A Fiber Phase-Sensitive Optical Time-Domain Reflectometer for Engineering Geology Application

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

A new architecture of a fiber phase-sensitive optical time-domain reflectometer (φ-OTDR, i.e., a distributed acoustic sensor) suitable for engineering geology application is proposed. The sensor is based on a double-pulse scheme in which a pair of pulses is formed using an unbalanced Michelson interferometer. A symmetrical 3 × 3 coupler built into the Michelson interferometer is used to obtain the phase delay needed for the demodulation of the backscattered light. Using the unbalanced Michelson interferometer in the circuit for dual-pulse probe signal generation, it is possible to reduce the requirements for the degree of coherence of the light source, since the delay line introduced between the dual-pulse parts is compensated in the φ‑OTDR fiber under test. As a result, it is possible to use a laser with a wide spectral line (~1 GHz) and generate short (7-ns-wide) laser pulses by directly modulating the laser-diode injection current. In order to reduce the signal fading in the φ-OTDR and to improve the linearity of its response, responses are averaged over 16 optical frequencies. The efficiency of the proposed distributed acoustic sensor has been demonstrated by detecting a strong impact on a cable that was horizontally buried in the ground as well as by detecting seismic waves using a cable inserted in a well at the sea bottom.

Авторлар туралы

A. Alekseev

Fryazino Branch of Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
141190, Fryazino, Moscow oblast, Russia

B. Gorshkov

Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
119991, Moscow, Russia

V. Potapov

Fryazino Branch of Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
141190, Fryazino, Moscow oblast, Russia

M. Taranov

Fryazino Branch of Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences; Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
141190, Fryazino, Moscow oblast, Russia; 117997, Moscow, Russia

D. Simikin

Fryazino Branch of Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences; Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: aleksey.e.alekseev@gmail.com
141190, Fryazino, Moscow oblast, Russia; 117997, Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  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

Қосымша файлдар


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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».