Волоконный когерентный фазовый рефлектометр для инженерной геологии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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.

Об авторах

А. Э. Алексеев

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
Россия, 141190, Московской обл., Фрязино, , пл. Введенского, 1

Б. Г. Горшков

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
Россия, 119991, Москва, ул. Вавилова, 38

В. Т. Потапов

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
Россия, 141190, Московской обл., Фрязино, , пл. Введенского, 1

М. А. Таранов

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
Россия, 141190, Московской обл., Фрязино, , пл. Введенского, 1; Россия, 117997, Москва, Нахимовский проспект, 36

Д. Е. Симикин

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
Россия, 141190, Московской обл., Фрязино, , пл. Введенского, 1; Россия, 117997, Москва, Нахимовский проспект, 36

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 файлы


© А.Э. Алексеев, Б.Г. Горшков, В.Т. Потапов, М.А. Таранов, Д.Е. Симикин, 2023