1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Приборы и техника эксперимента
  4. № 5, 2023

Приборы и техника эксперимента, 2023, № 5, стр. 146-152

Волоконный когерентный фазовый рефлектометр для инженерной геологии

А. Э. Алексеев a, *, Б. Г. Горшков b, В. Т. Потапов a, М. А. Таранов a, c, Д. Е. Симикин a, c

a Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
141190 Фрязино, Московской обл., пл. Введенского, 1, Россия

b Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
119991 Москва, ул. Вавилова, 38, Россия

c Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
117997 Москва, Нахимовский проспект, 36, Россия

d ООО “Петрофайбер”
105082 Москва, Спартаковская пл., 14, Россия

* E-mail: aleksey.e.alekseev@gmail.com

Поступила в редакцию 07.04.2023
После доработки 15.04.2023
Принята к публикации 15.04.2023

Аннотация

Предложена новая архитектура волоконного когерентного фазового рефлектометра (распределенного датчика акустических воздействий, φ-OTDR) с возможностью его применения в задачах инженерной геологии. Датчик основан на двухимпульсной схеме, в которой пара импульсов формируется с помощью несбалансированного интерферометра Майкельсона. Необходимая для осуществления демодуляции обратно-рассеянного излучения фазовая задержка формируется с помощью симметричного ответвителя 3 × 3, встроенного в интерферометр. Использование несбалансированного интерферометра в схеме генерации двойных зондирующих импульсов позволяет снизить требования к степени когерентности источника излучения, так как вносимая временная задержка между двойными импульсами компенсируется в волоконном тракте рефлектометра. Это позволяет использовать в качестве источника излучения лазер с относительно широкой спектральной линией, около 1 ГГц, а также формировать короткие импульсы лазерного излучения (с длительностью 7 нс) путем прямой модуляции тока инжекции лазерного диода. Для снижения замираний сигнала в рефлектометре, а также для улучшения линейности его отклика используется усреднение откликов по 16 оптическим частотам. Работоспособность распределенного акустического датчика была продемонстрирована при детектировании сильного ударного воздействия на горизонтально закопанный в грунт кабель, а также при регистрации сейсмических волн с помощью кабеля, размещенного в скважине на дне моря.

Список литературы

  1. Mateeva A., Lopez J., Potters H., Mestayer J., Cox B., Kiyashchenko D., Wills P., Grandi S., Hornman K., Kuvshinov B., Berlang W., Yang Zh., Detomo R. // Geophys. Prospect. 2014. V. 62. P. 679. https://www.earthdoc.org/content/journals/10.1111/1365-2478.12116

  2. Fernández-Ruiz M.R., Soto M.A., Williams E.F., Martin-Lopez S., Zhan Z., Gonzalez-Herraez M., Martins H.F. // APL Photon. 2020. V. 5. P. 030901. https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5139602

  3. Williams E.F., Fernández-Ruiz M.R., Magalhaes R., Vanthillo R., Zhan Z., González-Herráez M., Martins H.F. // Nature commun. 2019. V. 10. P. 1. https://www.nature.com/articles/s41467-019-13262-7

  4. Bakulin A., Silvestrov I., Pevzner R. // The Leading Edge. 2020. V. 39. P. 808. https://doi.org/10.1190/tle39110808.1

  5. Gorshkov B.G., Yüksel K., Fotiadi A.A., Wuilpart M., Korobko D.A., Zhirnov A.A., Konstantin V.S., Turov A.T., Konstantinov Y.A., Lobach I.A. // Sensors. 2022. V. 22. P. 1033. https://www.mdpi.com/1424-8220/22/3/1033/htm

  6. Alekseev A.E., Gorshkov B.G., Potapov V.T. // Laser Phys. 2019. V. 29. P. 055106. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1555-6611/ab0d15

  7. Gorshkov B.G., Alekseev A.E., Taranov M.A., Simikin D.E., Potapov V.T., Ilinskiy D.A. // Appl. Opt. 2022. V. 61. P. 8308. https://doi.org/10.1364/AO.468804

  8. Hartog A.H. An introduction to distributed optical fibre sensors. CRC press. 2017.

  9. Posey R.Jr, Johnson G.A., Vohra S.T. // Electron. Lett. 2000. V. 36. P. 1688. https://digital-library.theiet.org/content/journals/10.1049/el_20001200

  10. Masoudi A., Belal M., Newson T.P. // Measurem. Sci. Technol. 2013. V. 24. P. 085204. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/24/8/085204/

  11. Dakin J.P., Lamb C. UK Patent GB2222247A. 1990. https://patents.google.com/patent/GB2222247A/en

  12. Alekseev A.E., Vdovenko V.S., Gorshkov B.G., Potapov V.T., Simikin D.E. // Laser Phys. 2014. V. 24. 115106. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1054-660X/24/11/115106

  13. Alekseev A.E., Vdovenko V.S., Gorshkov B.G., Potapov V.T., Simikin D.E. // Laser Phys. 2015. V. 25. P. 065101. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1054-660X/25/6/065101/

  14. Nikitin S.P., Kuzmenkov A.I., Gorbulenko V.V., Nanii O.E., Treshchikov V.N. // Laser Phys. 2018. V. 28. 085107. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1555-6611/aac714/meta

  15. Hartog A., Kader K. Distributed fiber optic sensor system with improved linearity, US Patent No. 9.170.149. 2015. https://patents.google.com/patent/US9170149B2/en

  16. Lu Y., Zhu T., Chen L., Bao X. (2010). // J. Lightwave Technol. 2010. V. 28. P. 3243. https://opg.optica.org/jlt/abstract.cfm?uri=jlt-28-22-3243

  17. Gorshkov B.G., Alekseev A.E., Simikin D.E., Taranov M.A., Zhukov K.M., Potapov V.T. Sensors. 2022. V. 22. P. 9482. https://doi.org/10.3390/s22239482

  18. Alekseev A.E., Gorshkov B.G., Bashaev A.V., Potapov V.T., Taranov M.A., Simikin D.E. // Laser Phys. 2021. V. 31. P. 035101. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1555-6611/abd936/meta

  19. Hartog A.H., Kotov O.I., Liokumovich L.B. In: Second EAGE Workshop on Permanent Reservoir Monitoring 2013 – Current and Future Trends. European Association of Geoscientists & Engineers. 2013 (July). P. 351. https://doi.org/10.3997/2214-4609.20131301

  20. Alekseev A.E., Gorshkov B.G., Potapov V.T. // Laser Phys. 2019. V. 29. P. 055106. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1555-6611/ ab0d15/meta

  21. Alekseev A.E., Gorshkov B.G., Potapov V.T., Taranov M.A., Simikin D.E. // Laser Phys. 2020. V. 30. P. 035107. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1555-6611/ab70b0/meta

  22. Alekseev A.E., Gorshkov B.G., Potapov V.T., Taranov M.A., Simikin D.E. // Appl. Opt. 2022. V. 61. P. 231. https://opg.optica.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-61-1-231

  23. Hartog A.H., Liokumovich LB., Ushakov N.A., Kotov O.I., Dean T., Cuny T., Constantinou A., Englich F.V. // Geophys. Prospect. 2018. V. 66. P. 192. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12612

  24. Ogden H.M., Murray M.J., Murray J.B., Kirkendall C., Redding B. // Scien. Rep. 2021. V. 11. P. 1. https://www.nature.com/articles/s41598-021-97647-z

  25. Mermelstein M.D., Posey R., Johnson G.A., Vohra S.T. // Opt. Lett. 2001. V. 26. P. 58. https://doi.org/10.1364/OL.26.000058

  26. Судакова М.С., Белов М.В., Понимаскин А.О., Пирогова А.С., Токарев М.Ю., Колюбакин А.А. // Геофизика 2021. Т. 6. С. 111. https://elibrary.ru/item.asp?id=47926026

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Приборы и техника эксперимента

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал