кабельной антенны 11 возбуждают одновременно от одного когерентного источника оптического излучения, а полученные на выходах кабельных лучей 30 оптические сигналы, содержащие информацию об изменении дифференциальной кривизны ∂K/∂S, полей вибраций и температуры вдоль оси каждого луча антенны 30, после фотопреобразования в электрические сигналы, синхронно детектируют и преобразуют в цифровые коды, представляющие собой регистрограммы, измеренных через одинаковые интервалы времени T1 распределений дифференциальной кривизны ∂K/∂S, полей вибраций и температуры вдоль осей всех кабельных лучей 30 антенны 11. Затем эти коды обрабатывают с помощью известных интерферометрических алгоритмов (см., например, статью В.Г. Коберниченко, А.В. Сосновский. Интерферометрическая обработка данных космической радиолокационной съемки высокого разрешения, http://www.unigeo.ru/upload/files/b59d94e98b2b2cbc6613aff2d94da7e2.pdf) получают основные характеристики пространственных сейсмических волн и рассчитывают гипоцентр очага землетрясения 13 (см. фиг. 6) как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через зарегистрированные распределения дифференциальных кривизн ∂K/∂S кабельных лучей 30 антенны 11 (фиг. 8), вдоль каждой из осей трехмерной прямоугольной систем координат x, у, z по формулам:All inputs of the cable rays 30 of the
, ,
, ,
, ,
где: (∂K/∂S)x; (∂K/∂S)y; (∂K/∂S)z - измеренные распределения дифференциальных кривизн кабельных лучей 30 антенны 11 по осям x, у, z и на основании полученных данных по известным соотношениям определяют время наступления землетрясения и магнитуду основной ударной волны, кроме этого одновременно для контроля изменений характеристик других предвестников землетрясения, например, амплитуды и частоты основных гармоник высокочастотных форшоковых волновых колебаний. Проводят спектральный анализ измеренных распределений полей вибраций вдоль оси каждого луча 30 антенны 11 с помощью быстрого преобразования Фурье. Определяют изменения амплитуд, частот и линейных скоростей продольных, поперечных и глубинных волн, а также отношение скоростей продольных и поперечных волн Vp/Vs, формируют прямую и обратную регистрограммы распределений каждого из названных параметров и температуры раздельно по координатам x, у, z. Дополнительно рассчитывают гипоцентр очага как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через частные производные от обратных регистограмм по дуговой координате S каждой трехмерной группы измерений параметров указанных предвестников землетрясения, а полученные данные (см., например, статью «Сейсмические волны и определение параметров очага землетрясения». 15 июня 2016 г. http://spb-sovtrans.ru/prikladnaya-seysmologiya/817-seysmicheskie-volny-i-opredelenie-parametrov-ochaga-zemletryaseniya.html) используют для корректировки прогноза основных характеристик землетрясения, полученные с помощью контроля антенной распределений дифференциальных кривизн ∂K/∂S каждого ее луча.where: (∂K / ∂S) x ; (∂K / ∂S) y ; (∂K / ∂S) z - the measured distributions of the differential curvatures of the cable beams 30 of the
Использование в представленном способе операций подачи оптических импульсов на вход каждого стекловолокна опорно-информационного канала каждого луча 30 антенны 11 от одного источника модулированной волновой энергии и промежуточного усиления оптических сигналов с одновременной их задержкой по времени в оконечных устройствах 26 указанных лучей 30 производят для повышения селективности контроля за счет создания во всех лучах 30 временных отметок с точно известным расстоянием по длине каждого луча 30 и синхронизации оптических сигналов в процессе их распространения. Кроме того, обратные регистрограммы измеренных распределений от конца каждого луча 30 до его начала позволяют исключить дополнительную обработку сигналов, связанную с необходимостью переноса начала координат, например, при определении направляющих косинусов вектора основной (солитонной) ударной волны землетрясения.The use in the presented method of delivering optical pulses to the input of each fiberglass of the reference information channel of each
Для повышения чувствительности антенны 11 и сохранения ориентации ее в пространстве два кабельных луча 30 антенны 11, составляющих прямую линию, располагают на поверхности контролируемого участка 28 земли, например, параллельно линии тектонического разлома 12 (фиг. 6), а все четыре горизонтальных луча 30 антенны 11, расположенных крестообразно, закапывают в землю (фиг. 8) на глубину не менее 1 м. Для чего фрезеруют по крайней две крестообразно расположенные укладочные канавки в горизонтальной плоскости земной поверхности полигона 29, а в вертикальной буровой скважине 31 пятый кабельный луч 30 закрепляют на внутренних стенках обсадной колонны по всей глубине буровой скважины 31, образуя из каждых трех лучей антенны трехмерную прямоугольную систему координат с началом в верхней точке скважины 31.To increase the sensitivity of the
