DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-4-574-585


УДК550.834+681.787+681.7.063+681.7.068

МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ШУМОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ БУКСИРОВКЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОС С ПРИМЕНЕНИЕМ  ВОЛОКОННЫХ РЕШЕТОК БРЭГГА

Власов А.А., Алейник А.С., Плотников М.Ю., Дмитриев А.А., Варжель С.В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Власов А.А., Алейник А.С., Плотников М.Ю., Дмитриев А.А., Варжель С.В. Методы снижения механи- ческих шумовых воздействий при буксировке сейсмических кос с применением волоконных решеток Брэгга // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 4. С. 574–585.
doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-4-574-585


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.


Ключевые слова: волоконно-оптическая буксируемая коса, сейсмическая разведка, шумовые воздействия, волоконная брэгговская решетка, контроль качества

Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 03.G25.31.0245)

Список литературы
  1. 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.
  2. 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.
  3. ГурвичИ.И. Сейсморазведка. М.: Госгеолтехиздат, 1954. 354 с.
  4. 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.
  5. 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
  6. 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
  7. Plotnikov M.Y. et al. Thin cable fiber-optic hydrophone array for passive acoustic surveillance applications // IEEE Sensors Journal. 2019. (in press)
  8. 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
  9. 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 
  10. 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
  11. 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
  12. Hill D.J. et al. Fiber laser hydrophone array // Proceedings SPIE. 1999. V. 3860. P. 55–67. doi: 10.1117/12.372963
  13. 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
  14. Foster S. et al. A fibre laser sensor seabed array // Proc. Acoustics. 2013. V. 7004.
  15. 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.
  16. Andrews Jr.D.E. Vibration Isolation Module for Towed Seismic Arrays.Patent US 5062085. 1991.
  17. FlorenceN.K. Aquatic Tow Rope with Shock Absorber. PatentUS 3094096. 1963.
  18. Fitzpatrick H.M., Neville J.J., Thompson J., Boggs F.W. Vibration Isolation Module for Towed Cables. Patent US 3648226. 1972.
  19. Appling J. Vibration Isolation Module. PatentUS 4628851 A. 1986.
  20. Reynier R., Malcor J.G., Moresco G., Ramoger F. Vibration Damper for a Towed Body. Patent US 4762208. 1988.
  21. Mcgavern S.A. Cable Vibration Damper. Patent US 2969416. 1961.
  22. Miller H.A., Nichols C.S. Acoustic Envelope having Minimal Vibration and Flow Induced Noises. Patent US 4402069. 1983.
  23. 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.
  24. Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Гидродинамические шумы гибкой протяженной буксируемой антенны // Акустичний симпозiум “КОНСОНАНС-2003”. С. 78–83.
  25. 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.
  26. 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
  27. Гринченко В.Т., Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров // Акустичний вiсник. 2007. Т. 10. № 2. С. 33–42.
  28. Баженова Л.А., Семенов А.Г. О природе вихревого звука при обтекании потоком цилиндра // Ученые записки физического факультета МГУ. 2014. № 6. С. 146305.
  29. Макаренков А.П., Воскобойник В.А. Снижение гидродинамических помех антенн с векторными приемниками // Акустический симпозиум «Консонанс-2007». Киев, 2007. С. 169–175.
  30. 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.
  31. Van Der Wal A. Systems and Methods of a Marine Geophysical Damper System. Patent US 20180052244 A1. 2017.
  32. 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
  33. 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
  34. 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 
  35. 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
  36. 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
  37. 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
  38. 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
  39. 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
  40. 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
  41. 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.
  42. 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.
  43. 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.
  44. 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.
  45. Willems M. Active Damper System. Patent US 9545831. 2017.
  46. 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.
  47. Tamba R.T. Active Damping System. Patent WO2013120142A1. 2013.
  48. 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
  49. Budynas R.G. Shigley’s Mechanical Engineering Design. 10th ed. McGraw-Hill, 2014. 1104 p.
  50. Brilloin L. Wave Propagation in Periodic Structures. 2nd ed. Dover Phoenix Editions, 1946. 255 p.
  51. Paarmann L.D. Design and Analysis of Analog Filters. Kluwer, 2003. 453 p.
  52. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. 10-еизд. М.: МГТУим. Н.Э. Баумана, 1999. 592 с.
  53. Kashyap R. Fiber Bragg Gratings. San Diego: AcademicPress,1999. 459 p.
  54. Варжель С.В. Волоконные брэгговские решетки. СПб: Университет ИТМО, 2015. 65 с.
  55. 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
  56. 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.
  57. 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
  58. 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.
  59. 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
  60. Mihailov S.J. Fiber Bragg grating sensors for harsh environments // Sensors. 2012. V. 12. N 2. P. 1898–1918. doi: 10.3390/s120201898
  61. 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
  62. 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.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика