Волоконный когерентный фазовый рефлектометр для инженерной геологии

Алексеев А. Э.; Горшков Б. Г.; Потапов В. Т.; Таранов М. А.; Симикин Д. Е.

doi:10.31857/S0032816223050026

Волоконный когерентный фазовый рефлектометр для инженерной геологии

Authors: Алексеев А.¹, Горшков Б.², Потапов В.¹, Таранов М.¹^,3, Симикин Д.¹^,3
Affiliations:
1. Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
2. Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
3. Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Issue: No 5 (2023)
Pages: 146-152
Section: ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, БИОЛОГИИ
URL: https://journals.rcsi.science/0032-8162/article/view/138513
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032816223050026
EDN: https://elibrary.ru/ZHXJCA
ID: 138513

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

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.

References

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
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
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
Bakulin A., Silvestrov I., Pevzner R. // The Leading Edge. 2020. V. 39. P. 808. https://doi.org/10.1190/tle39110808.1
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
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
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
Hartog A.H. An introduction to distributed optical fibre sensors. CRC press. 2017.
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
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/
Dakin J.P., Lamb C. UK Patent GB2222247A. 1990. https://patents.google.com/patent/GB2222247A/en
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
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/
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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