WO2020149765A1 - Способ и устройство для контроля длинномерного объекта - Google Patents

Способ и устройство для контроля длинномерного объекта Download PDF

Info

Publication number
WO2020149765A1
WO2020149765A1 PCT/RU2019/000709 RU2019000709W WO2020149765A1 WO 2020149765 A1 WO2020149765 A1 WO 2020149765A1 RU 2019000709 W RU2019000709 W RU 2019000709W WO 2020149765 A1 WO2020149765 A1 WO 2020149765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cable
antenna
measuring
information
beams
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000709
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Валерий Николаевич ЗЕМЕРОВ
Original Assignee
Валерий Николаевич ЗЕМЕРОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Николаевич ЗЕМЕРОВ filed Critical Валерий Николаевич ЗЕМЕРОВ
Publication of WO2020149765A1 publication Critical patent/WO2020149765A1/ru

Links

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

Definitions

  • the group of inventions relates to control and measuring equipment and can be used to control the state of long-dimensional objects, namely, extended near-surface layers of the lithosphere in the form of land plots several kilometers thick and an area of hundreds of square kilometers located in earthquake-prone zones on the earth's surface and on the seabed, for the purpose of predicting earthquakes, tsunamis, man-made disasters, as well as prospecting and prospecting for minerals.
  • One of the most reliable signs - 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. For example, it was established (see, V. A. Liperovskiy, L. S. Shalimov, O. A. Pohotelov “Ionospheric signs of earthquakes", Nauka, M, 1992, p. 163) the appearance a few minutes before the event of especially low harmonics with period of 10 ... 20 seconds. Seismographs and other devices in the form of distributed seismic antennas with a set of various sensors united by a common cable communication line are used to register long-period seismic vibrations.
  • a strain seismograph is understood as an instrument for recording low-frequency seismic movements, including static ground displacement.
  • the laser strainmeter monitors the height of 4 points of the rectangular surface of the site with dimensions of 1x1 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's console in the information processing center by a cable line.
  • the problem solved by the claimed method is to provide the possibility of obtaining a spatial image of the sign-precursor in the form of continuous distributions of its characteristics and their derivatives along the specified arc and linear coordinates in the controlled volume of the earth's crust and reliable prediction of the event by comparing both the parameters of the signals themselves - the precursors and associative signs.
  • the functional diagram of the device that implements the above-described method contains single sensors-meters as part of a series-connected electrostatic sensor, polytron amplifier and integrator.
  • Single measuring sensors are assembled into linear cross-shaped groups, spaced to base B.
  • each of the single measuring sensors is connected to a channel switch performing them cyclic polling for a time interval set by the programmable measurement sampling scheme.
  • this circuit implements software synchronization of the operation of an analog-to-digital converter (ADC) and a buffer-shaper connected in series to the channel switch.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the programmable measurement sampling scheme 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 - the shaper is connected to the PC RAM.
  • the main disadvantages of these method and device are also the low accuracy of determining the values of the main measured parameter - the amplitude of the vertical electrostatic field, associated with the discreteness of its measurement in a limited number of points of location of the sensors-meters of each cruciform antenna, as well as a narrow range of monitored seismic parameters that are precursors of earthquakes.
  • This patent presents a method for monitoring the state of a lengthy object, which consists in the fact that an extended channel of wave energy transmission in the optical range is placed in the monitoring zone, in which the delay lines of one or several modes are installed, the parameters of the latter are measured and based on them determine the physical and mechanical data on the state of the object and their distribution in the control zone, characterized in that, in order to improve the control accuracy and expand the data range, the wave energy transmission channel is performed in the form of a waveguide, the vibration modes of the specified energy are recorded, and at least one of them as a reference-informative one, taking it into account, the most informative ones according to the specified physical and mechanical data are selected from the indicated modes and the parameters of each of them are measured.
  • 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 pressure and temperature are taken as the parameters of the modes.
  • 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 improve the accuracy of control, it is equipped with two spatial filters, one of which is connected between the output of the modulated wave energy source and the channel input transmission of wave 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 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 the operational amplifier.
  • the device described above is equipped with a heterodyne signal frequency converter connected between the outputs of the second spatial filter and the inputs of the synchronous detectors.
  • the main disadvantages of this invention are the narrow functionality of the method and the 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 lengthy object in one plane, as well as pressure and temperature fields.
  • an extended branched waveguide antenna is required, placed in a three-dimensional rectangular coordinate system.
  • a method for monitoring the state of a long object which consists in placing an extended channel for the transmission of wave energy 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 channel for transmitting wave energy is performed in the form of a waveguide, the oscillation modes of the specified energy are recorded, at least one of them is formed as a reference-informative one, taking into account it, the most informative modes according to the specified physical and mechanical data are separated from the indicated modes and the parameters of each of them are measured, while for the parameters modes take the amplitude-phase-frequency characteristics of their transmission along the waveguide and the reaction of these characteristics to changes in the shape, structure of the object and ambient temperature,
  • each fiber-optic pair between cylindrical quartz glass fibers u and pg is provided by pressing the fibers against each other due to the action of elastic compression forces, for example, with 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;
  • the 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 planes of maximum sensitivity of measurements of the curvature of the pipeline are in the vertical and horizontal planes;
  • an information-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;
  • the information-measuring fiber-optic cable is fixed on the surfaces of the pumping or compressor units of the said stations from the point where the pipeline is connected to them to the point of its exit from the said units;
  • the fast Fourier transform procedure is applied to these signals before transmission to the computer;
  • one reference-information channel is created in the form of a cylindrical quartz glass fiber m and four measuring also cylindrical quartz glass fibers pg, isolated from each other and in contact with the reference-information channel ni along the common generatrix of their cylindrical surfaces, while all five of these channels are placed in one common light-reflecting shell;
  • multimode quartz glass fibers are used t, t with a range of transmitted wavelengths (850-1550) nm;
  • - in order to increase the reliability and predictability of the state of the main oil and gas pipeline receive and store additional information on the static characteristics of the stress-strain state of an empty and filled pipeline, as well as storage tanks by measuring, fixing curvature distributions, as well as vibration fields and temperature of the pipeline, as well as storage tanks, before and after oil supply or gas into the main oil and gas pipeline, as well as the rate of change of the specified parameters in time during operation and geodetic data on the distribution of the curvature of the pipeline obtained during its construction;
  • a solid dielectric is introduced into the structure of the specified cable between the reflective and the last protective sheath, for example, polyethylene reinforced with kevlar threads or glass threads, as well as side rods, for example, made of fiberglass;
  • the latter is made with a rectangular cross-sectional profile of the last protective sheath;
  • 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.
  • Prototype device for monitoring the condition of 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 is connected between the input of the demodulator and the output of the transmission channel wave energy, 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 operational amplifier, as well as the device is equipped with a heterodyne signal frequency converter connected between the outputs of the second spatial filter and the inputs of synchronous detectors,
  • a source of modulated wave energy 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-information channel in the form of a cylindrical quartz glass fiber m, the input of which and is the input of the wave energy transmission channel, and four measuring channels, also in the form of cylindrical quartz glass fibers m, isolated from each other and in contact with the reference-information channel along the common generatrix of their cylindrical surfaces, while all five of these channels are placed in one common reflective shell, 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 on the surfaces of all devices that make up the main oil and gas pipeline, and the output of the wave energy transmission channel, in this case, the outputs of all five indicated fiberglass u and g also through the optical the connector and the second spatial filter, implemented in the
  • the 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 polyethylene film;
  • the demodulator includes four identical, independent electronic circuits for synchronous detection with a heterodyne frequency converter of electrical signals coming from a photodetector unit connected through an optical connector to the output of the information-measuring fiber-optic cable;
  • Mi the number of intermediate pumping or compressor stations in the main oil and gas pipeline
  • the optical amplifier in the modulated wave energy source as well as intermediate optical amplifiers, are made of semiconductor or fiber, for example, based on optical fibers doped with erbium or ytterbium;
  • a pulsed coherent laser has a frequency stability no worse than (0.001-0.01) T- 1 ;