Как показано на фиг. 9 для контроля состояния объемного участка морского дна 32 градиентную волоконно-кабельную сейсмическую антенну 11 устанавливают на поверхности дна в пределах выбранного измерительного полигона 29 аналогично наземной антенне 11. Полученные на выходах кабельных лучей 30 оптические сигналы, содержащие информацию об изменении дифференциальной кривизны ∂K/∂S, полей вибраций и температуры вдоль оси каждого луча 30 антенны 11, передают с помощью дополнительного оптоволоконного кабель-троса в размещенный на морской поверхности дрейфующий радиопередающий буй 33, где производят их преобразование в радиосигналы и передачу по спутниковым каналам связи в информационный центр, например, через судно наблюдения 34 на морской поверхности 35 или спутники 36 для последующей обработки и накопления данных.As shown in FIG. 9, for monitoring the state of the volumetric section of the
С целью повышения достоверности контроля в предложенном способе, с помощью спутниковой навигации производят определение местоположения центра соединения лучей 30 градиентной сейсмической антенны 11 (фиг. 8-9), а полученные с помощью антенны 11 данные измерений регистрограмм через спутниковый канал связи (спутники 36) передают в информационный центр для накопления и хранения информации, например, по технологии «блокчейн», а также сравнения с имеющимися данными наземного, воздушного и подводного картирования поверхности контролируемого объемного участка 28 приповерхностного слоя литосферы или морского дна 32. Для этого в информационном центре полученные регистрограммы измеренных распределений дифференциальных кривизн ∂K/∂S кабельных лучей 30 антенны 11 по осям x,y,z численно интегрируют по дуговой координате S для получения распределений кривизн K(S), а затем с помощью известных соотношений интегральной геометрии (см., например, патент РФ №2670570, опубликованный 23 октября 2018 года «Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления» автора Земерова В.Н.) получают профили лучей 30 в двух ортогональных вертикальных плоскостях, описывающих геометрию поверхности контролируемого участка земной коры 28 или морского дна 32. Затем эти профили сравнивают с имеющимися профилями из данных наземного, воздушного или подводного картирования той же поверхности, а затем принимают решение о пригодности для дальнейшего использования регистрограмм, полученных с помощью антенны 11.In order to increase the reliability of control in the proposed method, using satellite navigation to determine the location of the center of the connection of the
Подробно процедура определения местоположения точки (центра антенны 11 на дне) с помощью контроля геометрии кабель-троса в пространстве описана в патенте SU 1791757 А2 авторов Михеева С.М., Земерова В.Н. и Елшанского П.В. «Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления», опубликованного 30 января 1993 г.The procedure for determining the location of a point (the center of the
Для повышения разрешающей способности сейсмической антенны 11 по углу и дальности за счет повышения ее эффективной площади увеличивают длину устанавливаемых кабельных лучей 30 антенны 11, а также их количество как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях, например, за счет кустового бурения группы наклонных скважин 31 и размещения в них дополнительных кабельных лучей 30, либо присоединения с помощью оптических разъемов дополнительных отрезков кабельных лучей 30 к уже установленным.To increase the resolution of the
Для удобства развертывания антенны на измерительном полигоне, сбора в одном месте и передачи информации от всех кабельных лучей антенны через спутниковый канал связи, каждый луч антенны выполняют в виде информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, по всей длине L которого протягивают в прямом и обратном направлениях измерительную волноводную линию (ИВЛ), содержащую по крайней мере пять взаимодействующих между собой по всей длине стекловолокон цилиндрической формы, одно из указанных волокон является опорно-информационным каналом с показателем преломления n1, а остальные четыре - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления n2<n1, расположенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях по обеим сторонам стекловолокна опорного канала, все стекловолокна каждой ИВЛ помещают в свою светоотражающую оболочку, в оконечной точке каждого кабельного луча вводят одинаковую для горизонтальных лучей, а для вертикального луча большую в L/H раз, где L - длина горизонтального луча антенны; Н - глубина скважины, временную задержку между прямой и обратной ИВЛ при этом сам информационно-измерительный оптоволоконный кабель, содержащий по крайней мере две ИВЛ, закрепляют на поверхности контролируемого земельного участка таким образом, чтобы горизонтальная плоскость, проходящая через продольные оси трех стекловолокон n2, n1, n2 каждой ИВЛ была перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой располагаются продольные оси других трех стекловолокон n2, n1, n2 второй ИВЛ, а вертикальный луч антенны жестко закрепляют внутри обсадной колонны буровой скважины так, чтобы при изменении геометрии колонны синхронно изменялась геометрия луча., затем генерируют последовательность когерентных оптических импульсов длительностью T=2L/V+Tз, где: Тз - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне, с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом T1 между импульсами, усиливают и одновременно подают указанные импульсы на вход оптоволокна опорно-информационного канала каждого кабельного луча антенны.For the convenience of deploying the antenna at the measuring range, collecting in one place and