НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-4-574-585
УДК 550.834+681.787+681.7.063+681.7.068
МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ШУМОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ БУКСИРОВКЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОС С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОЛОКОННЫХ РЕШЕТОК БРЭГГА
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Предмет исследования. Исследована проблема осуществления буксировки сейсмических кос при проведении морских геологоразведочных работ. Представлена классификация возникающих при осуществлении буксировки механических шумовых воздействий. Выполнен обзор основных технических решений для борьбы с каждым видом таких воздействий. Метод. Предложена методика расчета параметров эластичных секций для подавления шумовых воздействий, требующая учета уровня натяжения буксируемого тела. Показана возможность и перспективы применения для этой цели волоконно-оптической тензометрической системы на основе записанных в телекоммуникационном оптическом волокне SMF-28 стандарта G.657.A1 решеток Брэгга с частотой опроса 5 кГц непосредственно в составе конструкции волоконно-оптической сейсмической косы. Основные результаты. Приведены экспериментальные данные исследования прототипа такой системы. При относительном удлинении балки, равном сопротивлению изгиба в диапазоне до 1030 мкм/м, достигнута средняя чувствительность 0,68 пм/(мкм/м), разброс значений составил ±1пм. Показано, что работа самих волоконных решеток Брэгга носит практически безинерционный характер. Время срабатывания и динамический диапазон по амплитуде воздействия датчика в большей степени определяется свойствами металлических балок и оснастки, в которых фиксируются оптические волокна. Практическая значимость. Применение метода представляет возможность построения безразрывного буксируемого тела. Показаны возможности расчета параметров эластичных секций под конкретные условия проведения геологоразведочных работ и непрерывного мониторинга состояния буксируемого тела. Появляется возможность контроля качества регистрируемых сейсмических данных и частичной компенсации нежелательных воздействий при обработке сигналов. Предлагаемые мероприятия позволяют значительно увеличить точность и достоверность получаемой геологической информации.
Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 03.G25.31.0245)
Список литературы
-
Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Освоение месторождений нефти и газа в морях Арктики и других акваториях России // Вестник МГТУ. 2015. Т. 18 № 3. С. 377–385.
-
Лаверов Н.П., Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Фундаментальные аспекты рационального освоения ресурсов нефти и газа Арктики и шельфа России: стратегия, перспективы и проблемы // Арктика: экология и экономика. 2016. № 2. С. 4–13.
-
ГурвичИ.И. Сейсморазведка. М.: Госгеолтехиздат, 1954. 354 с.
-
Pallayil V. Ceramic and fibre optic hydrophone as sensors for lightweight arrays–A comparative study // Proc. OCEANS 2017-Anchorage. Anchorage, USA, 2017. P. 1–13.
-
NikitenkoA.N., PlotnikovM.Yu., Volkov A.V. etal. PGC-A tande modulation scheme with the carrier phasedelay compensationfor fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors Journal. 2018. V. 18. N 5. P. 1985–1992. doi: 10.1109/jsen.2018.2792540
-
Plotnikov M.J., Kulikov A.V., Strigalev V.E., Meshkovsky I.K. Dynamic range analysis of the phase generated carrier demodulation technique // Advances in Optical Technologies. 2014. V. 2014. Art. 815108. doi: 10.1155/2014/815108
-
Plotnikov M.Y. et al. Thin cable fiber-optic hydrophone array for passive acoustic surveillance applications // IEEE Sensors Journal. 2019. (in press)
-
Beverini N., Falciai R., Maccioni E. et al. Developing fiber lasers with Bragg reflectors as deep sea hydrophones // Annals of Geophysics. 2006. V. 49. N 6. doi: 10.4401/ag-3097
-
Beverini N., Firpi S., Guerrini P. etal. Fiber laser hydrophone for underwater acoustic surveillance and marine mammals monitoring // LAT 2010: International Conference on Lasers, Applications, and Technologies. 2011. V. 7994. doi: 10.1117/12.880973
-
Launay F.X. et al. Acoustic antenna based on fiber laser hydrophones // Proc. 23rd Int. Conf. on Optical Fibre Sensors. 2014. V. 9157. doi: 10.1117/12.963039
-
Azmi A.I., Leung I., Chen X. et al. Fiber laser based hydrophone systems // Photonic Sensors. 2011. V. 1. N 3. P. 210–221. doi: 10.1007/s13320-011-0018-3
-
Hill D.J. et al. Fiber laser hydrophone array // Proceedings SPIE. 1999. V. 3860. P. 55–67. doi: 10.1117/12.372963
-
Bagnoli P.E. et al. Development of an erbium-doped fibre laser as a deep-sea hydrophone // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2006. V. 8. N 7. P. S535–S539. doi: 10.1088/1464-4258/8/7/s36
-
Foster S. et al. A fibre laser sensor seabed array // Proc. Acoustics. 2013. V. 7004.