  • the block of photodetectors is made on the basis of p-i-n or avalanche photodiodes with transimpedance amplifiers;
  • the buffer memory is made in the form of an optical storage device manufactured using the Blu-gauge technology.
  • the main disadvantages of the prototype invention, as well as analogous inventions, are the narrow functionality 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 a volumetric extended object, in this case, a section of the near-surface layer of the lithosphere, in connection with using a one-dimensional arc coordinate system set by the axis of one information-measuring fiber-optic cable. Disclosure of invention
  • the purpose of the present invention is the development of such a method for monitoring the state of a long-length object and such a device for its implementation, which would improve the accuracy and selectivity of monitoring by expanding the range of data when monitoring seismic the state of the near-surface area of the lithosphere, by simultaneously measuring the distributions of differential curvatures, as well as vibration and temperature fields in a given three-dimensional coordinate system to determine the characteristics of the main precursors of an earthquake, as well as the location of its hypocenter and the magnitude of the shock wave.
  • the method is achieved by the fact that in accordance with the proposed method for monitoring the state of a lengthy object from a set of lengths of information and measuring fiber optic cable, which are identical in design, used as cable beams, with a length determined by the linear dimensions of the measuring seismic range, create a gradient a fiber-cable seismic antenna in the form of an umbrella connection of cable beams, for this, at least five beams are used, 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 one or more of these cable beams three-dimensional rectangular coordinate systems x, y, z with center 0 on the surface of the measuring range at the wellhead, and all inputs of the cable beams of this antenna are simultaneously excited from one coherent source of optical radiation, and the optics obtained at the outputs of the cable beams iCal signals containing information about the change differential curvature dK / dS, vibration fields and temperature along the
  • two cable antenna beams forming 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 least at least two crosswise-located laying grooves in the horizontal plane of the earth's surface, and in a vertical well, the fifth cable beam is fixed on the inner walls of the casing along the entire depth of the well, forming a three-dimensional rectangular coordinate system from each three antenna beams with the origin at the top point of the vertical well;
  • a gradient fiber-cable seismic antenna is installed on the bottom surface obtained at the outputs of the cable rays, optical signals containing information on the change in the differential curvature dK / dS, 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 conversion into radio signals and their transmission via a satellite communication channel to an information center for subsequent processing and storage of information;
  • the location of the center of the gradient seismic antenna is determined, and the data obtained with the antenna from the registratograms is transmitted via the satellite communication channel to the information center for accumulating and storing information, for example, using the blockchain technology, as well as comparison with the available data of ground, air and underwater mapping of the surface of the controlled volumetric area of the near-surface layer of the lithosphere;
  • the length of the installed cable antenna beams is increased, as well as their number both in the horizontal and vertical planes, for example, due to cluster drilling of a group of inclined wells and placement in them additional cable beams, or connecting additional cable beams to the already installed ones using optical connectors;
  • each antenna beam is performed in the form of an information-measuring fiber-optic cable, along the entire length L of which a measuring waveguide line (IVL) is pulled in the forward and backward directions, containing at least five cylindrical glass fibers interacting with each other along the entire length, one of these fibers is a reference-information channel with a refractive index m, and the other four - measuring channels with the same refractive indices P 2 ⁇ m, located in the vertical and horizontal planes on both sides of the fiberglass of the reference channel, all glass fibers of each ventilator are placed in their own reflective sheath, at the end point of each cable beam the same is introduced for horizontal beams, and for a vertical beam it is L / H times larger, where L is the length of the horizontal antenna beam; H is the depth of the well, the time delay between the forward and reverse ventilation, while the information-measuring
  • one or a series of directional explosions of linearly increasing power is performed in the zone of the measuring seismic range on the surface or in an additionally drilled well, and then using known methods of decoding the obtained seismograms assess the boundaries and reserves of mineral deposits, as well as the main antenna characteristics.
  • the device in accordance with the proposed device for monitoring the state of a lengthy object, it contains a wave energy transmission channel made of a set of interconnected pieces of information-measuring fiber optic cable, which are identical in design, used as cable beams, length L, determined by the linear dimensions of the measuring seismic range and the depth of the drilled well H, in the form of a gradient fiber-cable seismic antenna by means of an umbrella connection of cable beams, for this purpose, five beams are used, four of which are placed in a horizontal plane, for example, crosswise on the earth's surface, and the fifth one is suspended from the center of the cross vertically in the borehole, and all the inputs of the cable beams of this antenna are connected through optical connectors to the outputs of an additionally installed optical splitter connected to the output of the optical antenna signal generator of a pulsed coherent laser, 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
  • all the main units namely, a pulsed coherent laser, an optical amplifier, an optical splitter, a photodetector unit, a demodulator, an ADC unit, an FFT processor, a satellite antenna transmit-receive unit together with an autonomous source power supplies are placed in one body of the received information processing unit, outside on the surface of which there are optical connectors for connecting cable antenna beams and electrical connectors for connecting a video terminal and a satellite antenna;
  • multimode quartz glass fibers with a transmission wavelength range (1310-1550) nm are used;
  • the optical amplifier is made of optical fiber, for example, based on optical fibers doped with erbium or ytterbium;
  • the optical delay line is made in the form of a set of plane-parallel plates made of quartz glass, for example, according to the Michelson echelon principle;
  • the block of photodetectors is made on the basis of p-i-n or avalanche photodiodes with transimpedance amplifiers and bandpass filters,
  • the satellite dish is connected to a blockchain-type data accumulation and storage channel.
  • Fig. 1 depicts a flat bend of a lengthy structure with an alternating curvature distribution
  • fig. 2 calculated graphs of errors of the directional and waveguide methods for controlling the geometry of a lengthy structure
  • fig. 3 calculated oscillation spectrum of the earthquake focal zone
  • fig. 4 recorded amplitude-frequency characteristics of the seismic background of the source zone of the infrasonic range
  • fig. 5 graphs of changes in time of the parameters of the main precursors of earthquakes
  • fig. 6 the relative position of two gradient seismic antennas and the hypocenter of the earthquake source
  • fig. 1 depicts a flat bend of a lengthy structure with an alternating curvature distribution
  • fig. 2 calculated graphs of errors of the directional and waveguide methods for controlling the geometry of a lengthy structure
  • fig. 3 calculated oscillation spectrum of the earthquake focal zone
  • fig. 4 recorded amplitude-frequency characteristics of the seismic background of the source zone of the infrasonic range
  • fig. 5 graphs of changes in time of the
  • fig. 7 a, b are cross and longitudinal sections of a gradient seismic antenna beam
  • fig. 8 is a layout diagram of a terrestrial gradient seismic antenna
  • fig. 9 layout diagram of the underwater gradient seismic antenna
  • fig. 10 diagram of the device for seismic monitoring of the state of the spatial area of the lithosphere
  • fig. 11 a, b dependences of the voltage at the input of the ADC unit with a change in the curvature of the IIOC and the profile of the metal plate for various loads, obtained using the experimental installations
  • Fig, 12 a, b, c, d photographs of the main parts of the experimental installation for controlling the curvature of the forming steel plate.
  • the sensors measure the angle g of the deviation of the axis of the lengthy structure 1 from the vertical.
  • the parameter measured by these sensors is the average value of the angle ⁇
  • Curve 2 expresses the dependence of the error
  • An increase in the selectivity of monitoring the seismic state of the bulk section of the near-surface layer of the lithosphere in the presented method is achieved by choosing the distributions' differential curvature dK / dS along all axes of a three-dimensional rectangular coordinate system characterizing rock displacements, the main precursor of earthquakes in terms of reliability, as the main controlled vector parameter, and See also vibration and temperature fields.
  • 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 mode fields, then the mode fields at the outputs of at least one reference and at least one measuring channel of an extended transmission line of wave energy into electrical signals that depend only on time.
  • mechanical ventilation is a linear measuring device with a hardware function f (t - t ⁇ - t s ).
  • f (t) is the Dirac delta function S (t - - t s ), then the voltage at the output of the measuring channel
  • Reconstruction of the spatial distribution K (S) is carried out by integrating the measuring signal V (t) and scaling over the time function
  • the considered calculations are a preliminary illustration of the physical essence of the method for monitoring the state of a lengthy object from the standpoint of analyzing the general properties of signals of the spatio-temporal structure propagating in a two-mode mechanical ventilation with interacting channels, when the controlled parameter is applied to the ventilation, in this case, its curvature changes.
  • FIG. 5 shows the graphs of changes in time of the parameters of the main precursors of earthquakes, published in the article by A. Vilshanskiy. Local earthquake prediction system (Boiling Earth). Deponir. rukop., Bibl. US Congress, pp. 10-13. (http://www.ecoimper.net/stat/! 014b_vilshansky.pdf).
  • the curves of the rising and falling ratios of the velocities of the longitudinal and transverse waves V p / V s as well as the temperature of the earth's surface T °, are shown. From Fig. 5 it follows that all graphs of changes in these earthquake precursors have a pronounced abrupt character.