transmitting information from all cable antenna beams through the satellite communication channel, each antenna beam is made in the form of an information-measuring fiber optic cable, along the entire length L of which the measuring waveguide is stretched in the forward and reverse directions a line (IVL) containing at least five cylindrical glass fibers interacting with each other along the entire length, one of these fibers is a reference and information channel ohm with a refractive index n 1, and the remaining four - measuring channels with the same refractive index n 2 <n 1 arranged in vertical and horizontal planes on both sides of the reference channel fiber, all fiberglass Each ventilator is placed in a reflective membrane, in an end point of each the cable beam is introduced the same for horizontal beams, and for a vertical beam more L / H times, where L is the length of the horizontal beam of the antenna; H is the depth of the well, the time delay between the forward and reverse mechanical ventilation while the information and measuring fiber optic cable containing at least two mechanical ventilation is fixed on the surface of the monitored land in such a way that a horizontal plane passing through the longitudinal axis of the three glass fibers n 2 , n 1 , n 2 of each ventilator was perpendicular to the vertical plane in which the longitudinal axes of the other three glass fibers n 2 , n 1 , n 2 of the second ventilator are located, and the vertical beam of the antenna is rigidly fixed inside the casing of the first borehole column so that when the geometry of the column changes, the beam geometry synchronously changes. Then a sequence of coherent optical pulses of duration T = 2L / V + T s is generated, where: T s is the time delay; V is the speed of light in fiberglass, with a spectrum width of the order of 1 / T and a time interval T 1 between pulses, amplify and simultaneously supply these pulses to the input of the optical fiber of the reference information channel of each cable beam of the antenna.
Для защиты стекловолокон всех каналов каждого отрезка информационно-измерительного оптоволоконного кабеля от ударных воздействий и одновременного повышения коэффициента оптической связи между стекловолокнами их помещают в общую светоотражающую оболочку, заполненную тиксотропным гелем с иммерсионными свойствами и показателем преломления n3 не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информациоиного канала n1, а также рабочим диапазоном температур (- 60+60)°С.To protect the fiberglass of all channels of each segment of the information-measuring optical fiber cable from shock and simultaneously increase the optical coupling coefficient between the fiberglass, they are placed in a common reflective sheath, filled with a thixotropic gel with immersion properties and a refractive index of n 3 not lower than the refractive index of the fiberglass reference information channel n 1 , as well as the operating temperature range (- 60 + 60) ° С.
Для получения высокого углового разрешения контроля за счет осуществления апертурного синтеза антенн путем нескольких когерентных измерений параметров сейсмических волн на одном и том же участке приповерхностного слоя литосферы, дополнительно размещают еще одну или более одной аналогичную градиентную волоконно-кабельную сейсмическую антенну на расстоянии от 50 км до 300 км между центрами антенн, которое определяется длиной основной ударной волны землетрясения (Статья «Сейсмические волны». http://www.mygeos.com/2010/02/11/1840). Все лучи одной антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях должны быть развернуты и закреплены параллельно соответствующим лучам другой антенны, а все входы кабельных лучей этих антенн возбуждают одновременно по командному сигналу спутниковой системы связи с антеннами, затем производят обработку полученных всеми антеннами регистрограмм с использованием известных интерферометрических алгоритмов (см., например, статью В.Г. Коберниченко, А.В. Сосновский. Интерферометрическая обработка данных космической радиолокационной съемки высокого разрешения, http://www.unigeo.ru/upload/files/b59d94e98b2b2cbc6613aff2d94da7e2.pdf).To obtain a high angular resolution of control due to the aperture synthesis of antennas by several coherent measurements of seismic wave parameters on the same section of the surface layer of the lithosphere, one or more other similar gradient fiber-cable seismic antennas are additionally placed at a distance of 50 km to 300 km between the centers of the antennas, which is determined by the length of the main shock wave of the earthquake (Article "Seismic Waves". http://www.mygeos.com/2010/02/11/1840). All beams of one antenna in horizontal and vertical planes should be deployed and fixed parallel to the corresponding beams of another antenna, and all inputs of the cable beams of these antennas are excited simultaneously by the command signal of the satellite communication system with antennas, then they are processed by all antennas of the registrograms using known interferometric algorithms (see, for example, an article by V.G. Kobernichenko, A.V. Sosnovsky. Interferometric processing of space radar data high resolution, http://www.unigeo.ru/upload/files/b59d94e98b2b2cbc6613aff2d94da7e2.pdf).