-
Foster S., Tikhomirov A., Van Velzen J., Harrison J. Recent advances in fibre optic array technologies // Proc. Australian Acoustical Society Conference. 2012. P. 678–683.
-
Andrews Jr.D.E. Vibration Isolation Module for Towed Seismic Arrays.Patent US 5062085. 1991.
-
FlorenceN.K. Aquatic Tow Rope with Shock Absorber. PatentUS 3094096. 1963.
-
Fitzpatrick H.M., Neville J.J., Thompson J., Boggs F.W. Vibration Isolation Module for Towed Cables. Patent US 3648226. 1972.
-
Appling J. Vibration Isolation Module. PatentUS 4628851 A. 1986.
-
Reynier R., Malcor J.G., Moresco G., Ramoger F. Vibration Damper for a Towed Body. Patent US 4762208. 1988.
-
Mcgavern S.A. Cable Vibration Damper. Patent US 2969416. 1961.
-
Miller H.A., Nichols C.S. Acoustic Envelope having Minimal Vibration and Flow Induced Noises. Patent US 4402069. 1983.
-
Гринченко В.Т., Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Гидродинамические шумы вертикальной дрейфующей антенны и средства их снижения // Гидроакустический журнал. 2006. № 3. С. 17–24.
-
Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Гидродинамические шумы гибкой протяженной буксируемой антенны // Акустичний симпозiум “КОНСОНАНС-2003”. С. 78–83.
-
Кудашев Е.Б., Кенигсбергер Г.В. Экспериментальные исследования турбулентных пульсаций давления в условиях глубокого моря // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. Науки. 2012. Т. 154. № 3. С. 82–90.
-
Закревский В.А., Пахотин В.А. Влияние механоиндуцированных ионизационных процессов в полимерных диэлектриках на шумы кабельных датчиков физических полей // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58. № 1. С. 62–68. doi: 10.7868/S0033849412100129
-
Гринченко В.Т., Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров // Акустичний вiсник. 2007. Т. 10. № 2. С. 33–42.
-
Баженова Л.А., Семенов А.Г. О природе вихревого звука при обтекании потоком цилиндра // Ученые записки физического факультета МГУ. 2014. № 6. С. 146305.
-
Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Снижение гидродинамических помех антенн с векторными приемниками // Акустический симпозиум «Консонанс-2007». Киев, 2007. С. 169–175.
-
Макаренков А.П., Воскобойник В.А., Смоляр В.В. Взаимные характеристики пульсаций псевдозвукового давления на поверхности продольно обтекаемого цилиндра // Акустичний симпозiум “КОНСОНАНС-2015”.Киев, 2015. С. 52–58.
-
Van Der Wal A. Systems and Methods of a Marine Geophysical Damper System. Patent US 20180052244 A1. 2017.
-
Hocker G.B. Fiber-optic sensing of pressure and temperature // Applied Optics. 1979. V. 18. N 9. P. 1445–1448. doi: 10.1364/ao.18.001445
-
McMahon G.W., Cielo P.G. Fiber optic hydrophone sensitivity for different sensor configurations // Applied Optics. 1979. V. 18. N 22. P. 3720–3722. doi: 10.1364/ao.18.003720
-
Lagakos N., Bush I.J., Cole J.H., Bucaro J.A., Skogen J.D., Hocker G.B. Acoustic desensitization of single-mode fibers utilizing nickel coatings // Optics Letters. 1982. V. 7. N 9. P. 460. doi: 10.1364/ol.7.000460
-
Hocker G.B. Fiber-optic acoustic sensors with increased sensitivity by use of composite structures // Optics Letters. 1979. V. 4. N 10. P. 320. doi: 10.1364/ol.4.000320
-
Lagakos N., Bucaro J.A. Pressure desensitization of optical fibers // Applied Optics. 1981.V. 20. N 15. P. 2716. doi: 10.1364/ao.20.002716
-
Yang Y.-C., Lee H.-L., Chou H.-M. Elasto-optics in double-coated optical fibers indused by axial strain and hydrostatic pressure // Applied Optics. 2002. V. 41. N 10. P. 1989. doi: 10.1364/ao.41.001989
-
Lagakos N., Hickman T.R., Cole J.H., Bucaro I.A. Optical fibers with reduced pressure sensitivity // Optics Letters. 1981. V. 6. N 9. P. 443. doi: 10.1364/ol.6.000443
-
Lagakos N. et al. Optimizing fiber coatings for interferometric acoustic sensors // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1982. V. 30. N 4. P. 529–535. doi: 10.1109/tmtt.1982.1131094
-
Okano M., Kajimura K., Wakiyama S., Sakai F., Mizutani W., Ono M. Vibration isolation for scanning tunneling microscopy // Journal of Vacuum Science and Technology A. 1987. V. 5. N 6. P. 3313–3320. doi: 10.1116/1.574189
-
Власов А.А., Алейник А.С., Плотников М.Ю., Аширов А.Н., Моторин Е.А. Исследование способов повышения точностных характеристик волоконно-оптической сейсмической косы // Наука и инновации в технических университетах. Санкт-Петербург, 2018. С. 8–9.