  • FIG. 5 shows the "Main shock 7" of the earthquake at the time with a magnitude A g .
  • a further change in the ratio of the wave velocities V p / V s and temperature T ° is shown, as well as the second 8 and third 9 earthquake shocks with magnitudes A 2 and A 3 at times t 2 and t 3 .
  • the characteristics of the precursors shown in FIG. 3-5 are used in the proposed control method as a justification for the composition of the selected controlled parameters and for determining the limits of their dynamic range of changes.
  • the distribution of differential curvature is selected, and in addition, the distribution of vibration and temperature fields along the given axes of a three-dimensional rectangular coordinate system created using a gradient fiber-cable antenna.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a controlled volumetric section of the near-surface layer of the lithosphere with two gradient seismic antennas 11 and a tectonic fault line 12 located on its surface, as well as a hypocenter 13 and an earthquake epicenter 14.
  • the hypocenter 13 there is a three-dimensional rectangular coordinate system x, y, z with the radius vector Ral, which determines the location of the hypocenter 13 relative to the first antenna 11 and the radius vector Ra2 relative to the second antenna 11, which are defined as the intersection point of vectors, the directions of the cosines of which are calculated through the registered distribution of differential curvatures dK / dS cable beams 30 two antennas 11.
  • FIG. 7 a shows two measuring waveguide lines (IVL) in a cable beam, stretched in forward and reverse directions, each of which contains at least five interacting cylindrical glass fibers 15, 16, 17 and 18 along the entire length, one of these fibers, 15 is a reference channel with a refractive index m, and the remaining four 16, 17 and 18 are measuring channels with the same refractive indices P2 ⁇ pi, located in the vertical and horizontal planes on both sides of the glass fiber of the reference channel 15, are used for measuring distributions of differential curvature dK / d $, as well as vibration and temperature fields along the axes of cable beams.
  • IVL measuring waveguide lines
  • All glass fibers 15, 16, 17 and 18 of each ventilator are placed in their own reflective shell 19, filled with a thixotropic gel 20 with immersion properties and a refractive index pz not lower than the refractive index of the fiber glass of the reference-information channel 15 t, as well as an operating temperature range (- 60 + 60) ° C.
  • a silicone gel is used as a gel.
  • Both ventilators are separated by a protective filler 21, for example, a solid polyethylene from the last protective sheath 22 of the cable beam a of rectangular cross-section, which allows it to be fixed on the controlled horizontal surface of the earth 23 using the fastening device 24.
  • a protective filler 21 for example, a solid polyethylene from the last protective sheath 22 of the cable beam a of rectangular cross-section, which allows it to be fixed on the controlled horizontal surface of the earth 23 using the fastening device 24.
  • OP optical connector
  • OTL optical delay line
  • the fifth cable beam 30 the length of which is determined by the depth H of the borehole 31 (Figs. 8-9) at least 1 km, there are also two ventilators in the forward and reverse directions, connected through the OLZ 27.
  • This beam 30 is fixed from the inside along the entire length of the casing strings in the borehole 31, for example, using clamps or spacer wedges, so that there is no spontaneous twisting of the cable along the axis of the beam 30 and the parallelism of the walls of the rectangular protective sheath 22 of the vertical beam 30 to the lines of the cross-shaped connection of the horizontal beams 30 is maintained.
  • each horizontal beam 30 has a length a / 2, where a is the length of the side of the polygon 29, for example, of a square shape and terminates at the terminal 26.
  • a vertical beam 30 of length H where H is the depth of the borehole 31, which must be at least 1 km, also ends with its terminal 26 located at the bottom of the borehole 31.
  • All inputs of the cable beams 30 of the cable antenna 11 are simultaneously excited from one coherent source of optical radiation, and the optical signals obtained at the outputs of the cable beams 30 containing information on the change in the differential curvature dK / dS, vibration fields and temperature along the axis of each beam of the antenna 30, after photoconversion into electrical signals, synchronously detected and converted into digital codes, which are registrams of the distributions of the differential curvature dK / 3S, vibration fields and temperature along the axes of all cable beams 30 of the antenna 11 measured at equal time intervals Ti. Then these codes are processed using known interferometric algorithms (see, for example, the article by V.G.Kobernichenko, A.V. Sosnovsky.
  • Spectral analysis of the measured distributions of vibration fields along the axis of each beam 30 of the antenna 11 is carried out using a fast Fourier transform. Changes in the amplitudes, frequencies and linear velocities of longitudinal, transverse and deep waves, as well as the ratio of the velocities of longitudinal and transverse waves V p / V s , are determined, direct and reverse registries of the distributions of each of the named parameters and temperature are formed separately along the coordinates x, y, z.
  • hypocenter of the source is calculated as the intersection point of the vectors, the direction of the cosines of which are calculated through the partial derivatives of the inverse registrams along the arc coordinate S of each three-dimensional group of measurements of the parameters of the indicated earthquake precursors, and the data obtained (see, for example, the article "Seismic waves and determination of the parameters of the earthquake source ".
  • the use in the presented method of operations of supplying optical pulses to the input of each glass fiber of the reference information channel of each beam 30 of the antenna 11 from one source of modulated wave energy and an intermediate amplification of optical signals with their simultaneous time delay in the terminal devices 26 of these beams 30 is performed to increase the selectivity of control by creating time stamps in all beams 30 with a precisely known distance along the length of each beam 30 and synchronizing optical signals during their propagation.
  • the reverse registries of the measured distributions from the end of each beam 30 to its beginning make it possible to exclude additional signal processing associated with the need to transfer the origin, for example, when determining the direction cosines of the vector of the main (soliton) earthquake shock wave.
  • two cable beams 30 of the antenna 11, constituting a straight line are placed on the surface of the controlled area 28 of the earth, for example, parallel to the tectonic fault line 12 (Fig. 6), and all four horizontal beams 30 of the antenna 11, located crosswise, are buried in the ground (Fig. 8) to a depth of at least 1 m.
  • At least two crosswise arranged laying grooves are milled in the horizontal plane of the earth surface of the landfill 29, and in a vertical borehole 31 the fifth cable beam 30 is fixed on the inner walls of the casing along the entire depth of the borehole 31, forming a three-dimensional rectangular coordinate system from each three antenna beams with the origin at the upper point of the borehole 31.
  • the gradient fiber-cable seismic antenna 11 is installed on the seabed surface within the selected measuring range 29 similarly to the terrestrial antenna 11.
  • the optical signals received at the outputs of the cable beams 30, containing information about the change in the differential curvature dK / dS, vibration fields and temperature along the axis of each beam 30 of the antenna 11, are transmitted using an additional fiber-optic cable-cable to a drifting radio transmission buoy 33 located on the sea surface, where they are converted into radio signals and transmitted via satellite communication channels to the information center, for example, through the observation vessel 34 on the sea surface 35 or satellites 36 for further processing and data accumulation.
  • the location of the center of connection of the beams 30 of the gradient seismic antenna 11 (FIGS. 8-9) is determined, and the data obtained with the antenna 11 from the measurements of the registrams is transmitted through the satellite communication channel (satellites 36) to the information center for the accumulation and storage of information, for example, using the blockchain technology, as well as comparison with the available data of ground, air and underwater mapping of the surface of the controlled volumetric area 28 of the near-surface layer of the lithosphere or the seabed 32.
  • the obtained register distributions of differential curvatures dK / dS of cable beams 30 of antenna 11 along the c, g, z axes are numerically integrated over the arc coordinate S to obtain distributions of curvatures K (S), and then using the known integral geometry relations (see, for example, RF patent NS2670570 , published on October 23, 2018 by "Sp special monitoring of the state of a long object and a device for its implementation "author Zemerova VN) receive profiles of rays 30 in two orthogonal vertical planes describing the geometry of the surface of the controlled area the earth's crust 28 or the seabed 32. Then these profiles are compared with the available profiles from the data of ground, air or underwater mapping of the same surface, and then a decision is made on the suitability for further use of the registries obtained using the antenna 11.
  • the length of the installed cable beams 30 of the antenna 11 is increased, as well as their number both in the horizontal and vertical planes, for example, due to cluster drilling of a group of inclined wells 31 and placing additional cable beams 30 in them, or connecting additional sections of cable beams 30 to the already installed ones using optical connectors.
  • 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 pulled in the forward and backward directions 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 with a refractive index m, and the other four are measuring channels with with the same refractive indices P2 ⁇ m, located in the vertical and horizontal planes on both sides of the fiberglass of the reference channel, all glass fibers of each ventilator are placed in their own reflective sheath, the same refractive index is introduced at the end point of each cable beam for horizontal beams, and for a vertical beam, a large one in L / H times, where L is the length of the horizontal antenna beam; H is the depth of the well, the time delay between the forward and reverse ventilation, while the information-mea
  • the glass fibers of all channels of each section of the information-measuring fiber-optic cable are placed in a common reflective sheath filled with a thixotropic gel with immersion properties and a refractive index pz not lower than the index refraction of fiberglass of the reference-information channel u, as well as the operating temperature range (- 60 + 60) ° C.
  • one more or more similar gradient fiber-cable seismic antenna is additionally placed at a distance from 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”. htp: //www.mygeos.com/2010/02/ll/1840).
  • All the beams of one antenna in the horizontal and vertical planes must be deployed and fixed parallel to the corresponding beams of the other 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 the registers received by all antennas are processed using known interferometric algorithms (see, for example, the article by V.G. Kobernichenko, A.V. Sosnovsky. Interferometric processing of high-resolution space radar survey data. htp. , //www.unigeo.ru/upload/files/b59 d94e98b2b2cbc6613aff2d94d a7e2.pdf ).
  • one or a series of directional explosions of linearly increasing power is performed in the zone of the measuring seismic range on the surface or in an additionally drilled well, and then using known methods for decoding the obtained seismograms (see eg htp: //teachpro.m/EOR/School%5COBJSupp] ies7 / Html / der07091. htm) assess the boundaries and reserves of mineral deposits, as well as the main characteristics of the antenna.
  • FIG. 10 A device for monitoring the state of a long object that implements the proposed method is shown in FIG. 10. It contains a source of modulated wave energy, made in the form of a pulsed coherent laser 37, connected through an optical amplifier 38, an optical splitter 39 and optical connectors (OP) 25 to the input of each piece of information-measuring fiber-optic cable in the form of an antenna cable beam 30 containing two measuring waveguide lines (IVL), laid (see Fig. 7 a, b) in the forward and backward directions and connected to each other in the terminal device (OA) 26 by means of an optical delay line (OLL) 27.
  • IVL measuring waveguide lines
  • ODL optical delay line
  • each ventilator contains one reference-information channel 15 in the form of a cylindrical quartz glass fiber m, the input of which is the input of the wave energy transmission channel, and four measuring channels 16 (two identical channels for measuring the distribution of differential curvature in the vertical and horizontal planes), 17 ( channel for measuring the distribution of the vibration field), and 18 (channel for measuring the distribution of the temperature field), also in the form of cylindrical quartz glass fibers t, isolated from each other and in contact with the reference-information channel 15 along the common generatrix of their cylindrical surfaces, while all five of these channels 15 , 16, 17, and 18 are placed in one common reflective shell 19 filled with a thixotropic gel 20 with immersion properties, for example, "WACKER ® SilGel 612 A / B" (https://www.wacker.com/ cms / en / products / product / product jsp?
  • the channel itself for transmitting wave energy in the device in FIG. 10 is made of an interconnected set of sections of information-measuring fiber optic cable, which are identical in design, used as cable harnesses 30, with a length, for example, equal to half the length (a / 2) of the seismic range 29 (see Figs. 8-9) with a square shape of the surface, in the form of a gradient fiber-cable seismic antenna 11 by means of an umbrella connection of cable beams 30.
  • five beams 30 are used, four of which are placed in a horizontal plane, for example, crosswise on the earth's surface 28, and the fifth is suspended vertically from the center of the cross in the borehole 31.
  • optical connectors (OF) 25 are connected to the outputs of an additionally installed optical splitter 39 connected to the output of the optical amplifier 38 of the pulse coherent laser signal 37, and the outputs are connected to the terminal devices (OU) 26 located at the end of each cable beam 30.
  • the outputs of the second ventilator of all five cable beams 30 through these connectors 25 are connected to the inputs of the photodetector unit 40, which is through a demodulator 41, one output of which is connected to the series-connected ADC unit 42, the computing device 43 and the video terminal 47, and the second output to the FFT processor 44.
  • the third input of the computing device 43 is connected to the output of the buffer memory 45, and the fourth input to the output of the FFT processor 44.
  • the second output of the computing device 43 through an additionally placed unit for preparation and transmission of signals to the antenna (PPSA) 46 is connected to the input of an additionally installed satellite antenna 48.
  • the demodulator 41 includes five identical sets of four of the same type, electronic circuits for synchronous detection with a heterodyne frequency converter of electrical signals (not shown in the device diagram of FIG. 10, since they are similar to the demodulator of the device - an analogue of this invention described in patent SU 1742615).
  • Each synchronous detection circuit is made in the form of two synchronous detectors connected to the outputs of the photodetector unit 40, 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. Additionally, the circuit described above is equipped with a heterodyne signal frequency converter connected between the outputs of the photodetector unit 41 and the inputs of synchronous detectors (see patent SU 1742615).
  • All the main blocks of the control device in FIG. 10, namely, a pulsed coherent laser 37, an optical amplifier 38, an optical splitter 39, a photodetector unit 40, a demodulator 41, an ADC unit 42, a computing device 43, an FFT processor 44, a buffer memory 45, a PSA 46 unit together with an autonomous power supply unit 49 are standard electronic products and are located in one housing of the received information processing unit (GID) 50. Outside, on the surface of this GID block 50, optical connectors 25 are fixed for connecting cable beams 30 of the antenna 11 and electrical connectors (not shown in the diagram) for connecting the video terminal 47 and satellite dish 48.
  • GID received information processing unit
  • antennas use multimode quartz glass fibers with a range of transmitted wavelengths (1310-1550) nm.
  • the rationale for the selected range is that the attenuation in different transparency windows is not the same: its smallest value - 0.22 dB / km is observed at a wavelength of 1550 nm, therefore this transparency window is used to organize communication over long distances.
  • this transparency window is used to organize communication over long distances.
  • the attenuation is higher, however, this wavelength is characterized by zero dispersion (see the article "Optical fiber transparency window”. Wikipedia - Free Encyclopedia, 14.02.2017 (https: // m. Wikipedia.org/wiki )).
  • the optical amplifier 38 is made of optical fiber, for example, based on optical fibers doped with erbium or ytterbium.
  • the optical delay line is made in the form of a set of plane-parallel plates of quartz glass, for example, according to the Michelson echelon principle.
  • the block of photodetectors 40 is made on the basis of p-i-n or avalanche photodiodes with transimpedance amplifiers and bandpass filters.
  • the buffer memory 45 is made using blockchain technology (see, htps: //tass.m/wfys2017/articles/4625564) or in the form of an optical storage device manufactured using the Blu-Gau technology.
  • the satellite antenna 48 is connected to a remote data storage channel of the "blockchain" type and contains a position sensor of the satellite navigation system (these elements are not shown in Fig. 10).
  • measuring light pulses will appear containing information on the distributions of the derivative of the curvature of the first and second IV L, and thus beam 30, in the vertical and horizontal planes.
  • the cylindrical quartz glass fiber 17 of the measuring channel pg is selected with a linear dependence of the dielectric constant, in this case, the active glass fiber 17 on temperature, which ensures the appearance of a difference in the speed of light pulses in the reference 16 and measuring 17 glass fibers in proportion to the change in the ambient temperature.
  • the second additional pair of cylindrical quartz glass fibers 16 and 16 in contact with each other along a common generatrix
  • each cable beam 30 uses one common reference glass fiber 16 for all four measuring glass fibers 16, 17 and 18, then from the output of each beam 30 through the optical connector 25 to the input of the photodetector unit 40, one reference and four measuring optical pulses containing information about the distributions of the differential curvature in the vertical and horizontal planes, as well as the vibration and temperature fields along all beams 30.
  • These optical signals are converted by means of the photodetector unit 40 into electrical signals arriving at the input of the demodulator 41.
  • the frequency is reduced, the information envelope is extracted, as well as amplification of measuring electrical signals synchronized with the reference signal.
  • the computing device 43 According to the known differences in the propagation speed of light signals in the reference 15 and measuring optical fibers 16, 17 and 18 of the cable beams 30 large-scale transformation of temporary measuring digital signals received from the outputs of the ADC unit 42 and the FFT processor 44 into spatial distributions of differential curvature in the vertical and horizontal planes, as well as temperature and vibration fields along the axes of cable beams 30 of the seismic antenna 11 (Fig. 8- nine). From these data, direct and inverse registries of the measurements are formed, the direction cosines and the location of the earthquake hypocenter are determined. Its possible magnitude and time of occurrence are calculated.
  • the measured distributions of the differential curvature in the vertical and horizontal planes are numerically integrated to obtain the distributions of the curvature K (S) itself in order to subsequently construct the geometry of the controlled earth's surface.
  • the obtained distributions in the form of register programs are accumulated in the block of the buffer memory 45 and are used in the computing device 43 to determine the main parameters of the coming earthquake.
  • the output information from the computing device 43 is converted into radio signals for transmission using the satellite antennas 48 to a remote information center for warning of an impending earthquake.
  • FIG. 11 a, b show the dependence of the voltage 51 at the input of the ADC 42 when changing the curvature of the beam 30 and the profile of the metal plate 52 for various loads, obtained using an experimental setup, photographs of the main parts of which are shown in Fig. 12 a, b, V d
  • the presented inventions can be used in practically all scientific and technical fields and spheres of industrial production, where it is necessary to control the seismic state of extended spatial objects.
  • the most expedient is their application in practical seismogeophysics for: predicting and monitoring the development of earthquakes and tsunamis in coastal areas; predicting and monitoring the development of man-made disasters; prospecting and exploration of minerals; monitoring the state of hydro and nuclear power plants, protective dams and other various complex building structures.