С целью калибровки градиентной волоконно-кабельной сейсмической антенны и применения ее для поиска и разведки полезных ископаемых, в зоне измерительного сейсмического полигона на поверхности или в дополнительно пробуренной скважине производят один или серию направленных взрывов линейно наростающей мощности, а затем с помощью известных методов расшифровки полученных сейсмограмм (см., например, http://teachpro.ru/EOR/School%5COBJSupplies7/Html/der07091.htm) оценивают границы и запасы месторождений полезных ископаемых, а также основные характеристики антенны.In order to calibrate a gradient fiber-cable seismic antenna and use it for prospecting and mineral exploration, one or a series of directional explosions of linearly increasing power are produced in the zone of the measuring seismic test site on the surface or in an additionally drilled well, and then using the known methods for decoding the obtained seismograms (see, for example, http://teachpro.ru/EOR/School%5COBJSupplies7/Html/der07091.htm) evaluate the boundaries and reserves of mineral deposits, as well as the main characteristics of the antenna.
Устройство для контроля состояния длинномерного объекта, реализующее предлагаемый способ, показано на фиг. 10. Оно содержит источник модулированной волновой энергии, выполненный в виде импульсного когерентного лазера 37, подключенного через оптический усилитель 38, оптический разветвитель 39 и оптические разъемы (ОР) 25 на вход каждого отрезка информационно-измерительного оптоволоконного кабеля в виде кабельного луча 30 антенны, содержащего две измерительные волноводные линии (ИВЛ), проложенные (см. фиг. 7а, b) в прямом и обратном направлениях и соединенные между собой в оконечном устройстве (ОУ) 26 с помощью оптической линии задержки (ОЛЗ) 27. Как показано на фиг. 7а) каждая ИВЛ содержит один опорно-информационный канал 15 в виде цилиндрического кварцевого стекловолокна n1, вход которого и является входом канала передачи волновой энергии, и четыре измерительных канала 16 (два одинаковых канала измерения распределения дифференциальной кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях), 17 (канал измерения распределения поля вибраций), и 18 (канал измерения распределения поля температур), также в виде цилиндрических кварцевых стекловолокон n2, изолированных между собой и контактирующих с опорно-информационным каналом 15 по общим образующим их цилиндрических поверхностей, при этом все пять указанных каналов 15, 16, 17, и 18 помещены в одну общую светоотражающую оболочку 19, заполненную тиксотропным гелем 20 с иммерсионными свойствами, например, «WACKER ® SilGel 612 А/В» (https://www.wacker.com/cms/en/products/product/product.jsp?product=10549), которая отделена твердым диэлектриком 21 с армирующими элементами от главной защитной оболочки 22 прямоугольного сечения кабельного луча 30. Эта оболочка 22 крепится к контролируемой поверхности 23, например, с помощью анкерных болтов 24. Продольный разрез кабельного луча 30 с оптическим разъемом 25 и оконечным устройством 26, содержащим оптическую линию задержки 27, представлен на фиг. 7b.A device for monitoring the state of a long object that implements the proposed method is shown in FIG. 10. It contains a modulated wave energy source, made in the form of a pulsed coherent laser 37 connected through an optical amplifier 38, an
Сам канал передачи волновой энергии в устройстве на фиг. 10 выполнен из соединенных между собой набора одинаковых по конструкции отрезков информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, используемых в качестве кабельных лучей 30, длиной, например, равной половине длины (а/2) сейсмического полигона 29 (см. фиг. 8-9) с квадратной формой поверхности, в виде градиентной волоконно-кабельной сейсмической антенны 11 путем зонтичного соединения кабельных лучей 30. Для этого использованы пять лучей 30, четыре из которых размещены в горизонтальной плоскости, например, крестообразно на земной поверхности 28, а пятый - из центра креста подвешен вертикально в скважине 31. Как показано на фиг. 10 все входы кабельных лучей 30 этой антенны через оптические разъемы (ОР) 25 подключены к выходам дополнительно установленного оптического разветвителя 39, соединенного с выходом оптического усилителя 38 сигнала импульсного когерентного лазера 37, а выходы соединены с оконечными устройствами (ОУ) 26, расположенными в конце каждого кабельного луча 30.The wave energy transmission channel itself in the device of FIG. 10 is made of interconnected a set of identical in construction sections of information-measuring fiber optic cable used as cable beams 30, for example, equal to half the length (a / 2) of seismic test site 29 (see Fig. 8-9) with a square the shape of the surface, in the form of a gradient fiber-