-
Власов А.А., Алейник А.С., Моторин Е.А., Плотников М.Ю., Волковский С.А. Способы защиты чувствительных волоконно-оптических узлов от внешних шумов и вибраций // Наука и инновации в технических университетах. Санкт-Петербург, 2017. С. 7–8.
-
Власов А.А., Аширов А.Н., Алейник А.С. Методы защиты волоконно-оптических интерферометров от воздействия акустических шумов окружающей среды // Труды VII Всероссийской научно-практической конференции «Защита от повышенного шума и вибрации». 2019.
-
Власов А.А., Алейник А.С., Аширов А.Н., Плотников М.Ю., Варламов А.В. Волоконно-оптические кабели с высокой акустической изоляцией // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45. № 15. С. 29.
-
Willems M. Active Damper System. Patent US 9545831. 2017.
-
Badenoch S.W., Shal D., Fratini A.V., Connair K.M.Jr., Hamilton H.D. Vehicle Suspension Control with Compensation for Yaw Correcting Active Brake Control. Patent WO2000059747A1. 2000.
-
Tamba R.T. Active Damping System. Patent WO2013120142A1. 2013.
-
Cao Q., Jin L., Liang Y., CHENG L., GUAN B.-O. Compact dual-frequency fiber laser accelerometer with sub-μg resolution // Photonic Sensors. 2016. V. 6. N 2. P. 115–120. doi: 10.1007/s13320-016-0315-y
-
Budynas R.G. Shigley’s Mechanical Engineering Design. 10th ed. McGraw-Hill, 2014. 1104 p.
-
Brilloin L. Wave Propagation in Periodic Structures. 2nd ed. Dover Phoenix Editions, 1946. 255 p.
-
Paarmann L.D. Design and Analysis of Analog Filters. Kluwer, 2003. 453 p.
-
Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. 10-еизд. М.: МГТУим. Н.Э. Баумана, 1999. 592 с.
-
Kashyap R. Fiber Bragg Gratings. San Diego: AcademicPress,1999. 459 p.
-
Варжель С.В. Волоконные брэгговские решетки. СПб: Университет ИТМО, 2015. 65 с.
-
Nellen M., Mauron P., Frank A., Sennhauser U., Bohnert K., Pequignot P., Bodor P., Brändle H. Reliability of fiber Bragg grating based sensors for downhole applications // Sensors and Actuators A: Physical. 2003. V. 103. N 3. P. 364–376.doi: 10.1016/s09244247(02)00430-2
-
Коннов К.А., Сложеникина Ю.И., Грибаев А.И., Варжель С.В., Новикова В.А., Залесская Ю.К., Дмитриев А.А. Исследование и оптимизация процесса записи суперпозиций волоконных решеток Брэгга // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 6. С. 1004–1010.
-
Yoon H.J., Costantini D.M., Limberger H.G., Salathe R.P., Kim C.-G., Michaud V. In situ strain and temperature monitoring of adaptive composite materials // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2006. V. 17. P. 1059–1067. doi: 10.1177/1045389x06064889
-
James S.W., Dockney M.L., Tatam R.P. Simultaneous independent temperature and strain measurement using in-fibre Bragg grating sensors // ElectronicsLetters. 1996. V. 32. N 12. P. 1133–1134.
-
Новикова В.А., Варжель С.В., Дмитриев А.А., Залесская Ю.К., Идрисов Р.Ф. Исследование спектральных характеристик волоконных брэгговских решеток с фазовым сдвигом при воздействии давления, направленного перпендикулярно оси оптического волокна // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 5. С. 751–757. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-751-757
-
Mihailov S.J. Fiber Bragg grating sensors for harsh environments // Sensors. 2012. V. 12. N 2. P. 1898–1918. doi: 10.3390/s120201898
-
Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M., Idrisov R.F., Varzhel S.V., Konnov K.A. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Optical and Quantum Electronics. 2016. V. 48. N 12. doi: 10.1007/s11082-016-0816-3
-
Варламов А.В., Куликов А.В., Стригалев В.Е., Варжель С.В., Аксарин С.М. Определение оптических потерь при стыковке световодов с различным диаметром модового поля // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.2013.№ 2 (84).С. 23–26.