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

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Физико-механические характеристики длинномерных объектов, а также параметры действующих сейсмических волн, 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, преобразуют в цифровую форму. Определяют характеристики инфразвуковых и высокочастотных пространственных сейсмических волн и рассчитывают гипоцентр очага землетрясения. Выбирают измерительный полигон, из отрезков информационно-измерительного оптоволоконного кабеля путем их зонтичного соединения изготавливают 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. Технический результат - повышение точности и селективности контроля за счет расширения диапазона данных при контроле состояния приповерхностного слоя литосферы.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЛИННОМЕРНОГО ОБЪЕКТА
Область техники
Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля состояния длинно- мерных 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.
Предшествующий уровень техники
В настоящий момент известно счетное множество литосферных признаков землетрясений (Яновская Т.Б. Основы сейсмологии. С.-Г1 : 2008, с. 179-181), таких как сдвиговые деформации земной поверх- ности, изменение соотношения скоростей распространения продольных и поперечных сейсмических волн, изменение наклона земной поверхности, изменения температурного режима приповерх- ностных слоев, изменение составляющих геомагнитного поля, удельного электрического сопротивления земной коры и др.
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 предвест- ника (Т) и магнитудой (М): Т = 0,79М - 1,88 (см., например, Т. Рикита- ке, "Предсказание землетрясений", перевод с англ., Мир, М. , 1979 г, стр. 242, стр. 314, табл. 15.13). Но эта формула дает весьма приближен- ные результаты в связи с низкой точностью исходных данных, обусловленной несовершенством применяемых средств измерений характеристик предвестников землетрясений. 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. 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.
Наиболее распространенная схема системы контроля и регистрации основных физико-механических параметров предвестников землетря- сений, 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 10x20 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 небольшо 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 контролирует высоту 4-х точек прямоугольной поверхности площадки с размерами 1x1 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 пульт о оператора в центре обработки информации кабельной линией. Таким образом, здесь реализуются следующие операции способа контроля состояния приповерхностного участка литосферы для прогнозирования землетрясений:
- 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;
- бурение в геометрическом центре поверхности выбранного полигона вертикальной геофизической скважины глубиной не менее 1 км;
- выбор и размещение на поверхности полигона и в скважине инерциальных и/или инклинометрических чувствительных элементов, связанных между собой и центро обработки данных, информационно- измерительным кабелем;
- измерения деформаций земной коры по трем декартовым координатам на поверхности измерительного полигона и в скважине;
- контроль изменения сейсмического режима за счет измерения амплитудно-фазочастотных характеристик высокочастотных (форшоковых и афтершоковых), а также инфразвуковых волн;
- контроль изменения линейных скоростей сейсмических волн с разделением их на продольные, поперечные и глубинные;
- контроль изменения наклона земной поверхности.
Недостатками этого способа-аналога и системы его реализующей являются:
- низкие точность и селективность контроля из-за дискретного измерения геометрии поверхности и смещений внутренних слоев участка литосферы;
- непригодность способа для восстановления особо низкочастотных сейсмоволн, например, длиной более 50 км;
- возможность пропуска слабых высокочастотных сейсмических сигналов при регистрации их во времени;
функциональная ограниченность способа по составу контролируемых параметров (только линейные и угловые перемещения выбранных участков земной коры);
- высокие энергозатраты на проведение измерений, сбор и передачу информации;
-низкая надежность контроля из-за большого количества соединений электронных и электромеханических элементов, размещенных в зоне ударных воздействий и вибраций.
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.
Проведем анализ наиболее значимых патентов в этой области, прежде всего обращая внимание на форму и состав сейсмодатчиков, используемых в распределенных прие ных сейсмических антеннах.
Известна попытка синтеза апертуры сейсмической антенны в патенте РФ NS2227311 авторов Давыдова В.Ф., Никитина А.Н., Новоселова О.Н. и др. «Способ краткосрочного предсказания земле- трясений», опубликованном 20 апреля 2004 года, включающем пре- образование 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 х, 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 группы
Figure imgf000007_0001
определяют период Т0 сигнала регистрограмм, прогнозируют магнитуду и время удара по регрессионным зависимостям М~110/Т2 о(ч); ty 4,7Т0.
Функциональная схема устройства, реализующая вышеописанный способ, содержит единичные датчики-измерители в составе после- довательно включенных электростатического датчика, политронного усилителя и интегратора. Единичные датчики-измерители собраны в линейные крестообразные группы, разнесенные на базу В. Посред- ством измерительных шин каждый из единичных датчиков-измерите- лей 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, под- ключенных последовательно к канальному коммутатору. Програм- мируемая 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.
Основными недостатками данных способа и устройства являются также низкая точность определения значений главного измеряемого параметра - амплитуды вертикального электростатического поля, 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.
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.
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.
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 простран- ственными 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.
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.
По вышеуказанным причинам наиболее близким к представленному здесь техническому решению (прототипом) является изобретение, описанное в патенте РФ NQ2661674, 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.
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,
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 щ, а второе - измерительным каналом m с разными показателями преломления m > П2 , 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 m с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом Ti между импульсами, подают указанные импульсы на вход каждого стекловолокна опорно- информационного канала ru 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.
Способствует достижению технического результата в способе- прототипе также то, что:
- механический светопроводящий контакт в каждой оптоволоконной паре между цилиндрическими кварцевыми стекловолокнами щ и пг обеспечивают прижатием волокон друг к другу за счет действия упру- гих сил сжатия их, например, акриловой светоотражающей оболочкой, или с помощью сварки указанных волокон, или созданием между ними светопрозрачной перегородки, расположенной параллельно продоль- ной оси информационно-измерительного оптоволоконного кабеля;
- 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;
- с целью контроля распределения кривизны поверхностей накопи- тельных емкостей магистрального нефтегазопровода, информационно- измерительный оптоволоконный кабель закрепляют на этих поверхностях вдоль ломаной линии, образующейся от пересечения каждой поверхности накопительной емкости вертикальной диаметральной плоскостью;
- для повышения точности оценки напряженно-деформированного состояния и усталостной прочности трубопровода, а также и накопи- тельных 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 стекло- волокна с одинаковыми показателями преломления щ = щ, при этом цилиндрическое кварцевое стекловолокно измерительного канала m выбирают с линейной зависимостью диэлектрической проницаемости стекловолокна, помещенного в светоотражающую оболочку, e от температуры, например, иттербиево активное кварцевое волокно со степенью легирования редкоземельными ионами, выраженной мольной концентрацией, менее 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 ni и пг , причем m > m , с помощью которой осуществляют контроль распределений полей вибраций указанных устройств и других источников шумов вблизи магистрального нефтегазопровода;
- 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;
- 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;
- для снижения затрат энергии и помех, а также синхронизации про- цессов измерений необходимых физико-механических данных о состо- янии нефтегазопровода в информационно-измерительном оптоволо- конном кабеле создают один опорно-информационный канал в виде цилиндрического кварцевого стекловолокна m и четырех измеритель- ных также цилиндрических кварцевых стекловолокон пг, изолирован- ных между собой и контактирующих с опорно-информационным кана- лом ni по общим образующим их цилиндрических поверхностей, при этом все пять указанных каналов помещают в одну общую светоотра- жающую оболочку;
- для снижения затухания сигналов и увеличения длины контролируе- мого нефтегазопровода в информационно-измерительном оптоволоко- нном кабеле используют многомодовые кварцевые стекловолокна т, т с диапазоном пропускаемых длин волн (850-1550) нм;
- 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;
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;
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;
для защиты информационно-измерительного оптоволоконного кабеля от пожара, последнюю защитную оболочку указанного кабеля с прямоугольным профилем поперечного сечения изготавливают из огнестойкого, малодымного, безгалогенного компаунда.
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,
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,
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 т, вход которого и является входом канала передачи волновой энергии, и четыре измерительных канала, также в виде цилиндрических кварцевых стекловолокон т, 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 щ и пг 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.
Способствует достижению технического результата в устройстве- прототипе также то, что:
- информационно-измерительный оптоволоконный кабель закреплен на поверхностях всех устройств, входящих в состав магистрального нефтегазопровода, например, с помощью защитной полиэтиленовой пленки;
- 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;
- 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 Ц = L/Ni , где
Mi _ число промежуточных насосных или компрессорных станций в магистральном нефтегазопроводе;
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;
- импульсный когерентный лазер имеет стабильность частоты не хуже (0,001-0, 01)Т-1;
- блок фотоприемников выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями;
буферная память выполнена в виде оптического накопителя, изготовленного по технологии «Blu-гау».
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. Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения (группы технических решений, связанных между собой единым изобретательским замыслом) является разработка такого способа контроля состояния длинномерного объек- та и такого устройства для его осуществления, которые позволили бы повысить точность и селективность контроля за счет расширения диа- пазона данных при контроле сейсмического состояния приповерх- ностного 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.
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 х, 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 dK/dS, 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 Ti распределений дифференциальной кривизны dK/dS, 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 dK/dS кабельных лучей антенны, вдоль каждой из осей трехмерной прямоугольной систем координат х, у, z по формулам:
Figure imgf000020_0001
cos/? = (dK/dS)y/({dK/dS)l + (dK/dS)2 + (dK/dS)2)1/2, cos y = {dK/dS)z/{{dK/dS)x 2 + (dK/dS)2 + ( dK/dS)2 1/2 > где: (dK/dS)x) (dK/dS)y; (dK/dS)z - измеренные распределения дифференциальных кривизн кабельных лучей антенны по осям х, y,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 региетрограммы распределений каждого из названных параметров и температуры раздельно по координата х, 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 дК fdS каждого ее луча.
Способствует достижению технического результата в заявленном способе то, что:
- 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;
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 dK/dS, 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;
- 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;
- 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;
- 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 m , а остальные четыре - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления П2<т, 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 пг, ni, m каждой ИВЛ была перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой располагаются продольные оси других трех стекловолокон пг, т, щ 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+T3, где: Т3 - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне, с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом Ti между импульсами, усиливают и одновременно подают указанные импульсы на вход оптоволокна опорно-информационного канала каждого кабельного луча антенны;
- 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 из не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информационного канала щ, а также рабочим диапазоном температур (- 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;
- 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.
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 (ИВ Л), 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 ИВ Л 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.
Способствует достижению технического результата в заявленном устройстве то, что:
- 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;
- для снижения дисперсии и затухания оптических сигналов в кабельных лучах антенны используют многомодовые кварцевые стекловолокна с диапазоном пропускаемых длин волн (1310-1550) нм;
- оптический усилитель выполнен оптоволоконным, например, на основе легированных эрбием или иттербием оптических волокон; - оптическая линии задержки выполнена в виде набора плоскопарал- лельных пластин из кварцевого стекла, например, по принципу эше- лонов Майкельсона;
- блок фотоприемников выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями и полосовыми фильтрами,
- для расширения возможности обработки полученной информации спутниковая антенна подключена к каналу накопления и хранения данных типа «блокчейн».
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает плоский изгиб длинномерной конструкции с знакопеременным распределением кривизны; фиг. 2 - расчетные графики погрешностей инклинометрического и волноводного способов контроля геометрии длинномерной конструкции; фиг. 3 - расчетный спектр колебаний очаговой зоны землетрясения; фиг. 4 - зарегистрированные амплитуд- но-частотные характеристики сейсмического фона очаговой зоны инфразвукового диапазона; фиг. 5 -графики изменения во времени параметров основных предвестников землетрясений; фиг. 6 -взаимное расположение двух градиентных сейсмических антенн и гипоцентра очага землетрясения; фиг. 7 а, b-поперечное и продольное сечения луча градиентной сейсмической антенны; фиг. 8- схема размещения назем- ной градиентной сейсмической антенны; фиг. 9 -схема размещения под- водной градиентной сейсмической антенны; фиг. 10 -схема устройства сейсмического контроля состояния пространственного участка литосферы; фиг. 11 а, Ь- зависимости напряжения на входе блока АЦП при изменении кривизны ИИОК и профиля металлической пластины для различных нагрузок, полученные с помощью экспериментальной установки; фиг, 12 a, b, с, d - фотографии основных частей экспериментальной установки контроля кривизны образующей стальной пластины.
Лучший вариант осуществления изобретения
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 (фигЛ), характеризующегося знакопеременным распределением кривизны K(S) = 1/R(S), где S - дуговая координата вдоль оси длинно- мерной конструкции 1 и ее радиус кривизны R (5). Длинномерную конст- рукцию 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. JNM26. М.: Моек, энерг. ин-т, 1987, с.31-36)
Figure imgf000028_0001
где 1 (S) = j' К (S)dS.
В известном инклинометрическом способе датчики измеряют угол гр отклонения оси длинномерной конструкции 1 от вертикали. Измеряемым этими датчиками параметром является среднее значение угла \|/ (S) на отрезке AS, который представляет собой интервал между датчиками вдоль конструкции 1.
Тогда
Figure imgf000029_0001
где yi и ipi+1- показания датчиков соответственно с координатой iAS: (ί + 1)D5.
При использовании протяженной измерительной волноводной линии (ИВ Л) 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.
Результаты расчетов методических погрешностей инклинометрического и волноводного способов, в виде графиков 2 и 3 приведены на фиг.2.
Кривая 2 выражает зависимость погрешности
GDP(Z)Ί
Dΐί% = 100%
S Z ) от числа инклинометрических датчиков N, закрепленных на расстоянии AS = L/N друг от друга вдоль длинномерной конструкции. В свою очередь, кривая 3 показывает зависимость погрешности Ah% = [Ab(Z)/S(Z)] - 100% от числа отсчетов N = L/AS, где AS - разрешающая способность протяженной линии передачи волновой энергии. При сравнении за- висимостей 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 снижа- ется почти на 2 порядка для длинномерной конструкции 1 , в данном случае, например, обсадной колонны геофизической скважины глубиной несколько километров.
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 dK/dS вдоль всех осей трехмерной прямоугольной системы координат, характеризующих смещения пород, главного по достоверности предвестника землетрясений, а также полей вибраций и температуры.
Зонтичная конструкция сейсмической антенны обеспечивает ее вы- сокую селективность, так как объединяет известные свойства «креста Миллса» в горизонтальной плоскости и «полукрестов» в двух ортого- нальных вертикальных плоскостях (см., например, Апертурный синтез, 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 AS заданной координаты S. Эта конструкция 1 не имеет изломов, а ее диаметр значительно превосходит поперечный размер а ИВЛ, следовательно, сама ИВЛ претерпевает малые деформаций на элементе AS. 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.
В такой пинии могут распространяться моды электромагнитных оптических полей в соответствующих диапазонах воли. Согласно теории воли, 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 К = 1/R на элементе AS:
jkrAS = jk
Figure imgf000031_0001
где г -коэффициент связи мод на единицу длины AS, амплитуды которых нормированы по мощности возбуждения ИВЛ ; к волновое число; j -мнимая единица; g -безразмерный коэффициент, определяемый структурой полей мод внутри ИВЛ.
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 к = w/ с постоянные распространения мод соответственно опорного и измерительного каналов имеют вид
Uΐ,2 ~ ^bΐ,2 ·> где b1 2 - величины фазовых скоростей мод соответственно опорного и измерительного каналов, w - круговая частота, с - скорость света в вакууме.
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.
Таким образом ИВЛ представляет собой линейный измерительный прибор с аппаратной функцией f(t— t±— ts).
Чем меньше интервал во времени занимает аппаратная функция, тем выше разрешающая способность прибора. Если /(£) является дельта-функцией Дирака S(t—
Figure imgf000032_0001
— ts), то напряжение на выходе измерительного канала
Figure imgf000032_0002
Восстановление пространственного распределения K(S) осуществляется интегрированием измерительного сигнала V(t) и масштабным пересчетом по временной функции
Figure imgf000032_0003
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).
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 взаимодействую- щими каналами, при воздействии на ИВЛ контролируемого параметра, в данном случае изменения ее кривизны.
Более полное теоретическое обоснование способа контроля с анализом требований к параметра двухканальной ИВЛ, и модулированного по времени опорного сигнала с использованием теории связанных волноводных линий передачи и спектрального анализа сигналов приводится в материалах патента РФ JV«2661674 автора Земерова В.Н. Но даже приведенное здесь краткое обоснование измерения двухканальной ИВЛ распределения
, . „ dK[S(t )]
дифференциальной кривизны вдоль ее оси ——— наглядно
aS
подтверждает правомерность введенного автором названия «градиентная сейсмическая волоконно-оптическая кабельная антенна» и термина «дифференциальная кривизна».
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 N^2337382 «Способ краткосрочного предсказания землетрясений» авторов Давыдова В.Ф., Королькова А.В., Сорокина И.В. и др., опубликованном 27 октября 2008 г.
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/! 014b_vilshansky.pdf). Здесь на интервале времени «Форшоки 6» приведены кривые наростающего и падающего отношений скоростей продольной и поперечной волн Vp/Vs, а также температуры поверхности земли Т°. 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
Figure imgf000034_0001
с магнитудой Аг. После него на интервале времени «Афтершоки 10» показано дальнейшее изменение отношения скоростей волн Vp/Vs и температуры Т°, а также второй 8 и третий 9 толчки землетрясения с магнитудами А2и А3 в моменты времени t2 и t3 .
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.
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 х, у, z с радиус-вектором Ral, 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 дК / dS кабельных лучей 30 двух антенн 11.
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.
Технология изготовления и конструкция каждого кабельного луча наглядно иллюстрируются фиг.7 а и Ь, на которой представлены чертежи его поперечного и продольного сечений. На фиг.7 а) 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 т, а остальные четыре 16, 17 и 18 - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления P2<pi, распложенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях по обеим сторонам стекловолокна опорного канала 15, служат для измерения распределений дифференциальной кривизны дК/д$, 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 пз не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информационного канала 15 т, а также рабочим диапазоном температур (- 60 + 60) °С.
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 луч а прямоугольного сечения, которая позволяет его зафиксировать на контролируемой горизонтальной поверхности земли 23 с помощью устройства крепления 24. В начале кабельного луча (см. фиг. 7 Ь) 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 , т, пг 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.
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 (х, у, z; -х, у, z; х, -у, z; -х, -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.
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 dK/dS, 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 Ti распределений дифференциальной кривизны дК / 3S, 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/b59d94e98b2b2cbc6613af f2d94tia7e2.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 dK/dS кабельных лучей 30 антенны 11 (фиг.8), вдоль каждой из осей трехмерной прямоугольной систем координат х, у, z по формулам: cos CL = (дК /dS)x/ (dK /dS) -h (dK/dS)2 + {дК / dS)z 2)1/2 ,
Figure imgf000037_0001
cos g = (dK/dS)z/{(dK/dS)x 2 + (dK/dS)2 + (dK/dS)2)1/2, где: (dK/dS)xi (dK/dS)y] (dK/dS)z - измеренные распределения дифференциальных кривизн кабельных лучей 30 антенны 11 по осям х, 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 х, 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. htp://spb-sovtrans.ni/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 dK/dS каждого ее луча.
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 (сол итонной) ударной волны землетрясения.
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.
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 dK/dS, 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.
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 dK/dS кабельных лучей 30 антенны 11 по осям c,g,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 NS2670570, 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.
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.
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.
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 m , а остальные четыре - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления П2<т, 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 пг, m, пг каждой ИВЛ была перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой располагаются продольные оси других трех стекловолокон т, т, т 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+T3, где: Т3 - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне, с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом Ti между импульсами, усиливают и одновременно подают указанные импульсы на вход оптоволокна опорно-информационного канала каждого кабельного луча антенны.
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 пз не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информационного канала щ, а также рабочим диапазоном температур (- 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». htp://www.mygeos.com/2010/02/ll/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. Интер- ферометрическая обработка данных космической радиолокационной съемки высокого разрешения. htp.,//www.unigeo.ru/upload/files/b59 d94e98b2b2cbc6613aff2d94d a7e2.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, htp://teachpro.m/EOR/School%5COBJSupp]ies7/Html/der07091. htm) оценивают границы и запасы месторождений полезных ископаемых, а также основные характеристики антенны.
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. 7 а, Ь) 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 т, 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 т, 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.7 Ь.
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 луней 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 (OF) 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.
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.
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).
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. 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://m. wikipedia.org/wiki)).
Оптический усилитель 38 выполнен оптоволоконным, например, на основе легированных эрбием или иттербием оптических волокон.
Оптическая линии задержки выполнена в виде набора плоскопарал- лельных пластин из кварцевого стекла, например, по принципу эшело- нов Майкельсона.
Блок фотоприемников 40 выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями и полосовыми фильтрами.
Буферная память 45 выполнена по технологии «блокчейн» (см., htps://tass.m/wfys2017/articles/4625564) или в виде оптического накопит еля, изготовленного по технологии «Blu-гау».
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). Реализация предложенного способа при работе устройства контро- ля состояния длинномерного объекта, показанного на фиг. 10, осуществляется следующим образом.
Источник модулированной волновой энергии, содержащий соединенные между собой, импульсный когерентный лазер 37 и опти- ческий усилитель 38, через оптический разветвитель 39 и оптический разъем 25 на входе каждого кабельного луча 30 генерирует последовательность оптических импульсов длительностью Т=2 L/V+Тз, где: Тз - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне 15 (фиг. 7 а) опорно-информационного канала m с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом Ti 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. 7 а) за счет светопроводящего контакта из-за иммерсионного геля 20 с четырьмя измерительными каналами щ стекловолокон 16, 17 и 18 в каждый из этих каналов поступает часть световой энергии, образуя на выходе каждого канала щ 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 ИВ Л 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 m > пг, появятся измерительные световые импульсы, содержащие информацию о распределениях производной кривизны первой и второй ИВ Л, а тем самым луча 30, в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
В свою очередь, в каждом луче 30 (фиг. 7 а) имеется дополнительная пара контактирующих между собой по общей образующей с 15 цилиндрических кварцевых стекловолокна 16 и 17 с одинаковыми показателями преломления гц = пг. При этом цилиндрическое кварцевое стекловолокно 17 измерительного канала пг 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.
Вторая дополнительная пара контактирующих между собой по общей образующей с 15 цилиндрических кварцевых стекловолокон 16 и
17 с разными показателями преломления m > П2 , создана в каждом луче 30 (фиг. 7 а) 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.
Поскольку в каждом кабельном луче 30 используется одно общее опорное стекло-волокно 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.
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.
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 темпера- туры 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» htp://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.
Кроме вышеперечисленных функций в вычислительном устройстве 43 осуществляется численное интегрирование измеренных распределений дифференциальной кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях для получения распределений самой кривизны К (S) с целью последующего построения геометрии контролируемой земной поверхности.
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.
На фиг. 11 а, Ь- 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. 12 а, Ь, V d
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.
Промышленная применимость
Представленные изобретения могут использоваться практически во всех научно-технических областях и сферах промышленного произ- водства, где необходимо осуществлять контроль сейсмического состояния протяженных пространственных объектов. Наиболее целесообразным является их применение в практической сейсмогеофизике для: предсказания и контроля развития землетрясений и цунами в прибрежных районах; предсказания и контроля развития техногенных катастроф; поиска и разведки полезных ископаемых; контроля состояния гидро и атомных электростанций, защитных дамб и других различных сложных строительных сооружений.