Выходы вторых ИВЛ всех пяти кабельных лучей 30 через указанные разъемы 25 соединены со входами блока фотоприемников 40, который через демодулятор 41, один выход которого соединен с последовательно соединенными блоком АЦП 42, вычислительным устройством 43 и видеотерминалом 47, а второй выход с процессором БПФ 44. В свою очередь третий вход вычислительного устройства 43, соединен с выходом буферной памяти 45, а четвертый вход с выходом процессора БПФ 44. Второй выход вычислительного устройства 43 через дополнительно размещенный блок подготовки и передачи сигналов антенне (ППСА) 46, подключен на вход также дополнительно установленной спутниковой антенны 48.The outputs of the second ventilators of all five
В состав демодулятора 41 входят пять одинаковых комплектов по четыре однотипные, электронные схемы синхронного детектирования с гетеродинным преобразователем частот электрических сигналов (на схеме устройства фиг. 10 не показаны поскольку они аналогичны демодулятору устройства - аналога данного изобретения, описанного в патенте SU 1742615). Каждая схема синхронного детектирования выполнена в виде подключенных к выходам блока фотоприемников 40 двух синхронных детекторов, интегратора, подключенного к выходу одного из них, и связанного с выходами интегратора, второго синхронного детектора и операционного усилителя. Дополнительно, описанная выше схема, снабжена гетеродинным преобразователем частот сигналов, включенным между выходами блока фотоприемников 41 и входами синхронных детекторов (см. патент SU 1742615).The
Все основные блоки устройства контроля на фиг. 10, а именно - импульсный когерентный лазер 37, оптический усилитель 38, оптический разветвитель 39, блок фотоприемников 40, демодулятор 41, блок АЦП 42, вычислительное устройство 43, процессор БПФ 44, буферная память 45, блок ППСА 46 вместе с блоком автономного питания 49 являются стандартными электронными изделиями и размещены в одном корпусе блока обработки полученной информации (ОПИ) 50. Снаружи на поверхности этого блока ОПИ 50 закреплены оптические разъемы 25 для подключения кабельных лучей 30 антенны 11 и электрические разъемы (на схеме не показаны) для подключения видеотерминала 47 и спутниковой антенны 48.All the main blocks of the control device in FIG. 10, namely, a pulsed coherent laser 37, an optical amplifier 38, an
Для снижения дисперсии и затухания оптических сигналов в кабельных лучах 30 антенны используют многомодовые кварцевые стекловолокна с диапазоном пропускаемых длин волн (1310-1550) нм. Обоснованием выбранного диапазона является то, что затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина - 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому это окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором: окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия (см. статью «Окно прозрачности оптического волокна». Википедия - Свободная энциклопедия, 14.02.2017 (https://ru.wikipedia.org/wiki)).To reduce the dispersion and attenuation of optical signals in
Оптический усилитель 38 выполнен оптоволоконным, например, на основе легированных эрбием или иттербием оптических волокон.The optical amplifier 38 is made of fiber, for example, based on doped with erbium or ytterbium optical fibers.
Оптическая линии задержки выполнена в виде набора плоскопараллельных пластин из кварцевого стекла, например, по принципу эшелонов Майкельсона.The optical delay line is made in the form of a set of plane-parallel quartz glass plates, for example, according to the Michelson principle.
Блок фотоприемников 40 выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями и полосовыми фильтрами.The block of photodetectors 40 is made on the basis of p-i-n or avalanche photodiodes with transimpedance amplifiers and bandpass filters.
Буферная память 45 выполнена по технологии «блокчейн» (см., https://tass.ru/wfys2017/articles/4625564) или в виде оптического накопителя, изготовленного по технологии «Blu-ray».
Для расширения возможности хранения полученной устройством контроля информации спутниковая антенна 48 подключена к удаленному каналу накопления данных типа «блокчейн» и содержит позиционный датчик спутниковой навигационной системы (на фиг. 10 эти элементы не показаны).To expand the storage capacity of the information obtained by the monitoring device, the satellite antenna 48 is connected to a remote blockchain-type data storage channel and contains a position sensor of the satellite navigation system (these elements are not shown in Fig. 10).
Реализация предложенного способа при работе устройства контроля состояния длинномерного объекта, показанного на фиг. 10, осуществляется следующим образом.Implementation of the proposed method when the device for monitoring the state of a long object shown in FIG. 10 is carried out as follows.
Источник модулированной волновой энергии, содержащий соединенные между собой, импульсный когерентный лазер 37 и оптический усилитель 38, через оптический разветвитель 39 и оптический разъем 25 на входе каждого кабельного луча 30 генерирует последовательность оптических импульсов длительностью Т=2L/V+Тз, где: Тз - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне 15 (фиг. 7а) опорно-информационного канала n1 с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом T1 между импульсами. Эти импульсы поступают на вход стекловолокна 15 первой измерительной волноводной линии (ИВЛ), проложенной в прямом направлении каждого кабельного луча 30. Четыре таких луча 30 длиной L=a/2 крестообразно закреплены (см., например, фиг. 8) в горизонтальной плоскости на глубине 1 м от поверхности контролируемого участка земной коры 28 в пределах измерительного полигона 29, а пятый луч 30 - длиной H<L, подвешен вертикально в буровой скважине 31 глубиной Н. В процессе распространения опорного светового импульса в стекловолокне 15 (фиг. 7а) за счет светопроводящего контакта из-за иммерсионного геля 20 с четырьмя измерительными каналами n2 стекловолокон 16, 17 и 18 в каждый из этих каналов поступает часть световой энергии, образуя на выходе каждого канала n2 измерительный световой импульс, в амплитудно-фазочастотных характеристиках которого содержится информация о контролируемых с помощью каждого кабельного луча 30 (фиг. 8) распределенных физико-механических параметрах контролируемого участка земной коры 28 (литосферы). В частности, для контроля распределений дифференциальной кривизны каждого луча 30 в вертикальной и горизонтальной плоскостях в каждой ИВЛ по всей его длине L помещены две, ортогонально расположенные пары стекловолокон 15 и 16 с зоной контакта в виде иммерсионного геля 20 по общим образующим их цилиндрических поверхностей (см. фиг. 7а). На выходах этих стекловолокон 16 с запаздыванием, определяемым разностью скоростей распространения световых импульсов в опорном 15 и двух измерительных стекловолокнах 16 из-за разных показателей преломления n1>n2, появятся измерительные световые импульсы, содержащие информацию о распределениях производной кривизны первой и второй ИВЛ, а тем самым луча 30, в вертикальной и горизонтальной плоскостях.A modulated wave energy source containing interconnected pulsed coherent laser 37 and an optical amplifier 38, through an
В свою очередь, в каждом луче 30 (фиг. 7а) имеется дополнительная пара контактирующих между собой по общей образующей с 15 цилиндрических кварцевых стекловолокна 16 и 17 с одинаковыми показателями преломления n1=n2. При этом цилиндрическое кварцевое стекловолокно 17 измерительного канала n2 выбрано с линейной зависимостью диэлектрической проницаемости, в данном случае активного стекловолокна 17 от температуры, что обеспечивает появление разности скоростей световых импульсов в опорном 16 и измерительном 17 стекловолокнах пропорционально изменению окружающей температуры.In turn, in each beam 30 (Fig. 7a), there is an additional pair of cylindrical
Вторая дополнительная пара контактирующих между собой по общей образующей с 15 цилиндрических кварцевых стекловолокон 16 и 17 с разными показателями преломления n1>n2, создана в каждом луче 30 (фиг. 7а) для контроля распределений полей вибраций вдоль оси луча 30. По сути здесь в измерительном световом импульсе, образованном в стекловолокне 17, из-за его колебаний под воздействием волн звукового давления фиксируются спектральные, амплитудно-фазочастотные характеристики вибраций, вызванных высокочастотными предвестниками землетрясения.A second additional pair of cylindrical
Поскольку в каждом кабельном луче 30 используется одно общее опорное стекловолокно 16 для всех четырех измерительных стекловолокон 16, 17 и 18, то с выхода каждого луча 30 через оптический разъем 25 на вход блока фотоприемников 40 поступают один опорный и четыре измерительных оптических импульса, содержащие информацию о распределениях дифференциальной кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также полей вибраций и температуры вдоль всех лучей 30. Указанные оптические сигналы с помощью блока фотоприемников 40 преобразуются в электрические сигналы, поступающие на вход демодулятора 41. Здесь производится понижение частоты, выделение информационной огибающей, а также усиление измерительных электрических сигналов, синхронизированных по опорному сигналу.Since each
С выхода демодулятора 41 все электрические сигналы поступают на вход блока АЦП 42, где они преобразуются в цифровые коды и на выходе блока АЦП 42 измерительные сигналы разделяются на цифровые коды, соответствующие распределениям дифференциальной кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также поля температуры вдоль всех осей лучей 30 поступают сразу в вычислительное устройство 43, а цифровые коды гармонических сигналов, соответствующих распределению полей вибраций вдоль лучей 30 только после предварительной обработки в процессоре БПФ 44. Здесь осуществляется предварительная спектральная обработка высокочастотных сигналов предвестников землетрясений-форшоков.From the output of