Claims

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ДЛИННОМЕРНОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Формула изобретения
1. Способ контроля состояния длинномерного объекта, заключающийся в том:, что в сейсмоактивной зоне создают измерительный сейсмический полигон с площадью поверхности прямоугольной формы не менее 200 кв. км и толщиной не менее 1 км, бурят в геометрическом центре поверхности выбранного участка вертикальную скважину, размещают вблизи тектонического разлома четыре линии чувствительных элементов крестообразно на поверхности полигона и одну линию вертикально в скважине, связанные между собой и центром обработки данных информационным кабелем, затем измеряют смещения земной коры по трем прямоугольным координатам х, у, z с центром 0 на поверхности измерительного полигона в устье скважины, выявляют изменения сейсмического режима за счет контроля амплитудно-фазочастотных характеристик высокочастотных и инфразвужовых волн, а также линейных скоростей сейсмических волн с разделением их на продольные, поперечные поверхностные и глубинные, затем формируют регистре граммы измерени каждой из крестообразных групп раздельно по прямоугольным координатам х и у, рассчитывают гипоцентр очага землетрясения как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через производные от регистограмм крестообразной группы, и прогнозируют время наступления землетрясения, а также магнитуду основной ударной волны, при этом в качестве линий чувствительных элементов и информационного кабеля используют
информационно-измерительный оптоволоконный кабель, который размещают в зоне контроля длинномерного объекта, а для измерения распределений кривизны вдоль оси кабеля, в вертикальной и
51
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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 взаимодействующих между собой цилиндрических кварцевых стекловолокна, одно из указанных волокон является опорно- информационным каналом т, а второе - измерительным каналом пг с разными показателями преломления m > пг , помещенных в общую светоотражающую оболочку, генерируют последовательность когерентных оптических импульсов длительностью Т= L/V, где V - скорость света в стекловолокне опорно-информационного канала ni с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом Ti между импульсами, подают указанные импульсы на вход каждого стекловолокна опорно-информационного канала щ информационно- измерительного оптоволоконного кабеля длиной L, усиливают оптические сигналы во всех каналах информационно-измерительного оптоволоконного кабеля, получают оптические сигналы на выходах всех каналов указанного кабеля, осуществляют временную задержку и их фотопреобразование в электрические сигналы, затем синхронно детектируют, интегрируют, усиливают и преобразуют эти электрические сигналы в цифровую форму, далее по измеренным распределениям кривизны производят их масштабное преобразование в пространственно-временные распределения изгибающих моментов, сил и напряжений, действующих на длинномерный объект в горизонтальной и вертикальной плоскостях и, сравнивая полученные физико-механические характеристики текущего состояния длинномерного объекта с заданными физико-механическими характеристиками, принимают решение о состоянии этого объекта, при этом светопроводящий контакт в каждой оптоволоконной паре между цилиндрическими кварцевыми стекловолокнами m и m обеспечивают
52
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) созданием между ними светопрозрачной перегородки, расположенной параллельно оси кабеля,
информационно-измерительный оптоволоконный кабель закрепляют вдоль образующей поверхности длинномерного объекта таким образом, чтобы плоскости максимальной чувствительности измерений кривизны образующей находились в вертикальной и горизонтальной плоскостях,
кроме того, осуществляют контроль распределения поля температуры поверхности длинномерного объекта за счет размещения в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле дополнительной пары стекловолокон с одинаковыми показателями преломления iii = 112, при этом стекловолокно измерительного канала пг выбирают с линейной зависимостью диэлектрической проницаемости стекловолокна e от температуры,
дополнительно в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле устанавливают вторую пару стекловолокон с разными показателями преломления hi и пг , причем m > m , с помощью которой осуществляют контроль распределения поля вибраций вдоль длинномерного объекта, при этом для гармонических электрических сигналов, характеризующих распределение полей вибраций длинномерного объекта, применяют процедуру быстрого преобразования Фурье,
далее в информационно-измерительном оптоволоконном кабеле создают один опорно-информационный канал в виде цилиндрического кварцевого стекловолокна m и четырех измерительных также цилиндрических кварцевых стекловолокон т, изолированных между собой и контактирующих с опорно-информационным каналом m по общим образующим их цилиндрических поверхностей, при этом все пять указанных каналов помещают в одну общую светоотражающую
S3
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) оболочку, а сам кабель изготавливают с прямоугольным профилем поперечного сечения последней защитной оболочки, кроме этого
получают и хранят дополнительную информацию о статических и динамических характеристиках длинномерного объекта за счет фиксации измеренных распределений кривизны, полей вибраций и температуры объекта, а также скоростей изменения указанных параметров по времени в процессе эксплуатации и геодезических данных о распределении кривизны объекта, полученных при его первичном обследовании,
отличающийся тем, что с целью повышения точности и селектив- ности контроля за счет расширения диапазона данных при контроле сейсмического состояния объемного участка приповерхностного слоя литосферы,
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 х, 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 дК fdS, полей вибраций и температуры вдоль оси каждого луча антенны, после фотопреобразования в
54
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) электрические сигналы, синхронно детектируют, усиливают и преобразуют эти электрические сигналы в цифровую форму, представляющие собой регистрограммы измеренных через одинаковые интервалы времени Ti распределений дифференциальной кривизны dK/dS, полей вибраций и температуры вдоль осей всех кабельных лучей антенны, по этим данным определяют основные характеристики инфразвуковых и высокочастотных пространственных сейсмических волн и рассчитываю!' гипоцентр очага землетрясения как точку пересечения векторов, направляющие косинусов которых вычисляют через зарегистрированные распределения дифференциальных кривизн дК/ 3S кабельных лучей антенны, вдоль каждой из осей трехмерной прямоугольной систем координат х, у, z по формулам:
Figure imgf000057_0001
cos /? = (dK/dS)y/((dK/dS)2 + (dK/dS)2 + (dK/dS)2yL/2, cos g = ( dK/dS)z/\{dK/dS)l + ( dK/dS )2 + {dK / dS)2)1/2 , где: (dK/dS)x) (3K/dS)y (dK/dS)z - измеренные распределения дифференциальных кривизн кабельных лучей антенны по осям х, 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
55
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) продольных и поперечных волн Vp/Vs, формируют прямую и обратную регистрограммы распределений каждого из названных параметров и температуры раздельно по координатам х, 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 использую! для корректировки прогноза основных характеристик землетрясения, полученные с помощью контроля антенной распределений дифференциальных кривизн дК / dS каждого ее луча.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что 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 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 е началом в верхней точке вертикальной скважины.
3. Способ по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что 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 дК /дБ, полей вибраций и температуры вдоль оси каждого луча антенны, передают с помощью дополнительного оптоволоконного
56
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что 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.
5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что 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.
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что 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
57
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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 щ , а остальные четыре - измерительными каналами с одинаковыми показателями преломления П2<щ, 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 m, т, пг каждой ИВЛ была перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой располагаются продольные оси других трех стекловолокон т, т, щ 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+T3, где: Т3 - временная задержка; V - скорость света в стекловолокне, с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом Ti между импульсами, усиливают и одновременно подают указанные импульсы на вход оптоволокна опорно-информационного канала каждого кабельного луча антенны.
58
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 7 Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что 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 пз не ниже показателя преломления стекловолокна опорно-информационного канала т, а также рабочим диапазоном температур (- 60 + 60) °С.
8 Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что 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.
9, Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что 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 иаростающей мощности, а затем: с помощью
59
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) известных методов расшифровки полученных сейсмограмм оценивают границы и запасы месторождений полезных ископаемых, а также основные характеристики антенны.
10. Устройство 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,
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 т, вход которого и является входом канала передачи волновой энергии, и четыре измерительных канала, также в виде цилиндрических кварцевых стекловолокон ш, изолированных между собой и
60
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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, закрепленного на поверхности длинномерного объекта, а выход канала передачи волновой энергии, в данном случае - выходы всех пяти указанных стекловолокон щ и щ 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, а второй выход - через блок АЦП непосредственно подключен ко второму входу вычислительного устройства, третий вход которого соединен с выходом дополнительно установленной буферной памяти,
отличающееся тем, что с целью повышения точности и селективности контроля за счет расширения диапазона данных при контроле сейсмического состояния объемного участка приповерхностного слоя литосферы,
канал передачи волновой энергии выполнен 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
61
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 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 с пут и иковой а нт е н и ы
62
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что с целью 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.
12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что с целью снижения дисперсии и затухания оптических сигналов в кабельных лучах антенны используют многомодовые кварцевые стекловолокна с диапазоном пропускаемых длин волн (1310-1550) нм.
13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оптический усилитель выполнен оптоволоконным, например, на основе легированных эрбием или иттербием оптических волокон.
14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оптическая линии задержки выполнена в виде набора плоскопараллельных пластин из кварцевого стекла, например, по принципу эшелонов Майкельсона.
15. Устройство по п.10, в котором блок фотоприемников выполнен на основе p-i-n или лавинных фотодиодов с трансимпедансными усилителями и полосовыми фильтрами.
16. Устройство по п.10, в котором для расширения возможности обработки полученной информации спутниковая антенна подключена к каналу накопления и хранения данных типа «блокчейн».
63
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2019/000709 2019-01-16 2019-10-04 Способ и устройство для контроля длинномерного объекта WO2020149765A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019100935 2019-01-16
RU2019100935A RU2698106C1 (ru) 2019-01-16 2019-01-16 Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020149765A1 true WO2020149765A1 (ru) 2020-07-23