В вычислительном устройстве 43 по известным разностям скоростей распространения световых сигналов в опорном 15 и измерительных световолокнах 16, 17 и 18 кабельных лучей 30 производится масштабное преобразование временных измерительных цифровых сигналов, поступивших с выходов блока АЦП 42 и процессора БПФ 44, в пространственные распределения дифференциальной кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также полей температуры и вибраций вдоль осей кабельных лучей 30 сейсмической антенны 11 (фиг. 8-9). Из этих данных формируются прямые и обратные регистрограммы проведенных измерений, определяются направляющие косинусы и местоположение гипоцентра землетрясения. Рассчитывается его возможная магнитуда и время возникновения. По измеренным распределениям полей вибраций, которые по сути являются распределенными сейсмограммами всех видов высокочастотных сейсмических волн, производят их расшифровку известными методами (см., например, Исследователь. «Сейсмические волны», http://ligis.ru/effects/science/272/index.htm) для определения существующих параметров. Затем, контролируя изменения этих параметров, а также изменения температуры, вновь рассчитывают главные параметры землетрясения.In the
Кроме вышеперечисленных функций в вычислительном устройстве 43 осуществляется численное интегрирование измеренных распределений дифференциальной кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях для получения распределений самой кривизны K (S) с целью последующего построения геометрии контролируемой земной поверхности.In addition to the above functions, the
Полученные распределения в виде регистрограмм накапливаются в блоке буферной памяти 45 и используются в вычислительном устройстве 43 для определения главных параметров наступающего землетрясения. Далее с помощью блока приема-передачи спутниковой антенны (ППСА) 46 выходная информация с вычислительного устройства 43 преобразуется в радиосигналы для передачи с помощью спутниковой антенны 48 в удаленный информационный центр для оповещения о наступающем землетрясении.The obtained distributions in the form of registers are accumulated in the block of
На фиг. 11а, b - показаны зависимости напряжения 51 на входе блока АЦП 42 при изменении кривизны луча 30 и профиля металлической пластины 52 для различных нагрузок, полученные с помощью экспериментальной установки, фотографии основных частей которой представлены на фиг. 12а, b, с, d.In FIG. 11a, b - shows the dependences of the
Таким образом, применение предложенной группы технических решений, связанных единым замыслом, позволяет повысить точность и селективность контроля длинномерного объекта за счет расширения диапазона данных при контроле состояния протяженных приповерхностных слоев литосферы в виде участков земли толщиной несколько километров и площадью сотни квадратных километров, расположенных в сейсмоопасных зонах на поверхности земли и морского дна.Thus, the application of the proposed group of technical solutions related by a single concept makes it possible to increase the accuracy and selectivity of monitoring a long object by expanding the data range when monitoring the state of extended near-surface layers of the lithosphere in the form of land plots several kilometers thick and hundreds of square kilometers in seismically dangerous zones on the surface of the earth and the seabed.
Представленные изобретения могут использоваться практически во всех научно-технических областях и сферах промышленного производства, где необходимо осуществлять контроль сейсмического состояния протяженных пространственных объектов. Наиболее целесообразным является их применение в практической сейсмогеофизике для:The presented inventions can be used in almost all scientific and technical fields and areas of industrial production, where it is necessary to monitor the seismic state of extended spatial objects. The most appropriate is their use in practical seismic geophysics for:
- предсказания землетрясений и цунами в прибрежных районах;- predictions of earthquakes and tsunamis in coastal areas;
- предсказания техногенных катастроф;- predictions of technological disasters;
- поиска и разведки полезных ископаемых;- search and exploration of minerals;
- контроля состояния гидро и атомных электростанций, защитных дамб и других различных сложных строительных сооружений.- monitoring the status of hydro and nuclear power plants, protective dams and other various complex construction structures.
Claims (31)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019100935A RU2698106C1 (en) | 2019-01-16 | 2019-01-16 | Method of long-dimensional object state monitoring and device for its implementation |
PCT/RU2019/000709 WO2020149765A1 (en) | 2019-01-16 | 2019-10-04 | Method and device for monitoring an elongate entity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019100935A RU2698106C1 (en) | 2019-01-16 | 2019-01-16 | Method of long-dimensional object state monitoring and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2698106C1 true RU2698106C1 (en) | 2019-08-22 |
Family
ID=67733854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019100935A RU2698106C1 (en) | 2019-01-16 | 2019-01-16 | Method of long-dimensional object state monitoring and device for its implementation |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698106C1 (en) |
WO (1) | WO2020149765A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114485455A (en) * | 2022-04-14 | 2022-05-13 | 中建安装集团有限公司 | Bullet tank strain and temperature intelligent monitoring system and method based on distributed optical fiber |
CN114485445A (en) * | 2021-12-31 | 2022-05-13 | 天津大学 | Large-scale structure space deformation measuring device and method with reference beams capable of being transmitted in nonlinear obstacle crossing manner |
CN117437752A (en) * | 2023-09-14 | 2024-01-23 | 广东省有色矿山地质灾害防治中心 | Rock-soil slope geological disaster early warning system and method |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113640864B (en) * | 2021-08-17 | 2024-03-22 | 浙江省地震局(中国地震局干部培训中心) | Earthquake monitoring device with video analysis function |
CN114370925B (en) * | 2021-12-06 | 2022-10-18 | 南京大学 | Method for determining distributed optical fiber sensing channel |
CN114777727B (en) * | 2022-06-17 | 2022-09-23 | 长安大学 | Steel truss chord member three-dimensional deformation monitoring and early warning device and installation method thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1742615A1 (en) * | 1987-05-05 | 1992-06-23 | Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов | Method for testing state of long object and device |
RU2130195C1 (en) * | 1998-04-30 | 1999-05-10 | Московский государственный университет леса | Method for prediction of earthquakes |
RU2205432C1 (en) * | 2002-03-25 | 2003-05-27 | Московский государственный университет леса | Earthquake forerunner meter |
RU2239852C2 (en) * | 2002-11-04 | 2004-11-10 | Московский государственный университет леса | System for measuring warnings for earthquake |
US20110069302A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Qinetiq Limited | Wide Area Seismic Detection |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2661674C1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-07-18 | Валерий Николаевич Земеров | Method of state control of a long object and device for its implementation |
-
2019
- 2019-01-16 RU RU2019100935A patent/RU2698106C1/en active
- 2019-10-04 WO PCT/RU2019/000709 patent/WO2020149765A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1742615A1 (en) * | 1987-05-05 | 1992-06-23 | Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов | Method for testing state of long object and device |
RU2130195C1 (en) * | 1998-04-30 | 1999-05-10 | Московский государственный университет леса | Method for prediction of earthquakes |
RU2205432C1 (en) * | 2002-03-25 | 2003-05-27 | Московский государственный университет леса | Earthquake forerunner meter |
RU2239852C2 (en) * | 2002-11-04 | 2004-11-10 | Московский государственный университет леса | System for measuring warnings for earthquake |
US20110069302A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Qinetiq Limited | Wide Area Seismic Detection |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Р.РИКИТАКЕ, "ПРЕДСКАЗАНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ", М.: "МИР", 1979, с.70. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114485445A (en) * | 2021-12-31 | 2022-05-13 | 天津大学 | Large-scale structure space deformation measuring device and method with reference beams capable of being transmitted in nonlinear obstacle crossing manner |
CN114485445B (en) * | 2021-12-31 | 2023-08-22 | 天津大学 | Large-scale structural space deformation measuring device and method capable of achieving nonlinear obstacle-crossing transmission of reference beam |
CN114485455A (en) * | 2022-04-14 | 2022-05-13 | 中建安装集团有限公司 | Bullet tank strain and temperature intelligent monitoring system and method based on distributed optical fiber |
CN117437752A (en) * | 2023-09-14 | 2024-01-23 | 广东省有色矿山地质灾害防治中心 | Rock-soil slope geological disaster early warning system and method |
CN117437752B (en) * | 2023-09-14 | 2024-04-30 | 广东省有色矿山地质灾害防治中心 | Rock-soil slope geological disaster early warning system and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020149765A1 (en) | 2020-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2698106C1 (en) | Method of long-dimensional object state monitoring and device for its implementation | |
Lindsey et al. | On the broadband instrument response of fiber‐optic DAS arrays | |
Zhan | Distributed acoustic sensing turns fiber‐optic cables into sensitive seismic antennas | |
Lior et al. | On the detection capabilities of underwater distributed acoustic sensing | |
Spica et al. | Marine sediment characterized by ocean‐bottom fiber‐optic seismology | |
Daley et al. | Field testing of fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS) for subsurface seismic monitoring | |
Lévy et al. | Dynamic response of the Chamousset rock column (Western Alps, France) | |
Beker et al. | Improving the sensitivity of future GW observatories in the 1–10 Hz band: Newtonian and seismic noise | |
Gaffet et al. | Simultaneous seismic and magnetic measurements in the Low-Noise Underground Laboratory (LSBB) of Rustrel, France, during the 2001 January 26 Indian earthquake | |
US9441964B2 (en) | Inclinometer | |
RU2661674C1 (en) | Method of state control of a long object and device for its implementation | |
Allil et al. | FBG-based inclinometer for landslide monitoring in tailings dams | |
US20180329099A1 (en) | Creating 3c distributed acoustic sensing data | |
Bernard et al. | Onland and offshore extrinsic Fabry–Pérot optical seismometer at the end of a long fiber | |
Hello et al. | Floating seismographs (MERMAIDS) | |
Glubokovskikh et al. | Downhole distributed acoustic sensing provides insights into the structure of short‐period ocean‐generated seismic wavefield | |
Mellors et al. | Modeling subsurface explosions recorded on a distributed fiber optic sensor | |
Viens et al. | Nonlinear earthquake response of marine sediments with distributed acoustic sensing | |
Kislov et al. | Distributed acoustic sensing: a new tool or a new paradigm | |
US10520615B1 (en) | Fluid resonant seismic surveying | |
Pierson et al. | Advances in rotational seismic measurements | |
Zheng et al. | Seismoelectric and electroseismic modeling in stratified porous media with a shallow or ground surface source | |
RU2436134C1 (en) | Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean | |
Kislov et al. | Rotational seismology: Review of achievements and outlooks | |
Maccioni et al. | Shallow bore-hole three-axial fiber Bragg grating strain sensor for Etna volcano monitoring |