Family

ID=67733854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000709 WO2020149765A1 (ru) 2019-01-16 2019-10-04 Способ и устройство для контроля длинномерного объекта

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2698106C1 (ru)
WO (1) WO2020149765A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113640864A (zh) * 2021-08-17 2021-11-12 浙江省地震局(中国地震局干部培训中心) 一种具有视频分析功能的地震监测装置
CN114370925A (zh) * 2021-12-06 2022-04-19 南京大学 一种确定分布式光纤传感道的方法
CN114777727A (zh) * 2022-06-17 2022-07-22 长安大学 一种钢桁梁弦杆三向变形监测预警装置及其安装方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485445B (zh) * 2021-12-31 2023-08-22 天津大学 一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置及方法
CN114485455B (zh) * 2022-04-14 2022-06-17 中建安装集团有限公司 基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法
CN117437752B (zh) * 2023-09-14 2024-04-30 广东省有色矿山地质灾害防治中心 一种岩土边坡地质灾害预警系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1742615A1 (ru) * 1987-05-05 1992-06-23 Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов Способ контрол состо ни длинномерного объекта и устройство дл его осуществлени
RU2130195C1 (ru) * 1998-04-30 1999-05-10 Московский государственный университет леса Способ предсказания землетрясений
RU2205432C1 (ru) * 2002-03-25 2003-05-27 Московский государственный университет леса Измеритель предвестника землетрясения
RU2239852C2 (ru) * 2002-11-04 2004-11-10 Московский государственный университет леса Система измерений предвестника землетрясений
US20110069302A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Qinetiq Limited Wide Area Seismic Detection
RU2661674C1 (ru) * 2017-04-27 2018-07-18 Валерий Николаевич Земеров Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1742615A1 (ru) * 1987-05-05 1992-06-23 Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов Способ контрол состо ни длинномерного объекта и устройство дл его осуществлени
RU2130195C1 (ru) * 1998-04-30 1999-05-10 Московский государственный университет леса Способ предсказания землетрясений
RU2205432C1 (ru) * 2002-03-25 2003-05-27 Московский государственный университет леса Измеритель предвестника землетрясения
RU2239852C2 (ru) * 2002-11-04 2004-11-10 Московский государственный университет леса Система измерений предвестника землетрясений
US20110069302A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Qinetiq Limited Wide Area Seismic Detection
RU2661674C1 (ru) * 2017-04-27 2018-07-18 Валерий Николаевич Земеров Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. RIKITAKE: "Predskazanie zemletrysenii", MIR, 1979, pages 70 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113640864A (zh) * 2021-08-17 2021-11-12 浙江省地震局(中国地震局干部培训中心) 一种具有视频分析功能的地震监测装置
CN113640864B (zh) * 2021-08-17 2024-03-22 浙江省地震局(中国地震局干部培训中心) 一种具有视频分析功能的地震监测装置
CN114370925A (zh) * 2021-12-06 2022-04-19 南京大学 一种确定分布式光纤传感道的方法
CN114370925B (zh) * 2021-12-06 2022-10-18 南京大学 一种确定分布式光纤传感道的方法
CN114777727A (zh) * 2022-06-17 2022-07-22 长安大学 一种钢桁梁弦杆三向变形监测预警装置及其安装方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2698106C1 (ru) 2019-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2698106C1 (ru) Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления
Yu et al. The potential of DAS in teleseismic studies: Insights from the Goldstone experiment
Lindsey et al. Fiber‐optic network observations of earthquake wavefields
Lindsey et al. On the broadband instrument response of fiber‐optic DAS arrays
Lior et al. On the detection capabilities of underwater distributed acoustic sensing
US9880047B2 (en) Fiber optic distributed vibration sensing with directional sensitivity
EP1299698B1 (en) Seismic survey of an earth formation near a borehole using fibre optic strain sensors
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
RU2661674C1 (ru) Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления
US10281606B2 (en) Creating 3C distributed acoustic sensing data
Allil et al. FBG-based inclinometer for landslide monitoring in tailings dams
Maruyama et al. Ionosonde tracking of infrasound wavefronts in the thermosphere launched by seismic waves after the 2010 M8. 8 Chile earthquake
Bernard et al. Onland and offshore extrinsic Fabry–Pérot optical seismometer at the end of a long fiber
Hello et al. Floating seismographs (MERMAIDS)
Mellors et al. Modeling subsurface explosions recorded on a distributed fiber optic sensor
Kislov et al. Distributed acoustic sensing: a new tool or a new paradigm
US10520615B1 (en) Fluid resonant seismic surveying
RU2436134C1 (ru) Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана
Pierson et al. Advances in rotational seismic measurements
Lindsey et al. Photonic seismology in Monterey Bay: Dark fiber DAS illuminates offshore faults and coastal ocean dynamics
Maccioni et al. Shallow bore-hole three-axial fiber Bragg grating strain sensor for Etna volcano monitoring
Singh et al. Free oscillations of the Earth
Henninges et al. Fiber-Optic Sensing in Geophysics, Temperature Measurements
Reinsch et al. Fiber optic distributed strain sensing for seismic applications
Srivastava et al. Fractals and chaos

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19910071

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19910071

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1